KÖRNYEZETRE ÁRTALMAS HULLADÉKOK ÉS MELLÉKTERMÉKEK
7.5
A papírgyártásban keletkező szennyvíziszap felhasználása a téglagyártásban. Az iszap kémiai és mikrobiológiai tulajdonságai Tárgyszavak: baktérium; hulladékfelhasználhatóság; hulladékhasznosítás; mikrobiológia; papíripar; szennyvíziszap.
Szennyvizek és iszapok a papírgyártásban A papírgyártásban a szennyvizek mechanikai, kémiai és biológiai kezelésének következtében nagy mennyiségben keletkezik szennyvíziszap. Az iszap mennyisége és kémiai összetétele függ a gyártott papír minőségétől, a fajlagos vízfogyasztástól és az alkalmazott szennyvízkezelési eljárástól. A keletkező szilárd hulladék mennyisége általában a gyártott papírmennyiség 3–9%-a. A papírgyári szennyvíziszap fő alkotórészei a fa- és cellulózrostok, szintetikus szerves anyagok, töltőanyagok és színezékek (kaolin, talkum, CaCO3). A nyomtató- és a kartonpapírgyártás szennyvizének szervetlenanyag-tartalma igen nagy, a csomagolópapír-gyártás szennyvizében pedig a szerves anyagok vannak túlsúlyban. Az iszap nedvességtartalma 30–40%, ezért a további feldolgozás előtt szükséges vízmentesítése. Az elmúlt években nagy mennyiségű iszap került lerakóhelyekre, ezért az iszap energetikai célú hasznosítása vagy átalakítása újrafelhasználható anyagokká gazdasági és ökonómiai szempontból egyaránt fontos kérdés. A nagy rosttartalmú iszapok feldolgozhatók papírmalmokban, vagy energiatermelés céljából elégethetők. A nagy szervesanyag-tartalmú iszapok mezőgazdasági célra, a nagy szervetlenanyag-tartalmú iszapok építőipari alapanyagok és cement gyártására használhatók. További hasznosítási lehetőségek a komposztálás, a talajborítás, szigetelő- és tűzálló anyagok és műtrágya gyártása. A végső felhasználás függ az
iszap fiziko-kémiai és mikrobiológiai tulajdonságaitól (szilárdanyagtartalom, égetési maradék, a száltartalom hosszának eloszlása, vízfelvétel, viszkozitás, kémiai összetétel, mikrobiológiai szennyezettség, az alkotórészek kilúgozódása a környezetbe). A papírgyárak saját technológiai eljárásaik szerint kezelik a szilárd hulladékokat: általában másodnyersanyagként, nem pedig hulladékként. A papírgyári szennyvíziszap felhasználhatósága az építőiparban és a cementgyártásban függ az iszap szervetlenvegyület-tartalmától és ezen vegyületek típusától. Az iszap szilikát- és CaCO3-tartalma hasonló a cementgyártás nyersanyagáéhoz, ezért felhasználható ezen nyersanyagok helyett. Az átalakítás során a szilárd hulladék szervesanyagtartalmát elégetik, az ásványi anyag pedig beépül a termékbe. A téglagyártás során felhasználásra kerülő papírgyári szennyvíziszap mennyisége a teljes nyersanyagmennyiség 10–17%-a. Az iszap rosttartalma javítja tégla flexibilitását, így az kevésbé lesz törékeny. A téglagyártás általában évszakhoz kötött tevékenység (az év meleg hónapjaira korlátozódik), a papírgyárban viszont egész évben keletkezik szennyvíziszap, ezért azt felhasználásáig tárolni kell. Fontos, hogy a tárolás során a felhalmozott iszap mikrobiológiailag stabil maradjon, azaz ne bomoljon le olyan mértékben, hogy már nem alkalmas felhasználásra nyersanyagként a téglagyártásban. Az alábbiakban ismertetésre kerülő kutatások célja annak megállapítása volt, hogy – a selyempapír gyártása során keletkező szennyvíziszap télen, illetve nyáron mikrobiológiailag lebomlik-e nyitott, de fedett helyen történő tárolás során; illetve hogy – az iszap minősége az esetleges kémiai változások ellenére megfelelő marad-e a téglagyártásban történő felhasználáshoz?
Anyagok és módszerek A selyempapírt (tissue) gyártó üzemben frissen keletkezett szennyvíziszapot egy kisebb városi hulladéklerakó helyre szállították, ahol 2 méteres halomban tárolták, tetővel és három fallal védve. A téli vizsgálatokat január vége és március közepe között, 8 héten át, a nyári vizsgálatokat július-augusztusban 5 héten át hajtották végre, majd ezt követte egy további vizsgálat novemberben. A vizsgálatok teljes időtartama 18 hét volt. A vizsgált iszapok eltérőek voltak, mert különböző évszakokban keletkeztek. Összetételüket befolyásolta a papírgyártás aktuális programja is.
A lerakóhelyen történő nyolchetes tárolási idő megfelelt annak a maximális időszaknak, amikor télen a téglagyártást leállítják. Nyáron az iszap tárolása csak az időszakos leállások során szükséges. Mintavétel A kémiai és mikrobiológiai vizsgálatokhoz mintákat az alábbi ütemezéssel vettek: a lerakóhelyen a halom kialakításakor, majd hétnaponta a vizsgálatok végéig. A mintavétel véletlenszerűen és párhuzamosan történt a halom felületén és 50 cm mélységben. Rendszeresen mérték a környezet hőmérsékletét, valamint a hőmérsékleteket a halomban 5 és 50 cm mélységben. Kémiai vizsgálatok Az iszapmintákat homogenizálták, majd meghatározták száraz-, szerves- és a szervetlenanyag-tartalmukat. Vizes extraktumokat készítettek a vízzel kilúgozható szervetlen ionok, valamint az illékony szerves savak meghatározása érdekében, ami a mikrobiológiai lebomlást jellemzi. Ionmentesített vízben szuszpendált 5% szárazanyag-tartalmú szuszpenziót 1,5 órán át kevertek, majd papírszűrőn leszűrtek és mérték az extraktum pH-ját, redoxpotenciálját, szulfát-, szulfit-, tioszulfát-, szulfid-, klorid-, oxalát-, nitrát-, foszfát-, karbonát-, valamint hangyasav-, ecetsav-, propionsav-, butirsav-, tejsav- és glikolsavtartalmát. A szervetlen ionok és a kis molekulasúlyú szerves savak koncentrációját ion-kromatográffal mérték, az ionkoncentrációt sztenderd oldatokból készített kalibrációs oldatokkal határozták meg. Mikrobiológiai vizsgálatok 1 g levegőn szárított iszapot 200 cm3 Ringer-oldattal összekevertek, majd 1 mililiternyi mennyiséget különböző mikroorganizmus kultúra közegekkel beoltották (standard agar az aerob mezofil és termofil baktériumok, Saboraud dextróz agar az élesztők és a penészek, valamint szulfit vas agar a szulfátfogyasztó és az anaerob baktériumok izolálására). A mikroorganizmusokat az előírt inkubációs idő után azonosították, és meghatározták a számukat.
Eredmények és értékelésük A környezet hőmérséklete a téli vizsgálatok során 0 °C-nál alacsonyabb volt, az utolsó három hetet kivéve, de akkor sem haladta meg a 4 °C-ot. A halom külső hőmérséklete a vizsgálat során 2 °C-ról 17 °C-ra,
belső hőmérséklete 18 °C-ról 29–30 °C-ra nőtt, a magasabb hőmérsékletek oka a halom belsejében levő szerves vegyületek mikrobiológiai lebomlása volt. A nyári vizsgálati időszakban a környezet hőmérséklete 30 °C felett, novemberben pedig 8 °C volt. A halom felületi hőmérséklete 24–49 °C volt, a belső hőmérséklet elérte az 59 °C-ot, majd novemberre 19 °C-ra csökkent. A halom belsejében uralkodó magasabb hőmérséklet oka a megnövekedett mikrobiológiai aktivitás volt. A szárazanyag-tartalom télen 60% volt a halom felszínén és 55% a belsejében. A száraz anyag a vizsgálatok kezdetén 68% szervetlen (kaolin, karbonát) és 32% szerves anyagot tartalmazott, ezen értékek a vizsgálatok végére 73, illetve 27%-ra módosultak. A szerves frakciók egyes mérésének eredményei az 1. ábrában láthatók. A nyári vizsgálatok során a szárazanyag-tartalom a halom felszínén és a belsejében egyaránt növekedett (57-ről 75, illetve 56-ról 78%-ra), a magas környezeti hőmérsékletnek és a párolgásnak köszönhetően. A téli vizsgálatokkal összehasonlítva a relatív szervetlenanyag-frakció jobban nőtt, míg a szerves frakció csökkent, jelezve a nagyobb mikrobiológiai aktivitást.
szerves anyagok, %
35 30 25 20 15 10
külső belső
5 0 kezdeti érték
1
2
3
4
5
6
7
8
idő, hét
1. ábra Az iszap szerves anyagú frakciói a téli vizsgálatban A vizes extraktumok pH- (7,1–8,0) és redoxpotenciál- (télen: 80–165 mV, nyáron 43–125 mV) értékei a rendszerek stabil voltát jelezték. Ezen értékek a halom felszínén és a belsejében azonosak voltak. A szerves frakciók egyes mérésének eredményei a 2. ábrában láthatók. A téli vizsgálat során az első mintát a halom kialakításakor vették. A nyári vizsgálat kezdetekor két „első” mintát vettek: egyet a halom felszí-
néről, a másikat a belsejéből, mindkettőt a halom kialakításától számított 4 órán belül.
szerves anyagok, %
40 35 30 25 20 15 10
külső
5
belső
0 kezdeti érték
1
2
3
4
18
idő, hét
2. ábra Az iszap szerves anyagú frakciói a nyári vizsgálatban A szerves anionok koncentrációja kicsi volt. Legnagyobb volt a karbonát-, szulfát- és kloridion-koncentráció, míg a nitrát-, foszfát- és oxalátkoncentráció értéke maximum 0,05 mg/g volt. Szulfitot, tioszulfátot és szulfidot nem detektáltak, tehát a toxikus H2S képződéséhez vezető anaerob bomlás nem megy végbe. A téli vizsgálatok során a klorid-koncentrációk a kezdeti 1 mg/g értékről 0,2 mg/g értékre csökkentek, míg nyáron ugyanezen értékek kisebbek voltak és az idő előrehaladtával nőttek (0,11-ről 0,35 mg/g-ra). A téli időszakban a kloridkoncentráció változásának az oka a friss téli iszap nagyobb kémiai reaktivitása volt. A szulfátionok hasonlóan viselkedtek, csak a mért értékek kisebbek voltak (0,04–0,01 mg/g télen, illetve 0,32– 0,55 mg/g nyáron). A karbonátkoncentráció 0,8–3,7 mg/g között változott. Ez a három anion a papírgyártás nyersanyagaiból származik és ppm-nyi mennyiségben oldódik a technológiai folyamatok vízáramaiban. Az illékony szerves anyagok mennyisége télen kisebb volt (maximum 1,4 mg/g). Mennyiségük a vizsgálat első két hetében volt maximális, majd koncentrációjuk lassan stabilizálódott. Elsősorban ecet- és tejsav keletkezett, butirsavat nem detektáltak, ezért kellemetlen szag sem volt észlelhető. Nyáron ugyanezen koncentrációk nagyobbak voltak, mert a meleg időjárás elősegítette a gyors mikrobiológiai növekedést. A maximális értéket egy hét után mérték (7,8 mg/g). Legnagyobb mennyiségben ecet-, tej- és propionsav keletkezett. A kísérletek végén a koncentrációk
0,1 mg/g-re csökkentek. A butirsav koncentrációja 0,2 mg/g-nál kisebb volt, ezért kellemetlen szag nyáron sem volt érezhető. A levegő magas hőmérséklete miatti folyamatos párolgás és lebomlás miatt veszélyes szerves savak nem keletkeztek a várt mennyiségben. Az iszapminták vizes extraktumaiban jelentéktelen kémiai és mikrobiológiai lebomlás ment végbe, a téli és a nyári vizsgálatok során egyaránt. A téli mikrobiológiai vizsgálatok során a természetben megtalálható aerob mezofil baktériumok voltak az uralkodó fajok. Élesztők és penészek (Trichoderma, Penicillinum, Chaetomium fajok) szintén jelen voltak, ami nem volt meglepő, mert ezek a fajok megtalálhatók a papírgyártás technológiai folyamataiban. A szulfátot fogyasztó baktériumok vizsgálatával megerősítették, hogy a szennyvíziszap anaerob lebomlása nem volt jelentős mértékű. A termofil vagy spóraképző baktériumok a halomban a vizsgálatok kezdete után két héttel voltak a legaktívabbak, majd aktivitásuk a tárolás során lassan csökkent, tehát a mikroorganizmusok nem bontották le a szerves anyagokat, ezért kellemetlen szag érződött, és toxikus gázok távoztak az alacsony környezeti hőmérséklet miatt. A rendszer négy hét alatt stabilizálódott. Nyáron is ugyanezeket a mikroorganizmusokat (aerob mezofil baktériumok, élesztők, penészek és termofilek) mutatták ki az iszapban. A legaktívabb organizmus a Penicillinum penészcsalád volt. Négy hét tárolási idő után a jelen levő penészfajok nem képeztek spórákat a halomban, bár a mikroszkóppal végzett vizsgálatok jelentős micéliumfejlődést mutattak. Ként felhasználó baktériumokat nem detektáltak a rendszerben, ezért kellemetlen szagok és toxikus gázok sem keletkeztek. 18 hét után a mikrobiológiai aktivitás jelentősen csökkent, az izolált mikroorganizmusok azonosak voltak a természetben található organizmusokkal. Mindent összevetve tehát elmondható, hogy a papírgyártás során keletkező szennyvíziszap nem bomlott le jelentős mértékben mikrobiológiai úton a téli tárolás során, a lebomlás jelentősebb volt nyáron. A vizsgálatok eredményei egyértelműen igazolták, hogy a papírgyártásban keletkező szennyvíziszap agyaggal összekeverve még hosszabb ideig tartó tárolás után is felhasználható a téglagyártás nyersanyagaként. Összeállította: Regősné Knoska Judit Cernec, F.; Zule, J.: Chemical and microbiological stability of waste sludge from paper industry intended for brick production. = Waste Management, 23. k. 2. sz. 2005. ápr. p. 106–112. Zero discharge, cost effective MDF effluent treatment plant. = Filtration and Separation, 39. k. 10. sz. 2002. p. 30–31.
