HRP980031A2 - Method and apparatus for treating waste with a solid matrix containing vaporizable substances - Google Patents

Description

Predmetni izum se odnosi na postupak i uređaj za obradu otpada koji ima pretežno krutu matricu i koji također sadrži isparive supstance.

Točnije, ovaj izum daje postupak i uređaj koji može izdvojiti isparive supstance iz mase otpada, istovremeno stvarajući iz njih uglavnom sterilan kruti otpad koji omogućava sigurno, lagano i ekonomično rukovanje, skladištenje, transport i uklanjanje.

Isparive supstance na koje se ovaj izum odnosi su oni supstance, koje su kod okolne temperature u tekućem stanju, te općenito, sve supstance koje imaju dovoljan tlak isparavanja za ispuštanje mirisa kod okolne temperature.

Problemi s otpadom koji sadrži takve supstance variraju ovisno o pojedinom otpadu, obzirom na oblik u kojem su prisutni (talog, mulj, paste i slično), prema tipu i količini sadržanih tekućina (koje mogu biti do ili više od 80%), prema dimenzijama elemenata koji sačinjavaju sam otpad, te prema specifičnim karakteristikama materijala koji se obrađuje, na primjer prema heterogenosti komponenti i njihovih veznih tvari.

Općenito, problemi su uzrokovani izbijanjem mirisa, teškoćama kod skladištenja otpada u zatvorene spremnike, poteškoćama mehaničkog rukovanja, rizikom ispuštanja opasnih supstanci ili sredstava u atmosferu, ograničenim vremenom skladištenja, te mogućnošću početka fermentacije.

Primjeri krutog otpada koji uobičajeno sadrži tekućine su slijedeći: otpaci iz medicinske primjene i medicinsko-znanstvenih istraživanja, mulj koji dolazi iz kabina za bojenje prskanjem, otpaci u obliku paste koji se dobivaju u proizvodnji polimera, ljepila, boja i mastiksa (prirodnih smola), te talozi iz industrijskih procesa i postrojenja za pročišćavanje.

Tekućine prisutne u krutom otpadu mogu biti mogu biti različitih tipova, na primjer alkoholi, aldehidi, esteri, fenoli i općenito otapala, naravno kao i voda. Njihova prisutnost u otpadu, što je također čest slučaj uslijed spontane fermentacije koja počinje brzo zbog prisutnosti mikro organizama iz okoline, je često uzrokom neugodnih mirisa.

U mnogim slučajevima, prisutnost čak i male količine otrovne ili štetne tekućine je dovoljna da se otpad kao cjelina klasificira kao opasni otpad. U takvoj situaciji, eliminiranje tekućine može omogućiti deklasifikaciju rizika povezanog s otpadom, rezultirajući smanjenjem štetnog utjecaja na okolinu i troškova uklanjanja.

Teško je potpuno eliminirati te isparive sastojke pomoću normalnog isparavanja ili postupcima uklanjanja koji se provode vanjskim zagrijavanjem sustava, obzirom da u otpadu često prevladavaju materijali koji, kod visokih temperatura do kojih se stjenke moraju dovesti kako bi se postigla odgovarajuća izmjena topline, dovode do fuzije i taloženja, što pak rezultira razlaganjem i začepljivanjem. Detaljnije, heterogenost materijala koji se trebaju obraditi i njihova neodređena kemijska i fizikalna svojstva otežavaju izbor prikladnih generaliziranih uvjeta obrade na temelju normalnih prije spomenutih sustava.

Postupak obrade otpada u kojem prevladava kruta matrica sa sadržajem isparivih supstanci u skladu s predmetnim izumom, naznačen je time da sadrži slijedeće korake:

- zagrijavanje mase otpada u ograničenom prostoru do temperature od 120 do 170ºC stvaranjem topline unutrašnjim mehaničkim trenjem,

- ekstrakciju većine isparivih supstanci iz mase zagrijanog otpada pomoću doziranja, na masu zagrijanog otpada, fluida koji može isparavati u prije navedenom temperaturnom rasponu, tako da stvara struju za odvajanje koja se odvodi iz prostora obrade,

- reguliranje količine doziranog fluida i topline proizvedene mehaničkim trenjem, na način da se za vrijeme postupka ekstrakcije temperatura održava u rasponu gore navedenih vrijednosti.

- Ovaj izum također daje uređaj za primjenu ovog postupka, naznačen time da sadrži:

- ćeliju za držanje otpada,

- rotor postavljen unutar naveden ćelije, koji ima radijalne lopatice oblikovane tako da okretanje rotora unutar ćelije dovodi do povećanja pritiska mase otpada na dno ćelije,

- pogonske elemente za okretanje rotora,

- elemente za ubrizgavanje isparivog fluida na masu otpada unutar ćelije,

- regulacijsku i radnu jedinicu izvedenu za regulaciju obodne brzine rotora i količine fluida koji se ubrizgava, tako da se u ćeliji održava temperatura između 120 i 170ºC, te

- elemente za evakuaciju iz ćelije struje isparavanja isparivog fluida zajedno s isparenim supstancama sadržanim u otpadu koji se obrađuje.

Detaljnije, postupak i uređaj prema ovom izumu mogu povoljno obraditi otpad pomoću:

a) ekstrakcije isparivih supstanci iz krutnine koja postaje suha, glatka i mirisna,

b) eliminiranja mikroorganizama, klica, gljivica, spora i dr., iz izdvojene tekućine i krutih frakcija, tako da su materijali biološki dezinficirani i stoga sigurni za rukovanje.

U preporučenoj izvedbi postupak se primjenjuje pod blagim vakuumom, na primjer od približno -20mm vodenog stupca u odnosu na atmosferski tlak, i vrši se kako slijedi.

Odgovarajuće lopatično kolo (rotor), koje ima oblik i profil izveden tako da radi u sprezi s osnovom cilindrične ćelije s okomitom osi, podvrgava otpad stavljen u ćeliju kompresiji i unutrašnjem trenju tako da se stvara znatna količina topline unutar otpada i time postiže, u kratkom vremenu, visoka radna temperatura koja se može regulirati u opsegu od 120 i 170ºC, po mogućnosti s tipičnom vrijednošću od približno 150ºC. Preporuča se da se ne dovodi toplina indirektno kroz stjenke ćelije niti direktno pomoću fluida.

Temperatura se zatim održava konstantnom pomoću regulacije obodne brzine rotora i automatskim ubrizgavanjem ekstrakcionog fluida koji ima točku vrenja ispod radne temperature i koji, kada prijeđe u paru, apsorbira energiju tako da se automatski postiže ravnoteža između proizvedene i zatim apsorbirane topline.

Sve isparive supstance sadržane u otpadu se na taj način mogu ekstrahirati kao para i zatim poslati, zajedno s parama ekstrakcionog fluida, u sustav za kondenzaciju.

Ekstrakcioni fluid koji će se koristiti u ovom postupku mora imati točku vrenja ispod radne temperature; naravno, iz razloga niskih troškova i lagane primjene, uobičajeno se kao ekstrakcioni fluid koristi voda.

Kada supstance koje treba ekstrahirati imaju razmjerno nizak tlak isparavanja (i često vrlo jako zaudaraju, kao što je slučaj s određenim supstancama visoke molekularne mase koje se formiraju kao rezultat djelovanja mikroorganizama iz okoline)mogu se vrlo povoljno umjesto vode koristiti drugi ekstrakcioni fluidi koji imaju tlak isparavanja čak viši od vode kod radne temperature (što u praksi znači, koji imaju nižu točku vrenja od vode), na primjer, ugljikov tetraklorid, heptan, ili cikloheksan, tako da se efekt ekstrakcije ubrza i time smanji vrijeme potrebno za ekstrakciju.

Ekstrakcioni fluidi moraju u svakom slučaju imati točku vrenja ispod radne temperature pri kojoj se otpad drži. U slučaju otapala, preferiraju se ona otapala koja su netopiva u vodi, tako da se mogu lagano odvojiti.

Kada ekstrakcioni fluid dođe u kontakt s masom otpada koji ima temperaturu višu od točke vrenja ekstrakcionog fluida, on se odmah isparava zajedno s isparivim supstancama prisutnim u otpadu, koje se tako uklanjaju u struji pare proizvedene za naknadnu kondenzaciju.

Automatsko podešavanje obodne brzine lopatica rotora i doziranje ekstrakcionog fluida postiže ravnotežu energije omogućavajući održavanje konstantne temperature tokom prethodno određenog vremenskog perioda (uobičajeno 5-15 minuta), a time i kompletnu kontrolu napredovanja postupka i njegove potpune ponovljivosti.

Plinovite komponente koje se ne mogu kondenzirati i koje se izbacuju iz sustava pomoću izlaznog aspiratora, obrađuju se u uređaju koji se sastoji od komponenti u seriji: kolone za ispiranje vodom u koju se dodaje oksidacijska supstanca koja može smanjiti mirise (obično vodikov peroksid), pri čemu se kolona puni brtvenim elementima (uobičajeno Raschig-ovi prsteni ili slično), koalescentnog odmagljivača, pred-filtra i filtra za prašinu, filtra s aktivnim ugljenom, apsolutnog filtra, te aspiratora.

Po završetku faze ekstrakcije, preporuča se primjena kratkotrajne faze (obično oko 1 minute) u kojoj se voda injektira radi eliminacije zaostalih količina ekstrakcionog fluida zadržanih u materijalu, čime se uzrokuje hlađenje materijala do temperature od približno 105ºC.

Preporuča se da postupak i uređaj imaju slijedeće karakteristike:

a) cijeli uređaj je drži pod stalnim malim vakuumom (oko -20mm vodenog stupca) pomoću centrifugalnog aspiratora postavljenog na izlazu iz uređaja, iza odgovarajućeg filtracijskog sustava, tako da se osigura, putem vakuuma, da ne dože do propuštanja para i/ili aerosola iz raznih brtvenih elemenata koji se nalaze u stroju;

b) sustav za proizvodnju topline je postavljen unutar ćelije i tvori ga osnova ćelije u kombinaciji s lopatičnim kolom (rotorom) postavljenim na malom razmaku, obično između 50 i 100 milimetara, od osnove;

c) lopatice rotora imaju po mogućnosti "napadni profil", što znači, prednje rubove (u smjeru rotacije) koji udaraju masu otpada tvore površine skošene pod kutem između 30 i 45 stupnjeva prema ravnini osnove, odnosno prema ravnini okomitoj na os rotacije, tako da se za vrijeme rotacionog kretanja otpad tlači prema osnovi, te tamo dolazi do snažnog trenja i jakog zagrijavanja;

d) rotor pokreće motor koji daje lopaticama obodnu brzinu koja se po mogućnosti može mijenjati unutar raspona od 20 do 70 m/s, tako da se količina razvijene topline može regulirati prema toplini potrebnoj u svakom pojedinom stupnju radnog ciklusa;

e) bez daljnjeg dovođenja topline, masa otpada se brzo zagrijava do programirane temperature koja je, tipično, postavljena oko 150ºC;

f) kada masa jednom dostigne programiranu temperaturu, ova se održava konstantnom tokom prethodno određenog vremenskog perioda (uobičajeno 5-15 minuta) pomoću ubrizgavanja kontrolirane količine ekstrakcionog fluida koji odmah isparava, apsorbirajući toplinsku energiju;

g) isparive supstance prisutne u otpadu isparavaju istovremeno s isparavanjem ekstrakcionog fluida i tako se ekstrahiraju;

h) temperatura materijala se određuje u realnom vremenu pomoću odgovarajućih senzora;

i) proizvedene pare se odvode iz ćelije i kondenziraju;

j) po završetku ekstrakcije ubrizgava se voda i, putem isparavanja, eliminiraju rezidualne količine ekstrakcionog fluida, dok se istovremeno masa hladi do približno 105ºC;

k) suha kruta faza se zatim izbacuje korištenjem centrifugalne sile automatskim otvaranjem ventila postavljenog na bazi ćelije;

l) ispusni ventil se zatim drži otvoren određeno vrijeme (obično jednu minutu) radi ispiranja ćelije zrakom, tako da se eliminiraju zaostale pare.

Daljnje karakteristike i prednosti ovog postupka i uređaja u skladu s predmetnim izumom će biti jasnije iz narednog detaljnog opisa u kojem se poziva na priložene crteže, koji su dani kao neograničavajući primjer, a na kojima:

Slika 1 je ilustrativna shema (dijagram toka) procesa,

Slika 2 je pogled u perspektivi na uređaj,

Slika 3a prikazuje ćeliju s njenim rotorom, u presjeku,

Slika 3b je tlocrt ćelije sa slike 3a,

Slika 3c je bokocrt ćelije sa slike 3a,

Slika 3d je uvećani detalj slike 3c.

Ćelija, kao cjelina označena s 1, se sastoji od kućišta s cilindričnom stjenkom koja ima vertikalnu os i promjer uobičajeno između 0,35 i 2 m, izvedenog iznutra od čelika otpornog na habanje, obično od manganovog čelika. Ćelija je zatvorena poklopcem i brtvama. rotor 2 s okomitom osi i radijalnim lopaticama je postavljen na udaljenosti od približno 50-150 mm od osnove ćelije. Lopatice rotora, obično dvije, imaju karakteristiku da su njihovi prednji rubovi, obzirom na smjer rotacije, što znači, njihovi takozvani "napadni profili" su oblikovani površinama koje su pod kutem, po mogućnosti između 30 i 45 stupnjeva, u odnosu na ravninu osnove ćelije, odnosno na ravninu okomitu na os rotacije. Rotor je spojen pomoću ležaja i prijenosnog mehanizma koji čine remeni i remenice 3 na motor 4 čija brzina je promjenjiva kontinuirano ili u koracima, te koji ima snagu od 5 do 350 kW. Ležaj rotora se ispire uljem koje cirkulira pomoću uređaja 5 u svrhu podmazivanja i hlađenja rotirajuće osovine.

Ćelija ima ispusni ventil 6 reguliran uljnim hidrauličkim (oleodinamičkim) uređajem 7. Temperatura unutar ćelije se mjeri i prati kontinuirano i u realnom vremenu pomoću detektora osjetljivog na infra-crvenu komponentu i ugrađenog u zaklopac ćelije, ili pomoću osjetnika postavljenog u blizini osnove ćelije.

Ćelija je spojena pomoću cijevi na spremnik 8 iz kojeg se ekstrakcioni fluid ubrizgava u ćeliju pomoću crpke 9 prema temperaturnom programu kontroliranom programabilnim logičkim računalom (PLC) i temperaturnim regulatorom.

Pare stvorene u ćeliji se transportiraju u kondenzator 10, a tekuća faza se zatim hladi u izmjenjivaču 11, dok se još uvijek prisutne supstance koje se mogu kondenzirati zaustavljaju u izmjenjivaču 12.

Tekuća frakcija se sakuplja u malom spremniku 13. Crpka 14 omogućava homogenizaciju fluida radi uzimanja utoraka i analize, te naknadnog ponovnog korištenja ili transporta na obradu ili uklanjanje. Odvojeni plinovi se zatim šalju u kolonu 15 na ispiranje i apsorpciju vodom u koju je dodana oksidirajuća supstanca, na primjer vodikov peroksid ili natrijev hidroklorit, radi prigušenja para i mirisa. Tip kolone je s Raschig-ovim prstenima ili slična, sa sabirnim rezervoarom 16. Oksidirajuća supstanca se izvlači iz spremnika 17 i dozira pomoću dozirne crpke 18. Kondenzator 10 može biti zaobiđen (izveden s by-passom) pomoću ventila, te se pare mogu direktno slati u kolonu za ispiranje i apsorpciju 15. Crpka 19 koja vraća otopinu za ispiranje na vrh kolone 15, prisiljava otopinu da prođe kroz filtar 20.

Plinovi koji izlaze iz kolone a koji se ne mogu kondenzirati, odvlažuju se u koalescentnom odvlaživaču 21 i zatim prolaze u filtarsku jedinicu 22 koja se sastoji od pred-filtra, filtra za prašinu, filtra s aktivnim ugljenom i apsolutnog filtra, te se na kraju izvlače pomoću aspiratora 23 koji drži cijeli uređaj kontinuirano pod malim vakuumom.

Zaostaci korištenog ekstrakcionog fluida se eliminiraju nakon završetka postupka doziranjem vode u ćeliju pomoću crpke 24, sve dok temperatura mase ne padne na 105ºC. Uređaj je upotpunjen elektročnom razvodnom pločom 25 s PLC-om (programabilnim logičkim računalom) i upravljačkom pločom.

U preporučenoj izvedbi, lopatice rotora su opremljene reznim rubovima za usitnjavanje i razbijanje otpada koji se obrađuje, ako on sadrži krutninu koja se može usitniti. Predviđeno je, uz zadržavanje istog principa ovog izuma, da detalji izvedbe i načina konstrukcije mogu široko varirati u odnosu na one ovdje opisane i ilustrirane u svrhu nelimitirajućeg primjera.

Claims (11)

1. Postupak za obradu otpada s pretežno krutom matricom koja sadrži isparive supstance, naznačen time, da uključuje faze: a) zagrijavanja mase otpada u ograničenom prostoru do temperature od 120 do 170ºC stvaranjem topline unutrašnjim mehaničkim trenjem, b) ekstrakcije većine isparivih supstanci iz mase zagrijanog otpada pomoću doziranja, na masu zagrijanog otpada, fluida koji može ispariti u prije navedenom temperaturnom rasponu, tako da stvara struju za odvajanje koja se odvodi iz prostora obrade, c) pri čemu se količina doziranog fluida i topline proizvedene mehaničkim trenjem regulira na način da se za vrijeme faze ekstrakcije temperatura održava u rasponu gore navedenih vrijednosti.

2. Postupak u skladu s Patentnim zahtjevom 1, naznačen time, da se u ograničenom prostoru održava tlak niži od atmosferskog.

3. Postupak u skladu s Patentnim zahtjevima 1 ili 2, naznačen time, da se operacije zagrijavanja i ekstrakcije izvode bez indirektnog dovođenja topline.

4. Postupak u skladu s bilo kojim od prethodnih patentnih zahtjeva, u kojem je fluid, koji može isparavati i koji se ubrizgava na otpad izabran, izabran između vode i ugljikovodičnih otapala koja imaju točku vrenja nižu od vode.

5. Postupak u skladu s Patentnim zahtjevom 4, u kojem je fluid izabran između ugljikovog tetraklorida, heptana i cikloheksana.

6. Postupak u skladu s bilo kojim od prethodnih patentnih zahtjeva, koji nadalje uključuje, nakon faze ekstrakcije, fazu ubrizgavanja na obrađivani otpad količine vode za ispiranje u svrhu čišćenja krutog otpada od zaostalih količina fluida korištenog za ekstrakciju i za hlađenje obrađivane mase.

7. Postupak u skladu s bilo kojim od prethodnih patentnih zahtjeva, u kojem se plinovita ekstrakcijska struja evakuirana iz ograničenog prostora obrade podvrgava hlađenju i kondenzaciji radi dobivanja biološki dezinficirane tekuće faze.

8. Uređaj za obradu otpada s pretežno krutom matricom koja sadrži isparive supstance, naznačen time, da se sastoji od ćelije (1) za držanje otpada, rotora (2) postavljenog unutar ćelije koji ima lopatice oblikovane tako da pojačavaju pritisak otpada na bazu ćelije, pogonskih elemenata (3, 4) za okretanje rotora, elemenata za ubrizgavanje isparivog fluida na masu otpada unutar ćelije, regulacijske i radne jedinice za regulaciju obodne brzine rotora (2) i količine ubrizganog fluida izvedene tako da se unutar ćelije održava temperatura u rasponu od 120 do 170ºC, te od elemenata za evakuaciju iz ćelije plinovite struje koja sadrži ispareni fluid i isparive supstance sadržane u obrađivanom otpadu.

9. Uređaj u skladu s Patentnim zahtjevom 8, koji nadalje sadrži elemente za održavanje u ćeliji tlaka nižeg od atmosferskog.

10. Uređaj u skladu s Patentnim zahtjevima 8 ili 9, naznačen time, da rotor ima radijalne lopatice s napadnim površinama pod kutem od 30 do 45 stupnjeva prema ravnini baze spremnika ili prema ravnini okomitoj na os rotacije.

11. Uređaj u skladu s bilo kojim od Patentnih zahtjeva 8 do 10, naznačen time, da sadrži elemente za obradu plinovite struje i para evakuiranih iz ćelije kojima se postiže kondenzacija para, ispiranje i deodoriranje plinova u koloni strujom vode u koju je dodana oksidirajuća supstanca, te filtracija plinova prije njihovog izbacivanja.