A szennyvíziszap-égetés gyakorlati megvalósítása

VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK

3.5

A szennyvíziszap-égetés gyakorlati megvalósítása Pulger Veronika–Peszmeg Gergely–Kárpáti Árpád Pannon Egyetem, Környezetmérnöki és Kémiai Technológia Tanszék

Tárgyszavak: szennyvíziszap; égetés; technológia. Nyilvánvaló, hogy a szennyvíziszap lerakókba való elhelyezése valamikor egyszerű, kényelmes megoldás volt, ami azonban hosszú távon tarthatatlan. Nem lehet növelni lényegesen a mezőgazdasági újrahasznosítást sem a talajban, mert a talaj összetétele, szennyezőanyagtartalma, s egyéb adottságai erősen korlátozzák azt. A folyamatosan szigorodó előírások más megoldások keresésére sarkallják az iszap termelőjét vagy feldolgozóját, ami klasszikusan a szennyvíztelep, vagy elkülönítetten működő szennyvíziszap-komposztáló vállalkozás. Intő jel volt erre az óceánok, tengerek szennyvíziszappal való szennyezésének problémája. Ez korábban olyan mértéket öltött, hogy az emberiség már érzékelte az önmagára visszaható pusztító hatást, s kénytelen volt beszüntetni a tengeri ökoszisztémát mértéktelenül károsító megoldást. Ezen tények ismeretében kijelenthető, hogy a felesleges iszap csökkentésére az iszap elégetése lehetséges alternatíva, ami a víztelenített iszap térfogatát hamu formájában, technológiától és iszaptípustól függően 10–50%-ára redukálja. Annál is inkább figyelemre méltó ez a lehetőség, mivel a víztelenített iszap fűtőértéke vetekszik a lignitével, ami azt jelenti, hogy az égetés energiaigényét, az égés fenntartását biztosítja [1]. Vannak országok, ahol a különböző természetföldrajzi, politikai okok miatt a lerakók ma már csak az ilyen égetés hamuját hajlandók befogadni. Ezek közé tartozik Németország, Dánia és Franciaország [2]. Sokszor azonban a hamu elhelyezése sem egyszerű feladat, mivel a szennyvíziszap kiugróan magas nehézfémtartalmának szinte teljes egésze a hamuban marad. Ahhoz, hogy ezt a nagy nehézfémtartalmú hamut építő-

anyagként is lehessen hasznosítani a méregdrága lerakás alternatívájaként, igen összetett és fejlett, kiválóan átgondolt és kontrollált technológiák kidolgozása szükséges.

Iszapképződés és -stabilizálás A szennyvíztisztító üzemekben a befolyó szennyvízből rendszerint ráccsal, illetve homok- és zsírfogókkal eltávolítják a biológiára nem, vagy körülményesen vihető szennyeződéseket. A szennyvizet a biológiai kezelés előtt rendszerint előülepítik. Ekkor a lebegőanyag-tartalom 50– 70%-a, míg a KOI és BOI5 25–40%-a távolítható el a szennyvízből. Az előülepítő iszapja (primer iszap) 3–5% szárazanyag-tartalmú, amelynek 30%-a szerves, 70%-a szervetlen anyag. A biológiát követően keletkező, baktériumsejteket tartalmazó eleveniszap (szekunder iszap) a technológiától függően 0,8–1,5% szárazanyag-tartalmú és nagy a nitrogén- és foszfortartalma [3]. Az ülepített szennyvíziszapot az égetés (további kezelés) előtt a kezelhetőség és szállíthatóság érdekében stabilizálni kell. A stabilizálás megvalósulhat aerob módon kis vagy nagyobb (termofil) hőmérsékleten, vagy anaerob rothasztással mezofil vagy hasonlóan termofil hőmérséklettartományban. Megoldható azonban mész bekeverésével (lúgos fertőtlenítés) is. Az iszap hőtartalmát, tulajdonságait a stabilizálás módja erősen befolyásolja. Rothasztás során a CH4- és CO2-képződés miatt az iszap fajlagos fűtőértéke 17,5 MJ/kg iszap szárazanyag értékről 10,5 MJ/kg iszap szárazanyag értékre csökken [4], ami azt sugallja, hogy égetés előtt nem szerencsés a rothasztás. Másrészről viszont a rothasztás során a szennyvíziszap térfogata mintegy 50%-kal csökken, a víztartalom is jóval kevesebb lesz, ráadásul a rothasztott iszap jobban szállítható, s az anaerob rothasztás során fejlődő biogáz (metán) is elégethető, hasznosítható. Mész hozzákeverése (pH < 12) esetén az iszap térfogata és a szárazanyag tömege jelentősen növekszik, így értelemszerűen a fajlagos fűtőértéke csökken. Általánosságban a mészbekeverés növeli az ártalmatlanítás költségeit, legyen szó égetésről vagy lerakásról, mint ártalmatlanítási módról. A termikus kondicionálás, mint stabilizálási eljárás célja az iszap sejtfalanyagának feltárásával a sejtben kötött víz eltávolítása, ugyanakkor a magas hőmérséklettel a patogén baktériumok elpusztítása. Műszaki megoldására számos módszert dolgoztak ki, amelyek közül a Porteus-

eljárás a leggyakrabban alkalmazott, melynek során 40–220 °C-os hőmérsékletnek és 16–20 bar nyomásnak teszik ki a szennyvíziszapot. Víztelenítése után ilyenkor az iszap szárazanyag-tartalma a kötött víz eltávolítása miatt nagyobb lesz, viszont a vizet vissza kell vezetni a biológiai tisztítóba, ahol feldolgozása, tisztítása többletköltségeket jelent [5]. Az EU-ban a szennyvíztisztítók 50%-ában anaerob rothasztással, 18%-ában aerob stabilizációval, 4%-ában mészbekeveréssel stabilizálják a szennyvíziszapot, 24%-ában nem végeznek stabilizálást.

A szennyvíziszap égethetősége Az ülepítőkből, rothasztókból kikerülő szennyvíziszap rendszerint 95% víz-, és átlagosan csupán 5% szárazanyag-tartalommal rendelkezik. A víz 70–75%-a szabad, 20–25%-a pelyhekben kötött, 1%-a pedig kapilláris-ill. kémiailag kötött víz. A nagy víztartalom elpárologtatása igen nagy hőt igényel, ezért égetés előtt a híg szennyvíziszapot valamilyen víztelenítő eljárásnak kell alávetni. A víz eltávolításának fázisai rendszerint a sűrítés, a mechanikai víztelenítés és a szárítás [6]. A sűrítés során az iszap hirtelen térfogatcsökkenésével kell számolni. Például, a 3% szárazanyag-tartalmú iszap 6%-osra való besűrítése a teljes térfogat 50%-os csökkenésével jár együtt [7]. A következő művelet a mechanikai víztelenítés. Ennek elősegítésére gyakran adagolnak az iszaphoz valamilyen kondicionáló anyagot, amely csökkenti az iszappelyhek stabilitását, és a pehelyben kötött víz felszabadulásához vezet. Mivel csak igen kis mennyiséget kell az iszaphoz adni (8–10 mg/kg iszap sz. a.), nem befolyásolja az iszap térfogatát. A mechanikai víztelenítés rendszerint szalagszűrő-préssel, centrifugál szűrővel vagy vákuumszűrővel valósul meg. Az első két módszerrel 20–30% szárazanyag-tartalmat lehet elérni, utóbbinál 24–42%-ot [8]. Az iszap további szárítása kizárólag termikus eljárásokkal lehetséges. Az iszap égethetősége, felhasználhatósága az egyes égetési folyamatokban a víztartalom függvénye. A víztelenítési technológiát, illetve a víztelenítés mértékét mindig a végcélt ismerve kell meghatározni. Ha például az iszapot pirolízisnek vagy elgázosításnak akarják alávetni, akkor többnyire elengedhetetlen a teljes kiszárítás. Ugyanez a helyzet porított szénnel táplált hőerőműben való együttégetés esetén is, hiszen csak a tökéletesen száraz iszapot lehet finom porrá őrölni. Természetesen a teljes szárítás igen nagy költségekkel jár, ráadásul az illóanyagok a termikus szárítás során a szárító levegőbe kerülhetnek. Ezzel ellentétben önálló égetésnél, hulladékkal való együttégetésnél, illetve építőanyagba

történő beégetés esetén elegendő az iszapot mechanikai eljárásokkal vízteleníteni (20–45% szárazanyag-tartalom), illetve félig kiszárítani (45–60% szárazanyag-tartalom). További előnye a kizárólag mechanikai víztelenítésnek, hogy az iszapban található illóanyagok csak az égetőműben szabadulnak fel, az égetés során az illóanyagok elbomlanak, illetve az égetőmű füstgáztisztító berendezésével távolítják el őket.

Az égetés műszaki megvalósítása Önálló égetés Szennyvíziszap önálló égetésére főként etázskemencéket, fluid ágyas kemencéket, ritkábban salakolvasztó kemencéket használnak. Az etázskemencék rendszerint 8 m átmérőjű, 14 m magas, 14 szintet tartalmazó „oszlopok”, amelyekbe a szennyvíziszapot belülről táplálják be. Az égetés során az iszapot az oszlop központi tengelyéhez rögzített, forgó kaparók juttatják az alsóbb szintekre. A legfelső szinteken, közvetlenül a betáplálás után a szárítási zóna található, itt zajlik az iszapban maradt víztartalom elpárologtatása a felfelé áramló, 800–850 °C hőmérsékletű füstgázokkal. Ez alatt található a pirolitikus zóna, ahol a forró, oxigénben szegény füstgáz a már száraz iszap termikus bomlását idézi elő. A középső szinteken a levegőbetáplálásnál az égetés folyamata zajlik, ebben a zónában a legmagasabb a hőmérséklet. Az égetési zóna alatt a hamuhűtési zóna található. Az etázskemencék előnye a jó belső energiaháztartás, hiszen az égetési zónából származó forró füstgázok közvetlenül érintkeznek az iszappal a szárítási zónában [9]. Ugyanakkor nagy hátrányt jelent a viszonylag nagy fajlagos tüzelőanyagigény [1]. Ezen kívül rendkívül nagy figyelmet kell fordítani az egyes zónák pozíciójának a megfelelő tartására. Ha ugyanis az égetés eltolódik a felsőbb zónákba, amelyeken normál esetben a pirolízis, illetve a szárítás folyamata zajlik, akkor az illékony vegyületeket nem éri elég hosszú ideig bomlásukhoz alkalmas hőmérséklet. Másrészről, ha az alsóbb zónákban ég az iszap, akkor a kemence alján elvett hamu nem elég kis hőmérsékletű a további kezeléshez. A zónák beállítását a forgó kaparók sebességének változtatásával lehet szabályozni [1]. A szárítási zónában kipárolgó illékony vegyületeket recirkuláltatni kell az égetési zónába. Az etázskemencében égethető iszapmennyiséget tehát az égéstechnikai tényezők (nedvességtartalom, légfelesleg, hőmérséklet) figyelembevételével az egyes zónák pontos szinten tartása mellett lehet meghatározni.

Az etázskemencékkel ellentétben a fluid ágyas kemencékben nagyméretű központi égetőtér található, amely átlagosan 7 m-es átmérővel és 11 m-es magassággal jellemezhető. A berlin-ruhlebeni szennyvíztisztító például három ilyen típusú kemencével rendelkezik. A komplexum 5000 m3/nap 2–3,5% szárazanyag-tartalmú iszap elégetését végzi). Az iszapot 24–28% szárazanyag-tartalmúra sűrítik elő a betápláláshoz, ahol négy, egyenként 3,7 t/h teljesítményű dugattyús szivattyú táplálja be azt az égetőtérbe. Segéd-tüzelőanyagként ipari olajat használnak, a 35 tonnás homokágy 750 °C-on, valamint a felsőbb légtér 850 °C-on tartásához [10]. A fluid ágyas kemencék szennyvíziszap-égetésben való használatuknak az elterjedését számos előnyös tulajdonságuknak köszönhetik [11]. A fluid ágy belső turbulens mozgásainak köszönhetően a hőátadás rendkívül intenzív, szinte tökéletes égetés valósítható meg, viszonylag kis hőmérséklet és légfelesleg mellett (25–50%). A nagyobb iszaprögök hosszú tartózkodási ideje elég ahhoz, hogy megfelelően kiégjenek. A kamra felső részének fala, amely gyakorlatilag utóégetőként működik, a legstabilabb szerves vegyületek, és pirolízistermékek termikus bontásában játszik kulcsszerepet. Ezen felül a nagy mennyiségű inert fluidágyanyag (homok), termikus lendítőkerékként akadályozza meg a hirtelen hőmérsékletváltozásokat: a betáplált iszap összetételének vagy víztartalmának jelentős, rövid ideig tartó változásakor hőtárolóként működve kiegyensúlyozza a kamra hőmérsékletét. A fentieken túl további előnyt jelent, hogy a fluid ágy viszonylag kis mennyiségű tüzelőanyagot és szerves szenet tartalmaz, ami lehetővé teszi az égetési folyamat gyors beindítását és leállítását. Az ágy lassú hűlési tényezője (5 °C/óra) lehetővé teszi a szakaszos működést. A fluid ágyas kemencék üzemeltetési költségének nagy részét a hőálló burkolat javítása, cseréje teszi ki, mivel az állandó magas hőmérséklet miatt a burkolat igen nagy igénybevételnek van kitéve [9]. Együttégetés széntüzelésű erőműben Az önálló égetéssel szemben az együttégetésnél nincs szükség új technológia kiépítésére, a kemence, a működtető személyzet adott. A szennyvíziszap az üzem kapacitásának csak kis részét köti le, ezért nem befolyásolja számottevően annak működését. További előnye, hogy a modern erőmű már fel van szerelve olyan füstgáztisztító berendezésekkel, amelyek a szennyvíziszap égetésekor képződő szennyeződéseket is eredményesen semlegesítik [12].

Széntüzelésű erőműben való égetés esetén elengedhetetlen az iszap előszárítása, porszéntüzelésű erőmű esetében a teljes szárítás, a porrá őrölhetőség érdekében. Amennyiben az iszapot nem közvetlenül az égetés helyén szárítják, az odaszállítás igen nagy figyelmet igényel, mert a teljesen száraz anyag hajlamos az öngyulladásra, a porított iszap pedig a levegővel robbanó elegyet képez. Porított szénnel táplált erőműben való együttégetés esetén az iszapot a szénhez hasonlóan kell megőrölni, ez azt jelenti, hogy a részecskék legalább 90%-ának átmérője 75 µm alá kell, hogy essen. Az iszapot rendszerint a beadagolás előtt keverik össze a szénnel. Az égetés igen magas hőmérsékleten zajlik, a hamut rendszerint olvadt állapotban távolítják el. Bitumenes szenet égető erőműben csak olyan szennyvíziszap égethető, amelynek víztartalma legalább 10%, barnaszén-tüzelésű erőmű esetében ez az arány 40–50%. Ennek oka, hogy ezeket a kemencéket viszonylag nagy víztartalmú tüzelőanyag égetésére alakították ki [13]. Együttégetés kommunális szilárd hulladékkal A hulladékkal való együttégetést főként rostélyos kemencében, etázskemencében valamint fluidizációs kemencében lehetséges. A rostélyos kemencében való együttégetés a legelterjedtebb módszer a hulladék és szennyvíziszap együttégetésére. Az égés során felszabaduló magas hőmérsékletű füstgáz és gőz elegendő energiával rendelkezik a beadagolt szennyvíziszap 55–65% szárazanyag tartalomra történő előszárításához. Ennél a töménységnél a szennyvíziszap fűtőértéke jóval nagyobb, ráadásul lehetővé válik az autotermikus égetés. Japánban, a sapporói égetőüzemben például fahulladékot égetnek 800– 900 °C-os hőmérsékleten, a képződő hővel 300 °C-os, 1,9 MPa nyomású túlhevített gőzt termelnek, amivel a betáplálandó iszapot 60% szárazanyag-tartalmúra szárítják [14]. Etázskemencében és fluid ágyas kemencében való égetés esetén, a beadagolás előtt általában szükségszerű a hulladék sajtolása és kisebb részekké való darabolása, majd a nedves iszappal való keverése. Modern együttégető-művekben a folyamat gazdaságosságának növelése érdekében rostélyos kemencét és etázskemencét egyaránt kialakítanak. A rostélyos kemencében a hulladék, az etázskemencében a szennyvíziszap égetése zajlik, a rostélyos kemence füstgázait viszont közvetlenül elvezetik az etázskemence középső, égetési zónájába, így a hulladékból felszabaduló hőt közvetlenül az iszap szárítására, előmelegí-

tésére hasznosítják. Ez a fajta kapcsolat energetikai szempontból igen kedvező, a marktoberdorfi (Németország) égetőüzemben, ahol hasonló kapcsolt kazánrendszer működik, minden 2,5 t elégetett hulladékkal 1,0 t szennyvíziszapot képesek együtt égetni, ártalmatlanítani, ami 0,4-es iszapbekeverési arányt jelent [9].

Alternatív hasznosítási eljárások és kivitelezésük Mint minden hulladékra, így a szennyvíziszapra is igaz, hogy a lehető leggazdaságosabb ártalmatlanítási módja az újrahasznosítás. A deponálással ellentétben nem kell az elhelyezésről gondoskodni, ráadásul az anyagában vagy energiatartalmában hasznosított hulladék, jelen esetben a szennyvíziszap jó helyettesítő anyag lehet egyes eljárások során. Ilyenek az építőanyag-gyártás, ahol tulajdonképpen együttégetésibeégetési eljárás zajlik, valamint az égetés nélküli termikus eljárások, amelyek a legkevesebb ártalmatlanítandó maradékot termelik. Hasznosítás égetett építőipari másodnyersanyagként A szennyvíziszap nagy szervesanyag-tartalma és hasonló fűtőértéke lehetővé teszi, hogy égetett építőipari termékekben (tégla, cement) egyszerre, mint energiaforrás és alternatív nyersanyag, felhasználható legyen. Ráadásul az építőiparban is már régóta fáradoznak azon, hogy az égetett építőanyag előállítása során hogyan lehetne csökkenteni a nagy energiaigényből adódó tüzelőanyag-felhasználást. A tégla gyártása során a nyersagyagba gyakran kevertek szerves vegyületeket nagy arányban tartalmazó anyagokat, mint például fűrészpor, szénpor vagy hulladék olajok. Ezeket helyettesíteni lehet, megfelelően előkezel szennyvíziszappal. Az égetőben, a kritikus hőmérsékletet elérve a szerves anyag meggyullad, elég és abból energia szabadul fel [15]. A Port Elizabeth-i (Dél-Afrikai Köztársaság) téglagyárban 45 t/nap mennyiségű, termikusan stabilizált és centrifugával víztelenített szennyvíziszapot ártalmatlanítanak [16]. Az általános, fal belsejébe szánt tégla alapanyagához 30%-ban, míg a falfelületre szánt téglák (vakolatlan téglák) anyagához 5–8%-ban keverik az iszapot. A keveréket ezután őrlik, homogenizálják, és az extrudált téglamasszát méretre vágják. Ezután kerül be az alagútkemencébe, ahol az első szakaszban még a szárítás zajlik, majd a 150 °C elérése után az iszap szerves anyaga égni kezd. Ennek következtében a tégla hőmérséklete igen hamar 800 °C-ra növekszik. Azon a ponton, ahol az összes szerves anyag kiég az iszapból,

külső tüzelőanyagot adagolnak a rendszerhez, 960 °C-ra növelve a hőmérsékletet. Az agyag–szennyvíziszap keverékből előállított téglák kiváló minőségűek, színre és szerkezetre egyformák, repedezésektől mentesek. Megjelenésükben és szagukban a hagyományos agyagtéglákkal teljesen megegyeznek. A technológia amellett, hogy jelentős mennyiségű szennyvíziszap környezetbarát ártalmatlanítását teszi lehetővé, a hagyományos kiégetési eljárásokkal szemben tüzelőanyag-megtakarítást is jelent. A cementipari eljárások során is fel lehet használni a szennyvíziszapot. A cementgyártás során a nyersanyagot (mészkő, agyag) az előkészítés során úgy őrlik, hogy a részecskék legalább 90%-ának az átmérője 90 µm alá essen. A füstgázzal kiszárított és ciklonban 800–850 °C-ra előmelegített nyersanyagot forgó csőkemencében, 1800–2000 °C-on kiégetik. A cementet ezután friss levegővel ellenáramban 850°C-osra hűtik. A folyamat során két fűtési szakasz különíthető el: főfűtés és szekunder fűtés. Előbbi a forgó dobkemence magas hőmérsékletét hivatott fenntartani, míg utóbbi a levegő előmelegítésében játszik szerepet. A megfelelően előszárított és őrölt iszap mindkét szakaszban égethető, bár, mérési eredmények azt mutatják, hogy a szekunder szakaszban jelentős mennyiségű CO-kibocsátással és tökéletlen égéssel kell számolni. A cementipari felhasználásnál alapvető szabály, hogy az iszapbekeverés miatt a cement minősége nem romolhat, ennek érdekében a bekevert iszap szárazanyagmennyisége nem haladhatja meg az előállított cement mennyiségének 5%-át. A szennyezőanyag-kibocsátás tekintetében a nyersanyagban lévő finom mészkőrészecskék hatékonyan semlegesítik az iszap égése során fejlődő savas gázokat. A felszabaduló nehézfémek adszorbeálódnak a részecskéken és a porleválasztó után visszakerülnek az égetőtérbe. Az iszap vonatkozásában a folyamatnak egyetlen kritikus tényezője van: a ciklon előmelegítő-rendszer igen komoly terhelést kap, ha a szennyvíziszap Cl-tartalma magasabb, mint 0,2–0,5%. Ennek érdekében, ha az iszapot cementgyári hasznosításra szánják, mész bekeverésével ajánlott stabilizálni. Ráadásul a mésszel stabilizált iszap (0,3–0,5 kg CaO/kg iszap szárazanyag) bekeverésével nyers cement összetételében sokkal inkább hasonlít a hagyományos eljárással készült cementhez, mint a más módon stabilizált iszap bekeverésével készített [17]. Általános szabály az ipari termékekbe való beégetésnél, hogy olyan vegyületek, amelyek a termék színét megváltoztatják, ne legyenek az égetendő iszapban. Ilyen például a vas, a belőle keletkező vas-oxid vörösbarna színárnyalatot okoz. Ezen kívül az iszap nem tartalmazhat klórozott vegyületeket, mert a belőlük felszabaduló klór a lehűlő 350–

400 °C-os füstgázban keletkező poliaromás szénhidrogénekkel egyesülve igen mérgező vegyületek (PCDD, PCDF) képződését eredményezheti. Egyéb termikus hasznosítási eljárások A szennyvíziszap nagy hamutartalma miatt viszonylag sok égetési maradék keletkezik abból, amelynek elhelyezési költsége, a hasonlóan jelentős füstgáztisztítási költségekkel együtt az ártalmatlanítási technológia egyik legköltségesebb része. A füstgázok megtisztítása az egyre szigorodó kibocsátási határértékek miatt egyre nagyobb beruházási költséget is igényel. Az égetést kiváltó alternatív eljárások kidolgozásának fő mozgatórugója éppen ezért az iszap nagy mennyiségű füstgáz- és hamuképződés nélküli ártalmatlanításának, illetve hasznosításának lehetősége. A leggazdaságosabb eljárás természetesen a hasznosítás, hiszen amellett, hogy nem kell fizetni a hulladék elhelyezéséért, a keletkező anyag eladható, piaci értékkel rendelkezik. Az alternatív eljárástípusok közül a legjelentősebbek a pirolízis, az elgázosítás, valamint a nedves oxidáció. A pirolízis szerves anyagok oxigénmentes közegben, 300–900 °Cos hőmérsékleten végzett bontása. A magas hőmérséklet hatására az iszap szerves anyagai komplex kémiai reakciók során egyszerűbb, gáz, folyadék, illetve szilárd frakcióba tömörülő vegyületekké alakulnak. A képződő gáz, úgynevezett pirolízisgáz, CH4, H2 és kátrány keveréke, tüzelőanyagként hasznosítható [18]. Nagyobb érdeklődés övezi a pirolízissel nyerhető olajat, amelynek egy lehetséges előállítási módja az OFSmódszer (Oil From Sludge). Ennél lényegében egy kétlépcsős folyamatról van szó, amelynek során az előszárított szennyvíziszapot oxigénmentes közegben atmoszférikusnál magasabb nyomáson hevítik, ennek következtében a szervesanyag-tartalom gőzfázisba kerül. Az iszapban található Si és Cu által katalizált reakciók következtében a gőz halmazállapotú szerves anyagok szénhidrogénekké alakulnak [19]. Az így kapott olajszerű massza nagy viszkozitású, jelentős fűtőértékű (29–38 MJ/kg). Összetételét tekintve a C:H:O:N:S arány rendre 76:11:6,5:4:0,5%. Szervesanyag-összetétele tekintetében nehéz, finomítatlan olajnak felel meg [20]. Az elgázosítás termokémiai szempontból a pirolízishez hasonló, de oxigén jelenlétében végbemenő hasznosítási folyamat. Általában szilárd hulladékkal keverve, úgynevezett együttgázosítást végeznek. Például a SVZ-folyamat (Sekundärrohstoff Verwertungszentrum, Berlin, Németor-

szág) során az előszárított iszapot szilárd kommunális hulladékkal keverik, őrlik, briketté vagy pasztillává sajtolják. Ilyen formában kerül az elgázosító reaktorba, ahol 1300 °C-on oxigénnel és vízgőzzel érintkezik. A képződő gáz (szintézisgáz) CO, H2, CH4, CO2, könnyűolajok és kátrány keveréke. A gázáramból a könnyűolajokat és a kátrányt eltávolítják, majd egyéb folyékony hulladékkal 1600–2000 °C-on ismételt elgázosításra kerülnek. A szintézisgázokat rendszerint metanol előállítására vagy energiatermelésre hasznosítják [21]. A szennyvíziszap nedves oxidációja vizes fázisban, 150–330 °C-on, 1–22 MPa nyomáson, tiszta oxigén vagy levegő felhasználásával valósul meg. A magas nyomás a víz forrásának megakadályozására szükséges. A folyamat során az iszap szervesanyag-tartalma szén-dioxiddá, vízzé és nitrogénné alakul. A vizes közeg miatt nem kell számolni vízgőz, por és savas gázok fejlődésével. Elméletben két fajta kivitelezés létezik: 374 °C-os hőmérséklet és 10 MPa nyomás alatti esetben szubkritikus, míg 374 °C és 21,8 MPa felett szuperkritikus nedves oxidációról beszélhetünk. Utóbbi esetben a drasztikus körülmények miatt földbe süllyesztett reaktorokat alkalmaznak, amelyek mélysége nem ritkán az 1500 m-t is elérheti [22].

Az égetés melléktermékeinek ártalmatlanítása A szennyvíziszap önálló-, és együttégetése során viszonylag nagy térfogatú, mérgező vegyületekkel (nehézfémek, dioxinok és furánok, kén-dioxid, nitrogén-oxidok stb.) és szilárd részecskékkel (hamuval) erősen szennyezett füstgáz keletkezik. A kibocsátási határértékek betartása sokszor komoly problémát okoz az égetőüzemeknek. A szennyezőanyagok többségét „csővégi” technológiával távolítják el, viszont néhány esetben szerencsésebb és gazdaságosabb a keletkezés megelőzésének megvalósítása. A legnagyobb problémát a füst igen nagy hamutartalma jelenti, amely elérheti a 60 000 mg/m3-es értéket is. Ennek csökkentésére rendszerint elektrosztatikus porleválasztót alkalmaznak, amely a vizes mosással ellentétben 100 °C feletti hőmérséklet-tartományban is használható (a bevitt tisztítandó füst körülbelül 400–450 °C-os). További előnye, hogy nem termel szennyvizet, a por közvetlenül zsákokban felfogható. Az elektrosztatikus porleválasztó elektródjainak kopásmegelőzésére a füstgázt gyakran ciklonnal előtisztítják, ahol a nagyobb, durva porrészecskék eltávolításra kerülnek.

A szennyvíziszap nehézfémtartalma jelentős (ólom: 200–400 ppm, higany: 2–20 ppm, cink: 600–800 ppm, króm: 60–230 ppm) [9]. A nehézfémek az égetőtér után a hamuban adszorbeálódnak, így a füstgázból a hamuval eltávolíthatók. Kivételt képez a higany, melynek 98%-a a füstgázban marad. Ionos vegyületei viszonylag olcsón, hideg vizes mosással eltávolíthatók. Nem vízoldható, illékony vegyületeinek eltávolítására aktívszenes adszorpciót alkalmaznak. Az eltávolítási hatékonyság függ az aktív szén típusától: 138 °C-on a FluePac 0,89 mg higany/g aktív szén, míg a Thief-1 aktív szén 2,19 mg/g megkötő-kapacitással rendelkezik. Az aktív szén ára a fajlagos szennyezőanyag megkötő-kapacitásának és egyéb minőségi paramétereinek függvényében 120–650 Ft/kg között változik [23]. Az iszap kénvegyületei égetés során többnyire oxidált formában (SO2) a füstgázba kerülnek. A kén füstgázból való eltávolítása beruházás és üzemeltetés szempontjából egyaránt költséges folyamat, annak ellenére, hogy némely technológia a kén-dioxidból katalitikus oxidációval vegytiszta minőségű, értékesíthető kénsavat termel (például az SNOXfolyamat). Sokkal egyszerűbb a kén hamuban tartása, amelyet mészkő (CaCO3) előzetes bekeverésével lehet elérni. A mészkő az égetőtérben termikusan kalcium-oxidra és szén-dioxidra bomlik, a képződő kalciumoxid megköti a kén-dioxidot, miközben még egy oxigén is beépül a molekulába, kalcium-szulfátot (gipsz) eredményezve. Természetesen a SO2 a füstgázból is eltávolítható kalcium-hidroxidos mosással, de a keletkező gipsztartalmú víz kezeléséről gondoskodni kell [24] A hamu (a füstgázból kinyert hamu és a fenékhamu) elhelyezésének, elhelyezhetőségének legfőbb tényezője a nehézfémtartalom és a hamu szerkezete. Már a kis nehézfémtartalommal rendelkező hamu is veszélyes hulladéknak minősülhet, ha abból a nehézfémek a laza szerkezet miatt könnyen kioldhatók. Ugyanakkor, ha a nagy nehézfémtartalmat sikerül kötött, üvegszerű szerkezetben fixálni, a hamu nem csupán inert hulladékként kerülhet lerakásra, de építőanyagként is felhasználható, például megfelelő alapba ágyazva. A laza szerkezetű hamu képződésének megelőzését hivatott megoldani a salakolvasztós technológia. A gyakorlatban nem elterjedt technológia során a hamu olvadáspontja feletti hőmérsékleten zajlik az égetés, így szilárd hamu helyett sűrűn folyó massza képződik, amelynek lehűlése, megszilárdulása után a kialakuló üvegszerű szerkezet fixálja a nehézfémeket. Ráadásul az így kapott szilárd anyag sűrűsége a hamu sűrűségénél két-háromszor nagyobb, ebből következően igen jelentős térfogatcsökkenésre számíthatunk [25].

Konklúzió A szennyvíziszap nyilvánvalóan leggazdaságosabb hasznosítási módja az újrafelhasználás (beégetés építőipari termékekbe), amelynek során mind az iszap anyaga, mind energiatartalma hasznosul. Amennyiben ez nem valósítható meg, célszerű az iszap szervesanyagtartalmának átalakítása éghető gázokká (pirolízis, elgázosítás, nedves oxidáció). Az előző két módszerrel ellentétben az égetés (önálló-illetve együttégetés) jelentős mennyiségű és nem hasznosítható szennyezőanyag (hamu, mérgező gázok) képződésével jár. A gázok eltávolítása gyakran igen költséges, a hamu elhelyezése pedig, mivel gyakran csak a veszélyeshulladék-lerakók fogadják be, igen bonyolult. A meglévő technológiai ismereteket tehát fel kell használni az újrahasznosító technológiák tökéletesítésére, amelyek kiépítése ugyan jelentős költségekkel jár, de az egyre szigorodó kibocsátási határértékeket figyelembe véve a jövőben ez a költség többszörösen meg fog térülni. Hivatkozások [1] Vesilind P. A., Ramsey T B (1996), Effect of drying temperature on fuel value of sewage sludge. = Wastewater Management and Research, 14. k. 1996. p. 189– 196. [2] Lue-Hing C., Matthews P. stb.: Sludge management in highly urbanized areas. =Water Science and Technology, 34. k. 3–4. sz. 1996. p. 517–524. [3] Krist V. G, van Loosdrecht M. C. M. stb.: Activated sludge wastewater treatment plant modelling and simulation: state of the art. .= Environmental Modelling, 19. k. 9. sz. 2004. p. 763–783 . [4] Thipkhunthod P, Meeyoo V. stb.: Predicting the heating value of sewage sludges in Thailand from proximate and ultimate analyse.= Fuel, 84. k. 7–8. sz. 2005. p. 849–857. [5] Dr. Barótfi István: Környezettechnika. Mezőgazda Kiadó, 2000 [6] Weismantel G.: What is new in sewage sludge separation and processing?= Filtration and Separation, 38. k. 5. sz. 2001. p. 22–25. [7] McGhee T. J.: Water supply and sewerage, New York, McGraw Hill, 1991. [8] Amberg H. R.= Sludge dewatering and disposal in the pulp and paper industry.= Journal WPCF, (Water Pollution Control Federation) 56. k. 8. sz. 1984. p. 962– 969. [9] Werther J., Ogada T.: Sewage sludge combustion. = Progress in Energy and Combustion Science 25. k. 1. sz 1999. p. 55–116. [10] Saenger M., Werther J.: Mercury emissions from German fluidized bedsludge incinerators – a status report. Proceedings of 15th International Conference on FBC, Savannah, Georgia, USA, 1999

[11] Khiari B., Marias F. stb.: Use of a transient model to simulate fluidized bed incineration of sewage sludge.= Journal of Hazardous Materials, 135. k. 1–3. sz. 2006. p. 200–209. [12] Nadziakiewicz J, Kozio M.: Co-combustion of sewage sludge with coal.= Applied Energy, 75. k. 3–4. sz. 2003. p. 239–248. [13] van den Broek R., Faaij A, van Wijk A.: Biomass combustion for power generation.= Biomass and Bioenergy, 11. k. 4. sz. 1996. p. 271–281. [14] Hunsicker M. D., Crockett T. R., Labode B. M. A.: An overview of the waste incineration industry in Asia and the former Sovjet Union.= Journal of Hazardous Materials, 47. k. 1–3. sz. 1996. p. 31–42. [15] Endo H., Nagayoshi Y., Suzuki K.: Production of glass ceramics from sewage sludge.= Water Science and Technology, 36. k. 11. sz. 1997. p. 235–241. [16] Slim J. A, Wakefield R. W.: The utilisation of sewage sludge int he manufacture of clay bricks.= Water SA, 17. k. 3. sz. 1991. p. 197–201. [17] Monzo J., Paya J., Borrchero M. V., Girbes I.: Reuse of sewage sludge ashes (SSA) in cement mixtures: the effect of SSA on the workability of cement mortars.= Waste Management, 23. k. 4. sz. 2003. p. 373–381. [18] Thipkhunthod P., Meeyoo V. stb.: Pyrolytic characteristic of sewage sludg.= Chemosphere, 64. k. 6. sz. 2006. p. 955–962. [19] Dominguez A., Menendez J. A., Pis J.J.: Hydrogen rich fuel gas production from the pyrolysis of wet sewage sludge at high temperature. = Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 77. k. 2. sz. 2006. okt., p. 127–132. [20] Campbell H W (1990), Converting sludge to fuel – a status report, Environment Canada, Elérhető: http://www.p2pays.org/ref/19/18582.pdf [21] Sekundärrohstoff Verwertungszentrum (2005), Full scale industrial recovery trials of sredder residue in a high slagging-bed-gasifier in Germany, http://www.tecpol.de/downloads/SVZ_TECPOL_REPORT_E.pdf [22] Fytili D., Zabaniotou A.: Utilization of sewage sludge in EU application of old and new methods - A review.= Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2006 [23] Granite E. J., Freeman M. C. stb.: (2006), The Thief Process for Mercury Removal from Flue Gas: http://www.netl.doe.gov/technologies/coalpower/ ewr/pubs/EvanJGraniteThiefProcessClearwater.pdf [24] Manovic V., Grubor B., Ilic M.: Sulphur self-retention in ash – a grain modell approach, Thermal Science, 6. k. 2. sz. 2002. p. 29–46. [25] Yi-chin H., Kung-cheh L.: Effect of reducing conditions on sludge melting process.=, Chemosphere, 50. k. 8. sz. 2003. p. 1063–1068.