MÛANYAG- ÉS GUMIHULLADÉKOK
5.2
PVC: betiltani, elégetni vagy újrafelhasználni? Tárgyszavak: PVC; HCl; sósav; Vinyloop; hidrolitikus elválasztás; EU; dioxin.
A piac egyre több területén hódít a PVC. Németországban az ablakkeretek 54%-a PVC-ből készül. 1997-ben a PVC gyártása Németországban – a műanyagok közül a leggyorsabban – 9%-kal nőtt. Az országban évente keletkező hulladék 630 000 tonna PVC-t tartalmaz. A kevert műanyaghulladék részaránya a háztartási hulladékban: 64% PE, 6% PS, 2% PET és 4% PVC. 1999-ben a PVC újrafelhasználása egyenlő mértékben oszlott meg az anyagi és az energetikai célú felhasználás között. 2000 márciusában a PVC-gyártók, -feldolgozók és -szállítók ígéretet tettek arra vonatkozóan, hogy a jelenleg újrafeldolgozott mennyiségen túl 2010-ig Európában 200 000 tonna/év PVC-hulladékot hasznosítanak. 2001-ben az Európában keletkezett PVC-hulladék 8%-át nyerték vissza alapanyagként. Az alábbi újrafeldolgozási folyamatok kerültek kifejlesztésre és vizsgálatra: – az ún. „Vinyloop” folyamat, – hidrolitikus elválasztás ipari léptékű berendezésben, – égetés és a HCl visszanyerése forgó kemencében, – lebontás salakfürdőben, – alternatív tüzelőanyag-visszanyerés kevert műanyagok dehidroklórozásával nagyolvasztóban. A technológiák költsége – a „Vinyloop” eljárás kivételével, amely olcsóbb – 250 euró/t. A hamburgi Rugenberger Damm hulladékégető berendezés (MVR) gazdaságos és ökológiailag kedvező alternatívát kínál a PVC-hulladék egyéb városi hulladékkal történő együttes elégetésére, és a keletkező klór 30%-os sósavoldat formájában történő visszanyerésére. Az eljárást
2001 augusztusában és szeptemberében vizsgálták, 500 tonna fólia, cső és egyéb PVC-hulladék felhasználásával. Az EU 2000-ben zöld füzetet jelentetett meg a PVC környezeti hatásairól. Az alábbi szempontok szerint vizsgálták a PVC más hulladékokkal történő együttes elégetését: – adalékanyagok (alkalmazott mennyiség, veszélyek, kockázatok, különös tekintettel a fémstabilizátorokra és ftalát alapanyagú lágyítókra), egyes nehézfémtartalmú stabilizátorok használatának csökkentési lehetősége; – hulladékkezelés (lerakóhelyen történő elhelyezés, újrafeldolgozás). Európa legtöbb országában jelenleg a lerakóhelyen történő elhelyezés a leggyakoribb módja a PVC-hulladékok kezelésének. A PVC alkotórészeinek lerakóhelyi körülmények közötti viselkedését még vizsgálják, az értékelés és a minősítés a PVC-polimerek elméleti bomlási sebességein, illetve a lágyítók és stabilizátorok elszivárgó vízbe és depóniagázokba kerülésén alapul. Az európai lerakóhelyekre vonatkozó szabványok országonként változnak, a lerakás környezeti megfelelőségét és a költségeket a lezárás, az elszivárgó víz gyűjtése és a gázfázisú emissziók ellenőrzése határozza meg. 2020-ra a lerakásra kerülő PVC-hulladék mennyisége eléri az évi 2,8 millió tonnát. A lerakóhelyi költségek összege 8 euró/t (Spanyolország) és 200 euró/t (Németország) között változik. A PVC lerakóhelyen történő viselkedésének vizsgálata során megállapították, hogy a PVC semleges a környezetre. Az EU lerakóhelyekre vonatkozó irányelvei a PVC-hulladék energiaként és alapanyagként történő újrahasznosítását támogatja elsősorban. A nehézfémtartalmú PVC újrafeldolgozásához a hígítás miatt zártláncú újrafeldolgozó rendszerek szükségesek. Az ólomstabilizátorok rövid távú vizsgálata nem szükséges. 2001 óta a PVC-ipar nem használ kadmiumot, az ólom alkalmazását pedig fokozatosan csökkenti. Az EU országaiban évente mintegy 600 000 tonna PVC-hulladékot égetnek el, elsősorban háztartási hulladék égető berendezésekben. Az elégetett műanyag a hulladékmennyiség 10%-a, az égetéssel ártalmatlanított összes hulladék 0,7%-a PVC. Az elégetett hulladékok közül a PVC-ből kerül ki a klór 38–66%-a (egyéb klórforrások: 17% komposztálható anyag, 10% papír). A PVC-hulladék elégetésekor HCl-gáz keletkezik a polimer-molekulalánc hasadása és a klór felszabadulása miatt. Az EU országaiban jelenleg vizsgálják a megnövekedett klórtartalomnak a füstgáz összetételre gyakorolt hatását, a háztartási hulladék
égetőkből távozó anyagáramok minőségét, az égetőberendezés korrózióját és az emissziós szabványok betartását. Általánosságban elmondható, hogy az újrafeldolgozott hulladék alapanyagként történő felhasználása ökológiai szempontból kedvezőbb, mint a háztartási-hulladék égető berendezésekben történő elégetése vagy a lerakóhelyen történő elhelyezése. A hulladékból visszanyert PVC felhasználása építőipari termékekben (ablakkeretek, csövek stb.) gazdasági és ökológiai szempontból egyaránt kedvező. A PVC együttes elégetése a háztartási hulladékkal alternatívája az alapanyagként történő újrahasznosításnak, mert a termikus és kémiai eljárásokban visszanyerhető energia felhasználható a PVC előállítása és a klór feldolgozása során. Ez az eljárás azonban csak akkor alkalmazható, ha az EU-ban, a jogharmonizáció keretén belül megállapított 0,1 ng/m3 dioxin-határérték betartható, illetve a klór sósav formájában visszanyerhető. Ezáltal biztosítható, hogy a PVC mennyiségének a növekedése a hulladékban nem növeli a nedves füstgáz tisztítása során a semlegesítéshez szükséges só mennyiségét, amit szintén lerakóhelyen kell elhelyezni. Az MVR-berendezés egyike a Németországban üzemelő hat hulladékégetőnek, ahol klórtartalmú hulladékból sósavat nyernek vissza. Ezek a berendezések gazdaságilag és ökológiailag kedvező alternatívái a PVC-hulladék mint alapanyag közvetlen újrafelhasználásának. Az MVR célja az alacsony költségű hulladékégetés összekapcsolása a távhő- és villamosáram-előállítással, illetve a hulladékégetésből vagy a füstgáztisztításból visszanyert, újrafelhasználható termékek gyártásával. A magas fokú biztonság, munka- és egészségvédelem, és a környezettel való összeférhetőség biztosított. A maximum 75 MW hőleadásra és 3 MW kimenő hálózati teljesítményre tervezett, kapcsolt energiatermelő berendezés 1999 júniusában kezdte meg működését. A két gőzgenerátorban 21,5 t/h hulladék kerül elégetésre. A égetés paraméterei megfelelnek Németország és az EU hulladékégetésre vonatkozó irányelveinek. Az égetés hőmérséklete 850 o C, a égetési idő 2 másodperc, ezáltal biztosítható a szerves alkotórészek és a PVC termikus lebontása. Az MVR füstgáztisztító rendszerének felépítése az 1. ábrán látható. A tisztított füstgázok a 80 m magas kéményen át a szabadba távoznak, az éves emissziós értékek jóval az előírt határértékek alatt maradnak. A füstgáztisztító-rendszerben keletkező nyerssavat tisztítják, rektifikálóban betöményítik. Ezt követően az EN 939 szerint 30%-os ipari minőségű HCl-t állítanak elő, amelyet a vegyiparban, az építőiparban és az erőmű-
vekben használnak fel – így többek között az MVR-ben is – kazántápvízelőállítás és a kondenzátumtisztítás céljára. gőz
ammónia, víz
gőzgenerátor
hulladék
visszanyert aktív szén
mészfeldolgozás
recirkuláltató ventilátor
aktív szén
zsákos szűrők
zsákos szűrők
kémény
víz
salakfeldolgozás
zsákos szűrőkazánban ben keletkező keletkező pernye pernye
HCl-mosó
SO2-mosó gipszfeldolgozás 30%-os sósav
sósavfeldolgozás
gipszsiló
1. ábra Az MVR-berendezés füstgáztisztító rendszerének felépítése A rektifikáló technológia részei: – bróm-jód leválasztás Na-hipoklorit adagolásával, a keletkező halogének megkötése nátronlúggal és Na-tioszulfáttal; – a nyerssav előzetes elpárologtatása, a HF Al-kloriddal történő leválasztása; – a HCl desztillálása és 17%-osra történő előzetes betöményítése; – a HCl gáz deszorpciója CaCl2-vel; – a HCl abszorpciója ásványi anyagot nem tartalmazó vízzel, és a sav töményítése 30%-osra. A folyamatban keletkező vízoldható sókat sóoldatként sóbarlangok feltöltésére használják. Az eljárás költséges, de ökológiai szempontból kedvező. A vizsgálatokhoz a PVC-hulladékot 2001 márciusa és augusztusa között szállították az égetőbe, ahol tárolóban tárolták. A PVC-hulladék különböző alakú és méretű volt, osztályozása az EWC 12 01 05 európai
hulladékkatalógus szerint történt. A beszállítók 170 kg/h tiszta, 16% klórtartalmú PVC-t adagoltak a hagyományos háztartási hulladékhoz, az óránként 830–1000 kg-nyi kevert műanyaghulladék részeként. Az MVRben egyébként elégetésre kerülő, hagyományos összetételű hulladék 6%-a műanyaghulladék, 0,7%-a PVC-hulladék volt. Az égetés 2001. augusztus 8. – szeptember 5. között zajlott az 1. égetősoron. 20 tonna/nap (830–1000 kg/h) hulladékot borítottak a tárolóbunkerbe, a hulladék darabolását kézzel végezték. A PVC mennyiségét rövid ideig 40 tonna/nap-ra növelték. A vizsgálatok során a PVC mennyisége az égetőben 5% volt 21,5 tonna/h elégetésre kerülő hulladékban. A füstgáztisztítás során keletkező nyerssavat a két égetősorról tárolótartályokba vezették. A rugalmas PVC átlagos fűtőértéke 20 000 kJ/kg, a rideg PVC-é 16 000 kJ/kg, a városi hulladéké 10 000 kJ/kg. A megnövelt műanyagtartalmú, 18 000 kJ/kg fűtőértékű hulladék csökkenti az égetési kapacitást. Az égetőmű gőzgenerátorait 9750 kJ/kg fűtőértékű, 21,5 tonna/h hulladék elégetésére tervezték. Az átlagos fűtőérték 2001-ben 9000 kJ/kg volt. A vizsgálatok során együttesen elégetett hulladéknál nem észlelték a fűtőérték növekedését. Az égetés után az 1. égetősor gőzgenerátorát bevizsgálták. A megnövekedett HCl mennyiség által okozott korróziót vagy egyéb károsodást sem a gőzgenerátorban, sem az égetőberendezésben nem tapasztaltak. Az alapterhelés már a hagyományos háztartási hulladék esetében is magas, a füstgáz HCl-tartalma a gőzgenerátor kijáratánál 1500 mg/m3-nél nagyobb. A koncentrációk a vizsgálat időtartama alatt esetenként kétszeres értékűek voltak a hagyományos égetés során mért koncentrációértékekhez képest. A PVC beadagolásának megkezdése után a mosófolyadék sűrűsége a HCl-mosó első lépcsőjében folyamatosan nőtt. Az átlagsebesség 1400 kg/h, az átlagos HCl-tartalom 13% volt. A vizsgálatok során a gázmosókból gyakrabban vettek mintát az elemzésekhez. Nem tapasztaltak jelentős eltérést a nyerssav összetételében a PVC-beadagolással, illetve anélkül végrehajtott égetés során. A HCl-mosóban jelen levő magas HCl-koncentrációk miatt kezdetben növekedett a klórtartalom az SO2-mosóban, ami a gipszszuszpenziós tartályban a klórkoncentráció növekedését eredményezte. Nem volt viszont magasabb az értékesített gipsz klórtartalma, mert a gipszet a kiszállítás előtt centrifugában mosták és szárították. 2001-ben 306 000 tonna hulladékból összesen 3700 tonna 30%-os sósavat állítottak elő és értékesítettek. Hagyományos háztartási hulla-
dékból 12 kg/tonna, a PVC-vel dúsított háztartási hulladékból 22 kg/tonna sósav keletkezett. A PVC és a háztartási hulladék tüzelőanyagként történő együttes elégetése – megfelelően megtervezett hulladékégető berendezésben – alkalmas nagy mennyiségű sósav előállítására. A HCl-mosóból távozó nyerssav ellenőrzése érdekében az MVRben folyamatos méréseket végeztek a gőzgenerátor kivezetésénél. Hagyományos hulladék elégetése során a HCl átlagértéke a füstgázban a gőzgenerátor kimeneténél 1500 mg/Nm3, ami a vizsgálatok során kétszeres értéket ért el. Sósavat a tiszta füstgázban (azaz a kéményben) még nedves kémiai analitikai eljárásokkal sem mutattak ki. Az 1. égetősor gőzgenerátorának kimeneténél a nyersgázban megnövekedett ólomkoncentrációt mértek, az 1. szűrőház után és a tiszta gázban az ólomkoncentrációk a korábbi mérési eredményekkel azonos nagyságrendűek voltak. A PVC együttes elégetése során mért PCDD/PCDF koncentrációk nem tértek el a hagyományos égetés során mért értékektől, csupán a tiszta gázban mutattak ki kissé megemelkedett koncentrációkban HpCDF-et és OCDF-et. Vizsgálták az Egészségügyi Világszervezet Európai Környezet- és Egészségvédelmi Központjának listáján szereplő dioxinjellegű anyagokat (PCB-k) is. A Ballsmither és a WHO PCB-értékei azonos nagyságrendűek és függetlenek voltak a PVC együttes elégetésétől. A rendelkezésre álló PAH-koncentráció adatait további mérésekkel egészítették ki, és nem észleltek összefüggést a távozó klórmennyiséggel. A klórozott szerves vegyületeknek (különösen a PCDD-k és PCDFek) kiemelt szerepük van a hulladékégetéssel kapcsolatos elemzések során. A PVC-hulladék együttes elégetése nem befolyásolta a füstgáz minőségét. A sokat vitatott 1%-os klór küszöbértéket a hulladékban, amely állítólag megnövekedett dioxinképződést okoz a hulladékégetőben, a fenti vizsgálatok nem támasztották alá. A PVC együttes elégetésekor keletkező nyerssav feldolgozásakor nem kellett módosítani a sósav-rektifikáló rendszer üzemvitelét. Az égetési vizsgálatok során keletkezett sósav minősége sem különbözött a vizsgálatok előtt keletkezett sav minőségétől. Egyéb maradék anyagok (gipsz, salak, a szűrőn megkötött és a kazán pernyéje) minőségét hagyományos minőség-ellenőrző eljárásokkal vizsgálták. A PVC és a háztartási hulladék együttes elégetése során kapott eredmények a korábban mért eredményekkel azonosak voltak. A
háztartási hulladék égető berendezés normál üzemvitele során – a 17. szövetségi immisszió-ellenőrzési törvény előírásaival összhangban – az elégetett hulladék nagyobb klórtartalma nem befolyásolta a salak és a többi maradék anyag minőségét. A PVC-tartalmú hulladékon speciális vizsgálatokat nem kellett végezni, mert a PVC nem hőálló, halogénezett szénhidrogén, amely a környezetben állandó és toxikus hatással lehet az élővilágra. Hulladékégető berendezésben 850 oC-on jelentős mennyiségű sósav keletkezése mellett teljesen elég. Az MVR-berendezés füstgáztisztító rendszerének sósavmosója max. 3000 mg/m3 HCl-t abszorbeál a füstgázból, az egyéb füstgázemissziókra gyakorolt káros hatások nélkül. Megfelelő méretű és alakú PVC-hulladék, megfelelően kialakított füstgáztisztító és sósavrektifikáló rendszerek esetén az MVR-berendezésben 2% többlet PVChulladék betáplálásával 320 000 tonna/év (6500 tonna/év PVC) hulladék égethető el üzemviteli problémák nélkül. A tárolóbunkerben a hagyományos városi hulladékkal történő elkeverés megakadályozza a rendszer termikus vagy kémiai túlterhelését. Azt a gyakori felvetést, amely szerint az elégetésre kerülő hulladék nagyobb PVC-tartalma megnöveli a tiszta gáz- és a füstgáztisztító rendszerben keletkező melléktermékek nehézfém- és/vagy PCDD-, PCDF- és PCB-tartalmát, a vizsgálatok megcáfolták. Az ökológiai hatékonyság elemzésével megerősítették, hogy a hulladék elégetése elkülönített HCl-mosó és -rektifikáló alkalmazásával drágább más eljárásoknál. Hosszú távon azonban ez jelenti a legkisebb kockázatot az égetés és a füstgáztisztítás során keletkezett sósavat tekintve, olcsó és minősített alternatívát adva a PVC-visszanyerés egyéb eljárásaival szemben. Összeállította: Regősné Knoska Judit Menke, D.; Fiedler, H.: Don’t ban PVC: incinerate and recycle it instead! = Waste Management and Research, 21. k. 2. sz. 2003. ápr. p. 172–177. Yarahmadi, N.; Jakubowicz, I.; Martinsson, L.: PVC floorings as post-consumer products for mechanical recycling and energy recovery. = Polymer Degradation and Stability, 79. k. 3. sz. 2002. p. 439–448. Braun, D.: Recycling of PVC. = Progress in Polymer Science, 27. k. 10. sz. 2002. dec. p. 2171–2195.
