DE19543134A1 - Classification determination of waste material of value especially plastic, using multi=chamber container system - Google Patents
Classification determination of waste material of value especially plastic, using multi=chamber container systemInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Feststel lung der chemischen Zusammensetzung (Materialtyp) von wied erverwendbaren Wertstoffen im Rahmen einer dezentralen Er fassung und Sortierung gemäß Patentanspruch 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method for locking the chemical composition (material type) of wied usable materials within the framework of a decentralized Er Version and sorting according to claim 1 and a Device for performing the method.
Wertstoffe wie gebrauchte Verpackungsmaterialien aus Pa pier, Glas, Plastik, Holz, Metall, aber auch Textilien, Teppiche, Spielzeug müssen heutzutage aus Umweltgründen und aus wirtschaftlichem Interesse heraus in den Wirt schaftskreislauf zurückgebracht werden. Dadurch werden natürliche Ressourcen wie Erdöl, Kohle und Gas geschont. Auf Grund der zunehmenden Bevölkerungsdichte und ständig wachsender Luftverschmutzungsprobleme scheiden die Ver brennung und Deponierung von Müll immer mehr aus. Luft, Wasser, Grund und Boden sind zu wertvolle Wirtschaftsgüter geworden, um sie mit Abfall zu belasten.Recyclable materials such as used packaging materials from Pa pier, glass, plastic, wood, metal, but also textiles, Carpets, toys have to be used today for environmental reasons and into the landlord out of economic interest economic cycle. This will conserves natural resources such as oil, coal and gas. Because of the increasing population density and constantly growing air pollution problems divide the ver incineration and landfilling of waste more and more. Air, Water, land are too valuable assets become to burden them with waste.
In der BRD fallen jährlich ca. 500 kg Abfall pro Einwohner im privaten Bereich an. Diese Abfallmenge [1] besteht aus 375 kg Hausmüll, Sperrmüll, hausmüllähnlichen Gewerbeab fällen und aus 125 kg Parkabfällen, Marktabfällen, Straßenkehricht und Schlagabraum. Die 375 kg Haushaltsab fälle teilen sich entsprechend obigem Diagramm in ver schiedene Fraktionen auf.In Germany, about 500 kg of waste per inhabitant fall annually in the private sector. This amount of waste [1] consists of 375 kg household waste, bulky waste, commercial waste similar to household waste cut and from 125 kg of park waste, market waste, Street garbage and rubble. The 375 kg household cases are divided into ver according to the diagram above different factions.
Seit dem 12. Juni 1991 müssen Verpackungen laut Ver packungsverordnung entweder vom Handel zurückgenommen wer den oder vom Dualen System Deutschland eingesammelt werden. Durch diese Sammlung will man erreichen, daß die Verpackun gen einer stofflichen oder energetischen Wiederverwertung zugeführt werden. Wie der Fig. 1 [1] zu entnehmen ist, hat die DSD-Leichtfraktion einen Anteil von ca. 7% am Gesamtab fallaufkommen. Since June 12, 1991, packaging has either had to be taken back by retailers or collected by the Duales System Deutschland, according to the Packaging Ordinance. This collection is intended to ensure that the packaging is recycled for material or energy recovery. As can be seen in FIG. 1 [1], the DSD light fraction has a share of approximately 7% of the total volume of waste.
Diese Leichtfraktion besteht zu einem großen Anteil aus
Kunststoffabfällen, deren Wiederverwendungsmöglichkeiten in
der Fig. 2 dargestellt sind:
Als "edelster" Weg mit der potentiell besten Ökobilanz gilt
das werkstoffliche Recycling, bei dem das Polymermaterial
erhalten bleibt und zu neuen Formen gegossen ein "zweites
Leben" bekommt. Das größte Problem hierbei besteht aller
dings darin, daß die fünf im Verpackungsbereich hauptsäch
lich benutzten Polymersorten chemisch nicht kompatibel
sind, d. h., daß aus ihnen hergestellte Mischmaterialien nur
vergleichsweise sehr geringe mechanische Belastbarkeit auf
weisen. Hierdurch wird der Einsatz solcher Mischrecyclate
auf relativ dickwandige und wenig beanspruchte Gegenstände
wie z. B. Parkbänke, Mülltonnen oder Lärmschutzwälle
beschränkt. Um breite Einsetzbarkeit, wenn möglich in der
Originalanwendung, zu erreichen, muß das recyclierte Mate
rial sortenrein [2] vorliegen.This light fraction consists largely of plastic waste, the reuse options of which are shown in FIG. 2:
The "noblest" way with the potentially best ecological balance is the material recycling, in which the polymer material is preserved and cast into new forms and given a "second life". The biggest problem here, however, is that the five types of polymer mainly used in the packaging sector are chemically incompatible, ie that the mixed materials made from them have a comparatively very low mechanical strength. As a result, the use of such mixed recyclates on relatively thick-walled and less stressed objects such. B. park benches, garbage cans or noise barriers limited. In order to achieve wide applicability, if possible in the original application, the recycled material must be sorted by type [2].
Auch für andere Wertstoffe stellt sich immer mehr heraus, daß sie umso wirtschaftlicher und technologisch einfacher wiederzuverwenden sind, je sortenreiner und sauberer sie vorliegen. Dieser Zusammenhang erzwingt einen Trennschritt im zurückfließenden Stoffstrom, der sich im Prinzip dezen tral beim Verbraucher, im Handel, oder auf Recyclinghöfen in Form einer Getrenntsammlung, oder aber zentral in Großanlagen durchführen läßt. It is also becoming more and more clear for other recyclables, that they're all the more economical and technologically easier can be reused, the purer and cleaner they are available. This connection forces a separation step in the backflow of material, which in principle decays tral at the consumer, in retail, or at recycling centers in the form of a separate collection, or centrally in Large systems can be carried out.
Die im DSD-System z.Z. eingesetzten Großanlagen basieren hauptsächlich auf Handsortierung, bei der eine Polymer sortentrennung gar nicht durchgeführt werden kann. Einige Verarbeiter dieser händisch gewonnenen Gesamtplastikfrak tion zerkleinern das Material und trennen es nach Polymer sorten anhand verschiedener physikalischer Parameter. Diese Verfahren [2] sind in der folgenden Tabelle aufgelistet:The currently in the DSD system large systems used are based mainly on hand sorting, where a polymer sorting cannot be carried out at all. Some Processor of this manually obtained total plastic fracture tion shred the material and separate it by polymer varieties based on various physical parameters. This Processes [2] are listed in the following table:
Aufgrund der ähnlichen bzw. annähernd gleichen physi kalischen Eigenschaften der meisten Polymere erreichen diese Verfahren auch nur sehr beschränkte Sortierreinheit. Als relativ neues Verfahren in der Kunststoffsortierung be findet sich die Infrarotspektroskopie zur Zeit in der Entwicklung [3] und steht kurz vor der Markteinführung. Hierbei wird die chemische Natur des Polymermaterials an hand seiner charakteristischen Absorption von Infrarotlicht erkannt. Ausschnitte aus dem Nahinfrarotspektrum [4] der fünf im Verpackungsbereich hauptsächlich benutzten Polymere Polystyrol (PS), Polyethylenterephthalat (Polyester-PET), Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE) und Polypropylen (PP) sind in Fig. 3 gezeigt und lassen deren Unterschiede erkennen.Due to the similar or approximately the same physical properties of most polymers, these processes only achieve a very limited sorting purity. As a relatively new process in plastic sorting, infrared spectroscopy is currently being developed [3] and is about to be launched on the market. The chemical nature of the polymer material is recognized by its characteristic absorption of infrared light. Excerpts from the near infrared spectrum [4] of the five polymers polystyrene (PS), polyethylene terephthalate (polyester-PET), polyvinyl chloride (PVC), polyethylene (PE) and polypropylene (PP), which are mainly used in the packaging sector, are shown in FIG. 3 and leave their differences detect.
In der technischen Durchführung des Verfahrens [4] wird der zu identifizierende Kunststoff von einer Breitband lichtquelle (Halogenlampe) oder mehreren schmalbandigen Leuchtdioden bestrahlt. Eine geeignete Sammeloptik sammelt transmittiertes und reflektiertes Licht ein und führt es einem geeigneten Spektrometer zu. Ein nachgeschalteter Rechner vergleicht die aufgenommenen Spektren mit den Refe renzspektren der verschiedenen Kunststoffe und erkennt so, um welches Material es sich handelt. Für diesen Vergleich der typischen Spektralmuster haben sich künstliche neuro nale Netze mittlerweile sehr bewährt [5].In the technical implementation of the method [4] plastic to be identified from a broadband light source (halogen lamp) or several narrow-band Illuminated LEDs. Appropriate collection optics collect transmitted and reflected light and guides it a suitable spectrometer. A downstream one The computer compares the recorded spectra with the Refe limit spectra of the different plastics and thus recognizes what material it is. For this comparison of the typical spectral patterns have become artificial neuro nale networks have now proven very successful [5].
Bei geeigneter Wahl der Beleuchtungsgeometrie und der Be obachtungswellenlängen lassen sich die Einflüsse von Auf klebern und Verschmutzungen auf die Erkennung des Basisma terials soweit minimieren, daß eine zuverlässige Sorten trennung erreicht werden kann [4, 5]. With a suitable choice of lighting geometry and loading observation wavelengths, the influences of up glue and soiling on the detection of the base Minimize terials to the extent that reliable varieties separation can be achieved [4, 5].
Es stellt sich immer mehr heraus, daß die zentrale Erfas sung von gemischtem Abfall zu hohen Transportkosten und zusätzlichem Straßenverkehr führt. Desweiteren wird den Wertstoffen durch Mischen beim Verbraucher leider oft ein negativer psychologischer Wert verliehen und sie werden un nötig verschmutzt. Ein anschließender hoher Sortier- und Reinigungsaufwand in zentralen Sortierfabriken, verbunden mit Personal-, Energie- und Investitionskosten, läßt den Wert des Abfalles weiter sinken. Als weiteren Nachteil fördert eine zentralisierte Entsorgung den kritiklosen Kon sum von Verpackungsmaterial, da "ja eh alles im gelben Sack verschwindet".It turns out more and more that the central Erfas solution of mixed waste at high transport costs and additional road traffic leads. Furthermore, the Unfortunately, recyclable materials often mix with consumers given negative psychological value and they become un necessary dirty. A subsequent high sorting and Cleaning effort in central sorting factories connected with personnel, energy and investment costs, leaves the Waste value continues to decrease. Another disadvantage centralized disposal promotes the uncritical con sum of packaging material, because "everything in a yellow sack anyway disappears".
Die oben genannten physikalischen Trennverfahren benötigen zerkleinertes und gereinigtes Eingangsmaterial und sind da her für einen dezentralen Einsatz ungeeignet. Auch die In frarot-Erkennungstechnologie wird bisher nur im großtech nischen Maßstab wirtschaftlich eingesetzt, da sie bislang mit Laborspektrometersystemen arbeitet, die zwischen 50 000,- und 100 000,- DM kosten.The physical separation methods mentioned above are required shredded and cleaned input material and are there unsuitable for decentralized use. The In Until now, infrared detection technology has only been used in large-scale technology African scale used economically, as they have so far works with laboratory spectrometer systems that between 50,000 and 100,000 DM cost.
Dieses Fehlen preiswerter Identifikationsverfahren in Ver bindung mit mangelhaften Kennzeichnungen des Materials und zu großer Kompliziertheit für den Verbraucher führt derzeitig zu mangelhaften Sortierergebnissen im dezentralen Sortierbetrieb, der daher z.Z. nur in wenigen Gemeinden eingeführt ist. This lack of inexpensive identification procedures in Ver binding with inadequate labeling of the material and leads to great complexity for the consumer currently inadequate sorting results in the decentralized Sorting company, which is therefore currently only in a few communities is introduced.
In den Zeichnungen, anhand derer die Erfindung weiter er läutert wird, zeigen:In the drawings, based on which the invention he further is shown, show:
Fig. 4: einen Längsschnitt durch die Sensoreinheit, FIG. 4 shows a longitudinal section through the sensor unit,
Fig. 5: einen Querschnitt durch die Sensoreinheit. FIG. 5 shows a cross section through the sensor unit.
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1. Das vorliegende Verfahren dagegen geht von einer
dezentralen, sensorgesteuerten Vorsortierung aus.
Dazu dienen in der Nähe von Märkten, Kaufhallen, Plätzen und Wohngebieten aufgestellte Containerbatterien, die aus einer zentralen Sensoreinheit und einem Container pro gewünschter Materialfraktion bestehen. Die Anzahl der Con tainer je Batterie kann einfach an die jeweils gewünschte Zahl von Materialfraktionen angepaßt werden. Dies richtet sich nach den dort anfallenden und profitabel verwertbaren Abfallfraktionen.1. The present method, on the other hand, is based on a decentralized, sensor-controlled pre-sorting.
Container batteries, which consist of a central sensor unit and a container for each desired material fraction, are used in the vicinity of markets, shopping malls, squares and residential areas. The number of Con tainers per battery can be easily adapted to the desired number of material fractions. This depends on the waste fractions that are generated and can be used profitably. - 2. Das gemeinsame optische Sensorsystem einer solchen Batterie befindet sich im Rücken einer mechanisch stabilen Platte (1) hinter einer gut gekennzeichneten Öffnung (1b). Ein Bürger oder Kunde, der seine Wertstoffe (5) nun in die Batterie fraktionsgerecht und umweltbewußt entsorgen will, hält seine Flaschen, Verpackungsmaterialien, Papier und Fo lien einzeln und nacheinander in die Sensoröffnung. Damit wird der Sensor aktiviert und ein optisches Spektrum der Probe gemessen. Durch geeignetes Design des Sensorsystems lassen sich insbesondere die charakteristischen spektralen "Fingerabdrücke" von Kunststoffen, Papier, Glas, Karton, Fo lien, Textilien, Teppichen, Gardinen und Holz gewinnen. In einer elektronischen Auswerteeinheit, vorzugsweise einem Mikrocomputer, erfolgt dann die Identifikation des Materi als durch chemometrische Verfahren zur Mustererkennung und multivariaten Kalibration.2. The common optical sensor system of such a battery is located in the back of a mechanically stable plate ( 1 ) behind a well-marked opening ( 1 b). A citizen or customer who wants to dispose of his or her valuable materials ( 5 ) in the battery in a manner that is environmentally friendly and fractional, holds his bottles, packaging materials, paper and foils individually and one after the other in the sensor opening. This activates the sensor and measures an optical spectrum of the sample. The characteristic spectral "fingerprints" of plastics, paper, glass, cardboard, foils, textiles, carpets, curtains and wood can be obtained through a suitable design of the sensor system. The material is then identified in an electronic evaluation unit, preferably a microcomputer, as using chemometric methods for pattern recognition and multivariate calibration.
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3. Das Sensorsystem nutzt die Anregbarkeit von Molekular
schwingungen aus und arbeitet im Wellenlängenbereich zwi
schen 0,5 µm und 25 µm, bevorzugt zwischen 0,7 µm und 2,5
µm (nahes Infrarot). Es besteht generell aus einer Licht
quelleneinheit (2), einer Optik, die eine optimale Wechsel
wirkung dieses Lichts mit der Probe ermöglicht, einem op
toelektronischen Wandler (3) (Photodiode, Photowiderstand
oder Wärmewandler), und einer Vorrichtung zur Wellenlängen
selektion. Die Wechselwirkungsgeometrie muß die Erfassung
sowohl von transmittiertem, wie auch reflektiertem Licht (6)
erlauben, was vorzugsweise realisiert wird, indem die
Sendeeinheit in die gleiche Richtung "schaut" wie der Emp
fänger, und hinter der Probe ein alle Wellenlängen gleich
stark reflektierender Körper (4) angebracht ist.
Da in der hier diskutierten Form der Anwendung die Meßzeit großzügig, d. h. bis zu einer Sekunde Dauer gestaltet werden kann, sind verschiedene vergleichsweise unempfindliche, aber preisgünstige spektroskopische Systeme entwickelbar. Die in den Ansprüchen 4-6 beschriebenen sind hierfür bevor zugt geeignet.3. The sensor system uses the excitability of molecular vibrations and works in the wavelength range between 0.5 µm and 25 µm, preferably between 0.7 µm and 2.5 µm (near infrared). It generally consists of a light source unit ( 2 ), optics that enable this light to interact optimally with the sample, an optoelectronic converter ( 3 ) (photodiode, photoresistor or heat converter), and a device for wavelength selection. The interaction geometry must allow the detection of both transmitted and reflected light ( 6 ), which is preferably achieved by the transmitter unit “looking” in the same direction as the receiver, and behind the sample a body that reflects all wavelengths equally ( 4 ) is attached.
Since the measurement time in the form of application discussed here can be designed to be generous, ie up to one second in duration, various comparatively insensitive but inexpensive spectroscopic systems can be developed. The described in claims 4-6 are suitable for this before given. -
4. Das Identifikationsergebnis kann im einfachsten Fall
dem Benutzer optisch oder akustisch angezeigt werden. Ein
facher zu bedienen ist allerdings ein teilautomatisiertes
System folgender Funktionsweise:
Alle Container einer Batterie besitzen mechanisch bedien bare Verschlüsse ihrer Einfüllöffnungen, die gemeinsam vom Sensorsystem gesteuert werden. Nach erfolgter Identifika tion wird der richtige Container sichtbar, hörbar und fühl bar zeitweilig entriegelt. Der Kunde kann die so identi fizierte Wertstoffprobe nun einwerfen. Danach verriegelt dieser Container sich wieder. Abfall, der nicht als Wertstoff identifiziert werden konnte, kann im Restmüllcon tainer gelassen werden, der ebenfalls vom Sensorsystem bei Bedarf entriegelt und geöffnet wird.4. In the simplest case, the identification result can be displayed to the user optically or acoustically. However, it is easier to operate a partially automated system with the following functionality:
All containers in a battery have mechanically operated closures for their filling openings, which are controlled jointly by the sensor system. After identification, the correct container is temporarily unlocked, audible and tangible. The customer can now throw in the material sample identified in this way. Then this container locks again. Waste that could not be identified as a valuable material can be left in the residual waste container, which is also unlocked and opened by the sensor system if necessary. - 5. Zur Minimierung des Energieverbrauchs der Anlage kann das Sensorsystem in einer energiesparenden "Stand-By"-Po sition "auf Kundschaft warten" und erst bei Annäherung eines Gegenstandes aktiviert werden.5. To minimize the energy consumption of the system the sensor system in an energy-saving "stand-by" po sition "waiting for customers" and only when approaching of an item can be activated.
- 6. Wichtiger Teil der dezentralen Vorsortierung ist zur Erhöhung der Mobilität und Senkung von Betriebskosten die Möglichkeit der Unabhängigkeit von einer zentralen Ener gieversorgung. Teil der Erfindung ist daher ein Solarzel lengenerator (plus aufladbarem Kleinakku als Energiepuffer) zum Betrieb des Sensorsystems. Ähnlich einer solarbetrie benen Parkplatzuhr kommt das Detektor-und Entriegelungssys tem mit einer kleinen Solarzellenfläche aus. Natürlich ist auch ein Betrieb mit elektrischem Netzanschluß jederzeit möglich.6. An important part of decentralized pre-sorting is for Increase mobility and reduce operating costs Possibility of independence from a central energy energy supply. A solar cell is therefore part of the invention lengenerator (plus small rechargeable battery as energy buffer) to operate the sensor system. Similar to a solar operation The parking lot watch comes with the detector and unlocking system system with a small solar cell area. of course is also an operation with electrical mains connection at any time possible.
- 7. Der Füllstand der Container kann durch eine gegebenen falls ebenfalls optische, oder anders geartete Füllstand sanzeige erfaßt werden. Über Funk lassen sich dadurch volle Container im Stadtgebiet ermitteln, was eine flexiblere und kostengüstigere Planung von Transportrouten erlaubt.7. The level of the container can be determined by a given if also optical, or other kind of fill level display are recorded. This means that full Containers in urban areas determine what is more flexible and More economical planning of transport routes allowed.
- 8. Die Vorrichtung wird so ausgelegt, daß Standardabfall container, wie sie heute schon in vielen Orten zu finden sind, eingesetzt werden können.8. The device is designed so that standard waste Containers like those you can find in many places today are can be used.
- 9. Die Entleerung der Container kann mit Leertransporten des Handels kombiniert werden.9. The emptying of the containers can be done with empty transports of trade can be combined.
Mit dem vorliegenden Verfahren wird der Verbraucher beim Abfallsortieren erstmals von subjektiven Entscheidungen be freit. Nicht mehr offensichtliche und augenscheinliche Ma terialeigenschaften wie Farbe, Transparenz oder Oberfläch enbeschaffenheit werden als Sortierkriterien eingesetzt, sondern die wirkliche chemische Zusammensetzung, vermittelt über den objektiven spektralen Fingerabdruck. Insbesondere Kinder und ältere Menschen werden so beim Abfall sortieren unterstützt.With the present method, the consumer is at Sorting waste for the first time from subjective decisions free. Ma no longer obvious and obvious material properties such as color, transparency or surface quality are used as sorting criteria, but the real chemical composition about the objective spectral fingerprint. Especially Children and the elderly will sort the waste supported.
Die Verantwortlichkeit des Verbrauchers für Müllvermeidung und Müllsortierung wird unterstützt, weil der Verbraucher seinen Abfall in seinem Wohnumfeld selber entsorgt. Der gedankenlosen Wegwerfmentalität wird durch die vorliegenden Erfindung viel stärker begegnet als bei der zentralen Er fassung von gemischtem Abfall.The responsibility of the consumer for waste prevention and garbage sorting is supported because of the consumer disposed of its waste in its living environment. Of the thoughtless disposable mentality is given by the present Invention met much more than the central Er mixed waste collection.
Der Bau großer zentraler Zwischenlager und Sortierfabriken mit all ihren gesundheitlichen und Umweltrisiken wird durch die vorliegende Erfindung vermieden, da die Wiederverwer tungsfirmen die reinen Wertstofffraktionen aus den jeweili gen Containern direkt abholen können. Das bei der zentralen Sortierung unlösbare Problem ineinandergesteckter Ver packungen verschiedenen Materials wird völlig vermieden.The construction of large central interim storage facilities and sorting factories with all of their health and environmental risks the present invention avoided because of the recycling the pure recyclable fractions from the respective can collect directly from containers. The central one Sorting unsolvable interlocking ver packs of different materials are completely avoided.
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