11. Fizikai és kémiai hulladékkezelés és ártalmatlanítás

Hulladékgazdálkodás 1. 6. Előadás 11. Fizikai és kémiai hulladékkezelés és ártalmatlanítás - Előkészítés, komponens-elválasztás, fázisszétválasztás. - Semlegesítés, kicsapatás, oxidáció, redukció, hidrolízis, elektrokémiai eljárások, beágyazás, szilárdítás.

Irodalom: Dr. Csőke Barnabás szerk.: Hulladékgazdálkodás (FTP) Dr. Nagy Géza – Dr. Bulla Miklós – Dr. Hornyák Margit: HUlladékgazdálkodás

Előkészítés, komponens-elválasztás, fázisszétválasztás

Előkészítés: - további kezelés szállítás: - megkönnyítése - gazdaságosabbá tétele - minőség, javítása - térfogat csökkentése, stb.


Előkészítés – szükséges kiindulási paraméterek - Szemcseméret - Porozitás, sűrűség - Konzisztencia - Nedvességtartalom - Fűtőérték és hamutartalom - Anyagi, Kémiai összetétel (nehézfémek, klór, fluor, stb.) - Szerves anyag tartalom


Előkészítés: - Már a szelektív gyűjtés is az előkészítés egy módjának tekinthető - Válogatás, válogatómű: - Zárt technológia - Kézi válogató méretei (1,2 széles szalag, 1,5-1,8 m munkaterület/fő) - Szalagsebesség - Vas gépi, egyéb fémek kézi v. gépi leválasztása - Kiporzás elleni védelem, porelszívás


Előkészítés: - Válogatás, válogatómű - méretezés: - Kiszámítható, hogy egy fő adott idő alatt, adott hulladéktípusból mennyit tud kiválogatni…


Előkészítés: - Válogatás, válogatómű: - Munkafolyamatok: - Érkeztetés, adatfelvétel (hídmérleg, stb.) - Ürítés, lerakás - Feladás a válogatórendszerre, gumiszalag - Finom rész leválasztása szitálással - Vas leválasztása - Kézi szortírozás


Előkészítés: - Válogatás, válogatómű: - Munkafolyamatok: - Szortírozott hulladék tárolása dobozokban, konténerekben - Kiválogatott hulladák tárolók ürítése, bálázása, préselése, szállítása, stb.


Előkészítés: - Válogatás, válogatómű: 6.1.13. táblázat:A válogatómű fő technológiai berendezései Szortírozó rendszer: 1. Feladószalag (zsákfeltépő) 2. Dobszita (kétsíkú) 3. Vibrátor (egysíkú) 4. Mágneses szalagszeparátor 5. Mágneses dobszeparátor 6. Válogatószalag 7. Örvényáramú szeparátor Késztermék kezelése: 8. Bálázó feladószalag 9. Bálázó berendezés Levegőtisztító rendszer: 10. Ventilátor 11. Porszűrő 12. Klimatizálás

Gyűjtött anyag fogadása Fe Feladás

Szitálás

Tisztított levegő

Máneses szeparálás

Végtermék-tárolás

előszortírozott műanyag

Porszűrés, levegőtisztítás

Kis válogatószalag

Maradvány

Kézi válogatás

Hasznos frakciók bálázása

Fólia

Veszélyes anyagok

Fűtés meleg levegõ befúvás

Mágneses szeparálás

Egyéb idegen anyag

MARADVÁNY

Lerakó

Fe

(1) (2) (3) (4) (5)

Beszállítás Kehely szita Faaprítás Lom-kenténer Válogatósor

Termék-boxok (7) Termék-konténer (8) Bálázó-prés (9) Fe-mágneses szeparátor (10) Maradvány konténer Csarnok-méret 35x1o7 m (6)

6.1.9. ábra: Linzi kétszalagos válogatómű, 55 000 t/év (A.S.A)


Előkészítés: - Válogatás, válogatómű - méretezés: - Negatív szortírozás: - A felesleges, kisebb mennyiségben jelenlevő részt válogatják ki, a megtisztított megy továb a szalagon - Pozitív szortírozás: - a kinyerni kívánt komponenst (kisebb mennyiségű) válogatják ki


Előkészítés: Válogatás megoldásai Osztályozás: - cél: válogatás, egyik komponens dúsítása - előkésztés: aprítás (de lehet méretnövelő eljárás is…)


Előkészítés: Válogatás megoldásai Szitálás: - kézi, gépi


Előkészítés: Válogatás megoldásai Szitálás: - Szemeloszlási görbe, anyagmérleg…. - Befolyásoló tényezők:

1. 2. 3. 4. 5.

Anyagjellemzők szemcseösszetétel, szemcsealak, sűrűség, nedvesség, és más anyagi minőség

1. 2. 3. 4.

Gépi jellemzők Üzemjellemzők szitalap kialakítása, 1. terhelés, 2. száraz vagy nedves szitanyalások mérete, alakja, szitalap anyaga, a szita mozgatásának módja.


Előkészítés: Válogatás megoldásai Szitálás: - Szitalap kialakítás: Szabad szitafelület a a b +

+

1 a2 ϕ◊ = = (a + b )2  b  2 1 +   a

π a 2π ϕo = = 2 2 4(a + b )  b 41 +   a

a a+b

ϕ =

a A

Aa 1 = (a + b ) ( A + b ) 1 + b 1 + b   a  A 


Előkészítés: Válogatás megoldásai Szitálás: - Mozgatott rácsok


Előkészítés: Válogatás megoldásai Szitálás: - Dobsziták


Előkészítés: Válogatás megoldásai Szitálás: - Síksziták: - Rezgősziták - Vibrátorok - Lengősziták


Előkészítés: Válogatás megoldásai Osztályozás közegáramban: (ülepítés, centrifugálás, stb.) Szemcsemozgás centrifugális erőtérben, nyugvó közegben

Szemcsemozgás gravitációs erőtérben, nyugvó közegben

∑

 dv   F = M   dt  

Fg = Vs ρs g Fh = Vs ρk g ρ v2 Fk = c E A k 2

vo2

4d ρ s − ρ k = g 3cE ρk

∑

Szemcsemozgás differenciál egyenlete

dv m = Fg − Fh − Fk dt Fh

 dv  F = M   dt 

Fe = Vρ s Rω 2 = Vρ s Fk = c E A

Fk

ill.

2 vro

m

dv = Fc − Fh − Fk dt

ρ k v ro2 2

Fc' = V(ρ s − ρ k )

Fg

v 2t R

Szemcsemozgás differenciál egyenlete

v t2 R

4 d ρ s − ρ k vt2 = 3 cE ρk R

Fk Fc

Fh

ω


Előkészítés: Válogatás megoldásai Osztályozás közegáramban: (ülepítés, centrifugálás, stb.) - Ellenáram, keresztáram Elválasztás mozgó keresztáramú közegáramban Elválasztás mozgó ellenáramú közegáramban a szemcsemozgást a vo és w viszonya határozza meg: ∆v1

v01 > w

↓∆v ↓∆ = v01 - w

v03 = w

lebeg ∆v = 0

v02 < w

↑∆v ↑∆ = w – v02

Qɺ w

a szemcsemozgást a vo és w vektoriális viszonya határozza meg: A w

∆v2

v0 W

vs = vo + w v0 h =

Qɺ A


Előkészítés: Válogatás megoldásai Osztályozás közegáramban: (ülepítés, centrifugálás, stb.) - Áramkészülékek osztályozása: Erőtér szerint: gravitációs, centrifugális. Közeg szerint: száraz, nedves. Szilárd-anyag koncentrációja alapján: szabad vagy hátráltatott ülepedésű. A közegáram- és a szemcsesebesség (nyugvó közegben) iránya szerint: ellenáramú (hidraulikus), keresztirányú vagy keresztáramú (felszíni áramkészülék). Alkalmazási terület szerint: osztályozó áramkészülékek (r = 1), dúsító áramkészülékek (r > 1). Kialakítási mód szerint: mozgó alkatrésszel rendelkezik, mozgó alkatrész nélküli készülékek.


Előkészítés: Válogatás megoldásai Osztályozás közegáramban: (ülepítés, centrifugálás, stb.) - Áramkészülékek osztályozása: Csúcskádak: keresztáramú hátráltatott ülepedésű mozgóalkatrész nélküli áramkészülékek

Mechanikus áramkészülékek: keresztáramú hátráltatott ülepedésű mozgóalkatrésszel működő áramkészülékek. A durva szemcséket a tartályokból gereblye, kaparószalag vagy spirális hordja ki.


Előkészítés: Válogatás megoldásai Osztályozás közegáramban: (ülepítés, centrifugálás, stb.) - Áramkészülékek osztályozása: - Gravitációs erőtér Centrifugális erőtér


Előkészítés: Válogatás megoldásai Osztályozás közegáramban: (ülepítés, centrifugálás, stb.) - Áramkészülékek osztályozása: - Légosztályozók (száraz áramkészülékek)


Előkészítés: Válogatás megoldásai Továbbiak: Optikai Ütköző Pulzációs ülepítő Ballisztikus


Előkészítés: Válogatás megoldásai Továbbiak: Optikai Ütköző Pulzációs ülepítő Ballisztikus


Előkészítés: Dúsítás Száraz dúsítási eljárások kézi válogatással, -

sűrűség szerint légárammal száraz áramkészülékben, légszérrel,

-

a vas leválasztása mágneses szeparátorokkal,

-

a nemvas-fémek pedig elektrosztatikus vagy örvényáramú szeparátorok alkalmazásával.


Előkészítés: Dúsítás Anyagtulajdonság

Eljárások

Sűrűség

- nehézközegben történő szeparálás - ülepítés - szérelés - közegárammal való szétválasztás - elektrosztatikus szeparálás - örvényáramú szeparálás - elektromos válogatás - mágneses szeparálás - szétválasztás mágneses folyadékban

Elektromos vezetőképesség, dilektromosság

Mágneses szuszceptibilitás

Optikai tulajdonságok

- optikai válogatás

Sugárzás

- radiometrikus válogatás - röntgensugaras válogatás - infrasugaras válogatás

Alak szerinti szeparálás Szilárdsági, törésmechanikai tulajdonságok

- szelektív aprítás (és osztályozás)


Előkészítés: Válogatás Automatikus válogatás: - lazítás, sorba állítás, hogy minden darab külön detektálható legyen

1 ) szállítószalag;

5) sűrített levegős tartály;

2) szenzor-modul;

6) sűrített levegős fúvókák;

3) felismerő jel-források;

7)válaszfal

4) vezérlő elektronika


Előkészítés: Válogatás AutomatikusA szétválasztást válogatás: szolgáló

Szenzor

anyagsajátság

Optikai tulajdonságok Reflexió o általános o specifikus o polarizált Áteresztőképesség Fluoreszcencia Infravörös Forma Röntgensugárzás Áteresztőképesség Fluoreszcencia (látható) Röntgen-fluoreszcencia

Mágneses Elektromos vezetőképesség Kisfeszültségű Nagyfeszültségű

Fotocella Fotocella Fotocella Fotocella Fotocella Infravörös-spektrométer Képanalizátor Szcintillációs számláló, impulzusmagasság analizátor Fotocella Szcintillációs számláló, impulzusmagasság analizátor Örvényáram-detektor Elektromos ellenállás Indukció vagy örvényáram detektor


Előkészítés: Válogatás Légáramban való szétválasztás: - keresztáramú készülék

- elszívó a könnyű szemcsék leválasztására


Előkészítés: Válogatás Légáramban való szétválasztás: - Ellenáramú:

Feladás Silo

Levegő

Szétválasztó tér Cellás adagoló

Felsőtermék

Silo

Ventilátor

Alsótermék


Előkészítés: Válogatás Légáramban való szétválasztás: - Légszér L - Légáram A - feladott anyag K - könnyű termék N - nehéz termék 1- lökő-rudazat 2 – Rúgó 3 – Ventilátor 4 – szemipermeábilis asztal


Előkészítés: Válogatás Elektromos tulajdonságok alapján: - permanens vagy elektromágnes - kihordás nélküli függesztett vagy - kihordással rendelkező Kialakításuk szerint: - szalagos vaskiválasztók, - vaskiválasztó dobok


Előkészítés: Válogatás Elektromos tulajdonságok alapján: Szétválasztási jellemző Elektromos vezetőképesség

Felületi vezetőképesség

Influenciakonstans (dielektromos állandó)

Eljárás Örvényáramú szeparálás

Elektroszeparálás koronaelektródás dobszeparátorral

Elektrosztatikus szeparálás szabadesésű lapszeparátorral

Szétválasztás alapelve Örvényáram keletkezése mágneses térben mozgó vezetőben, örvényáram hatására fellépő mágneses tér (amely az őt létrehozó eredeti mágneses teret csökkenteni törekszik), ill. Lorentzerő a vezető szemcsét eredeti mozgásirányától eltéríti (a nemvezető szemcséket nem). Eltérő koronafeltöltődés (elektronok megtapadása a szemcsék felületén) és eltérő töltésvesztés (áttöltődés) és ezzel összefüggésben fellépő eltérő elektrosztatikus erők révén a vezető szemcsék a dobbal érintkezve vele azonos töltésre tesznek szert, és a dobról eltaszítódnak, a szigetelő szemcsék megtartván töltésüket a dobhoz tapadnak, amely magával szállítja őket. Dörzselektromos feltöltődés (nagyobb dielektromos állandójú szemcsék a pozitívak) és ennek következtében a sztatikus térben eltérő mozgásirány

Szortírozási feladat Fémek-nemfémek egymástól való elválasztása

Fémek-nemfémek egymástól való elválasztása

Dielektrokumok, pl. műanyagok egymástól való elválasztása

Alkalmazási szemcseméret - határok

> 5 mm

0,02 C 4 mm

< 5 (10) mm


Előkészítés: - Mechanikai-biológiai stabilizálás (MBS) - Mechanikai kezelés: a biológiai, termikus kezelés előkészítéséhez és utána utókezeléseként is. - Biológiai kezelés: stabilizálás (fertőzőképesség, szervesanyag, víztartalom, toxikusság, stb.) - A kettő együttes alkalmazásnak célja: - Egy nagy fűtőértékű rész és egy inert, lerakható rész előállítása


Mechanikai-biológiai stabilizálás 1. Cél: Nagyobb rész kerüljön biológiai stabilizáslásra 2. Cél: Nagyobb fűtőértékű leválasztása a biológiai kezelés előtt


Mechanikai-biológiai stabilizálás 1. Cél: Települési hulladék maradékanyaga

Települési hulladék maradékanyaga

Mágneses és örvényáramú szeparálás


Szitálás

Vas színes fémek

Homogenizálás és biostabilizálás

Vas, színes fémek



Másodtüzelõanyag


Vas, színesfémek

Homogenizálás és biostabilizálás

Szitálás

Vas, színesfémek

Aprítás

Szitálás

Aprítás

Vas színes fémek

2. Cél:

Szitálás


Biostabilizált anyag lerakóba vagy mezõgazdaság

Vas, színesfémek


Másodtüzelőanyag

Mágneses és örvényáramú aszeparálás

Vas, színes fémek

Biostabilizált anyag lerakóba vagy mezõgazdaság


Mechanikai-biológiai stabilizálás Végtermék hulladék előírások (német példa): Fűtőérték felsőhatár

≤ 6 000 kJ/kgs száraz anyag

TOC (total organic carbon) szárazanyagra

≤ 18 %

Oxigén-fogyasztás (AT4 )

≤ 5 mg/g száraz anyag

Gázképződés (GB21 )

≤ 20 Nl/g száraz anyag

TOCeluat

≤ 250 mg/l


Mechanikai-biológiai stabilizálás Másodtüzelőanyag előírások (német példa): Paraméter Nedvességtartalom Fűtőérték Cl F S Nehézfémek – I Cd Hg Tl Nehézfémek – II As Co Ni Se Te Nehézfémek - III Sb Pb Cr Cu Mn V Sn Be

Egység

Előírás

% kJ/kg % % %

10,2(1 16 000 0,2(1 0,0(1 0,3(1

mg/kgszáraz mg/kgszáraz mg/kgszáraz

4,0 0,6 1,0

mg/kgszáraz mg/kgszáraz mg/kgszáraz mg/kgszáraz mg/kgszáraz

5 6 80 3 3

mg/kgszáraz mg/kgszáraz mg/kgszáraz mg/kgszáraz mg/kgszáraz mg/kgszáraz mg/kgszáraz mg/kgszáraz

25 190 125 350 250 10 3 0,5


További fizikai eljárások Ülepítés, centrifugálás, derítés, flotálás Szűrés: - Gyorsszűrő (mélységi) - Szitaszűrők - Szűrőnuccs - Gyertyás szűrő - Szűrőprések - Vákuum-szalagszűrő - Vákuum-dobszűrő - Membrán eljárások (RO, NF, UF)

Semlegesítés, kicsapatás, oxidáció, redukció, hidrolízis, elektrokémiai eljárások, beágyazás, szilárdítás.

- Desztilláció - Frakcionált desztilláció - Egyszerű szakaszos desztilláció - Egyszerű folyamatos desztilláció - Szakaszos rektifikálás (reflux) - Folyamatos rektifikálás


- Abszorpció - Abszorbens (oldószer) regenerálás lehet szükséges: nyomáscsökkentéssel, melegítéssel, inert gázzal, vízgőzzel kihajtással


- Adszorpció - …


- Extrakció - …


- Semlegesítés - Csapadékképzés: - Kationok leválasztása: - Hidroxidos leválasztás - Szulfidos leválasztás - Karbonátos - Borátos - Komplexképzés - Anionok: - Ritkábban szükséges (de pl.: foszfát)


- Hidrolízis - Redukció - Oxidáció - Vegyszeres - Klórgáz, hipokloritok, klór-dioxid - Hidrogén-peroxid - Kálium-permanganát - Nedves oxidáció - Szubkritikus nedves - Szuperkritikus nedves - Ózonos - Radiokémiai


- Fotolízis - Katalízis - Elektrokémiai rendszerek: - Fémvisszanyerés, elektrolízis - Elektrodialízis (ld. membrán) - Elektroflotálás - Elektroflokkuláció


- Beágyazás, szilárdítás Eljárás Cementalapú beágyazás

Előnye

Hátránya

olcsó adalékanyagok; kidolgozott eljárások; ésszerűen megvalósíthattó berendezések. Az eljárás a hulladékok vegyi összetételének ingadozására nem érzékeny. A cement adagolásával szabályozható a szilárdság és a vízáteresztő képesség. Mérgező szervetlen vegyületekhez, a füstgáztisztítás szilárd és iszapmaradékaihoz jól alkalmazható

A savas oldatokra a kis szilárdságú betonok érzékenyek; adott körülmények a beton bomlását idézhetik elő. Az egyes hulladékfajták esetében szükséges előkezelés és adalékok alkalmazása költségnövelő. A cement és más adalék növeli a tömeget és térfogatot. Szerves hulladék és mérgező anionok esetében nem megfelelő

Mész, pernyealapú Az adalékok olcsók és könnyen beszerezhetők; a berendezések beágyazás egyszerűek. A lejátszódó reakciók jól ismertek (puzzolánreakció). Mérgező szervetlen hulladékhoz füstgáztisztítók szilárd és iszapmaradékaihoz jól alkalmazható Kapszulázás

A hulladék nem tud érintkezni a vízzel, így jól oldaható anyagokhoz sikeresen alkalmazható. A kettős burkolat ellenáll a külső környezeti hatásoknak

A stabilizált hulladéktömb érzékeny a savas oldatokra és a szervetlen szennyeződésekre, ami lassítja a kötési folyamatot. Szerves hulladékhoz és mérgező anionokhoz nem alkalmazható. A felhasznált kötőanyagok drágák. Az eljárás energiaigényes (szárítás, hevítés). Speciális berendezéseket igényel, alkalmazásához laboratóriumi háttér és szakképzett személyzet szükséges


- Beágyazás, szilárdítás Hőre lágyuló anyagok felhasználása

A szennyező anyagok migrációja általában kisebb, mint más beágyazási módszernél. A végtermék jól ellenáll a legtöbb vizes oldatnak. A hőre lágyuló anyagok jól tapadnak a hulladékhoz. Mérgező szervetlen vegyületekhez alkalmazható.

Szerves polimerek Kis mennyiségű adalék szükséges a keverék megszilárdításához; a alkalmazása végtermék más eljárásokhoz viszonyítva kis sűrűségű. Száraz és nedves hulladék (főként iszap) esetében egyaránt jó eredményt ad. Különleges berendezés nem szsükséges hozzá. Mérgező, szervetlen hulladékhoz jól alkalmazható.

Drága berendezések és szakképzett személyzet szükséges hozzá. A kis hőmérsékleten párolgó hulladékkomponensek gondot okoznak; a hőre lágyuló anyagok gyúlékonyak. A nedves hulladékot stabilizálás előtt szárítani kell. Szerves aqnyagokat, erős oxidálószereket tartalmazó hulladékhoz nem alkalmazható. A hulladékkomponensek laza szerkezetű gyantamátrixban helyezkednek el. A karbamidformaldehid eljárás katalizátorai erősen savasak, a legtöbb fém kis pH-értéknél oldódik, és belekerülhet a csurgalékvizekbe a polimerizálódás alatt. Egyes szerves polimerek biológiailag lebonthatók. A végleges lerakáshoz még tároló- és csomagolóeszközt is fel kell használni. Savas és erős oxidálószer tartalmú, valamint szerves anyagú hulladékokhoz nem megfelelő.


- Beágyazás, szilárdítás

Gipszképzés

Kevés adalékanyagot igényel, gyors a kötési idő. A termék stabil, nem éghető, biológiailag nem bontható. Nehézfém-visszatartása jó, részbeni szárítást igényel.

Csak szulfit vagy szulfittartalmú iszapra alkalmas. A kioldási jellemzők a cement- és mészalapú eljárásokéval azonosak. A kalcináláshoz többletenergia és külön berendezés szükséges.

Üvegbe történő beágyazás

Igen jó hatásfokú beágyazás. A nyersanyagok olcsók, könnyen hozzéáférhetők.

Az eljárás energiaigénye nagy. Speciális berendezéseket és szakképzett személyzetet igényel.

Zárthelyi kérdések 1. Mi az előkészítés célja és milyen paraméterek ismerete szükséges a módszer kiválasztásához? 2. Milyen követelményeket támasztunk a válogatóművel szemben és milyen munkafolyamatokat valósít meg? 3. Soroljon fel példákat a válogatómű technológiai berendezéseire! 4. Mi a különbség a negatív és a pozitív szortírozás között? 5. Milyen szitálási módszereket és berendezéseket ismer? 6. Milyen paraméterek befolyásolják a szitálást? 7. Milyen fajta szitákat ismer? 8. Milyen, a hulladék osztályozására alkalmas áramkészülékeket ismer? 9. Milyen dúsítási eljárásokat ismer? 10. Milyen anyagtulajdonságon alapul az ülepítés? 11. Milyen tulajdonságok és nekik megfelelő szenzorok alapján lehet automatikus válogatást kialakítani? 12. Milyen szétválasztási jellemzőket használhatunk ki az elektromos tulajdonságon alapuló válogatásnál? 13. Mi az örvényáramú szeparálás alapelve, milyen anyagokat képes szétválasztani? 14. Mi a koronaelektródás dobszeparálás elve, milyen anyagokat képes szétválasztani? 15. Mi az MBS lényege (mechanikai-biológiai stabilizálás) lényege, milyen céllal alkalmazzák? 16. Soroljon fel mechanikai (fizikai) komponens- vagy fázisszétválasztási eljárásokat! 17. Milyen kémiai eljárásokat ismer? 18. Soroljon felé példákat vegyszeres csapadékképző eljárásokra! 19. Soroljon fel példákat vegyszeres oxidációs eljárásokra! 20. Soroljon fel példákat beágyazási eljárásokra! 21. Mik a cement alapú beágyazás előnyei és hátrányai? 22. Mik a mész, pernyealapú beágyazás előnyei ás hátrányai? 23. Mik a kapszulázás előnyei és hátrányai? 24. Mik a hőre lágyuló anyagokkal történő beágyazás előnyei és hátrányai? 25. Mik a gipszképzéssel történő beágyazás előnyei és hátrányai? 26. Mik az üvegbe történő beágyazás előnyei és hátrányai?

11. Fizikai és kémiai hulladékkezelés és ártalmatlanítás

Recommend Documents