A beadásra kerülő feladat tartalmazzon mindent, ami ebben a mintában benne van.
EÖTVÖS JÓZSEF FŐISKOLA Vízellátási és Környezetmérnöki Intézet Salamon Endre
2009-2010. 1. félév
XJFQJA
Építőmérnöki szak, Nappali tagozat II. évfolyam 77. tankör
Hulladéklerakó és Komposztáló telep méretezése Környezetmérnöki ismeretek gyakorlat
2009.XI.20.
2. Évközi Feladat
Aláírás
I. Alapadatok Depónia földműveinek méretezéséhez: Lakos szám: L = 131 468 fő Lerakó tervezési ideje: tt = 20 év t m3 A lerakó töltésének egyik olalának hossza (lásd a vázlaton): 100 m Töltés korona szélessége: 3 m
Hulladék térfogattömege lerakás ás tömörödés után: M = 0,7
Komposztálás technológiai számításához: Külön gyűjtött szerves hulladék aránya (az összes hulladékon felül): +30% Szerves hulladék összetétele: - Szárazanyag tartalom: Ssz,száa = 35 % - Szerves anyag tartalom: Ssz,szea = 75% - Biológiailag bontható szerves anyag tartalom: BDsz = 60% g száa Fajlagos szennyvíziszap produkció: Mi = 17,212 LE ⋅ d Szennyvíziszap összetétele: - Szárazanyag tartalma: Si,száa = 22 % - Szerves anyag tartalma: Si,szea = 65% - Biológiailag bontható szerves anyag tartalom: BDi = 50% Komposztálási technológia követelményei: - Hidraulikus tartózkodási idő az intenzív és az utóérlelési szakaszban: legalább 20 nap - Szárazanyag tartózkodási idő a teljes technológián: legalább 60 nap - A végtermék szárazanyag tartalma 60% Komposzt anyagának térfogattömege a következő összefüggéssel számítandó: 0,3 kg mc = , ahol S az anyag szárazanyag tartalma (százalék tizedes tört alakban S dm3 behelyettesítve). kJ A szerves anyag lebontása során keletkező hő: ∆UBD = 22000 kg kJ A víz párolgáshője: cv = 3300 kg Beoltáshoz recirkuláltatott komposzt mennyisége a keverék térfogatáramának 5%-a. Egy komposztprizma helyigénye 0,56 m3/m2. Hossza maximum 30 m, talpszélessége maximum 7 m. A helyszínrajzon elhelyezendő létesítmények: - Birtokhatár védelem: kerítés és védő erdősáv. - Porta - Hídmérleg - Abroncsmosó - Szociális épület (helyzete megadott: Észak) - Tűzivíz tározó medence - Gépkocsiszín, műhely - Csurgalékvíz tározó medence - Csurgalékvíz gyűjtő és elvezető árok- és/vagy csatornarendszer - Talajvíz figyelő kutak - Gázfáklya - Depónia gáz kinyerésére szolgáló gázkutak (tervezett helye)
- Úthálózat, burkolatok, parkoló - Hulladék lerakó tér: - Bevágás és töltés rézsűi a megadott 1:2 hajlásúak - Másik oldalhossza, a bevágás és a feltöltés mélysége a számított méretű (szabadon felvehető a követelmények betartásával) - Üresen és teljesen feltöltött állapotban szemléltetve. - Nyílt komposztálótér: - Betonburkolat, a prizmák közt legalább 3 m szabad hely maradjon a közlekedéshez - Komposztprizmák, a technológiai számításban felvett méretekkel és darabszámmal - Kapcsolódó légfúvó vagy -beszívó gépészet, biofilter - Fontosabb terepszintek (ld. a mintán) Komposztálás technológiai folyamatábrája II. Hulladéklerakó tér méretezése II.1. Lerakásra kerülő hulladék mennyisége Lerakásra kerülő kommunális hulladék mennyiségek számítása (tapasztalati összefüggésből): t t t t mH = 0,00086 ⋅ L1,13 = 0,00086 ⋅ 1314681,13 = 523,32 = 74,76 = 27287,26 = 545745 hét d év 20 év Az elhelyezéshez szükséges hasznos térfogat: m 545745 t = 527057 m3 VH = H = M 1,035 t m3 A lerakót úgy alakítjuk ki, hogy a bevágásból kitermelt föld fedezze a töltés építésnek anyagszükségletét. Másrészt a gazdaságos helykihasználáshoz betartandó, hogy 10 m < h1 + h2 + h3 < 23 m. Ahol: h1 = a bevágás mélysége a terepszint alatt h2 = a töltés magassága a terepszint felett h3 = a hulladék magassága a töltés korona felett. II.2. Lerakó méreteinek meghatározása Lerakó egyik oldala: a = 100 m A lerakott hulladék vastagsága (h): 10 m < h < 23 m Feltételezve, hogy kb. egy téglatest a lerakó térfogata: VH = a ∙ b ∙ h t2 = 527 057 m3 a = 100 m h = 15 m-re felvesszük, így biztos benne lesz a megadott tartományban a képletből „b” számítható: b=
VH = 351 m ~ 350 m a ⋅h
Tehát a lerakó másik oldalát vegyük fel 350 m-re. II.3. Töltés térfogatának számítása Koronaszélesség: k = 3,0 m (feladatkiírásban adott) Töltésmagasság: h = 4,0 m (felvehető) Rézsűhajlás: ρ = 2 (feladatkiírásban adott)
Talpszélesség: t = k + 2 ∙ ρ ∙ h = 19 m Töltéskeresztmetszet: A = k ∙ h + ρ ∙ h2 = 44 m2 Lerakó oldalainak hossza: a = 100 m (feladatkiírásban adott) b = 350 m (előző számítás alapján) Töltés hossza: K = 2 ∙ a + 2 ∙ b + 4 ∙ t = 976 m Töltés térfogata: Vtöltés = A ∙ K = 42944 m3 II.4. A töltésépítéshez használt bevágás mélysége V1 = Vtöltés V1 =
h1 ⋅ (T + T ⋅ t + t ) , ahol 3
h1: bevágás mélysége (m) (ismeretlen) T: csonka gúla nagyobbik alaplapja T = a ∙ b = 35 000 m2 t = csonka gúla kisebbik alaplapja t = (a – 2 ∙ ρ ∙ h1) ∙ (b – 2 ∙ ρ ∙ h1) = (100 – 4 ∙ h1) ∙ (350 – 4 ∙ h1) = 35 000 – 400 ∙ h1 – 1 400 ∙ h1 + 16 ∙ h12 = 35 000 – 1 800 ∙ h1 + 16 ∙ h12 Vegyük fel: h1 = 1 m, akkor t = 33 216 m2 és V1 = 34 104 m3 Mivel V1 < Vtöltés, így vegyük fel a h1-et 1-2 tizeddel nagyobbra és határozzuk meg a V1 értékét. Ha V1 ≥ Vtöltés-sel, akkor azt a V1-hez tartozó h1 értéket elfogadhatjuk bevágás mélységének. (Elegendő 0,1 pontossággal meghatározni h1 értékét.) h1 = 1,2 m → V1 = 40 711 m3 h1 = 1,3 m → V1 = 43 988 m3 h1 = 1,27 m → V1 = 43 007 m3 II.5. Hulladéktérfogat a támasztótöltés koronájáig h2 = h = 4 m V2 =
h2 ⋅ (T + T ⋅ t + t ) , ahol 3
T: csonka gúla nagyobbik alaplapja T = (a + 2 ∙ ρ ∙ h2) ∙ (b + 2 ∙ ρ ∙ h2) = (100 + 16) ∙ (350 + 16) = 42 456 m2 t = csonka gúla kisebbik alaplapja t = a ∙ b = 35 000 m2 V2 = 154 672 m3 II.6. Hulladéktérfogat a támasztótöltés felett V3 = VH – V1 – V2 = 527 057 m3 – 43 007 m3 – 154 672 m3 = 329 378 m3 V3 =
h3 ⋅ (T + T ⋅ t + t ) , ahol 3
h3: töltés felett a hulladék magassága (m) (ismeretlen) T: csonka gúla nagyobbik alaplapja T = (a + 2 ∙ ρ ∙ h2) ∙ (b + 2 ∙ ρ ∙ h2) = (100 + 16) ∙ (350 + 16) = 42 456 m2 t = csonka gúla kisebbik alaplapja
t = (a + 2 ∙ ρ ∙ h2 – 2 ∙ ρ ∙ h3) ∙ (b + 2 ∙ ρ ∙ h2 – 2 ∙ ρ ∙ h3) = (116 – 4 ∙ h3) ∙ (366 – 4 ∙ h3) = 42 456 – 464 ∙ h3 – 1 464 ∙ h3 + 16 ∙ h32 = 42 456 – 1 928 ∙ h3 + 16 ∙ h32 Vegyük fel: h3 = 8 m, akkor t = 28 056 m2 és V3 = 280 067 m3 Tehát h3 értékét növelni kell! Ha a V3 közel egyenlő a VH – V1 – V2-vel, akkor azt a h3 értéket elfogadhatjuk. h3 = 9,88 m, akkor t = 24 969 m2 és V3 = 329 281 m3 ≈ VH – V1 – V2 = 329 378 m3 II.7. Teljes magasság ellenőrzése Gazdaságos a lerakó helykihasználtsága, ha 10 m < h1 + h2 + h3 < 23 m. h = h1 + h2 + h3 = 1,27 m + 4 m + 9,88 = 15,15 m 10 m < 15,15 m < 23 m, tehát a lerakó földtömeg számítása elfogadható. Abban az esetben, ha a lerakó túl magas vagy túl alacsony lenne, akkor a lerakó méreteit kell megváltoztatni, és a számítást újra elvégezni. III. Komposztálás technológiai méretezése (egyszerűsített) (Érdekességként a részletes számítás megtalálható: Haug R. T. (1986): Composting process design criteria Part I. – Feed coditioning. BioCycle Journal of Waste Recycling, 27 38-43. p. Haug R. T. (1986): Composting process design criteria Part II. – Detention time. BioCycle Journal of Waste Recycling, 28 36-39. p. Haug R. T. (1986) Composting process design criteria Part III. – Aeration. BioCycle Journal of Waste Recycling, 29 53-57. p. Haug R. T. (1986): Composting process design criteria Part IV. – Case study. BioCycle Journal of Waste Recycling, 30 34-39. p. Vagy Környezettechnológia tanszéki anyagok az FTP-n)
III.1. Komposztálandó hulladékok mennyiségének és összetételének számítása, energiamérleg ellenőrzése A szerves hulladék mennyiségének számítása: t t msz = 0,3 ⋅ mH = 0,3 ⋅ 523,32 = 157,00 = 22,43 hét d A szerves hulladék frakcióinak arányai: - Víztartalom: Wsz = 100 − Ssz ,száa = 100 − 35 = 65 % - Hamutartalom: Hsz = 100 − Ssz ,szea = 100 − 75 = 25 % - Biológiailag nem bontható szerves anyag tartalom: BNDsz = 100 − BDsz = 100 − 60 = 40 % A szennyvíziszap mennyiségének számítása: L ⋅ Mi 131468 ⋅ 17,212 ⋅ 10−6 t t mi = = = 10,29 = 72,00 Si ,száa 0,22 d hét Az iszap frakcióinak arányai: - Víztartalom: Wi = 100 − Si ,száa = 100 − 22 = 78 % - Hamutartalom: Hi = 100 − Si ,szea = 100 − 65 = 35 % - Biológiailag nem bontható szerves anyag tartalom: BNDsz = 100 − BDsz = 100 − 50 = 50 % A számítások során mindent 1 egységnyi szárazanyag tartalomra vonatkoztatunk (hogy a technológiai számításokban ne kelljen mindig a keverés és lebontás során külön anyagmérleget számolni), ezért úgy adjuk meg a hulladék összetételét arányaiban, hogy a komposztálásra kerülő szerves hulladékiszap keverék szárazanyag tartalma 1 legyen:
Szárazanyag mennyisége a szerves hulladékban: msz ,száa = msz ⋅ Ssz ,száa = 157 ⋅ 0,35 = 54,95 Szárazanyag mennyisége a szennyvíziszapban: mi , száa = mi ⋅ Ssz , száa = 72 ⋅ 0,22 = 15,84
t hét
t hét
Egységnyi keverék szárazanyagra fajlagosítva (szerves hulladék): msz ,száa 54,95 ssz ,száa = = = 0,776 mi ,száa + msz ,száa 70,79 Egységnyi keverék szárazanyagra fajlagosítva (iszap): mi ,száa 15,84 si ,száa = = = 0,224 mi ,száa + msz ,száa 70,79 Ebből a szerves hulladék arányos összetétele: s 0,776 ⋅ 0,65 = 1,441 Víztartalom: wsz = sz ,száa Wsz = Ssz ,száa 0,35 Szerves anyag tartalom: ssz , szea = ssz ,száa ⋅ Ssz ,szea = 0,776 ⋅ 0,75 = 0,582 Biológiailag bontható szerves anyag tartalom: bdsz = ssz ,szea ⋅ BDsz = 0,582 ⋅ 0,6 = 0,349 Biológiailag nem bontható szerves anyag tartalom: bndsz = Ssz ,szea ⋅ BNDsz = 0,582 ⋅ 0,4 = 0,233 Hamutartalom: hsz = ssz ,száa ⋅ Hsz = 0,776 ⋅ 0,25 = 0,194 Az iszap arányos összetétele: s 0,224 ⋅ 0,78 = 0,794 Víztartalom: wi = i ,száa Wi = Si ,száa 0,22 Szerves anyag tartalom: si , szea = si ,száa ⋅ Si ,szea = 0,224 ⋅ 0,65 = 0,146 Biológiailag bontható szerves anyag tartalom: bdi = si ,szea ⋅ BDi = 0,146 ⋅ 0,5 = 0,073 Biológiailag nem bontható szerves anyag tartalom: bndi = Si ,szea ⋅ BNDi = 0,146 ⋅ 0,5 = 0,073 Hamutartalom: hi = si , száa ⋅ Hi = 0,224 ⋅ 0,35 = 0,078 Keverés után a komposztálandó keverék arányos összetétele: Szerves hulladék 2,217 Víz 1,441 0,776 BD 0,349 BND 0,233 0,194 Hamu 0,194
+
Szennyvíziszap 1,018 Víz 0,794 0,224 BD 0,073 BND 0,073 0,078 Hamu 0,078
=
Keverék 3,235 Víz 2,235 1 BD 0,422 BND 0,306 0,272 Hamu 0,272
A keverék arányos összetétele: wk = w sz + wi = 1,1441 + 0,794 = 2,235
sk = ssz + si = 0,776 + 0,224 = 1 bdk = bdsz + bdi = 0,349 + 0,073 = 0,422 bndk = bndsz + bndi = 0,233 + 0,073 = 0,306 hk = hsz + hi = 0,194 + 0,078 = 0,272 A komposztálás tervezett végterméke Sterv.vt. = 60% szárazanyag tartalmú, a BD frakció a komposztálás során eltűnik belőle:
sterv .vt = sk − bdk = 1 − 0,422 = 0,578 s 0,578 ⋅ 0,4 = 0,385 wterv .vt = terv .vt ⋅ 0,4 = 0,6 0,6 Keverék 3,235 Víz 2,235 1 BD 0,422 BND 0,306 0,272 Hamu 0,272
→
Végtermék 0,963 Víz 0,385 0,578 BD 0 BND 0,306 0,272 Hamu 0,272
Energiamérleg ellenőrzése: Elpárologtatandó víz mennyisége: 2,235 – 0,385 = 1,85 kJ A szükséges hő: ∆Uv = cv ⋅ 1,85 = 3300 ⋅ 1,85 ⋅ 1 kg = 6105 kJ kg A lebontáskor felszabaduló hő: kJ UBD = ∆UBD ⋅ 0,422 = 22000 ⋅ 0,422 ⋅ 1 kg = 9284 kJ > 6105 kJ kg Tehát rendelkezésre áll a 60% szárazanyag tartalom eléréséiig elpárologtatandó vízmennyiség elpárologtatásához szükséges energia. III/3. Térfogattömegek számítása A keverék térfogattömege, és egységnyi szárazanyagra eső térfogatok: sk 1 = = 0,3091 = 30,91% Sk = sk + wk 1 + 2,235
mk = vk =
0,3 0,3 = = 0,971 Sk 0,3091
sk + wk 3,235 dm3 m3 = = 3,332 = 3,332 mk 0,971 kg száa t száa
III/4. Anyagáramok és tartózkodási idők és térfogatok számítása Qk
Qvt
1,05·Qk V2
V1
q = 0,05·Qk Keverék napi tömegárama (szárazanyagban megadva) és térfogatárama: t t száa mk ,száa = mi ,száa + msz ,száa = 15,84 + 54,95 = 70,79 = 10,11 hét d 3 m Qk = mk , száa ⋅ vk = 10,11 ⋅ 3,332 = 33,69 d Hidraulikus tartózkodási idő az első (intenzív) lépcsőben: HRT1 = 20 d A szükséges térfogat:
V1 = HRT1 ⋅1,05 ⋅ Qk = 20 ⋅1,05⋅ 33,69 = 707,88 m3 Szárazanyag tartózkodási ideje az első lépcsőben: V 707,88 m3 SRT1 = 1 = = 21 d m3 Qk 33,69 d Összesen 60 nap szárazanyag tartózkodási idővel a második lépcső térfogat szükséglete: SRT2 = 60 − SRT1 = 60 − 21 = 39 d
V2 = SRT2 ⋅ Qk = 39 ⋅ 33,69 = 1315 m3 Hidraulikus tartózkodási idő a második lépcsőben: V2 1315 HRT2 = = = 37,14 d 1,05 ⋅ Qk 1,05 ⋅ 33,69 III.5. Komposztálás ütemterve: Egy prizma befogad 3 napi hulladékot, így egy prizma térfogata: Vp = Qk ⋅ 3 = 33,69 ⋅ 3 = 101,2 m3 Szükséges prizmák száma az első lépcsőben így: HRT1 20 n1 = = = 7 db 3 3 A második lépcsőben: HRT2 37,15 n1 = = = 13 db 3 3 Egy prizma helyigénye: V 101,2 = 180,6 m2 Ap = p = 0,56 0,56 b =7 m≤7 m
Ap
180,6 = 26 m ≤ 30 m b 7 Így a tervezett prizmák méretei megfelelnek. Ütemterv, az átrakásokra 1 napot hagyva: l=
=
III.6. Levegőigény számítása a szerves anyag lebontásához: (A víz elpárologtatás és a felesleges hő eltávolításához szükséges levegő mennyiséget is vizsgálni kellene, ebből általában a felesleges hő eltávolításához szükséges hő lenne a mértékadó. Itt az egyszerűség kedvéért csak a szerves anyag lebontáshoz szükséges levegőmennyiséget vizsgáljuk.)
A szerves anyag lebontása a következő elvi összetétellel vehető figyelembe: + 12,5 O2 = 10 CO2 + 8 H2O + NH3 C10H19O3N 201 g 400 g Azaz az oxigénigény: kg O2 400 mO2 = = 1,99 201 kg BD Az ammónia általában gázként kiszellőzik, így oxidációjának levegőigényét nem vesszük figyelembe. Az egységnyi szárazanyagra jutó oxigénigény így: kg O2 MO2 = mO2 ⋅ bdk = 1,99 ⋅ 0,422 = 0,840 kg száa Az oxigén tömegaránya a levegőben: 23,2% A levegő sűrűsége: 1,24 kg/m3 A teljes 60 napnyi hulladék száranyag tömeget figyelembe véve a levegőigény: kg O2 1 kg száa 1 1 kg levegö ɺ lev = MO2 ⋅ mk ,száa ⋅ m = 0,840 ⋅ 10,11 ⋅ 1000 ⋅ ⋅ = 1526 0,232 kg száa d 0,232 24 h
Qlev =
ɺ lev 1526 m m3 = = 1230 1,24 1,24 h
III.7. Alkalmas fúvó (vagy tetszés szerint szívó) berendezés kiválasztása: Katalógus forrása: Meg kell adni! Ventillátor jellemzői: típus, … 340 Pa 6500 1/min fordulatszám, stb.
