KÖRNYEZETRE ÁRTALMAS HULLADÉKOK ÉS MELLÉKTERMÉKEK
7.2
Gabonatisztításból visszamaradó hulladékok hasznosítása a téglagyártásban Tárgyszavak: feldolgozás; gabona; hulladékhasznosítás; maradék; téglagyártás.
A gabonafélékben lévő szennyező és mérgező anyagok A jó minőségű gabonakészítmény előállítása az alapanyag tisztításával kezdődik: az élelmiszer- és takarmánygyártásban felhasznált gabonaféléket feldolgozás előtt megtisztítják a biológiai és vegyi szennyeződésektől. A szennyeződés származhat magából a növényből és a környezetből. A legismertebb szennyeződések az emberre és állatra nézve egyaránt veszélyes mikotoxinok, amelyek a különböző mikroorganizmusok anyagcseretermékei. Az Aspergillus, Penicillin és Fusarium penészgombák által termelt toxin valamennyi háziállatnál egészségkárosodást idéz elő. Ezzel kapcsolatban feltétlenül ki kell emelni, hogy a kismértékben szennyezett, de rendszeresen fogyasztott takarmánnyal bevitt toxin beépül az állatok szervezetébe, és az ennek hatására kialakult krónikus betegség takarmányváltással már nem szüntethető meg. A gabonaféléken leggyakrabban kimutatható deoxinivalenol (DON) és zearalenon (ZEA) toxinok – az elvégzett állatkísérletek eredményei szerint – a haszonállatoknál egészségkárosodást és más zavarokat idéznek elő. Sertések esetében a 0,5–1,0 mg/kg DON-tartalmú takarmánynál léptek fel betegségre utaló tünetek, míg az ösztrogénhez hasonló hatású ZEA esetében már 0,05 mg/kg koncentrációban jelentkeztek a problémák. Bajorországban a gabonafélék fertőzöttségével kapcsolatos 2000-es felmérés azt mutatta, hogy a vizsgált búzaminták 21%-ában haladta meg
a DON mennyisége a 1,0 mg/kg határértéket, 25%-ában pedig a ZEA mennyisége a 0,05 mg/kg határértéket. A mikotoxinnal szennyezett gabonafélék egészségügyi következményein kívül jelentős minőségromlás is fellép az élelmiszerekben; így pl. kisebb lesz a kenyér térfogata, és megváltozik a színe. A környezetben az emberi tevékenység következtében kimutatható szennyeződések közé tartoznak a nehézfémek, dioxinok/furánok, növényirtó, gombaölő és rovarölő szerek, amelyek a gabonafélékben is kimutathatók. A levegőből, ivóvízből, illetve táplálékból származó kis mennyiségű, de folyamatosan érkező szennyező anyagok mérgezési tüneteket idéznek elő a szervezetben. A környezetből felvett nehézfémek közül a Hg, Pb, és Cd különösen veszélyes. A búza és rozs nehézfémtartalma egy 1970-es felmérés szerint 0,002–0,5 mg/kg között változott. Nagy forgalmú közutak mentén vagy kohók közelében termesztett növényekben ennek többszöröse is előfordulhat. A malmi feldolgozás során keletkező porban a liszt és darakészítmények nehézfémtartalmát meghaladó értéket mértek. Mivel a nehézfémek a gabonaszem külső burkában dúsulnak fel, érthető, hogy a korpa és a por nehézfém-tartalma nagyobb, mint a többi részeké. Hasonló eredménnyel zárultak a szerves káros anyagokkal folytatott vizsgálatok. A 90-es évek közepén készült egyik felmérésből kiderült, hogy a teljes kiőrlésű gabona szennyezettsége PCDD/F-vel (poliklórozott dibenzo-dioxin/dibenzo-furán) 0,1–0,3 ng TE/kg (TE – toxicitási egyenérték) volt, a tisztítási maradékban és a levegőmintában talált poliklórozott szerves vegyületek koncentrációja ezzel szemben kb. 9 ng TE/kg. A gabonafélék szennyezőanyag-tartalma hatékonyan csökkenthető tisztítással, ami előfeltétele is a biztonságos élelmiszer- és takarmány-előállításnak. Az EU élelmiszer-biztonsággal foglalkozó Fehér Könyve előírja az alapanyagok tisztításakor keletkező hulladékok (kövek, korpa, por és magtöredékek) kezelését, ami lehet ártalmatlanítás vagy újrahasznosítás. Mivel a malomipar hagyományosan nincs felkészülve hulladékhasznosításra, a probléma csak pótlólagos beruházással oldható meg. A kerámia- és malomipar között létrejött megállapodás értelmében kutatási programot indítottak el a különböző tisztítási maradékok hasznosítására.
A téglagyártás A téglagyártás alapanyaga agyagból és különböző segédanyagokból áll. A hőszigetelő tégla előállításakor még porozitást elősegítő adalé-
kokat is alkalmaznak. A porozitás akkor megfelelő, ha az új szerkezet a stabilitás mellett csökkenti a termék sűrűségét és biztosítja a megfelelő hővezető képességet. A tégla porozitását szerves és szervetlen adalékokkal érik el. Szerves adalékok közül a polisztirol, a fűrészpor, szalmaliszt, papírpép, a szervetlenek közül a perlit, mészkőliszt és kovaföld említhető. A végtermék sűrűsége 0,7 kg/dm3, hővezető képessége 0,11 W/mK. A többi iparághoz hasonlóan a téglagyártásban is elsődleges cél a költségek csökkentése. Ebből a szempontból a szerves adalékok alkalmazása előnyösebb, mert energiatartalmuknak köszönhetően kb. 50%-al csökkentik a téglagyártás energiaigényét. A gabonafélék tisztításakor keletkező hulladékokat nagy szervesanyag-tartalom jellemzi, így kézenfekvő megoldás hasznosításuk porozitásnövelő adalékként.
A gabonatisztításból származó maradékok alkalmazása a téglagyártásban – laborkísérletek Laboratóriumi kísérletekben először azokat a frakciókat választották ki, amelyek jó minőségű termék előállítására alkalmasak. A porszerű melléktermékekkel sikerült úgy módosítani a tégla porozitását, hogy közben a végtermék szilárdsága alig változott. A korpával és őrlési maradékkal kisebb méretű, mintegy 43%-os lyukarányú próbatesteket állítottak elő. Az 5–30 %(V/V)-ban alkalmazott tisztítási maradékot közvetlenül a nyers masszába keverték bele, ebből préseléssel, szárítással és kiégetéssel készültek el a próbatestek. A rendkívül nagy – 30 %(V/V)-os – bekeverési aránnyal azt akarták bebizonyítani, hogy még ilyen nagy menynyiségű adalék felhasználása esetén is jó minőségű végtermék állítható elő. A préselési művelettel azután eldőlt, hogy a továbbiakban csak az őrlési maradékkal érdemes folytatni a kísérleteket. Az őrlési maradék energiatartalma 16 760 kJ/kg, ami a nagy szervesanyag-tartalomból következik. A téglagyártásban hagyományosan alkalmazott alagútkemence energiaigénye kb. 1000 kJ/kg keverék, ennél nagyobb energiabevitel esetén a folyamat irányíthatatlanná válik, ami egyben az őrlési maradék felhasználásának is korlátot szab. A kiégetés felfűtési szakaszában számolni kell a szén alacsony hőmérsékletű elgázosításával (svélezésével), ami szénhidrogének képződésével jár. Az alagútkemencéhez füstgázkezelő (égető) berendezés tartozik, amivel az előírt határérték alatti kibocsátás biztosítható.
Kiégetés után a próbatesteket szobahőmérsékleten hagyták kihűlni, majd 105 °C-on kiszárították. A mintákat három hőmérsékleten (920, 950 és 980 °C) égették ki elektromos kemencében, oxidáló atmoszférában. A laboratóriumi körülmények között előállított próbatestek közül a 950 °Cos minták minősége volt a legjobb. A próbatesteken sűrűség-, hővezetőképesség- és nyomószilárdság-mérést végeztek, valamint meghatározták a károsanyag-kibocsátást.
Eredmények A téglagyártás alapanyaga a nagy sűrűségű agyag, amely az égetés során kialakuló porozitás hatására már kis mennyiségű őrlési maradék bekeverésekor is könnyebbé válik. Feltételezések szerint a porozitás kedvezőtlenül hat a nyomószilárdságra. A mérési eredmények ennek ellenére azt mutatták, hogy még 30 %(V/V) maradék felhasználásával készült próbatestek teherbíró képessége sem esett a kritikus értéktartományba, sőt, az ilyen anyag alkalmas többemeletes épületek falazására. A szerves és szervetlen adalékok a tégla hőtani jellemzőit is megváltoztatják. A vizsgálatok szerint a hővezető képesség és az adalék mennyisége között kb. 20 %(V/V)-nyi adalékig lineáris az összefüggés. Hasonló eredményt kaptak a sűrűség és az adalék mennyisége közötti kapcsolatra is. A végső következtetés szerint csak rendkívül nagy adalékmennyiség rontja le a tégla hővezető képességét és sűrűségét. A 900 °C feletti hőmérsékleteken a mikroorganizmusok elpusztulnak, és a szerves anyagok is elbomlanak. Az analitikai vizsgálatokkal egyik mikotoxint (DON, ZEA, fumonisin, Ochratoxin A) sem tudták kimutatni. Az adalékanyagban lévő nehézfémek és az ásványi anyagok között kialakuló kötés stabilitását kioldódási vizsgálatokkal ellenőrizték. Az eredményeket az Ásványi anyagú hulladékok anyagi hasznosításával szemben támasztott követelmények című műszaki irányelv szerint értékelték. Az irányelv az alábbi osztályokat tartalmazza a felhasználási kritériumokkal együtt: Z0 – korlátlanul felhasználható (a határértékek megegyeznek a természetes talajokéval); Z1 – korlátozott felszíni alkalmazás engedélyezett (felső határértékek szerepelnek meghatározott feltételek között); Z2 – korlátozott felhasználás műszaki biztonsági intézkedések mellett.
A kioldódási vizsgálattal a különböző égetési hőmérsékletek és az adalékmennyiségek hatását ellenőrizték, ezért valamennyi mintára sor került. Tapasztalat szerint a nehézfémek közül az arzén és króm nehezen létesít stabil kötést ásványi anyagokkal. Króm esetében ezenkívül még a különböző oxidációs fokú vegyületek kipárolgásával is számolni kell a végtermékből. A többi nehézfém és az ásványi anyag között igen stabil kötés alakult ki, az értékek a Z0 osztály határértékei alatt maradtak. A legtöbb arzén a 920 °C-on kiégetett próbatestekből oldódott ki, már a legkisebb mennyiségű adalék felhasználásakor, ezt az értéket a többi minta a hőmérséklet emelésével csak 20 %(V/V)-nál érte el. A mérési eredmények valamennyi minta esetén a határérték alatt maradtak. Hasonló összefüggést találtak az eluátum krómtartalma és az égetési hőmérséklet között. Míg a 920 °C-on kiégetett próbatesteket a kioldódási vizsgálat alapján a Z1.2 osztályba lehetett sorolni, addig a 950 és 980 °C-os minták már megfeleltek a Z0 osztály előírásának.
Kísérleti gyártás A laboratóriumi kísérleteket követően került sor a kísérleti gyártásra, amelyben a szokásos téglaégető berendezésben szabványos méretű (24x30x23,8 cm) porózus téglát állítottak elő. Az alapkeverékbe 30 %(V/V) őrlési maradékot adagoltak. A kiégetési folyamatot a felfűtési sebesség és svélgáz-összetétel közötti összefüggés alapján követték, ugyanis a felfűtési sebesség döntő hatással van az égetés alatt lejátszódó kémiai reakciókra. A laboratóriumi égetőkemencét 100 K/óra sebességgel fűtötték fel, az égéstermékek közül a szénhidrogének koncentrációját folyamatosan ellenőrizték, amiből következtetni lehetett a folyamat időbeli lefutására. Megállapították, hogy a gázképződés 200–350 °C hőmérséklet-tartományban megy végbe, és 550 °C-on fejeződik be. A többi szerves komponens 600 °C-on bomlik el. A szabványos méretű próbatestek égetésekor keletkező füstgázokat a BlmSchG (Bundesimmissionschutzgesetz – Szövetségi Immisszióvédelmi törvény) szerint minősítették, és a VDI-szabványban leírt vizsgálati módszereket alkalmazták. Az As-, Cr-, Cd-, HF-, HCl- és PCDD/Ftartalmat és port mintavétellel ellenőrizték, míg a SO2, NOx és szénhidrogén-koncentrációt folyamatosan mérték. Egyik anyag sem lépte túl az alábbi megadott határértéket:
Por Arzén Kadmium Króm Hidrogén-fluorid PCDD/F
1,3–2 mg/m3 0,2–6,0 µg/m3 0,02–0,29 µg/m3 0,51–1,4 µg/m3 0,56–2,6 mg/m3 0,0092 ng TE/m3
Összegzésképpen megállapítható, hogy 30 %(V/V) őrlési maradékot tartalmazó tégla a hagyományos alagútkemencében energetikai okokból nem állítható elő. A kísérlet célja annak bemutatása volt, hogy a gabonatisztítási maradék felhasználható piacképes tégla gazdaságos előállítására. Helyesen megválasztott mennyiséggel a kereskedelmi forgalomban kapható termékkel azonos minőség állítható elő, de az őrlési maradék energiatartalmát minden esetben számításba kell venni. Összeállította: Haidekker Borbála Kube, Ch.; Rimpel, E.; Schöppe, G.: Keramische Einbindung von Getreidereinigungsrückständen bei der Ziegelherstellung. = Mühle und Mischfutter, 141. k. 8. sz. 2004. ápr. 22. p. 245–249. Schadstoffbelastung, H. F.: Welche Meldepflicht besteht bei welchem Wert? = Mühle + Mischfutter, 139. k. 20. sz. 2002. p. 603–604.
