LEVEGÕTISZTASÁG-VÉDELEM
2.3
Új anyag dioxinok eltávolításához Tárgyszavak: aktív szén; dioxin; füstgáztisztítás; polipropilén.
A dioxinok – vagy poliklór-dibenzo-p-dioxinok – és a poliklór-dibenzo-furánok (PCDD/F) perzisztens és rendkívül mérgező szerves klórvegyületek. Jelentősebb mennyiségben hulladékégetés, bioüzemanyagok elégetése és fémek előállítása, illetve nem szabályozott égetés során kerülhetnek a környezetbe. Stabil égési paraméterek mellett a dioxinok a hulladékégetőkben teljesen elbomlanak, de a füstgáz lehűlésekor, valamint 200 °C fölött végzett porszeparálás során újra szintetizálódnak. A dioxinkoncentrációkat általában toxikus egyenértékben (TEQ) adják meg, amelyet a párhuzamosan keletkező vegyületek koncentrációit specifikus TEQ-tényezőikkel beszorozva képeznek. Az erős mérgező hatás referenciaértékeként a 2,3,7,8 tetra-CDD (Seveso-dioxinként is ismert) használatos – TEQ tényezője 1. A többi dioxinok és furánok TEQ-tényezője kisebb.
A dioxin ipari eltávolítása Számos, általában igen nagy beruházási és üzemeltetési költséget igénylő technológia ismeretes a dioxinok gázokból való eltávolítására. A hulladékégetők a dioxinkibocsátási határértékek teljesítése érdekében többnyire befecskendezett aktív szenes vagy fix szénágyas szűrővászon porleválasztó kamrákat használnak. Ezen kívül ismeretes az is, hogy a szelektív katalitikus redukció, amelyet nitrogén-oxidok (NOx) kivonására alkalmaznak, oxidáló katalizátorral kombinálva szintén hatékonyan bontja a dioxinokat. Ez az eljárás azonban – amennyiben füstgázmosók után alkalmazzák – a gáz költséges újramelegítését igényli. Tekintettel jó korrózióállóságukra és alacsony árukra, nedves füstgázmosók szerkezeti anyagaként széles körben használnak műanyagokat, köztük polipropilént (a továbbiakban PP). A füstgázból számottevő mennyiségű dioxin lép át a műanyagokba, mindaddig, amíg be nem áll
az egyensúlyi koncentráció. Ez az egyensúly azonban függ a hőmérséklet vagy a dioxinkoncentráció megváltozásától. Ha a hőmérséklet emelkedik vagy csökken, a gázban változik a dioxinkoncentráció, akkor a műanyagból dioxin szabadul fel (deszorpció) – e folyamat „memóriahatásként” is ismert. Ha például a hőmérséklet 65 °C-ról 90 °C-ra emelkedik, a dioxinok PP-ből történő deszorpciós sebessége közel megtízszereződik. A dioxinok klórozottságának csökkenésével parciális nyomásuk és diffúziós képességük is megnő. A deszorpció ezért kevéssé klórozott dioxinok és furánok esetében nagyobb mértékű. Mivel a TEQ a kis klórtartalmú dioxinoknál nagyobb, a memóriahatás jelentős mértékben hozzájárulhat a kibocsátási értékek emelkedéséhez. E jelenség bekövetkeztére jellemző szituáció, amikor egy meglévő füstgázmosó rendszerbe dioxint lekötő egységet iktatnak. Ilyenkor a készülék szerkezeti anyaga jelentős mennyiségben tartalmazhat lekötött dioxint, amely hosszú idő multán is felszabadulhat. Hogy elejét tudják venni a műanyagokból történő dioxindeszorpciónak, Adiox néven (a szabadalmi eljárás folyamatban van) új szerkezeti anyagot hoztak létre. Ez aktív szenet diszpergált formában tartalmzó műanyag. Ebben az anyagban a dioxinokat először a PP abszorbeálja, majd diffúzióval eljutnak az aktív szénhez, ahol meg nem fordítható adszorpcióra kerül sor. A PP a szenet más szennyező anyagoktól (pl. a higanytól) megóvó szelektív gátként funkcionál. Tiszta PP és Adiox dioxinfelvevő képességét laboratóriumi feltételek közt vizsgálva megállapították, hogy ha tiszta PP szemcsékből készült ágy fölött áramoltatnak át 80 °C-os hőmérsékleten dioxint tartalmazó gázt, a kisebb klórtartalmú dioxinok egy hónap multán már át képesek hatolni fölötte. E szemcséket 120 °C-ra hevítve a dioxin jelentős része felszabadult belőlük. Ugyanezt a kísérletet Adiox szemcsékkel megismételve egyáltalán nem észleltek dioxináthatolást és 120 °C-on is csak elhanyagolhatóan kis mértékű volt a deszorpció. Adioxból különféle alkatrészek készíthetők, köztük szűrőbetétek és cseppszeparátorok is. Az előbbiek minimális átalakításokkal jelenleg is működő füstgázmosó tornyokban is alkalmazhatók*. Egyszerű módszerrel jelentős mértékben csökkenthető a dioxinkibocsátás, miközben a „memóriahatás” is kiküszöbölhető. E hatás a betétek nagy fajlagos felületének, dioxinérzékenységének és nagy abszorpciós képességének tulajdonítható.
* Eddig tíznél több működő hulladékégetőben szereltek be ilyeneket.
Az első ipari létesítmény Az Adiox felhasználásával készült első létesítményt Dániában, a Thistedben működő hulladékégetőben állították üzembe. Az égetőben egy rostélytüzelésű kemence, egy kazán, egy elektrosztatikus lecsapató (ESP), egy savas és egy semleges kémhatású füstgázmosó működik. A füstgáz átlagos áramlási sebessége 40 000 m3/h volt. A PP-ből készült szűrőbetéteket tartalmazó füstgázmosó tornyokat 1991-ben állították itt fel. Általában az ilyen régóta működő, dioxinnal telítődött füstgázmosók hatékonysága igen alacsony – sőt negatív érték (többlet dioxinkibocsátás) is előfordulhat, amit a betétek cseréjét megelőző mérés itt is alátámasztott. kiáramló gáz bemenő gáz
a mosótornyok Adiox betétei
kísérleti anyagminták
hűtés
sósavas füstgázmosó
1. ábra A Thistedben működő hulladékégető sósavas füstgázmosó tornyai Adiox-betétekkel 2001-ben a PP betéteket a tornyokban Adioxból készült elemekre (1. ábra) cserélték. A füstgázmosóknak az előírások szerinti újraindítását megelőzően és üzemi állapotba kerülését követően egyaránt 2-2 dioxinmérést végeztek, majd ezután egy, három, hat és kilenc hónappal az üzembe helyezést követően. Indításnál a hőmérséklet és a gáz áramlási sebessége kicsi volt, míg a dioxin eltávolításának hatásossága nagy. A tisztított gázban a dioxinkoncentráció kisebb volt 0,1 ng TEQ/m3-nél, noha a gázban az indításnál általában szokásos módon igen magas volt a dioxinkoncentráció. A berendezést 12 hónapon át üzemeltetve a dioxin
eltávolításának hatásossága csaknem állandó jelleggel 70% körül volt, és a viszonylag nagy induló gázkoncentráció – 6–10 ng TEQ/m3 – ellenére telítődésre vagy a dioxinlekötés hatásosságának csökkenésére utaló jeleket nem tapasztaltak. A füstgázmosó előtt, illetve után mérve gázfázisban a dioxinkoncentráció sokkal nagyobb volt, mint a szilárd részecskékben. A különböző dioxinfrakciók eltávolításának hatásossága 12 hónapon át gyakorlatilag állandó maradt, a PP-ből készült betétekre jellemző hatékonyságromlást nem mutattak ki. Egy év múltán az elektrosztatikus lecsapatót egy szénbefúvatásos portalanító fülkével cserélték fel, így a füstgázmosóba érkező gáz dioxinkoncentrációja 10 ng TEQ/m3-ről több mint két nagyságrenddel 0,1 ng TEQ/m3 értékre esett vissza. Mindazonáltal, a dioxinnal már erősen terhelt szűrőbetéteket nem cserélték ki. Ennek ellenére a füstgáz dioxintartalma a mosó bemenetén mért 0,073 ng TEQ/m3-ről a kimeneten 0, 028 ng TEQ/m3-re tovább mérséklődött, ami egyértelműen tanúsítja az Adiox-szal működő füstgázmosó hatásosságát. Az első üzemi méretű létesítmény működtetésének alapvető célja az Adioxból készült betétek élettartamának megállapítása volt, számításba véve mechanikai tulajdonságait és PCDD/F-abszorpciós kapacitását is. Ezen kívül, az 1. ábrán látható tartóban különféle összetételű Adioxalapú anyagokat helyeztek el, hogy tanulmányozhassák azok viselkedését. Ezeket az anyagokat ugyanis a savas folyadék és a nyers gáz dioxinkoncentrációjának hatásai egyaránt érték. E minták mechanikai tulajdonságait, a szakítószilárdságot, a kritikus folyáshatárt, az E-modulust és a Charpy-féle ütőmunkát vizsgálták Adiox és tiszta PP esetében – induláskor, valamint három, hat és tizenkét hónap múltán. Valamennyi mért érték ±10% között változott, és semmilyen, az anyag roncsolódására utaló jelet nem észleltek. Egyes mosótoronybetéteket két fémlap közé helyezve, állandó sebességgel nyomó terhelésnek vetettek alá, miközben mérték a nyomóerőt. Az adatokból felrajzolt nyomóerő-diagramon semmilyen eltérést nem tudtak kimutatni az új és a használt Adiox-betétek viselkedésében. Az Adiox tehát olyan többfunkciós füstgázmosók tervezésében is felhasználható, amikor HCl, HF, SO2 és oxidálódott higany egyidejű eltávolítására van szükség. Az elemi higanyt a füstgázmosóban a MercOx eljárás segítségével oxidálják és fogják fel. Thistedben és a szintén dániai Koldingban az Adiox nedves füstgázmosóba került, közvetlenül egy elektrosztatikus leválasztó után – a dioxinkibocsátás csökkentésére. Amennyiben az Adioxot alkalmazó füstgázmosót biztonsági egységként egy, az elsődleges dioxinlekötést végző
készülék – például egy portalanító fülke – után iktatják be a folyamatba, a kis dioxinszint még biztonságosabban elérhető. Ha ugyanis valamilyen zavar támad a szén beadagolásában, kilyukad a szűrő vagy emelkedik a bemeneti dioxinkoncentráció, e többletterhelést az Adiox veheti át. Az előbbieken kívül Adiox-betéteket a franciaországi Salaiseben, egy portalanító fülke után beiktatott füstgázmosóban, valamint normál porzsákkal és szén befúvatással kombinálva a svédországi Umeaban is felszereltek. Az Adiox felhasználásával a dániai Koldingban, egy települési hulladék égetőben üzembe helyezett második létesítményben az elektrosztatikus leválasztó után kétfokozatú füstgázmosót iktattak be. Ezen kívül, a füstgázmosó után még egy további kísérleti készüléket is beszereltek a technológiai vonalba. E művelet célja az volt, hogy demonstrálni tudják azt, hogy e rugalmas elrendezésnek köszönhetően a komplex PCDD/F lekötésnek az elektrosztatikus leválasztó után a füstgázmosási technológiába illesztésével milyen gazdasági és üzemeltetési előnyök realizálhatók. E tesztvizsgálat eredményei egyértelműen tanúsítják, hogy az Adiox-eljárást a gázáramban található részecskék (egyidejű) eltávolításával kombinálva biztosítani lehet a dioxinkibocsátásra vonatkozó EUirányelvben előírt 0,1 ng TEQ/m3 értéket. Egy ilyen egyszerű berendezésben mindössze egy elektrosztatikus leválasztó és egy többfunkciós füstgázmosó működik. Első ízben 2004-ben fognak üzembe állítani ilyen, adott esetben hőhasznosítóval is felszerelhető berendezést. Esetenként a dioxin végső lekötésére egy fix szénágyas szűrőt is be szoktak iktatni. E szűrők azonban gyúlékonyak, és üzem közben vagy a szénszemcsék kezelése során szennyezett por kerülhet a levegőbe. Amennyiben szén helyett Adiox-szemcséket használnak, e probléma is kiküszöbölhető. Erre alapozva a nagy dioxinterheléseket elbíró Adiox érdekes alternatívája lehet a fix szénágyas megoldásnak. Összeállította: Dr. Balog Károly Andersson, S.; Kreisz, S.; Hunsinger, H.: Innovative material technology removes dioxins from flue gases. = Filtration and Separation, 40. k. 10. sz. 2003. dec. p. 22– 25. Andersson, S.; Kreisz, S.; Hunsinger, H.: PCDD/F removal from flue gases in wet scrubbers – a novel technique. = Organohalogen Compounds, 58. k. 2002. p. 157– 160. Korell, J.; Seifer, H.: Flue gas cleaning with the MercOx process. = Chemical Engineering Technology, 26. k. 2003. p. 737–740.
Egyéb irodalom Paár I.; Szoboszlay M.; Bibók Zs.: Közúti közlekedési levegőszennyezés 2003. = Autótechnika, 2004. 2. sz. p. 32–34. Kovács F.: Az üvegházhatás és a globális felmelegedés egy kérdéséről. = Bányászati és Kohászati Lapok, Bányászat, 136. k. 6. sz. 2003. nov./dec. p. 404–414. Új levegőszennyezettség-jelző hálózat Kelet-Magyarországon. = Technika, 47. k. 1– 2. sz. 2004. p. 22. Békés S.: Klimaegyensúly és globális felmelegedés. = Technika, 47. k. 1–2. sz. 2004. p. 37–39.
