KÖRNYEZETRE ÁRTALMAS HULLADÉKOK ÉS MELLÉKTERMÉKEK
7.5
Könnyűadalék szennyvíziszapból (Németország) Tárgyszavak: szennyvíziszap; monoégetés; hulladékhasznosítás; Porodur; Durolite.
A települési szennyvíziszap kezelése, illetve hasznosítása körüli szakmai viták nem csitultak az évek folyamán. A mezőgazdasági hasznosítással szemben fennálló – jogos vagy jogtalan – ellenérzés mellett 2005-től egy törvényerejű műszaki irányelv értelmében az 5 %(m/m)-nál nagyobb szervesanyag-tartalmú hulladék nem rakható le. A termikus hasznosítások közül a monoégetés a legdrágább eljárás, a széntüzelésű erőművekben végzett együttégetés pedig nagy mennyiségű hamu képződésével jár. Ez utóbbi esetben még az Újrahasznosítási és Hulladék Törvény (Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz) előírásai sem teljesülnek, mivel a szennyvíziszap előzetes szárításához felhasznált energia lerontja a nettó energianyereséget. Néhány éve a szennyvíziszappal folyó kutatások új irányt vettek, és az égetéskor keletkező hamu anyagi hasznosítása került előtérbe. Abból a felismerésből indultak ki, hogy a szennyvíziszap szervetlen vegyületeivel bizonyos primer nyersanyagok helyettesíthetők. Az utóbbi időben a cementiparban, ill. a tégla- és aszfaltgyártásban folytak ilyen irányú kísérletek. A szennyvíziszap-hasznosítás egy másik irányzata azonos szerepet szán a hamu szerves és szervetlen komponenseinek. Az alapgondolatot a beton előállításkor a homok és kavics helyett alkalmazott könnyűadalékok adták. A könnyűadalékok felhasználásával a beton sűrűsége csökkenthető. Az építészeti szempontból előnyös, könnyebb beton finom pórusú szerkezete ezen kívül még kiváló hőszigetelő képességgel is rendelkezik. Ez a fajta építőanyag az extra minőségű téglával is versenyképes. Könnyűadalékként általában tufát, palát és agyagot használnak.
Az agyaggranulátum előállításához általában szenet, fűtőolajat használnak. Az alapanyag vagy már önmagában tartalmazza az igen finomra őrölt, szerves komponenst, vagy utólag keverik hozzá. A gyártástechnológia a következő lépésekből áll: granulálás, a granulátum előmelegítése, hevítése és hűtése. Hevítéskor a szerves anyag oxidálódik, az ennek során keletkező égésgázok felhabosítják a granulátumot. A granulátum külső rétege meglágyul, így a gázok nem távozhatnak el az agyagmátrixból. Az erős habosodás elkerülése érdekében az alapanyag-keverék szervesanyag-tartalmát max. 1 %(m/m) értékre állították be. A gyártási paraméterek módosításával sikerült növelni a felhasznált szennyvíziszap mennyiségét, de a termék fő komponense továbbra is az agyag volt. Ismeretes, hogy Japánban a felszíni viszonyok és a nagy népsűrűség miatt igen csekély a lerakóhelyek száma. Ezzel magyarázható, hogy a hulladék- és szennyvíziszap-égetés, továbbá az alternatív megoldásokkal kapcsolatos kutatások kiemelt helyen állnak. A szennyvíziszapból nyert könnyűadalékokkal és talajjavítással már több mint 20 éve folynak kísérletek. A szennyvíziszapot először megszárítják, majd elégetik, és a hamuból granulátumot állítanak elő, amit könnyűadalékként hasznosítanak. A folyamat energiaigénye megegyezik a hagyományos anyagokból előállított könnyűadalék energiamérlegével. A német eljárás újdonsága abban áll, hogy a könnyűadalékot a víztelenített és szárított szennyvíziszapból egy lépcsőben állítják elő. Ebben a folyamatban a szennyvíziszap anyagi és energetikai hasznosítása egyaránt megtörténik. A szerves anyagból egyrészt a habosításhoz szükséges gáz keletkezik, másrészt az elégésekor felszabaduló hő fedezi a folyamat energiaigényét. Az izzítási maradék (hamu) adja a végtermék ásványi szintermátrixát. Az előállítás az alábbi lépésekből áll. A víztelenített szennyvíziszapot megszárítják. A szennyvíziszapból mintát vesznek, ezt laboratóriumi körülmények között elhamvasztják, majd a hamu analízise alapján, ha szükséges, őrölt üvegport adagolnak a szárított szennyvíziszaphoz. Ezután történik a granulálás és a pirolízis. A pirolízis egyrészt a granulátum előmelegítésére szolgál, másrészt a pirolízis körülményeinek változtatásával állítják be az ellenőrzött habosításhoz szükséges szervesanyagtartalmat. Az előmelegítésnek fontos szerepe van abban, hogy a kemencében a granulátumot érő hősokk ne repessze fel, illetve ne robbantsa szét az anyagot. A pirolízis után visszamaradó szerves anyag és hamu a tulajdonképpeni végtermék, a pirolízis alatt keletkező gáz pedig a folyamat hőenergia-szükségletét fedezi. A szennyvíziszapból és a hagyomá-
nyos alapanyagokból előállított könnyűadalék azonos technológiai lépésekből áll (keverés, granulálás, szárítás/előmelegítés, izzítás, hűtés, osztályozás). A jól irányított folyamat végén a szennyvíziszapból nyert granulátum pórusait a meglágyult külső réteg lezárja. Lényegében a szennyvíziszap külső rétegében szinterezés játszódik le. A „Porodur” nevű végtermék építőipari alkalmazás szempontjából fontos fizikai paramétereit néhány hasonló termék jellemzőivel együtt az 1. táblázat tartalmazza. 1. táblázat Az agyaggranulátum és a Porodur fizikai jellemzői Termék típusa
Vízfelvétel, % (24 óra alatt)
BT1 BT
6,1
440
6,9
600
18,7
1150
BT2 Durolite
1)
KS1* KS
Térfogattömeg (kg/m3)
1,5
560
KS1
**
4,6
710
KS2
***
1,3
750
Jelmagyarázat: 1) < 32 %(m/m) KS, > 63 %(m/m) pernye * 29 %(m/m) üveg, 71 %(m/m) KS ** 100 %(m/m) KS *** 5 %(m/m) üveg, 95 %(m/m) KS
KS = szennyvíziszap BT = agyaggranulátum
Az amerikai gyártmányú „Durolite” márkanevű termék képviseli azt a típust, amelyet kizárólag másodnyersanyagból (pernyéből és szennyvíziszapból) állítottak elő. A BT (agyaggranulátum) és a KS (szennyvíziszap-granulátum) térfogati tömege azonos mérettartományban van, és sokkal kedvezőbb, mint a Durolite-é. Hőszigetelés szempontjából döntő fontosságú a térfogati tömeg. Minél kisebb ez az érték, annál porózusabb a termék, ami magának a granulátumnak, illetve az adalékot tartalmazó falazóanyagnak a hővezető képességét csökkenti. A 24 órás vízfelvétel vizsgálata azt mutatta, hogy a szennyvíziszaptartalmú granulátumok értékei kedvezőbbek, mint a BT-é, ami a falned-
vesedés megelőzése szempontjából kifejezetten előnyös, de a könnyűbeton előállításnál a víz/cement arány beállításához is hasznosítható. A mérési adatok azt mutatják, hogy már a kísérleti minták jellemzői is jobbak, mint a hagyományos termékeké. A műszaki jellemzők mellett ma már elengedhetetlen a környezetvédelmi szempontok mérlegelése. Szennyvíziszappal kapcsolatban elsősorban higiéniai és szagproblémák merülnek fel. A granulátum előállításnál alkalmazott magas hőmérséklet ezen kívül a stabilitási kérdésre is megoldást nyújt. Az agyagégetéshez hasonlóan a pirolízis során olyan irreverzibilis átalakulások mennek végbe, aminek következtében az alapanyagtól különböző, új szerkezetű termék keletkezik. Égetés után a kevésbé illó nehézfémek természetesen feldúsulnak a granulátumban. Az alkalmazhatóságot a DIN 38414 S4 szabvány szerinti kioldódási vizsgálat alapján döntik el. Az értékelés kapcsán néhány adatot gyűjtöttek össze azokról a használati eszközökről, amelyekkel nap mint nap érintkeznek az emberek. Ilyen pl. az evőeszközök, az euró pénzérme. Az evőeszköz nehézfémtartalma: CrNi 18/10: Cr 180 E mg/kg, Ni 100 E mg/kg. Euró érme: Cu 750 E mg/kg, Ni 150 E mg/kg, Zn 100 E mg/kg. Fogtömésnél használt amalgám összetétele: Hg 510 E mg/kg, Sn 160 E mg/kg, Cu 150 E mg/kg, Zn 15 E mg/kg. Az összehasonlító vizsgálatot a „Porodur” mellett más, hagyományos és a kereskedelemben kapható termékekkel is elvégezték. Az értékelés a LAGA építési törmelékre / újrahasznosított építőanyagra kidolgozott irányelvben megadott határértékek szerint történt. Az ajánlásban szereplő határértékeket a téglagyári és cementgyári selejtek összetétele alapján határozták meg. Az újrahasznosítható hulladékokat az irányelv Z 0, Z 1.1, Z 1.2 és Z 2 osztályba sorolta. Az építőipari anyagok mellett – tájékoztató jelleggel – még az Ivóvízrendelet határértékeit és egy 1992es egészségügyi felmérés során a felnőttek véréből meghatározott nehézfém értékeket is feltüntették a táblázatban. A következő mintákat vizsgálták: 100 %(m/m)-os szennyvíziszapból előállított „Porodur”, szárított szennyvíziszap, kétféle gázbeton és kétféle falazó tégla. A táblázatban megadott értékek granulátumra és > 10 mm kőre vagy törmelékre vonatkoznak. A „Porodur” nevű minta vezetőképessége kissé nagyobb a Z 0 osztály értékénél, a többi érték viszont jóval a határérték alatt marad. A kiindulási szárított szennyvíziszap megfelel a Z 2 osztály előírásának, de meghaladja a többi égetett termék nehézfémtartalmát. Összefoglalóan megállapítható, hogy a „Porodur” építőanyagként alkalmazható. Külön érdemes felhívni a figyelmet arra, hogy míg a többi anyagfajtánál igen
nagy az eluátum krómtartalma, addig a szennyvíziszapból előállított terméknél ez az érték nagyságrenddel kisebb. A kerámia termékekre általában jellemző a magas krómtartalom, mert a gyártás során jól oldódó dikromát vegyületek képződnek, amelyek a kioldódáskor oldatba mennek. Az eluátum krómtartalma megemelkedik. 2. táblázat A különböző anyagok és a szennyvíziszapból előállított termék kioldódási eredményei
LAGA osztályozás
pH
Vezetőképesség
–
µS/cm
Z0
12,5
500
0,02
0,002
0,015
Z 1.1
12,5
1500
0,04
0,002
Z 1.2
12,5
2500
0,1
Z2
12,5
3000
0,1
Szenny- szárított vízkönnyűiszap adalék Gázbeton
Pb
Cd
Cr
Cu
Ni
Hg
Zn
0,05
0,04
0,0002
0,1
0,03
0,05
0,05
0,0002
0,1
0,005
0,075
0,15
0,1
0,001
0,3
0,005
0,1
0,2
0,1
0,002
0,4
<0,001 <0,001 <0,001
0,07
0,092
<0,001
mg/l
0,392 granu<0,01 látum
7,31
2640
9,7
562
<0,001 <0,001
0,006
0,012 <0,001
<0,001
a
11,1
420
<0,05
<0,005
0,15
0,02
<0,01
<0,0005
b
10,6
800
<0,05
<0,005
0,15
<0,01
<0,01
<0,0005 <0,01
0,02
Falazó tégla
d
10,0
150
<0,05
<0,005
0,06
<0,02
<0,02
<0,0005 <0,01
f
8,3
1070
<0,05
<0,005
0,09
<0,01
<0,01
<0,0005 <0,01
TVO
2001
6,5–9,5
2500
0,04
0,005
0,05
2,00
0,02
0,001
–
Vér
1992
–
0,045
0,0004
–
–
–
0,0005
–
–
> 10 mm kő és törmelék
Tanulságos az összevetés az Ivóvízrendelet határértékeivel. A pH és a Ni-tartalom kivételével valamennyi érték meghaladja a Z 1.1 osztály határértékeit, a rézcső alkalmazása miatt a megengedett határérték a Z 2 osztály határérték éppen 10-szerese, míg a bevonásnál használt Zn egyáltalán nem is szerepel a rendeletben. 2013-ig tervezik az Pbhatárérték 0,01 mg/l értékre csökkentését. A Környezetvédelmi Hivatal a 80-as évek végén, 90-es évek elején felmérést végzett a 25–69 éves felnőtt lakosság körében, amelynek során meghatározták a vér Pb-, Cd-, Hg- és nehézfémtartalmát. A 4000 személy bevonásával készült elemzésből kiderült, hogy a kapott értékek meghaladják a LAGA Z 1.1 értékeit. Mindezek alapján a másodnyers-
anyagok használatának népszerűsítésénél szem előtt kell tartani, hogy ezek az anyagok nem veszélytelenek, és alkalmazásukat körültekintő elemzésnek kell megelőznie. Összeállította: Haidekker Borbála Kraus, J.: Herstellung von Leichtzuschlagstoffen aus Klärschlamm. = Wasser, Luft und Boden, 2003. 6. sz. p. 49–51. Okuno, N.; Yamada, A.: Evaluation of full scale thermal solidification processes implemented in Tokyo lightweight aggregate, slag and brigg. = Water Science and Technology: ’Sludge Management for the 21st century’, 41. k. 8. sz. 2000. p. 69–76.
