Hulladékgazdálkodás A települési szilárd hulladék termikus kezelése. Az építési-bontási hulladékok kezelése. Zöld és biohulladék komposztálása.
Boruzs Adrienn, Bazsáné Dr. Szabó Marianne, Gyulai István
Termikus eljárások
A hulladékok hasznosítása történhet
anyagában (másodnyersanyagkénti hasznosítás), energiatartalmának kinyerésével (termikus hasznosítás); célja a hulladék energiatartalmának hatékony kinyerése.
A termikus hasznosítás lehetséges módozatai
a hulladékégetés
a hulladék szervesanyag-tartalmának teljes értékű oxidatív lebontása szén-dioxiddá és vízzé, oxigénfelesleg biztosításával),
a hőbontás
pirolízis (a hulladék szervesanyag-tartalmának reduktív lebontása oxigén kizárásával).
Termikus eljárások
Hulladékégetés
műszakilag kiforrott, változatos műszaki megoldásokat alkalmazó igen hatékony és tökéletesen higiénikus hulladékkezelési eljárás, alapvető eleme a korszerű, komplex hulladékgazdálkodási rendszereknek, megfelelő üzemvitellel és alkalmas füstgáztisztítási, valamint maradékanyag-kezelési módszerekkel ma már a legszigorúbb környezetvédelmi követelményeket is teljesíteni tudja.
EU
hulladéklerakásra vonatkozó irányelve (1999/31/EK) hulladékgazdálkodásról szóló 2000. évi XLIII. Törvény
célul tűzi ki a lerakásra kerülő hulladék biológiailag bontható szervesanyagtartalmának fokozatos csökkentését
2005-ig 75%-ra, 2008-ig 50%-ra, 2014-ig 35%-ra
hazai viszonyok között nem tűnik teljesíthetetlennek.
A célt kétféleképpen lehet a gyakorlatban elérni
a biológiailag bontható szervesanyag-tartalom szelektív gyűjtésével és biológiai módszerekkel történő hasznosításával, a szerves hulladékok termikus hasznosításával.
Hulladékégető-művek Európában Ország
Égetők száma
Égetési kapacitás ezer tonna/év
Hőhasznosítás aránya Égetők Égetési számára kapacitásra %
%
Ausztria
2
340
100
100
Belgium
24
2240
46
64
Svájc
30
2840
80
90
Németország
49
12020
100
100
Dánia
30
2310
100
100
Spanyolország
15
740
27
73
Franciaország
225
11330
42
70
Olaszország
28
1900
64
76
Luxemburg
1
170
100
100
Norvégia
18
500
28
83
Hollandia
10
3150
90
97
Svédország
21
1860
100
100
Finnország Egyesült Királyság Összesen
1
70
100
100
31
3670
16
32
485
43140
56
82
Települési szilárd hulladékok kezelése Európában Hulladékmennyiség
Égetés
Lerakás
Komposztálás
Anyagában történő hasznosítás
ezer tonna/év
%
%
%
%
Ausztria
2800
11
65
18
6
Belgium
3500
54
43
0
3
Svájc
3700
59
12
7
22
Németország
25000
36
46
2
16
Dánia
2600
48
29
4
19
Spanyolország
13300
6
65
17
12
Franciaország
20000
42
45
10
3
Görögország
3150
0
100
0
0
Olaszország
17500
16
74
7
3
Írország
1100
0
97
0
3
Luxemburg
180
75
22
1
2
Norvégia
2000
21
67
5
7
Hollandia
7700
35
45
5
15
Portugália
2650
0
85
15
0
Svédország
3200
47
34
3
16
Finnország Egyesült Királyság Összesen
2500
2
83
0
15
30000
8
90
0
2
140880
23
63
6
8
Ország
Hulladékégetés
Európában
a hőhasznosítás aránya 5-7 éven belül el fogja érni a 100%-ot (jelenleg 80-85%), új létesítmények kizárólag hő hasznosítással kerülnek megvalósításra több égetőmű üzemel pl. Bécsben, Münchenben, Zürichben, Oslóban, Hamburgban 2-2 db, Párizsban 3 db.
Magyarországon
Budapesten: 330-350 ezer t/év kapacitású hulladékégetőmű négy, egyenként 15 t/h égetési teljesítménnyel dolgozó kazán: villamosenergia-termelés és távhőellátás (100 ezer lakos éves villamosenergia-fogyasztását és 25 ezer lakos távfűtését képes biztosítani).
Hulladékégetés
A hulladékégetés a hulladékok ártalmatlanításának termikus módszere.
Előnyei
a keletkező hulladékok térfogatát és tömegét jelentősen csökkenti, az égetés energiatermeléssel jár, a keletkezett hő hasznosítható, az eljárás közegészségügyi szempontból a leghatékonyabb, mivel a kórokozók elpusztulnak.
Hátrányai
az égetés másodlagos környezetszennyezéssel jár ökológiai szempontból kedvezőtlen, beruházási és üzemeltetési költségei lényegesen magasabbak a hagyományos eljárásoknál.
Hulladékégetés
A kifogástalan elégetéshez
megfelelő hőmérséklet, megfelelő áramlási viszonyok, tartózkodási idő, valamint a szokásosnál nagyobb mennyiségű levegő bevezetése szükséges.
a kívánt minimális tűztérhőmérséklet 850 °C, a légfelesleg-tényező értéke 1,5–2,5, a füstgázoknak a tűztérben való tartózkodási ideje 2–3 s szilárd hulladékok és 0,5–1 s folyékony hulladékok égetésekor, a minimális oxigéntartalom eközben 6%.
Az égetés szilárd maradékanyagának mennyisége
szilárd települési hulladék égetésekor kb. 10 tf%, folyékony és iszaphulladék égetésekor átlagosan 2–10 tömeg%.
Hulladékégetés
A hulladékégetéses ártalmatlanításhoz ismerni szükséges
halmazállapot, elemi analízissel megállapított kémiai összetétel; gyors analízissel megállapított összetétel; fűtőérték; sűrűség; a hamu olvadási jellemzői; szilárd hulladék esetében: szemcseméret-eloszlás, maximális darabnagyság, valamint anyagfajták szerinti összetétel; folyékony hulladék: esetében viszkozitás, gyulladás-és lobbanáspont, valamint szilárd szennyezőanyag-tartalom és annak legnagyobb szemcsemérete, továbbá a kémhatás; halogénanyag-tartalom; nehézfémtartalom; egyéb fémtartalom; egyéb mérgezőanyag-tartalom; egyéb specifikus anyagi tulajdonságok szükség szerint; mennyiségi adatok.
Hulladékégetés 1. tárolás; 2. anyagelőkészítés; 3. adagolás;
4. égetés; 5. póttüzelőanyag; 6. levegő; 7. füstgázhűtés; 8. hőhasznosítás;
9. füstgáztisztítás; 10. mosóvízkezelés; 11. kémény; 12. pernyeválasztás; 13. salakgyűjtés- és kihordás; 14. salak- és pernyetárolás
Hulladékégetés Hulladékégetés in-put-output elvi anyagmérlege • bemenő anyagok • égetendő hulladék, • égéslevegő, • segédtüzelés; • kimenő anyagok • salak, hamu, • pernye és/vagy elektrofilter por, • füstgáz, • füstgázmosó szennyvíz (nedves mosás esetén), • mosóvíz tisztítási iszap (nedves mosás esetén), • füstgáztisztítási maradék (száraz, félszáraz tisztítás során), • egyéb füstgáztisztítási maradék (aktiv szén vagy egyéb szorbens).
Tüzelőberendezések
A hulladékégetők legfontosabb része a tüzelőberendezés
a rostélytüzelésű (települési szilárd és termelési szilárd hulladék) és a rostély nélküli hulladékégető berendezések (folyékony és pasztás hulladék, valamint iszap) alkotják.
Füstgázhűtés, hőhasznosítás
A hulladékégetés füstgázai
Füstgáz hűtése
a tűztérből >900–1000 °C-on a tisztítóberendezések hőtűrő képessége → 250–350 °C-ra le kell hűteni közvetlen (levegő-befúvással vagy vízbepermetezéssel) és közvetett módszerrel (hőcserélőket – rekuperátorokat, melegvíz és gőzkazánokat – alkalmaznak)
Az egyes lehetőségek között a következők ismeretében lehet választani:
a termelt melegvíz, gőz vagy villamos energia, ill. termoolaj hasznosíthatósága, a hulladék fűtőértéke, az égetőmű teljesítménye és a beruházási, ill. üzemeltetési költségek.
Szilárd égési maradékok kezelése
A szilárd égési maradékok (salak és pernye)
rendezett, ill. rendezett biztonságos lerakókon helyezhetők el maradékok mennyisége és összetétele a hulladék jellemzőitől és a tüzelőberendezés üzemmódjától függ
Füstgáztisztítás
Környezetvédelmi szempontból az egyik legjelentősebb
a szennyezőanyag-tartalom (mennyisége, minősége) az elégetett hulladék anyagi tulajdonságaitól, az égetőberendezés szerkezeti kialakításától, valamint az üzemeltetési paraméterektől függően változik
A füstgázok károsanyag-tartalma igen széles koncentráció tartományban ingadozik
por 5–15 g/m3, kén-dioxid 1000–3000 mg/m3, hidrogén-klorid 2000–8000 mg/m3, hidrogén-fluorid 20–100 mg/m3, nitrogén-oxid 500–1500 mg/m3, szén-monoxid 500–1000 mg/m3. nehézfémek szerves szénvegyületek
A hőbontás (pirolízis)
A hőbontás (pirolízis)
A hőbontás során a szerves hulladékból
a szerves anyagú hulladék megfelelően kialakított reaktorban, hő hatására, oxigénszegény vagy oxigénmentes közegben szabályozott körülmények között bekövetkező kémiai lebontása. pirolízisgáz folyékony termék szilárd végtermék keletkeznek.
Végtermék
elsősorban energiahordozóként (fűtőgáz, tüzelőolaj, koksz), ritkábban vegyipari másodnyersanyagként (pl. a gázterméket szintézisgázzá konvertálva metanol előállításához) és esetenként egyéb célokra (talajjavítás szilárd, szénben dús maradékkal; fakonzerválás vizes maradékkal; granulált salakolvadék építőipari adalékanyagként stb.) hasznosítható.
A hőbontás (pirolízis)
A hőbontás
döntőek a kémiai átalakulás reakciófeltételei
a végtermék összetételének és részarányának alapvető meghatározója a hőmérséklet
hőmérséklet, felfűtési idő és a reakcióidő, szemcse-, ill. darabnagyság átkeveredés mértéke, hatékonysága.
alkalmazott hőmérséklettartomány általában 450–550 °C.
A reaktorok a fűtési mód szerint lehetnek:
közvetett (reaktorfalon keresztül, ill. cirkulációs közeg segítségével) és közvetlen fűtési megoldásúak.
Komposztálás
Zöld és biohulladék komposztálása
Összetételében folyamatosan növekszik a hasznosítható anyagok és az energetikailag kedvezőbb alkotók, illetve tulajdonságok aránya.
Hazai viszonylatban várható változások 2010-ig
erőteljesen növekszik a papír (várhatóan 25-30%-ra) és átmenetileg a műanyagok (várhatóan 15-17%-ra) részaránya, enyhébben nő az üveg és a fém részaránya, csökken a szervetlen maradékok (várhatóan 20% alá) és a szerves bomló frakció (várhatóan 25-30%-ra) részaránya, a hulladék átlagos fűtőértéke 7500-8000 kJ/kg-ra növekszik.
Zöld és biohulladék komposztálása
A biohulladék
A zöldhulladék (ágnyesedék, kerti és zöldfelületi hulladékok)
mennyisége, összetétele és térfogattömege évszakonként változó éves átlagos térfogattömeg 0,6 t/m3, átlagos nedvességtartalma kb. 50-70%, szervesanyagtartalma mindössze 30-40 m/m-%
relatíve magas, 50-70 m/m% szervesanyag-tartalommal rendelkezik, átlagos térfogattömege 0,25 t/m3.
Európában lakosonként évente együttesen kb. 100-130 kg zöld- és biohulladék keletkezésével lehet számolni. A potenciálisan hasznosítható biohulladék mennyiségének reálisan legfeljebb 40-60%-a dolgozható fel a gyakorlatban. Elkülönített gyűjtése a szelektív gyűjtés megvalósításához kötött.
Zöld és biohulladék komposztálása
A biokémiai eljárások során a hulladék szerves alkotóinak feldolgozása élő mikroszervezetek segítségével történik.
A hulladék ártalmatlanításának biológiai módszerei
komposztálás (aerob lebontás), biogáz előállítás (anaerob lebontás), fémek biológiai kinyerése, enzimes fermentáció (pl. fehérje-előállítás).
A hulladékok komposztálása
A komposztálás a szerves-anyag tartalmú hulladékok ártalmatlanításának régóta ismert és alkalmazott módszere.
A komposztálás elvi alapjai
lényege, hogy a szerves anyagot tartalmazó hulladékok megfelelő környezeti feltételek mellett lebomlanak, szervetlen ásványi és stabil szerves anyagok keletkeznek hőfejlődéssel járó folyamat (50–70 °C) → a hulladékokban jelenlevő patogén mikroorganizmusok elpusztulnak végterméke a földszerű kb. 40–50% nedvességtartalmú anyag, mely a mezőgazdaságban hasznosítható.
biotechnológiai eljárás a szubsztrát túlnyomóan szilárd vagy vízoldhatatlan fázisban van, felületét vízfilm vonja be, a mikroorganizmusok aerob körülmények között végzik a lebontást.
A komposztálás túlnyomórészt aerob biokémiai folyamat.
A hulladékok komposztálása
Komposztálás A szennyezett talaj, üledék, iszap dúsítása térfogatnövelő és szerves anyagokkal A komposztálási folyamat főbb szakaszai: 1. Bevezető szakasz - Felmelegedés, Reakciók indulása 2. Lebomlási szakasz - Hő szakasz, Lebomlási folyamatok 3. Átalakulási szakasz - Lehűlés, Felépülési folyamatok 4. Érési szakasz - Hőmérséklet környezetfüggő, Humuszképzés, szintézis Hőmérséklet (55-65 0C) Levegőtartalom (kb. 30 %)
Nedvességtartalom (öntözéssel)
Komposztálás A komposzt élőlényei
-baktériumok (pl: denitrifikáló baktériumok, Pseudomonasok, Paracoccus denitrificans) - sugárgombák (actinomycetes) - termofil baktériumok (Pyrobaculum, a Pyrodictium, a Pyrococcus és a Methanopyrus nemzetség képviselői) - giliszták - gombák - ízeltlábúak - fonálférgek
Komposztálás Prizmás eljárás Kitermelés és talajosztályozás – talajprizmák kialakítása – prizmák átforgatása – prizmák monitoringozása – komposzt vizsgálata – prizmák bontása és a talaj elszállítása
Alkalmazási korlátai a komposztálásnak - nagy területigény - talajkitermelés szükséges (illékony anyagok ellenőrizetlenül kerülhetnek a levegőbe - a keletkező komposzt térfogata megnő - nehézfémmel szennyezett talajok nem kezelhetőek
A hulladékok komposztálása
A hulladékok komposztálása
A komposztálás gyakorlati alkalmazási szempontjai
megfelelő hulladék-összetétel és minőség, a kapott komposzt minősége (nehézfémtartalom, szerves mikroszennyezők), a kapott komposzt-termék értékesítése – piaca – biztosított legyen.
Három irány
települési szennyvíziszapok, mezőgazdasági hulladékok, kertészeti, városüzemeltetési (parkfenntartás) hulladékártalmatlanítás területére.
A hulladékok komposztálása A biogáz képződés alapelve
anaerob (oxigénmentes) lebomlás közepes (30…37,5 °C) hőmérséklet-tartományban.
A hulladékok szerves anyaga főleg növényi anyag (cellulóz, összetett és egyszerű cukrok = szénhidrátok). A biogáz-előállítás szempontjából a legfontosabb három fő vegyületcsoport
szénhidrátok fehérjék és zsírok.
A biogáz képződés teljes folyamatának szakaszai
1. 2. 3.
fermentációs biokémiai folyamat, további baktériumcsoportok az egyszerűbb molekulákat építik le, végeredmény: főleg metánból és szén-dioxidból álló, energetikai célokra hasznosítható biogáz.
Biogáz-kinyerés szeméttelepeken A hasznosítható gázkihozatal: évente min.1,5–2 m3/t, átlagosan 3,5–4 m3/t A gázkinyerés: •függőleges és •vízszintes elrendezésű rendszerek,
•passzív rendszerek (a gáz saját nyomása következtében lép be a gázgyűjtő kutakba) és •aktív rendszerek (a gáz összegyűjtésére megszívást alkalmaznak).
A hulladékok komposztálása A biogáz energetikai felhasználása lehet
közvetlen elégetés (gáztisztítás nélkül vagy tisztítással) hőhasznosítással, gázmotorok üzemeltetése, elektromos energia és hőenergia együttes hasznosítása.
A korszerű energiahatékonysági fejlesztések eredményeképpen
a biogáz energetikai hatásfoka javult és számos nyugat európai eredményről lehet ma már hírt kapni.
A hazai alkalmazás kérdéseinél az energiatermelés gazdaságosságát
adott hulladék más technológiával történő ártalmatlanítási költségeivel szemben, az ökológiai elemzés teljes ciklusában lehet csak értékelni.
Az építési-bontási hulladékok kezelése Az építési-bontási hulladékok típusai, mennyiségük, jellemző összetételük
Kitermelt föld
Útbontási hulladék
közlekedési és közterületi építésből, bontásból és karbantartásból származó, döntően szilárd ásványi anyagokból álló hulladék
Építési hulladék
természetes eredetű ásványi anyagokból (homok, agyag, kavics, kő vagy kőzetek) álló maradék
épületek, építmények építésekor, részleges vagy teljes bontásakor, felújításakor keletkező, ásványi anyagokat tartalmazó szilárd hulladék, amelynek összetételét jelentős mértékben meghatározza az alkalmazott építési mód, az építmény kora és funkciója
Kevert építési hulladék
épületek, építmények építésekor, részleges vagy teljes bontásakor, felújításakor keletkező szilárd hulladék, amelynek összetételére jellemző az ásványi és nem ásványi eredetű összetevők kevert megjelenése
Építési hulladékok jellemző összetétele
Fa 7 % Malter 2 %
Téglatörmelék 47 %
Betontörmelék 40 %
Műanyag 4 %
Kevert-építési hulladékok jellemző összetétele
Ásványos rész (tégla, malter) 78 %
Fa 7 % Könnyű anyagok (műanyag, papír) 14 %
Az építési-bontási hulladékok kezelése Az építésből-bontásból keletkező hulladékok hasznosítása az építőiparban világszerte terjed
EU tagországaiban: 1990-ben kb. 150 millió tonna bontott építési hulladék keletkezett a tagállamok egy részében a hasznosítás aránya ≥ 45-50% a gazdaságosságot nagymértékben befolyásolják a jelentősen megnövelt lerakási díjak többlépcsős folyamat
kiindulási követelmény a politikai akarat, a politikai döntés végrehajtási, műszaki-gazdasági szabályozási háttér kialakítása működési feltételeket kialakítása, a piaci körülményeket figyelembe vevő célirányos működtetés biztosítása
Az építési-bontási hulladékok kezelése Közvetlen hasznosítás
főként a kitermelt talajok esetén lehet alkalmazni
kitermelt föld minősége feltöltésekhez (pl. gátak, töltések, autópályák) adott régiókban, adott időtartam alatt jelentősen növelik a kitermelt föld hasznosításának lehetőségét.
A közvetlen talajhasznosítás
mértéke függvénye a régió struktúrájának (néhány %-100 %ig) kitermelt anyag minősége és a kitermelés helye meghatározó elem bontott építési és útburkoló anyagok közvetlen, eredeti funkció szerinti hasznosítása korlátozott (a helyi adottságok függvénye)
Közvetett hasznosítás
feldolgozást – előkészítést – követő hasznosítás terjedt el
Bitumenes kötő anyagokat tartalmazó útbontási hulladékok feldolgozása
Az építési hulladékok felhasználási lehetőségei
