HULLADÉKOK ÉS KEZELÉSÜK
4.1 4.4
Előkezelt kórházi hulladék bomlása lerakóhelyi körülmények között Tárgyszavak: kórházi hulladék; bomlási hulladékkezelés; lerakóhely.
Németországban a kórházi hulladékot – háztartási vagy veszélyes hulladékot kezelő központi egységben elégetik, az égetés szilárd maradékát hasznosítják vagy depóniára szállítják, – a hulladék ennél sokkal kisebb részét decentralizáltan fertőtlenítik, majd háztartási hulladékkal együtt vetik alá további kezelésnek. A fejlődő országok többségében az egyszerű hulladéklerakás az általános gyakorlat. A fejlett iparú országok modern depóniatechnológiájára – emissziócsökkentéssel, gázhasznosítással, utókezeléssel – nincs pénz, tehát ezeknél a régióknál (ide tartozik Kína is) olyan olcsóbb, módosított eljárásokra van szükség, amelyek kevesebb áldozattal járnak, mégis érezhetően javítanak a környezet nagyrészt katasztrofális állapotán. Ez a helyzet a kínai óriáspiacon a technológiaexport hatalmas lehetőségét nyithatja meg, főként ha a nagy környezettechnikai gyakorlattal rendelkező német cégek elég rugalmasak ahhoz, hogy az igényes csúcsfejlesztések helyett (vagy mellett) az elmaradt piacoknak kínáljanak szerényebb, de hasznos megoldásokat. Ehhez nyilvánvalóan ilyen irányban kibővített, célzott kutató-fejlesztő munkára, a kérdés részproblémáinak vizsgálatára van szükség. A hulladéklerakók üzem- és munkabiztonsága, valamint melléktermékeik kezelése szempontjából fontos megismerni különböző hulladékfajták egyszerűsítő együttes lerakásának következményeit. DuisburgEssen egyetemének munkatársai a kórházi hulladékot tanulmányozták különféle keverékekben a depóniát szimuláló laboratóriumi körülmények között.
Kísérleti módszerek és anyagok A kísérletekhez három depóniát szimuláló reaktort (1. ábra) készítettek, amelyeknek hulladékból álló töltetén át felülről vizet szivárogtattak. Az alul felfogott víz egy részét visszakeringették. A depóniagázt alumíniumedényben gyűjtötték össze. A reaktorok állandó, 31–35 °C-os hőmérsékletű szigetelt térben foglaltak helyet.
T
T
G
T
G
G
P
P
W R1
P
W R2
W R3
1. ábra Kísérleti elrendezés A kísérletek két, egyenként 180 napos szakaszban folytak: – az első szakaszban a három reaktor közül – egyet szilárd háztartási hulladékkal (municipal solid waste, MSW), – egyet sterilizált kórházi hulladékkal (sterilized hospital solid waste, HSWs), – egyet pedig a kórházi hulladékégetés hamujával (hospital solid waste incineration ash, HSWi) töltöttek meg,
– a második kísérletsorozatban – szilárd háztartási hulladék, MSW, – MSW és HSWs keveréke, végül – MSW és HSW képezte a reaktortölteteket. A hamut egy kórházi hulladékot 850 °C-on égető speciális rostélyos kemencéből vezették ki. A kórházi hulladékot 134 ºC-os gőzzel sterilizálták két órán át. A zúzott, majd tömörített háztartási hulladék összetétele megfelelt a Duisburg városában gyűjtött hulladék átlagának. Elemzési módszerek a fejlődő gáz mennyiségét mérőhengerből savas sóoldattal kinyomott térfogatából, összetételét gázkromatográfiásan határozták meg. Ugyanazt a kromotográfot használták (csak más töltettel) az elszivárgó vízben a szerves savak minőségi vizsgálatára, mérték továbbá legmodernebb műszertechnikával a szivárgó víz elektromos vezetőképességét és pH-ját valamint fém-screeninget is végeztek benne.
Eredmények A biológiailag hozzáférhető szénhidrogén-mennyiséget az ebből teljes oxidációval fejlődő gázt a hulladékfrakciók (papír, üveg, ételmaradék, műanyag, egyéb) szétválogatása alapján becsülték meg (1. táblázat). A kórházi hulladékban a biológiailag felhasználható, szervesen kötött szén részaránya, s vele a hulladék gázképző potenciálja csak mintegy 25%-a a háztartási hulladékra jellemző értéknek. 1. táblázat Két vizsgált hulladékfajta gázfejlesztő potenciálja
Biológiailag hozzáférhető C/kg sz. Depóniagáz kg/sz
Háztartási hulladék
Sterilizált kórházi hulladék
16
0,04
0,31
0,08
sz = szárazanyag
Laboratóriumi kísérletben a háztartási hulladék a becsült, biológiailag hasznosítható szén tömegére számítva is több biogázt termelt a steril kórházi hulladéknál (2. ábra). A kórházi hulladékban viszont a baktériu-
mok által beletelepíthető fajlagos, ismét a hasznosítható szénre vonatkoztatott felület tetemesen megnöveli a benne levő inert rész (üveg, műanyag) nagy aránya.
gáztermelés, l/kg biológiailag hozzáférhető C
80 70
HSWs
60
MSW
50 40 30 20 10 0 0
50
100
150
200
kísérleti napok
2. ábra Háztartási és sterilizált kórházi hulladék kumulált gáztermelése A szivárgó vizet a kísérlet 130. napjától kezdve azért keringették vissza, hogy a vele kihordott biomasszát visszavezessék a folyamatba. Ettől a háztartási hulladékban jelentős mértékben fokozódott a gázfejlődés, a steril kórházi hulladékban ezt a jelenséget nem észlelték, ami a biológiai lebontható anyagok kisebb mennyiségére utal. Az MSW/HSWs-keverékben a tiszta MSW-nél valamivel nagyobb a gázfejlődés (3. ábra). Ennek oka a kórházi hulladék inert anyagai által nyújtott nagyobb betelepíthető felületben s az így kialakult reakciótechnikai értelemben jobb anyagátmenetben keresendő. A biogáz (a gyakorlatban depóniagáz összetételét tekintve pedig túlnyomórészt metán) fejlődésének kezdetéig eltelt idő az MSW/HSWs keverékben 30 nap, 150 nap után kialakult a stabil metánfázis. A hulladék-összetétel bizonyos tartományán belül az indukciós periódus és a belépés a metánfeltételek (oxigénkoncentráció, pH, alkalinitás, hőmérséklet és nedvesség) a háztartási és a kórházi hulladék biológia lebomló reakcióinak menete is hasonló. A szivárgó vízben levő fémek műszeres szűrésének (screening) eredménye szerint mérgező fémeket (Pb, Cu, Ni, Hg) csak igen kis kon-
centrációban (0,002–0,17 mg/l) lehetett kimutatni. A kilúgozható alkáliés földalkáli-fém-kationok koncentrációja a hamuban lényegesen nagyobb volt, mint más hulladékokban. Ennek a szivárgó víz pH-ja szempontjából van jelentősége, ezeknek lúgos kémhatású komponenseinek tulajdonítható ugyanis, hogy a hamuból elszivárgó víz pH-értéke 12–13, a háztartási hulladékból eredőé 5–7.
gáztermelés, l/kg biológiailag hozzáférhető C
1200 HSWs + MSW
1000
MSW
800 600 400 200 0 0
50
100
150
200
kísérleti napok
3. ábra Különböző hulladékokból fejlődő (depónia)gáz metántartalma Hamu és háztartási hulladék keverékéből kb. 4-szer annyi gáz fejlődik, mint tiszta háztartási hulladékból (4. ábra). Már egy 1991-es német közlemény is beszámol a hamu-hozzákeverés gáztermelésre gyakorolt „drámai” hatásáról. A termelés felülmúlja még az elméleti maximumot is, ami feltételezhetően arra vall, hogy a hamuból nehezen lebontható szénhidrogének is alkalmassá válnak a biológiai lebontás számára. Hamukeverékben a metánképződés már a 10. napon megindult, 70 nap után kialakult a stabil metánfázis (5. ábra), jelezve, hogy a hamuadalék nemcsak az aktív baktériumtömeget gyarapította, hanem felgyorsította a biológiai lebontóreakciókat is. A hamu alkalitása semlegesítette a képződött szerves savakat, gyorsítva ezáltal az ecetsavképződést. Végül a hamu megtartotta pH-értékét a metánbaktériumok számára optimális tartományban.
gázfejlődás, l/kg biológiailag hozzáférhető C
3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 0
50
100
150
200
kísérleti napok HSWs + MSW
MSW
MSW + HSWi
4. ábra Gázfejlődés különböző hulladékokból és hamuval képzett keverékekből 7,5 7,0
pH
6,5 6,0 5,5 5,0 0
50
100
150
200
kísérleti napok MSW
MSW + HSWs
MSW + HSWi
5. ábra Különböző hulladékokból fejlődő (depónia)gáz metántartalma A másik két reaktorban 7 nap után beálló, 5,5-nél kisebb pH gátolja az ecetogén és a metánbaktériumok fejlődését. A következőkben a szerves savak átalakulnak metánná, miközben a pH 7-re emelkedik. A 10. kísérleti napon a hamut tartalmazó keverékben a zsírsavak csekély koncentrációja (2. táblázat) arról tanúskodik, hogy a szerves savak átalaku-
lása eben a rendszerben lényegesen jobban és gyorsabban végbemegy. Ennek sebességmeghatározó tényezője a propionsav és a vajsav lehet. 2. táblázat Zsírsavkoncentrációk a szivárgó vízben a kísérlet 10. napján, mg/l Zsírsav
MSW
Ecetsav Propionsav Vajsav Izovaleriánsav n-valeriánsav Hexánsav Egyéb Összesen
107 60 336 26 9 39 143 720
MSW+HSWs 80 251 243 14 7 26 226 847
MSW+HSW 24 32 61 9 35 8 1 170
Kinetikai modellezés A biológiailag hasznosítható szén koncentrációjának időbeli változását leíró kétrészes reakciókinetikai modell első szakasza 0. rendű, a második 1. rendű reakciómenetet tételez fel: – az első a hulladék lerakásától a gáztermelés csúcspontjáig tartó szakaszban a baktériumok fölöslegben jutnak szubsztrátumukhoz, tehát nem ennek koncentrációja, hanem egyéb tényezők (nedvesség, pH, elfoglalható felület stb.) határozták meg a reakciósebességet, valamint a gázfejlődés megindulását és a termelt gázmennyiséget, – a második szakaszban az egyes baktériumtörzsek versenyben vannak a szubsztrátumért, így annak koncentrációja a sebességmeghatározó. A három hulladékfajta gáztermelő reakcióinak sebességi állandói közül a hamut tartalmazó keveréké egy nagyságrenddel meghaladja a másik két keverék k = gC/kgS · nap egyenlettel kifejezett állandóinak értékét (az egyenletben C a szárazanyagban kifejezett S szubsztrátumban levő, biológiailag hasznosítható szén): KMSW · 0,5, KMSW+HSWs = 0,5, KMSW+HSW = 2,8 A háztartási és a sterilizált kórházi hulladék sebességi állandójának egyenlősége arra utal, hogy közös lerakás nem befolyásolja a háztartási
hulladék viselkedését a depónián. Bár a kórházi hulladék kevesebb depóniagázt termel, ez a különbség nem zavarja a háztartási hulladékban lejátszódó biológiai folyamatokat, sőt bevitt, betelepülésre alkalmas felületeivel még némi reakciógyorsító hatást is kifejt.
Az új eljárás haszna A hulladékokhoz kevert hamu nem tartalmaz biológiailag lebontható anyagot, a depóniai eredményben tapasztalható kedvező hatása – gyorsan bekövetkező erőteljes gázfejlődés – a benne levő alkálikus anyagoknak köszönhető. Ezek a szivárgó vízben feloldva, pufferként 5 és 7 közötti értéken tartják a pH-t, az acetogén és metánbaktériumok számára optimális közeget teremtve. A hamubekeverés gyakorlati hasznaként várható, hogy a depóniában – nagyobb lesz a gázhozam, – kisebb a szivárgó víz terhelése és – gyorsabban következik be a stabilizálódás, megfelelően rövidebb utókezelési idővel. Kína jelenlegi terveiben még az országban termelődő összes hulladék 40%-ának lerakása szerepel. Háztartási hulladékának hamuval közös elhelyezése kiváló lehetőséget nyújt depóniatechnikájának optimálásához. Az új technika „Folyásra nem hajlamos, biológiailag lebontható szilárd anyagokból termikusan hasznosítható gázkeverék anaerob előállítására szolgáló eljárás” címen 2004 októbere óta szabadalomként van bejelentve a Német Szabadalmi és Márkahivatalnál. Összeállította: Dr. Boros Tiborné Qin Wang, Pasel, Ch.: Verhalten von vorbehandelten Krankenhausabfällen unter Deponiebedingungen. = Müll und Abfall, 37. k. 3. sz. 2005. p. 143–147. Wang, Q.: Aspects of pretreated hospital waste biodegradation in landfills. Dissertation Universität Duisburg-Essen, 2004.
