Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die mechanisch-biologische Aufbereitung von Restabf\u00e4llen (MBA) hat sich zu einem Systembaustein innerhalb der Restabfallentsorgung entwickelt. Das Hauptanwendungsziel besteht darin, durch die Kombination von biologischer Trocknung mit mechanischen Stofftrennverfahren eine heizwertreiche und schadstoffentfrachtete Fraktion mit Brennstoffeigenschaften, sowie verwertbare anorganische Fraktionen aus dem Restabfall zu gewinnen. Die Ausgangssituation zeigte, dass, abgesehen von einigen prototypischen Anlagen, in der MBA-Technologie haupts\u00e4chlich statische, aerob arbeitende Reaktoren ( Rottetunnel und Rotteboxen ) f\u00fcr den biologischen Schritt eingesetzt werden. F\u00fcr feuchte Restabf\u00e4lle erscheint es interessant, dynamische Reaktoren einzusetzen, die die Kopplung thermischer und mechanischer Prozesse erlauben, die also die biologische Trocknung und den mechanischen Aufschluss parallel zulassen. Im Rahmen des Projektes wurde die Steuerung eines diskontinuierlich betriebenen Drehrohrreaktors zur biologischen Trocknung von Restabf\u00e4llen entwickelt.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie L\u00f6sung der Aufgabe verfolgt f\u00fcr die Aufbereitung von Restabf\u00e4llen zwei neue Ans\u00e4tze: Das entwickelte Steuerungskonzept basiert auf der Anwendung von Methoden der Situationserkennung; diese Methoden wurden bei biotechnologischen Massenprozessen bisher noch nicht umfassend angewandt. Zum zweiten f\u00fchrt der Einsatz des dynamischen Drehrohrreaktors in der biologischen Trocknung \u00fcber den Stand der Technik hinaus. In einer theoretischen Untersuchung wurden die Grenzen und M\u00f6glichkeiten der biologischen Trocknung beschrieben. Aufbauend auf diesen Resultaten wurde das Untersuchungsobjekt, eine kleintechnische Versuchsanlage, zu einer rechnergesteuerten, automatischen Pilotanlage umger\u00fcstet. Die dazu notwendige Software ist w\u00e4hrend der Projektbearbeitung erstellt worden. Die realisierte Datenerfassung und -auswertung erm\u00f6glichte das Erkennen der signifikanten Klassen von Prozesszust\u00e4nden. Weiterhin wurde eine M\u00f6glichkeit geschaffen, mit einer leistungsf\u00e4higen Simulationsumgebung prozessbegleitend zu kommunizieren. Damit konnten komplexe Steuerungsstrukturen flexibel gestaltet und auch w\u00e4hrend eines Versuches ver\u00e4ndert werden. Orientierungsversuche waren notwendig, da das im Vorfeld der Untersuchungen angesammelte Wissen \u00fcber die Teilprozesse des dynamischen Behandlungsverfahrens sich f\u00fcr den Entwurf einer intelligenten Steuerung als nicht ausrei-chend erwies.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
In der ersten theoretischen Untersuchung zur biologischen Trocknung im dynamischen Reaktor konnten wesentliche Ma\u00dfstabsabh\u00e4ngigkeiten aufgedeckt werden, die die \u00dcbertragbarkeit der Resultate der kleintechnisch durchgef\u00fchrten Experimente auf andere Anlagengr\u00f6\u00dfen erlauben. Dies ist wichtig, weil die praktischen Versuche nur an der vorhandenen kleintechnischen Versuchsanlage durchf\u00fchrbar waren. Mit dem gewonnenen Wissen wurde die kleintechnische Versuchsanlage umger\u00fcstet. In ihr k\u00f6nnen Chargen bis zu tausend Kilogramm Abfall behandelt werden. Die im Rahmen des Projektes entwickelte Steuersoftware erm\u00f6glicht, unter Beachtung der Anforderungen der Bediener- und Anlagensicherheit, einen vollautomatischen Betrieb. Wegen der durch die Drehbewegung bestimmten Dynamik des Prozesses wurde eine hohe Taktfrequenz bei der Datenerfassung und -verarbeitung realisiert. Die Auswertung gro\u00dfer Datenmengen erfolgte mit einem offline-Auswerteprogramm, das ebenfalls im Rahmen des Projektes implementiert wurde. Dabei wurde zugleich eine M\u00f6glichkeit geschaffen, mit der Simulationsumgebung MATLAB\/SIMULINK prozessbegleitend Daten austauschen zu k\u00f6nnen. Diese Kopplung war die Voraussetzung daf\u00fcr, dass die Reaktionen des Steuerprogramms in unterschiedlichen Prozess-Situationen \u00fcberpr\u00fcft werden konnten. Als ein weiteres wichtiges Entwurfswerkzeug erwies sich das Prozessmodell, das auf der Basis des theoretischen Wissens und der in den Experimenten gewonnenen empirischen Erkenntnisse hergeleitet werden konnte. Trotz seiner begrenzten Genauigkeit gestattete es, die entworfene Steuerung zu analysieren, zu bewerten und damit adaptiv zu verbessern.
\nDurch die realisierten Versuche konnte gezeigt werden, dass die gezielte Kombination von biologischen und mechanischen Prozessen innerhalb des Reaktors zu Eigenschaften des Outputmaterials f\u00fchrt, die sich mit statischen Reaktoren nicht erreichen lassen. W\u00e4hrend der Versuchsphase musste festgestellt werden, dass das vorhandene Wissen f\u00fcr den Entwurf einer intelligenten Steuerung nicht ausreichend war. Deshalb wurde die Versuchsphase wesentlich erweitert. Dabei konnten wesentliche Zusammenh\u00e4nge aufgedeckt werden, die sich auch f\u00fcr die \u00f6kologische und \u00f6konomische Bewertung des Verfahrens als grundlegende erwiesen. Es konnte gezeigt werden, dass die kontinuierliche Rotation des Reaktors nicht notwendig ist; vielmehr ist ein minimaler Drehzeitanteil, der 2-3% der Gesamtzeit betr\u00e4gt, ausreichend, um die theoretisch begr\u00fcndeten Grenzen der biologischen Trocknung zu erreichen. Insbesondere liegt der Vorteil in der optimalen Ausnutzung der zugef\u00fchrten Frischluft zur Sauerstoffzufuhr und zum Wasseraustrag. Daraus resultiert ein optimierter Energieaufwand. Dies sollte die Akzeptanz der Technologie erh\u00f6hen, zumal bei nur geringen Anspr\u00fcchen an die Inputqualit\u00e4t eine wesentliche Verbesserung der Qualit\u00e4t des Zielproduktes zu erreichen ist. Auf der Grundlage der vorhandenen Experimente soll ein gro\u00dftechnischer Einsatz vorbereitet werden. Es hat sich gezeigt, dass die entwickelte Kombination aus Versuchs- und Steuerungstechnik als Grundbaustein f\u00fcr weiterf\u00fchrende Untersuchungen geeignet ist. Der Einsatz der Fuzzy-Klassifikation als Grundlage f\u00fcr den Steuerungsentwurf hat sich als der richtige Weg erwiesen.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die Ergebnisse der Untersuchungen am diskontinuierlich betriebenen Drehrohrreaktor wurden auf der GVC\/GET\/KRdL-Sitzung Trennen, Verwerten und Beseitigen von Abf\u00e4llen am 6. Mai 2002 in D\u00fcsseldorf vorgestellt. Geplant sind zwei Fachartikel mit den Schwerpunkten Steuerung biotechnologischer Prozesse und Biologische Trocknung in Drehrohrreaktoren f\u00fcr die Zeitschriften Umweltpraxis und\/oder M\u00fcll und Abfall.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Mit den Untersuchungen konnte ein erster Schritt auf dem Weg zur Entwicklung einer optimalen Prozessf\u00fchrung f\u00fcr dynamische Reaktoren zur mechanisch-biologischen Aufbereitung von Abf\u00e4llen ausgef\u00fchrt werden. Das bei der Projektbearbeitung erschlossene Potenzial des Verfahrens zeigt, dass sich bei einer L\u00f6sung aller Teilprobleme neue M\u00f6glichkeiten f\u00fcr die MBA ergeben. Die gewonnenen Ergebnisse lassen sich, wie durch theoretische Untersuchungen gezeigt werden konnte, auf andere technische Ma\u00dfst\u00e4be \u00fcbertragen. Die methodischen Erkenntnisse, insbesondere der verfolgte Weg beim Entwurf der Steuerung, lassen sich, bei entsprechender Ber\u00fccksichtigung der prozessspezifischen Unterschiede, auch auf andere Problemfelder der biologischen Abfallbehandlung anwenden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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