KÖRNYEZETTECHNIKA. Bevezetés és mechanikai alapműveletek

Átírás

1 KÖRNYEZETTECHNIKA Bevezetés és mechanikai alapműveletek

2 Környeztettechnikai alapm veletek Rá vagyunk utalva a természetes környezetünkre, hiszen anyagot, energiát nyerünk bel le, terméket állítunk el, egyszóval fogyasztunk és élünk Ezen folyamatok során szennyezzük a leveg t, a szennyvizet, hulladékot termelünk és közvetlenül vagy közvetve károsítjuk természetes és épített környezetünket A természetes állapot fenntartása érdekében 1. A korában okozott környezeti károkat a lehet ségekhez mérten fel kell számolni 2. A termelés, fogyasztás és az életvitel során a környezet károsítását minimálisra kell csökkenteni A környezetvédelmi technológiáknak e kett s célkit zést kell szolgálniuk

3 Környeztettechnikai alapm veletek A m veletek a leveg -, víz-, szennyvíz-, talaj-, és hulladékkezelés során alkalmazott m veleteket jelentik A m veletek során az anyagban valamilyen fizikai vagy fizikai-kémiai változás következik be Pl:ülepítés (amikor a folyadékban vagy gázban lebeg szilárd szemcse leülepedik a gravitációs er tér hatására) Folyamatok során az anyagban kémiai, biokémiai, vagy biológiai változások, átalakulások játszódnak le Pl. kémiai kicsapás, amikor a kémiai komponenseket reagensek adagolásával csapadékká alakítjuk át Eljárás a m veletek és a folyamatok célszer en összeállított sorozata Technológia a m veletekkel és folyamatokkal kapcsolatos tennivalók részletes ismertetése a hozzájuk tartozó készülékek, m tárgyak és m szerek leírásával együtt

4 A legfontosabb környezetvédelmi Leveg tisztítási Ivóvíz tisztítási Ipari víz tisztítási Szennyvíztisztítási (kommunális, települési, ipari, mg-i) Talajtisztítási Hulladékkezelési (település, ipari) technológiák technológiák

5 Környeztettechnikai m veletek,folyamatok A környezeti elemek megóvása, szennyvizek kezelése és/vagy tisztítása és a hulladékkezelés során elvükben azonos m veletekkel, folyamatokkal találkozhatunk Az alkalmazott berendezések azonban lényegesen eltérhetnek, hiszen a kezelésre, tisztításra kerül anyagok összetétele, tulajdonságaik (méret, s r ség, fizikai-kémiai sajátság) nagyon eltér ek lehetnek A m veleteket és folyamatokat általában az azokban fellép, jellemz hatások (er hatás, hajtóer ) és a változásokat leíró törvények alapján csoportosítjuk Van pár m velet ami több csoportba is besorolható pl. a szárítás, ami kalorimetrikus m velet (h hatására párolog el az anyag víztartalma) ugyanakkor diffúziós m velet is, mert a vízmolekuláknak ki kell diffundálni a pórusokból, majd át kell lépni a szilárd- leveg határfelülen a leveg be, amely elszállítja a párát

6 M veletek és folyamatok csoportosítása Er hatás, törvények M veletek Folyamatok 1. Mechanikai m veletek Ütés, nyomás, vágás stb. Szilárd testek mechanikája Aprítás Fajtázás Osztályozás Szilárd anyagok szállítása Tömörítés Granulálás Tárolás Szilárd anyagok szállítása 2. Hidrodinamikai m veletek Mozgó folyadékok és gázok energiája Hidrodinamika törvényei Ülepítés Sz rés Centrifugálás Flotálás Folyadék keverése Folyadék szállítása 3. Kalorikus (h átadási m veletek) H mérséklet különbség H tani törvények Melegítés H tés H csere Égetés Bepárlás Lepárlás Szárítás 4. Diffúziós (anyagátadási) folyamatok Koncentráció különbség Komponensátadás törvényei Extrakció Adszorpció Abszorpció Stripping Membránsz rés Fordított ozmózis Dialízis 5. Kémiai folyamatok Kémiai reakciók Reakciókinetika törvényei Semlegesítés Hidrolízis Oxidáció Kicsapás Koaguláció Ioncsere 6. Biológiai folyamatok Mikroorganizmusok tevékenysége Aerob biológiai lebontás Anaerob biológiai lebontás

7 Er hatás, törvények M veletek Folyamatok 1. Mechanikai m veletek 2. Hidrodinamikai m veletek Ütés, nyomás, vágás stb. Szilárd testek mechanikája Mozgó folyadékok és gázok energiája Hidrodinamika törvényei Aprítás Fajtázás Osztályozás Szilárd anyagok szállítása Ülepítés Sz rés Tömörítés Granulálás Tárolás Szilárd anyagok szállítása Folyadék keverése Folyadék szállítása Centrifugálás Flotálás 3. Kalorikus (h átadási m veletek) H mérséklet különbség H tani törvények Melegítés H tés H csere Égetés Bepárlás Lepárlás Szárítás

8 Er hatás, törvények M veletek Folyamatok 4. Diffúziós (anyagátadási) folyamatok Koncentráció különbség Komponensátadás törvényei Extrakció Adszorpció Abszorpció Stripping Membránsz rés Fordított ozmózis Dialízis 5. Kémiai folyamatok Kémiai reakciók Reakciókinetika törvényei Semlegesítés Hidrolízis Oxidáció Kicsapás Koaguláció Ioncsere 6. Biológiai folyamatok Mikroorganizmusok tevékenysége Aerob biológiai lebontás Anaerob biológiai lebontás

9 Cél M velet Berendezés Sz rés Rácsok, sziták Els fokú (mechanikai) tisztítás Durva szennyez dés eltávolítás Ülepítés Ülepít medencék Finom lebeg szemcsék eltávolítása Homokfogás Homokfogó medencék Derítés, koagulálás Kever k, flokkulátorok Olaj és zsír lefölözés Olaj és zsír fogó Másodfokú (biológiai tisztítás) Cél Szervesanyag eltávolítása, nitrifikáció M velet Csepegtet töltetes rendszer Iszapos rendszer Diszperz rendszer Anaerob rothasztó Berendezés Csepegtet test+ Utóülepít Leveg ztet medence+ utóülepít recirkuláció Fakultatív stabilizációs h F tött rothatsztó

10 Harmadfokú (fizikai kémiai tisztítás) Cél Finom lebeg, kolloid szemcsék és foszfor eltávolítása Nitrogén eltávolítása Oldott anyagok, baktériumok és vírusok eltávolítása M velet Homoksz rés, mikorsz rés, derítés, kicsapás Denitrifikáció Ioncsere Adszorpció, oxidáció Berendezés Homoksz r, mikorsz r Kever +ülepít Anaerob csepegtet test Ioncserél oszlopok Aktív szén oszlopok, klórgázadagoló, ózonizáló

11 Az eljárások során alkalmazott technológiai elvek A m veletek ill. folyamatok során anyag-/és vagy energiaátadás következik be a különböz fázisok közt Az egyes fázisokban az anyagok állapota is megváltozik, például az oldott anyag kicsapása, szemcsés kolloidok pelyhes anyaggá alakítása A folyamatok jó része id - és energiaigényes Az eljárások hatékonysága a technológiák gazdaságosságát alapvet en meghatározzák A hatékonyság érdekében a folyamatok jellegét l függ en nyitott vagy zárt rendszerben alkalmazhatunk: Egyenáramú, ellenáramú, keresztáramú, örvényáramú anyagáramoltatást Felületnövelést, folyamatos, félfolyamatos és szakaszos üzemmódot A berendezések gazdaságos üzemmódja az ellenáramú áramoltatás nagy felületen és folyamatos üzemmódban

12 Termék és melléktermék A környezetvédelmi technológiák is gyártástechnológiáknak tekinthet ek Alapanyaga a szennyezett leveg, szennyvíz, szennyezett talaj illetve hulladék A termék a környezetet nem károsító tiszta leveg, tisztított víz és talaj, megsemmisített, hasznosítható vagy biztonságosan elhelyezhet hulladék Mint minden gyártástechnológiában itt is keletkeznek melléktermékek, ezek a kivont szennyez anyagok A m veleti eljárás, illetve alkalmazott technológia akkor tekinthet korszer nek, ha 1. Melléktermékek Nem vagy csak kis mennyiségben keletkeznek Közvetlenül vagy másodnyersanyagként hasznosíthatók Könnyen lerakhatók 2. Az anyag és energiafelhasználás optimális 3. A technológia egyszer, áttekinthet, szabályozható, megbízható és biztonságos üzem

13 Mechanikai m veletek A mechanikai m veletek és eljárások többsége el készítései célokat szolgáló elválasztási m velet A kezelésre kerül anyagok (szennyezett leveg, szennyvíz, szennyezett talaj illetve szilárd és folyékony hulladékok) nagyon heterogén összetétel ek a szennyez anyagok eredetét, tulajdonságait és a hordozó közeget tekintve A kezelésre, tisztításra alkalmas berendezések száma nagy, a technika és a technológiák fejl désével állandóan b vül, változik

14 A fizikai m veletek és eljárások során az anyagok, szennyez anyagok Méretét Alakját S r ségét H mérsékletét Mechanikai szilárdságát Felületi töltését Nedvesíthet ségét Nedvességtartalmát Elektromos vezetését Polaritását Színét Reflexióját Fényabszorpcióját kell ismernünk

15 El készít m veletek Az el készít m veletek célja az anyagok fizikai átalakítása, a szállítás, kezelés, felhasználás, tisztítás és/vagy lerakás el tt A következ m veletek gyakorlatilag a hulladékkezelés el készít m veletei: Aprítás Rostálás Tömörítés Darabosítás Beágyazás Jó el készítéssel növelhet a kezelési m velet eredményessége és hatékonysága

16 Az aprítás Célja a hulladék méretének csökkentése, a különböz komponensek el készítése az elválasztásra a további kezelés el segítése érdekében A hulladék szemcse és darabméretének csökkentése mechanikai és termikus módszerekkel végezhet, továbbá száraz vagy nedveseljárással Környezeti h mérsékleten vagy mélyh tött állapotban Durva aprítás mm a finom aprítás mm szemcseméretet eredményez A berendezés kiválasztásakor figyelembe kell venni a beadagolandó hulladék nedvességtartalmát, h mérsékletét, keménységét, darabosságát, ill. szemcseméret-eloszlását, valamint hogy milyen további kezelést kíván, ill. hogy mekkora méretcsökkenést akarunk elérni vele (aprítási fok) Az aprítási fok az aprítógépre feladott és az aprítógépb l kilép anyag jellemz, vonatkoztatási szemcseméretének a hányadosa: A = x x 0 A vonatkoztatási szemcseméret a gyakorlatban rendszerint a 80 %-os szemcsenagysághoz tartozó méret, amikor is a feladott, illetve a megtört anyag 80 %-a az X méretnél kisebb méret

17

18 Kétrotoros kalapácsos aprító kialakítása 1. forgórész kalapácsokkal; 2. hornyolt tör lemezek Szennyvíztisztításban a rácsszemét finom felaprítására

19

20 Rostálás A rostálást több célból alkalmazzák a hulladékkezelés során. 1. F ként a méret szerinti osztályozásra, 2. de használják elválasztási feladatok elvégzésére, 3. továbbá az adott hulladék finom szemcsés vagy durva szennyez anyagainak eltávolítására is. A hulladék kezelése során leginkább a dobrostát és a A dobrostát els sorban elválasztási és tisztítási célra vibrációs rostát hasznáják. a vibrációs rostát mindhárom célra, f ként azonban méret szerint osztályozásra használják

21 Rostálás Az adott célra legmegfelel bb géptípus kiválasztásához ismerni kell a hulladék fizikai jellemz it (pl. méret, alak, s r ség, folyási tulajdonságok, h mérséklet, nedvességtartalom), az adagolás átlagos és legnagyobb sebességét, az osztályozandó anyag szemcseméret-eloszlását és a végtermék megkívánt méreteloszlását, valamint a kapcsolódó technológiai folyamat meghatározó jellemz it az elérni kívánt célokat és feladatokat, nedves-vagy szárazrostálás szükségességét, kapcsolódó berendezések paramétereit, üzemid t stb. Az adott feladatra legalkalmasabb rostatípus és -kapacitás kiválasztásához többnyire el zetes kísérletre van szükség

22 Telepített forgó dobrosta kialakítása 1. anyagfeladás; 2. tisztított anyag kihordása; 3. rostafelület; 4. támgy r ; 5. hajtóm ; 6. fogaskoszorú; 7. fogaskerék; 8. véd burkolat; 9. poros leveg elszívása; 10. alapozás és támasztógörg k

23

24 A tömörítés A tömörítés során a laza állapotú, nagy pórustérfogatú szilárd hulladékot a lehet ség szerinti legkisebb térfogatra sajtolják össze. A m velet célja egyrészt a kisebb költséggel járó gy jt helyen való tárolás és szállítás, másrészt a hulladék el készítése a további kezeléshez. A tömörítést mindenkor megfelel nyomóer vel, többnyire köt anyag hozzáadása nélkül végzik. Az aprítatlan, eredeti állapotú hulladék köt anyag hozzáadása nélküli tömörítését nevezzük bálázásnak. Az aprítással el készített, esetenként köt anyag hozzáadásával végzett tömörítés a brikettálás.

25 A bálázópréseket a viszonylag homogén összetétel hulladék (papír-, textil-, m anyag-, fa-és fémhulladék) tömörítésére, ritkábban a heterogén települési és termelési hulladékkeverékek tömörítésére alkalmazzák. A bálázóprések vertikális és horizontális elrendezésben, a tömörítend anyag jellemz it figyelembe vev, szerkezeti megoldásban, igen változatos kialakítással készülnek.

26 A brikettálást fém-és faforgács-, valamint települési szilárd hulladékhoz alkalmazzák. A brikett készítésére a horizontális elrendezés, ellen nyomólapos vagy kéthengeres megoldású prések használatosak. A fémforgácsok melegen végzett brikettálásának fejlesztése folyamatban van. A feladatra a legmegfelel bb tömörít berendezés kiválasztásához alapvet fontosságú a hulladék anyagi jellemz inek (darabnagyság, összetétel, nedvességtartalom stb.) és mennyiségének, valamint a felhasználás céljának pontos ismerete.

27 A darabosítás során a finom szemcsés, aprítással el készített szilárd hulladékból préseléssel, sajtolással vagy termikus módszerrel nagyobb, szabályos vagy szabálytalan szemcséket állítanak el. A cél általában a további kezelés megkönnyítése. A darabosítás fogalomkörébe tartozik a h re lágyuló m anyaghulladék agglomerálása és regranulálása(= szemcsézés), valamint az aprított szerves hulladék pelletizálása(homogén, finom szemcsés anyaghalmaz létrehozása). Az agglomerációs és a regranuláló eljárások a különféle poliolefin anyagú, el zetesen osztályozott (típus azonos) és legfeljebb kismértékben szennyezett m anyagfólia-hulladék kezelésére alkalmasak

28 Agglomeráló gépcsoport felépítése 1. el aprító vágómalom; 2. adagolótartály; 3. csigás adagolóm és tárcsás tömörít gép; 4. utóaprító vágómalom; 5. ventilátorok; 6. leválasztó ciklonok

29 Pelletizálóprések elve a) négygörg s matricával dolgozó prés kialakítása (ház nélkül) 1. hidraulikus görg nyomás szabályzó; 2. görg k; 3. f tengely; 5. csigahajtóm b) kétgörg s gy r s matricával dolgozó prés elve 1. pelletizálandó anyag; 2. gy r s matrica présfuratokkal;3. vágókések

30 Beágyazás-szilárdítás Folyékony és iszapszerű veszélyes hulladékoknál könnyebb kezelés biztonságosabb szállítás Lerakás Végtermék: általában vízoldhatatlan formába hozott szennyezőanyag A hulladék veszélyessége nagy mértékben csökkenthető! De a kezelés csak egy részművelete!

31 A beágyazás típusai Folyékony és iszapszerű veszélyes hulladékoknál Módszer, eljárás könnyebb kezelés biztonságosabb szállítás Lerakás Cementalapú (betonba ágyazás) Alkalmazás Mérgező, szervetlen vegyületekhez és füstgáztiszítás szilárd- és iszapmaradékához Végtermék: általában vízoldhatatlan formába hozott Mész- szennyezőanyag és pernyealapú Mérgező, szervetlen vegyületekhez és füstgáztiszítás szilárd- és iszapmaradékához Hőre lágyuló anyagok (bitumen, PE, paraffin, aszfalt) Szerves polimerek Üvegesítés Mérgező, nem oxidáló hatású szervetlen vegyületekhez Szerves anyagokat, savakat nem tartalmazó, mérgező, nem oxidáló hatású vegyületekhez Radioaktív hulladékok (nagy aktivitás)