BIOLÓGIA ÉS ENERGETIKA A HULLADÉKGAZDÁLKODÁSBAN Szakmai Konferencia Székesfehérvár, 2008. szeptember 25-26.
A LEGÚJABB HAZAI KUTATÁSIKUTATÁSIFEJLESZTÉSI EREDMÉNYEK ISMERTETÉSE Prof. Dr. Csőke Barnabás egyetemi tanár Dr. Bokányi Ljudmilla egyetemi docens Varga Terézia PhD hallgató Miskolci Egyetem Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet
Megbízó:
VERTIKÁL ZRT. Polgárdi Ferencz Károly vezérigazgató Megbízott:
Miskolci Egyetem, Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet Prof.Dr.Csőke Barnabás, intézetigazgató, egyetemi tanár Feladat: Komplex technológiai rendszer kifejlesztése - másodlagos tüzelőanyag nemesítése - 3A (aerob-anaerob-aerob) eljárás - technológia várható anyagmérlegének elkészítése - technológiai berendezések kiválasztása - a berendezések fő méret- és üzemjellemzőinek meghatározása - beruházási és üzemi költségek meghatározása
1
Hazai tapasztalatok:
Polgárdiban folytatott MBH
Nyershulladék Kalapácsos törő
Dobszita > 50 mm (> 20 mm)
Magneses szeparátor
<50 mm (<20 mm)
Prizma (biostabilizálásra)
Biostabilát (komposzt)
Mintavételi pontok
Fe
Másodtüzelőanyag (papír, műanyag, textil sb.)
Nyershulladék és stabilát anyagi összetételének meghatározása
2
Háztartási nyershulladék mintavétele, eljárástechnikai jellemzői A nyers hulladékból aprítás nélkül leválasztható-e egy durva (pl. >100 mm-es) frakció, amely már kész másodtüzelőanyag ?
-Mintavétel -Szemcseméret-eloszlás meghatározása - >100 mm-es szitafrakció anyagi összetételének meghatározása kézi válogatással
Szemcseméret-frakciók, mm
Tömeghányad [%]
< 20
6,5
20-50
14,6
50 – 100
35,5
> 100
43,4
Σ
100,0
A nyershulladékból származó minta anyagi összetétele és a komponensek megoszlás a x>100 mm-es szitafrakciókban
Biológiailag lebomló
Kompozit anyagok
Éghető anyagok
Papír
Textil
Üveg
Karton
Higiéniai hulladék
Éghetetlen
Fém
Veszélyes
3
A > 100 mm-es szemcseméret frakciók fémes kategória alkategóriái Kategória neve
Szitafrakció
Fém
Összetevők
100-200 mm
Tömegarány, %
Mágnesezhető
55,9
Nem mágnesezhető
44,1
Σ
100,0
Fém
Mágnesezhető
41,9
Nem mágnesezhető
58,1
50-100 mm
Σ
100,0
A 100-200 és >200 mm frakció biológiai kategória alkategóriái Kategória neve
Kategória mérete
Bio
>200 mm
Összetevők
Tömeg [kg]
Növény
92,7
Kenyér
7,3
Σ
100,0
Bio
Növény
73,9
Hús
20,4
Kenyér
5,7
100-200 mm
Σ
100,0
100
ető gh mé e n
80
Eloszlás, %
he ég
tő
60
Eloszlás: Bioanyag Neméghető Szemcseméret Éghető
40
20
0 0
100
200
Szemcseméret
300
400
500
- x, mm
A nyershulladék minta komponenseinek eloszlása a szemcseméret szerint
4
Megállapítható - a nyers hulladékban az éghető komponensek mintegy 70 %-a a >100 mm-es frakcióban jelentkezik; - ezzel szemben a neméghető és a bioanyag esetében éppen fordított a helyzet, 70…75 %-ban finomabbak mint 100 mm; - ugyanakkor az „érintetlen” (aprításnak ki nem tett) nyershulladékban a biológiai anyag >25 % a legdurvább (>100 mm) frakcióban helyezkedik el, e frakció bioanyag tartalma 20 % (3.5.táblázat); - a biológiailag lebomló anyag mintegy 45 %-a az 50-100 mm-es frakcióban van; - ez nem teszi lehetővé (gondoljunk a biológiai anyagok tároláskor történő bomlására), hogy a nyershulladékból közvetlenül szitálással válasszunk le egy olyan durva frakciót, amely kész tüzelőanyag-termék vagy annak egy része; - erre csak akkor van mód, ha az adott területen a biológiailag lebontható szerves anyagok szelektív gyűjtése is folyik, valamint aprításnak is kitesszük a nyershulladékot, amelyek néhány % -ra lecsökkenti a durva frakció bomló szerves anyag tartalmát.
A háztartási nyershulladék aprítása és az aprított anyag mintavétele, eljárátechnikai jellemzői
Az aprított nyershulladékból leválasztható-e egy durvább frakció, amely már kész másodtüzelőanyag?
-Mintavétel -Szemcseméret-eloszlás meghatározása - Az anyagi összetételének meghatározása kézi válogatással
5
100
ető é gh nem
Eloszlás, %
ég
he
tő
80
60
Eloszlás: Bioanyag Neméghető Szemcseméret Éghető
40
20
0 0
50
100
Szemcseméret
150
200
250
- x, mm
Az aprított nyershulladék minta komponenseinek eloszlása a szemcseméret szerint
Megállapítható: - A nyershulladék aprítása meghozta a várt eredmény, a biológiailag lebontható anyagok a > 75 mm-es frakciókban már nem találhatók, azaz méretük gyakorlatilag 100 %-ban kisebb, mint 75 mm; sőt 90 %-ban <50 mm; - Az éghető anyagoknak mintegy 45-50 % a durvább, >75 mm-es frakcióban maradt. E frakció fűtőértéke 20 MJ/kg-ra becsülhető (mivel a műanyagok és textil, egyéb éghető komponenseinek fűtőértéke > 20 MJ/kg [11, 13] ). - A neméghető anyagoknak pedig közel 95 %-a <75 mm-es frakcióban került. - Arra is fel kell hívnunk a figyelmet, hogy túlaprítás is bekövetkezett: ez abból is kitűnik, hogy a <20 mm-es rész 53 % (szemben a nyershulladék 15 …30 % finomrész arányával). - Mindez azzal járt, hogy az éghető anyag 30 %-a < 20 mm-es frakcióban került, ami jelen esetben veszteséget okozna. Egyébként a túlaprítás a papírban és a kompozitban következett be - Tehát a most megvalósított aprításnál kíméletesebb aprítás szükséges, amennyiben a szilárd másodtüzelőanyagban mutatkozó 30 %-os veszteséget csökkenteni kívánjuk.
6
A hulladékminőség változása az MBH prizmában
A minta száma
A mintavétel időpontja
1
Október 16
2
Október 24
3
Október 30
A prizma szerkezete és a mintavételi helyek
4
November 6
5
November 22
Tapasztalat - A prizmában lévő aprított hulladék szemcseméret-eloszlása a stabilizálás következtében kis mértékben finomodott, - A nyersmintában lévő 75..100 mm-es bio frakció már az első hét alatt lebomlott - Az 50..75 mm-es ill, 20..50mm-es szitafrakcióban is jelentősen csökkent a bio-anyag tartalom a stabilizálás során.
Másodtüzelőanyag nemesítése szelektív aprítással Nyershulladék
Dobszita Mágneses szeparátor
>20 mm
Kalapácsos törő
<20 mm
Prizma (biostabilizálásra)
Biostabilát (komposzt)
Fe
I. II. Másodtüzelőanyag
Maradék (biostabiláthoz)
MBH +szelektívaprítás (kísérleti) technológiai folyamata
7
Megállapítottuk: - az éghető legértékesebb anyagok mintegy 50 %-át kapjuk meg a > 100 mm-es durva frakcióba, amely a neméghető komponenseknek már csak 5..10 %-át tartalmazza; e legdurvább frakció a teljes anyag 29 %-a és fűtőértéke ∼20 MJ/kg; a teljes hőtartalom 61 %-át hordozza;
- a közepes szemcseméretű 20-100 mm frakció a teljes anyag 26 %-a, és az éghető komponensek 44 %-át a teljes hőtartalom 33 %-át tartalmazza, fűtőértéke ∼12 MJ/kg;
- a <20 mm finom neméghető maradék az aprított anyag 45 %-át képviseli, fűtőértéke 1 MJ/kg, termikus hasznosítás (égetés) szempontjából értéktelen, a teljes hőtartalomnak csupán 6 % testesül meg benne.
A komplex biomassza-hasznosítás a projekt koncepciója szerint Nyers biomassza Biostabilát Aerób lebontás
Anaerób lebontás
Aerób lebontás CO2 H2O
Biogáz CH4
Energianövénytermesztés
CO2
8
A prizma szerkezete és a mintavételi helyek
A vizsgálatra került hulladék minták feldolgozásának folyamata
Alkalmazott vizsgálati módszer A vizsgálatokat az iparágban általánosan alkalmazott német DIN 38414 S8 jelű szennyvíziszapok erjeszthetőségére kidolgozott módszert követve, azt továbbfejlesztve végeztük el.
Laboratóriumi berendezés
9
A biogáz vizsgálatok kiértékelése
A vizsgált hulladék minták fajlagos gázhozama
A szerves száraz anyagra vonatkozó fajlagos gázhozam értékei
A vizsgált minták fizikai tulajdonsága
90 80 70
82,4
77 68
71
68
0. nap
8. nap
14. nap
A vizsgált minták szárazanyag - ill. hamu tartalmának változása az aerob tartózkodási idő függvényében
60 50 40 30 20 10 0 21. nap
Korábbi vizsgálat
Mintavétel ideje
Hamu tartalom [%]
Száraz anyag tartalom [%]
100
100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
85,5 66,5 58
0. nap
8. nap
59,2
52,8
14. nap
21.nap
Korábbi vizsgálat
Mintavétel ideje
10
Fajlagos gázhozam értékek a fizikai és kémiai paraméterek függvényében Fajlagos gázhozam [ml/g]
COD [g/kg]
TOC [g/kg]
50
700 615,42
600
Kémiai paraméterek [g/kg]
Fajlagos gázhozam értékei [ml/g]
60
500
40
326,95
30
278,34
20
236,8
10
65,18
56,72
400 300
260,83
94,11 120,04
A kémiai oxigén igény és az összes szerves széntartalom változása a tartózkodási idő függvényében
200 70,27
0
100 0
2.minta (8.nap)
3.minta (14.nap)
4.minta (21.nap)
5.minta (37.nap)
Fajlagos gázhozam [ml/g]
COD [g/kg]
TOC [g/kg]
1400 1200
700 615,42
600
1000
500
800
326,95 400
278,34
260,83
600 400 200
56,72
120,04
65,18
236,8
300 200
94,11 70,27
0
100
Kémiai paraméterek [g/kg]
Fajlagos biogáz hozam értékei [ml/g sz.sz.a.]
1.minta (0.nap)
0 1.minta (0.nap)
2.minta (8.nap)
3.minta (14.nap)
4.minta (21.nap)
5.minta (37.nap)
Fajlagos gázhozam értékek a fizikai és kémiai paraméterek függvényében
50 40 30 20 10 0
Illó tartalom [%]
50 45 40 36,4 35 30 25 20 12,96 15 12,27 6,99 9,36 10 8,13 5 0 1.minta 2.minta 3.minta 4.minta 5.minta (0.nap) (8.nap) (14.nap) (21.nap) (37.nap) 47,2
42
33,5
40,8
C/N arány, Illó-tartalom
Fajlagos biogáz hozam [ml/g]
60
C/N arány
A szén-nitrogén arány és az illótartalom változása az idő függvényében
Fajlagos gázhozam [ml/ g sz.sz.a.] 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
C/N arány
Illó tartalom [%]
50 45 40 36,4 35 30 25 20 12,27 15 6,99 10 9,36 12,96 5 8,13 0 1.minta 2.minta 3.minta 4.minta 5.minta (0.nap) (8.nap) (14.nap) (21.nap) (37.nap) 40,8
42
33,5
47,2
C/N arány, Illó-tartalom
Fajlagos gázhozam értékei [ml/g sz.sz.a.]
Fajlagos gázhozam [ml/g]
11
Más ipari hulladék
Lom
Háztartási jellegû ipari hulladék
Háztartási hulladék
Komplex kezelés anyagmérlege kísérleti fázisban
Tárolás 72 t 65 t/MBH cikl
15 t/ferm.ciklus
3A fermentáció
1t
Másodtüzelõanyag I.
22 t
CO 2 , víz
15 t
7t
Biostabilát
Biogáz
Inert
25 t
MBH
1750 m 3
Fémek
Nemesítés
2 8t
30...100 mm 20...75 mm
22 t
<20...30 mm
2t
>75...100 mm
Mechanikai elõkezelés
6t
Fémek 1,5 t
Mechanikai kezelés
Inert 0,5 t
7t
Pelletálás
Pirolízis
Másodtüzelõanyag II.
Pirolízos koksz, másod tüzelõanyg III.
I. Előkezelő egység
Nyers háztartási hulladék
II. Mechanikai előkezelő egys.
I.
100 %
Feladás
III. Tüzelőanyag –nemesítő egys. IV. 3A fermentáló egység
Lom és válogatómûi maradékok
ELÕAPRÍTÁS kalpácsos törõvel
V. Biológiai stabilizáló
II.
100 % <20...30 mm
SZITÁLÁS dobszitával
36 %
IV.
20 - 75 mm 30 - 100 mm CO2 víz
SZÁRAZ FERMENTÁLÁS prizmában
Maradék lerakásra
IX. PIROLÍZIS
11 %
9%
Granulált finom komposzt
APRÍTÁS vágómalommal és/vagy PELLETÁLÁS
12 %
1% 1%
Fe-II. Inert
1%
SZEPARÁLÁS LÉGÁRAMKÉSZÜLÉKKEL
Inert 1%
10 %
20 %
9%
1% Fémek 2%
VIII.
Fe - I.
ÖRVÉNYÁRAMÚ SZEPARÁLÁS
VI.
ÖRVÉNYÁRAMÚ SZEPARÁLÁS
11 %
2%
MÁGNESES SZEPARÁLÁS
V.
31 %
SZITÁLÁS mobil dobszitával beépített mágneses dobbal
VII.
III.
<100 mm 33 %
23 %
OSZTÁLYOZÁS TISZTÍTÁS PELLETÁLÁS 9%
APRÍTÁS forgótárcsás nyíróaprítógéppel
31 %
AERÓB STABILIZÁLÁS MBH prizmában
11 %
BIOGÁZ 50...100 m3/t
>75...100 mm 33 %
RDF- II. 11...14 MJ/kg
RDF - I./B 14-16 MJ/kg
RDF - I./A >20 MJ/kg (fólia-szerû)
VI. Mechanikai utókezelő VII. Biostabilát utókezelő VIII. Pirolízis előkezelő
Pirolízis-koksz
IX. Pirolizáló
12
Köszönöm a figyelmet!
13
