PFBC pernye felhasználása talajjavításra 2014/15. tanév I. félév
PFBC jelentése • pressurized fluidized bed combustion, nyomás alatti fluidágyas tüzelés • környezetbarát energiatermelés – alacsony hőmérséklet→ kevesebb nitrogén-oxid – CO₂ magas parciális nyomása→ kevesebb CO₂
• elterjedt: USA, Európa egy része – Magyarországon nem
Forrás: http://www.ihi.co.jp/denryoku/pfbc.htm
Probléma? HULLADÉKKEZELÉS
Forrás: http://www.thinkglobalgreen.org/coalash.html
PFBC pernye alkalmazása talajjavításra • savanyú és magas savképző potenciállal rendelkező talajok pH-jának és így elektromos vezetőképességének javítása • Al és Fe immobilizálása • szikes talajok szerkezetének és vízháztartásának javítása • tápanyagforrás Kép: http://jenike.com/case-study/silo-failures-why-do-they-happen/
PFBC pernye tulajdonságai • kiindulás: kőszén • számunkra hasznos: – nagy mennyiségű CaSO₄ (anhidrit) – nagy mennyiségű CaCO₃ (mészkő, kalcit), CaMg(CO₃)₂ (dolomit) – nincs CaO (égetett mész) - atmoszférikus fluidágyas tüzelés esetén keletkezik • CaCO₃ (sz) ↔ CaO (sz) + CO₂ (g)
– táp-, mikroelemek: P, K, Zn, Mn, Fe, Cu
PFBC pernye hátrányai • nehézfémeket is tartalmaz, de határérték alatt
Forrás: Alan E. Bland , Terry H. Brown and John M. Wheeldon: Pressurized fluidized bed combustion ash, Fuel Vol. 76, No.8, pp. 741-748, 1997
PFBC pernye hátrányai • magas pH: 10,3-10,4 • magas elektromos vezetőképesség: 7,9 mS/cm • DE a pernye a talajba boronálva hígul, illetve reagál a talaj anyagaival, így ezek a problémák enyhülnek
Savanyú talajok problémája – laboratóriumi vizsgálatok (humidity cells) • bányászati tevékenység során szennyezett talajok problémája: – savas pH: 3 körüli érték – savképző potenciál: • FeS₂ (pirit) + O₂ + H₂O → Fe₂(SO₄)₃ + H₂SO₄
– magas elektromos vezetőképesség (EC)
Humidity cells • időjárási viszonyok (elsősorban eső) hatását szimulálja – 8 db 7 napos ciklus
• pH és EC mérése • 3 csoport: – mésztrágya(csak CaCO₃) – PFBC – nincs kezelés Forrás: http://www.sgs.com/~/media/Global/Documents/Flyers%20and %20Leaflets/SGS-MIN-WA361-Humidity-Cell-Testing-EN-11.pdf
3-3 különböző mennyiség alkalmazása mésztrágya (g/kg talaj)
pernye (g/kg talaj)
a módszer, amivel meghatározták, hogy mekkora mennyiséget kell hozzáadni
1.
30,4
89,1
pH mérés, teljes kéntartalom mérése
2.
26,2
77,4
pH mérés, pirites kéntartalom mérése
3.
17,6
51,6
pH mérés, pirites kéntartalom mérése
• savképző potenciál oka: szulfidok (S²¯, pirit) oxidációja során kénsav képződik – teljes kéntartalom mérése→ magasabb érték – pirites kéntartalom mérése →alacsonyabb
Forrás: http://www.vilagbiztonsag.hu/keptar/dis playimage.php?album=920&pid=1871
PH változása • karbonát tartalom semlegesíti a savas pH-t
Mésztrágya végső érték: 7,8
Pernye végső érték: 7 körül
konklúzió: - a PFBC pernye csak 6-7 körüli értékre állítja be a talaj pH-ját - a PFBC pernye esetén az 1.héten átmenetileg csökken a pH
Elektromos vezetőképesség (EC) – magas elektromos vezetőképesség (sótartalom, oxidációs termékek, talajszemcsék mérete) • mS/cm • ha túl kicsi: kevés a növény számára elérhető formában levő tápanyag • ha túl nagy: vízfelvétel nem megy végbe (ozmózis), mikroorganizmusok aktivitása csökken
Forrás: http://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/nrcs142p2_053280.pdf Megtekintés dátuma: 2014.11.15.
Elektromos vezetőképesség (EC)
Forrás: http://www.nrcs.usda.gov/Internet/FSE_DOCUMENTS/nrcs142p2_053280.pdf Megtekintés dátuma: 2014.11.15.
EC változása
Mésztrágya végső érték: 3 mS/cm
Pernye végső érték: 3,5 mS/cm
konklúzió: - a PFBC pernye magasabb EC értéket tudott csak elérni
Savanyú talajok problémája – üvegházas demonstráció • réti ecsetpázsit (Alopecuras pratensis) • mérték, vizsgálták: – csírázás – gyökérnövekedés – száraztömeg
• 4 csoport: – mésztrágya(csak CaCO₃) – PFBC (Karhula és Tidd) – nincs kezelés (kétféle mennyiségben)
Üvegház: száraztömeg Konklúzió: A pernye nagyobb mennyiségben ~25%-kal, kisebb mennyiségben ~30%-kal nagyobb száraztömeget eredményezett. Ok: A pernye tápelemeket is tartalmaz. mésztrágya (g/kg talaj)
pernye (g/kg talaj)
a módszer, amivel meghatározták, hogy mekkora mennyiséget kell hozzáadni
1.
30,4
89,1
pH mérés, teljes kéntartalom mérése
2.
26,4
48,5
pH mérés, pirites kéntartalom mérése
Szikes talaj javítása
• magas Na⁺ ion tartalom miatt a talajszemcsék diszpergálódnak→ tömörödnek→ rossz vízáteresztő képesség –hidraulikus vezetést mérik (cm/s) • CaSO₄ hatása: –ioncsere: Ca²⁺ ionok kiszorítják a Na⁺ ionoka kohéziós erő nő • adagolás: négyféle tömegszázalék (0, 10, 25, 50
http://fotomania.bloglog.hu/files/2009/05/szik
Flexibilis falú permeabiméter
Forrás: http://www.sadat.com/Images/G eotechnical%20Photos/Flexible_ Wall_Permeameter.jpg
Flexibilis falú permeabiméter
Szikes talajok: eredmény
Konklúzió: A pernye növeli a talaj vízáteresztő képességét.
Újdonság • az Egyesült Államok energiatermelésének a felét széntüzelésű erőművek biztosítják→ hulladékkezelés szükséges • talajjavítás szempontjából nem hordoz magában újdonságot
SWOT- erősségek - ipari hulladék újrahasznosítása - vegyi anyagok használata nem szükséges - nincs veszélyes melléktermék (környezeti kockázat kicsi) - viszonylag rövid idő (2-3 hét) alatt nagymértékű javulás - az érintett földterület a kezelés ideje alatt is használható
- egyszerű kivitelezés - nem szükséges nagy beruházás (mezőgazdasági gépet lehet bérelni, a fizikai-kémiai méréseket analitikai laboroknak ki lehet adni)
SWOT - gyengeségek • viszonylag kevés országban terjedt el a PFBC (Magyarországon nem) – DOE (Department of Energy) panasza: más, erre a célra már korábban is használt anyagok nagyobb előnnyel indulnak
• a pernye veszélyes hulladék→ engedélyek • a pernye összetétele nem állandó→ analitikai vizsgálatok szükségesek→ növeli a költségeket • utómonitoring szükséges→ növeli a költségeket • CaSO₄ és MgSO₄ bemosódhat mélyebb rétegekbe→ pH értéke nő • mésztrágyához képest lassabb és kevésbé hatékony
SWOT - lehetőségek • PFBC technológia terjed • az ipari hulladék egyre nagyobb probléma→ egyre nagyobb figyelem fordítódik a hulladék alternatív felhasználására • adalékanyagként összetettebb remediációs technológiák keretein belül is alkalmazható
SWOT - veszélyek • pernye pH-ja és az elektromos vezetése viszonylag magas értéket mutat (pH 10,3-10,4; illetve 7,9 mS/cm) – DE használata közben hígul és reakcióba lép
• a pernye hozzáadása után az első héten a pH átmenetileg csökken • nehézfémeket tartalmaz kimutatható mennyiségben – DE határérték alatt
Költségek • pernye – hulladék→ ha kell is érte fizetni, keveset
• szállítási költségek • mezőgazdasági gépek és munkások bérlése – a pernye bedolgozása a talajba
• analitikai mérések – szakembert igényel – pH, EC, hidraulikus vezetőképesség (monitoring, utómonitoring)
• eredmények kiértékelése – szakember → közepesen drága technológia
• • •
•
•
•
•
• •
Felhasznált szakirodalom Alan E. Bland , Terry H. Brown and John M. Wheeldon: Pressurized fluidized bed combustion ash, Fuel Vol. 76, No.8, pp. 741-748, 1997. Stehouwer, R.C., Sutton, P., in Proceedings, Abandoned Mine Lands Conference, Chicago, IL. 1992. Stehouwer, R.C., Sutton, P. and Dick, W. A., in Proceedings, Eleventh International Symposium on Use and Management of Coal Combustion By-Products (CCBs), Orlando, FL. American Coal Ash Association, 1995, pp.1-1 - 1-14. http://www.netl.doe.gov/File%20Library/Research/Coal/major%20demonstrations/cctdp/Ro und1/TIDD/netl1159-r1.pdf (Tidd PFBC Demonstration Project, A DOE Assessment, 2001, megtekintés dátuma: 2014.11.09.) http://netl.doe.gov/File%20Library/Research/Coal/ewr/solid%20waste/CBRC-Fact-SheetNov-2007.pdf (Combustion Byproducts Recycling Consortium összefoglalója, megtekintés dátuma: 2014.11.09.) http://netl.doe.gov/research/coal/crosscutting/environmental-control/solidwaste/utilization-research/wri#PFBC (megtekintés dátuma: 2014.11.09.) http://www.zivatar.hu/tmp/hungeo/praviczky_tamas/praviczki.pdf, A rudabányai meddőhányók geokémiai vizsgálatai különös tekintettel a neutrális pH-n lejátszódó szulfid oxidációra, Praviczki Tamás, Miskolci Egyetem, Műszaki Földtudományi Kar, Földtan-Teleptani Intézeti Tanszék, megtekintés dátuma: 2014.11.10. http://hulladekonline.hu/files/77 , megtekintés dátuma: 2014.11.10. http://www.esc.nsw.gov.au/development-and-planning/considerations/environmentalconsiderations/acid-sulfate-soils/assmanual_laboratorymethods.pdf, Acid Sulfate Soils Laboratory Methods, New South Wales Acid Sulfate Soils Management Advisory Committee August 1998. Megtekintés dátuma: 2014.11.10.
