DE102005020018A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aufnahme von Stäuben von Verkehrsflächen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein Gerät zur Aufnahme von Feinstaub von Verkehrsflächen. Die Aufnahme des Feinstaubbelages mit Hilfe einer intensiven Absaugung unter Verwendung von Reinigungsbürsten wird durch Einsatz von Wasserdampf, Spülflüssigkeit, Pressluft, Ultraschall entscheidend verbessert. Die Abtrennung des Feststoffes sowie der eingesetzten Reinigungsfluide von der abgesaugten Trägerluft erfolgt bevorzugt in Zyklonabscheidern mit nachgeschalteter Feinstaubabscheidung. Die in der Reinigungsflüssigkeit enthaltenen Feinstäube werden mit Hilfe von Hydrozyklonen oder mittels Filtration abgetrennt, sodass die Reinigungsflüssigkeit rezirkuliert werden kann.

Description

• Seit längerer Zeit ist bekannt, dass die Staubbeladung der Luft, und zwar insbesondere auch die Feinstaubbeladung, zu einem erheblichen Teil durch Aufwirbelung des Feinstaubbelages von Verkehrsflächen verursacht wird. Die Zusammensetzung dieser Feinstäube ist im Hinblick auf mögliche Gesundheitsschäden als kritisch einzustufen. Reifen- und Bremsscheibenabrieb sowie Motorölverluste und Dieselruß sind in diesen Stäuben enthalten. Häufig ist auch der Dioxin- und Furangehalt dieser Stäube beträchtlich.
• Auch Industrieanlagen sind hier zu nennen. Zwar ist inzwischen die Feinstaubemission aus Schornsteinen und Abluftanlagen auf vergleichsweise niedrige Werte gesenkt worden, jedoch ist die Feinstaubemission von Industrieanlagen über aufgewirbelte Feinstaubbeläge der Verkehrsflächen, sei es durch Fahrzeuge oder durch Windeinwirkung, vielfach wesentlich größer als jene über Schornsteine.
• Die Feinstauberzeugung bzw. Feinstaubfreisetzung auf Verkehrsflächen darf keinesfalls ausschließlich als Trockenproblematik gesehen werden. Vielmehr kommt es gerade auch auf regennassen Straßen zur Erzeugung von feinpartikulären Aerosolen. Das Wasser, welches zwischen Reifen und Straßenbelag vorhanden ist, wird z. T. vermischt mit Luft in die Straßenrauhigkeit hineingepresst und in der sich anschließenden Entspannungsphase werden Staubablagerungen angelöst und sofort oder bei weiteren Wechselwirkungen von Reifen mit der Fahrbahn zerstäubt. Der Verkehr übt durchaus einen starken Reinigungseffekt auf die Straßen aus, nur eben verbunden mit einem Transfer der Stäube in die Atmosphäre.
• Demnach besteht ein starkes Interesse an Techniken zur Aufnahme von Feinstäuben von Verkehrsflächen, bzw. von Straßenbelägen, die durch Einwirkung des Verkehrs zur Feinstaubproduktion führen. Dabei muss die Reinigung derart intensiv sein, dass sie mit dem ebenfalls sehr wirksamen Reinigungseffekt von Reifen auf trockenen und nassen Fahrbahnen konkurrieren kann.
• Der Erfinder hat Erfahrung gesammelt bei der Entwicklung von Geräten zum Nachweis der Homogenität von Streusalz auf Straßen. Auch hierbei kommt es auf eine sehr gute Qualität der Produktaufnahme an, zumal das Streusalz auch zunehmend feucht, d. h. als Sole-Salz-Mischung ausgebracht wird. Diesbezüglich existiert ein deutsche Patentanmeldung desselben Erfinders mit Aktenzeichen 10 2004 056 562.7. Hierbei war jedoch eine andersartige Aufgabenstellung zu bewältigen. Es sollte ja möglichst nur die Komponente Salz aufgenommen werden, die gut wasserlöslich ist.
• Bei einer Aufnahme von Ablagerungen auf Straßen, die zur Feinstaubproduktion beitragen können, interessieren aber insbesondere auch ölbenetzte Komponenten, bzw. generell Komponenten, die hydrophob, also wasserabstoßend sind, wie z. B. auch Reifenabrieb. Daher ist es nach den Erfahrungen des Erfinders notwendig, Verfahren und Vorrichtungen zur Aufnahme von Ablagerungen von Straßen wesentlich aufwendiger zu konzipieren. Dieser Aufgabe widmet sich die vorliegende Patentanmeldung.
• Untersuchungen des Erfinders haben folgendes ergeben:
• – Von normalem Reinigungswasser, ohne Zugabe von oberflächenaktiven Substanzen, werden die zur Feinstaubproduktion führenden Beläge nicht ausreichend benetzt und können mit einfachen Nassreinigungsverfahren auch nicht in ausreichendem Umfange von der Verkehrsfläche abgesaugt werden.
• – Bei einer Niederdruckausbringung von Wasser auf einen rauhen bzw. porösen Straßenbelag bilden sich in den Poren des Straßenbelages Lufteinschlüsse. Somit erreicht selbst eine hydrophile Reinigungsflüssigkeit die staubbelegten Oberflächen unter Umständen nicht in einem ausreichenden Maße. Dementsprechend ineffektiv ist die Abreinigung, die mit der Absaugung der ausgebrachten Reinigungsflüssigkeit erzielt werden kann.
• – Mit einer Hochdruckausbringung von Waschflüssigkeit kann dieses Problem weitgehend gelöst werden; jedoch wird der Straßenbelag durch den Druckwasserstrahl angegriffen.
• – Durch einen Pressluftstrahl lassen sich lockere Ablagerungen gut aufwirbeln und nachfolgend durch Absaugen erfassen. Weit weniger effektiv ist die Erfassung klebriger bzw. öliger Beläge, die andererseits bei regennasser Straße durch die intensive Einwirkung eines schnell über die Stelle hinwegrollenden Reifens durchaus noch aufgewirbelt werden können.
• – Vorteilhaft wäre der Einsatz eines Ultraschallverfahrens zur Resuspendierung von Ablagerungen, jedoch fehlen hierfür bisher die geeigneten Komponenten.
• – Vorteilhaft ist der Einsatz von Wasserdampf, da dieser auch in den Poren des Fahrbahnbelags kondensiert, sodass die Staubaufnahme behindernde Lufteinschlüsse im rauhen Straßenbelag unter einer aufgebrachten Waschflüssigkeitsschicht eher vermieden werden können. Ferner können hiermit auch klebrige Beläge angelöst und unter Zuhilfenahme ausreichender Spülflüssigkeitsmengen abgetragen werden.
• Ausgehend von den Ergebnissen dieser Beobachtungen des Erfinders wurde die Grundversion des Kopfes eines Straßenreinigungsgerätes 1 entworfen, wie sie in 1 dargestellt ist. Hier ist ein hinter dem Straßenreinigungsfahrzeug 2 angeordneter Reinigungskopf 1 dargestellt; unter bestimmten Voraussetzungen kommt auch eine aus Gründen der Beobachtungsmöglichkeiten vorteilhafte schiebende Anordnung vor dem Fahrzeug in Frage.
• In Fahrtrichtung ist am Reinigungskopf 1 zunächst eine Dampfblasleiste 3 angeordnet. Die Straße wird demnach zunächst mit Wasserdampf beaufschlagt, um die Ablagerungen porentief zu benetzen und evtl. anzulösen. Es folgt ein zweite Reinigungsleiste 4, über die das Reinigungswasser mit oder ohne Beimischung oberflächenaktiver Substanzen drucklos oder auch über Düsen mit erhöhtem Druck auf die Straße aufgebracht wird. In diese Leiste könnte auch ein Ultraschallerzeuger integriert sein, um die Reinigungswirkung zu verstärken. Eine intensive Absaugezone 6 schließt sich an. Um die Abreinigung noch zu verbessern, kann in dieser Zone eine Druckluftblasleiste 5 angebracht sein.
• Vorteilhaft kann auch der Einsatz von Luft-Wasser-Zweistoffdüsen sein. Hiermit ist eine nicht zu gravierenden Straßenschäden führende, jedoch durchaus intensive Abreinigung möglich.
• Selbstverständlich ist es gemäß dieser Erfindung auch möglich, mehrere derartige Reinigungsstufen in Fahrtrichtung hintereinander anzuordnen. Da ein Anlösungsprozess einige Zeit in Anspruch nimmt, ist es vorteilhaft, eine Anlösungsstufe vor dem Fahrzeug oder zwischen Vorder- und Hinterachse anzuordnen und die eigentliche Abreinigungsstufe hinter dem Fahrzeug zu positionieren. Diese Konzepte sind hier nicht bildlich dargestellt. Auf diese Weise sollte bei vorgegebener Abreinigungsgüte eine höchstmögliche Fahrgeschwindigkeit erreicht werden.
• Ein grundsätzliches Problem liegt darin, dass Straßen häufig nicht plan, sondern gewölbt und uneben sind. Daher ist es in aller Regel nicht möglich, die Reinigungsköpfe einteilig über die gesamte Breite des Reinigungsfahrzeuges auszuführen. Aus diesem Grunde ist gemäß der Erfindung vorgesehen, mehrere Reinigungsköpfe überlappend nebeneinander anzuordnen. Die Versorgung der Reinigungsköpfe mit Betriebsmitteln, wie Dampf 3, Reinigungswasser 4, Druckluft 5 und mit Unterdruck 6 für die Absaugung, würde dann sinnvollerweise über Sammler erfolgen. Die Reinigungsköpfe wären über Arme derart dreh- und schwenkbar am Fahrzeug 2 aufzuhängen 8, dass sie sich leicht auch an ein etwas welliges Straßenprofil anpassen können.
• Auf dem Straßenreinigungsfahrzeug wären in gewohnter Weise die Hilfsaggregate unterzubringen.
• Um die im Tank 9 gespeicherte und über Tauchpumpe 34 geförderte Menge der mitzutransportierenden Waschflüssigkeit in vertretbaren Grenzen halten zu können, müsste diese rezykliert, d. h. nach dem Einsatz zur Staubaufnahme wieder für einen weiteren Einsatz nutzbar gemacht werden. Das Gemisch aus staubhalti gem Waschwasser und abgesaugter Luft wird zunächst über Leitung 7 in einem Zyklonabscheider 10 mit Nachabscheidung 11 eingespeist und in einen bei 13 austretenden, und nur noch mit einer geringen Feintropfen- und Feinstaubfracht beladenen Abluftstrom und in einen bei 12 aus dem Zyklonabscheiderbunker austretenden Waschflüssigkeitsstrom aufgeteilt; wobei letzterer zu einem sehr hohen Anteil die von der Straße aufgenommenen Stäube enthält. Nun sind bekanntlich Flüssigkeiten mit suspendierten Feinstäuben nur sehr mühsam zu filtrieren. Daher kann es sinnvoll sein, die Schlammausschleusung über einen Hydrozyklon 14 vorzunehmen und die zumindest von der gröberen und mittleren Staubfraktion gereinigte, bei 15 aus dem Hydrozyklon austretende Waschflüssigkeit mit Hilfe einer Pumpe 16 bei 17 wieder der Waschwasserzuleitung 18 zu den Straßen-Reinigungsköpfen 1 zuzuführen. Wird jedoch eine Filtration zu Abtrennung des Feststoffgehalts vorgezogen, sollte keine hocheffiziente Hydrozyklonstufe vorgeschaltete werden, da die gröberen Partikel zum Aufbau eines aufgelockerten Filterkuchens beitragen, der sich weniger schnell mit Feinpartikeln zusetzen kann. Um die Filterfläche gering zu halten, kann es sogar hilfreich sein, einen Filtrationshilfsstoff zuzusetzen, z. B. einen nicht zu feinpartikulären Sand, bzw. einen weniger stark abrasiv wirkenden Kalkstein oder auch Flockungshilfsmittel. Der bei 19 unten aus dem Hydrozyklon austretende, feststoffreiche Teilstrom wird in einen unter dem Fahrzeug aufgehängten Speicher 20 eingeleitet. In diesen Speicher kann eine Filtrationsstufe 21 integriert sein, so dass der Dickschlamm bei 22 gesammelt wird, während das Filtrat im Sammelbehälter 23 anfällt und über Tauchpumpe 24 wieder in die Waschwasserzuleitung 18 zum Reinigungskopf 1 eingespeist werden kann. An Stelle einer Hydrozyklonstufe könnte zur Abschlämmung auch eine Zentrifuge eingesetzt werden, hier nicht dargestellt.
• Auch mit einem Hochleistungszyklonabscheider 10 gelingt es nicht, alle enthaltenen Feinstäube und Feintröpfchen aus der Absaugeluft abzuscheiden. Daher ist es sinnvoll, eine Filtrationsstufe 27 für die Absaugeluft nachzuschalten. Da sich Filter bei Beaufschlagung mit Tröpfchen oder mit feuchten Partikeln leicht irreversibel zusetzen, ist eine Trocknungsstufe 25 dem Filter vorgeschaltet. Im oberen Abschnitt dieser vertikal abwärts durchströmten Trocknungsstufe wird über Ringleitung 26 Warmluft eingeblasen, die vorzugsweise mit Hilfe eines Gebläses 33 als erwärmte Kühlluft aus dem verbrennungsmotorisch betriebenen Stromgenerator 32 bezogen wird.
• Pressluft wird sowohl für die Druckstoßabreinigung der Gewebefilterschläuche 28 als auch bei entsprechender Betriebsweise für die bei 5 austretende Blasluft benötigt. Die Druckluft wird mit Kompressor 35 bereitgestellt, an den sich eine Kondensatabscheidung 36 mit Kondensatausleitung 37 anschließt. Die Druckluft teilt sich dann in einen Teilstrom auf, der zur Druckstoßabreinigung 38 der Gewebefilterschläuche geleitet wird, und in den Blasluftstrom 39 zum Reinigungskopf 1. Die im Filter abgeschiedenen Feinstäube werden im Filterbunker 29 gesammelt und anschließend in ein Staubsilo 30 weitergeleitet, welches bei 31 geleert werden kann. Die Druckverluste der Absaugeluft bei 6 sowie insbesondere im Zyklonabscheider 10 sowie im Gewebefilter 27 werden mit Hilfe des Saugzuggebläses 40 überwunden.
• Für die Erzeugung des Wasserdampfstromes, der bei 3 auf die Straße geleitet wird, sollte vorzugsweise demineralisiertes Wasser eingesetzt werden, welches im Tank 41 gespeichert ist. Über Pumpe 42 wird es dem Verdampfer 43 zugeführt. In der Trommel 44 erfolgt die Trennung von Dampf und flüssiger Phase. Der Dampf wird über Leitung 45 dem Reinigungskopf 1 zugeleitet, während die flüssige Phase über Leitung 46 rückgeführt wird. Grundsätzlich kann der Dampferzeuger mit Hilfe einer kleinen Verbrennungsanlage, oder, sofern der elektrische Leistungsbedarf nicht zu groß ist, elektrisch beheizt werden.

Claims (9)

1. Gerät und Verfahren für die Aufnahme von Schmutzablagerungen von Verkehrsflächen, bestehend aus Reinigungsmitteln wie Bürsten, Benetzung der Straße mit Reinigungswasser sowie mit einer luftgestützten Absaugung der auf der Straßenoberfläche wässrig angelösten Schmutzbeläge und mit dazugehörigen Speichern für Reinigungswasser und erfassten Schmutz, dadurch gekennzeichnet, dass für Anlösung und Resuspendierung der Schmutzbeläge an der Straßenoberfläche zumindest eine der nachfolgend aufgezählten Techniken im Reinigungskopf des Straßenreinigungsgerätes zum Einsatz kommt: – Wasserdampfbeaufschlagung des zu reinigenden Straßenabschnitts – Beaufschlagung mit luftgetragenen Wassertropfen durch Einsatz von Mehrphasenbedüsungssystemen – Beaufschlagung mit Druckluft – Mittel- bis Hochdruckbeaufschlagung mit Reinigungswasser.
2. Gerät und Verfahren für die Aufnahme von Schmutzablagerungen von Verkehrsflächen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere dreh- und schwenkbare Reinigungsköpfe am Fahrzeug befestigt sind, die eine automatische Anpassung der Absaugung an gröbere Unebenheiten der Straße ermöglichen.
3. Gerät und Verfahren für die Aufnahme von Schmutzablagerungen von Verkehrsflächen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit ihrer Schmutzfracht von der Straße abgesaugte Waschflüssigkeit für den Wiedereinsatz bei der Straßenreinigung von der Trägerluft sowie vom Großteil der Schmutzfracht abgetrennt wird.
4. Gerät und Verfahren für die Aufnahme von Schmutzablagerungen von Verkehrsflächen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennung von Waschflüssigkeit und Absaugeluft in einem Zyklonabscheider erfolgrt.
5. Gerät und Verfahren für die Aufnahme von Schmutzablagerungen von Verkehrsflächen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zyklonabscheider eine zweite Fliehkrafttrennstufe nachgeschaltet ist.
6. Gerät und Verfahren für die Aufnahme von Schmutzablagerungen Verkehrsflächen nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Zyklonabscheider bzw. der zweiten Fliehkrafttrennstufe ein Gewebefilter nachgeschaltet ist.
7. Gerät und Verfahren für die Aufnahme von Schmutzablagerungen von Verkehrsflächen nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem Gewebefilter eine Resttropfenverdampfungsstufe vorgeschaltet ist.
8. Gerät und Verfahren für die Aufnahme von Schmutzablagerungen von Verkehrsflächen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zu rezirkulierende Waschflüssigkeit über eine Hydrozyklonstufe weitgehend von ihrer partikulären Schmutzfracht befreit wird.
9. Gerät und Verfahren für die Aufnahme von Schmutzablagerungen von Verkehrsflächen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zu rezirkulierende Waschflüssigkeit über eine Filtrationsstufe weitgehend von ihrer partikulären Schmutzfracht befreit wird.