Települési szilárd hulladékok hasznosítása a nemzetközi előírásoknak megfelelő tüzelőanyag előállításával

Átírás

1 TELEPÜLÉSI SZILÁRD HULLADÉK HASZNOSÍTÁS FEJLESZTÉSI IRÁNYAI Konferencia Székesfehérvár, szeptember A LEGÚJABB HAZAI KUTATÁSI-FEJLESZTÉSI EREDMÉNYEK ISMERTETÉSE Dr. Bokányi Ljudmilla egyetemi docens Dr. Csőke Barnabás egyetemi tanár Miskolci Egyetem Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet Települési szilárd hulladékok hasznosítása a nemzetközi előírásoknak megfelelő tüzelőanyag előállításával GVOP Projekt Konzorcium-vezető: Miskolci Egyetem Eljárátechnikai Tanszék Prof.Dr.Csőke Barnabás, intézetigazgató, egyetemi tanár Konzorcium: - VERTIKÁL Rt. Polgárdi, Ferencz Károly vezérigazgató - Profikomp Kft. Gödöllő, Dr. Alexa László, ügyvezető igazgató - Energetikai Tanszék, Nyugat-Magyarországi Egyetem, Sopron, Prof. Dr. Marosvölgyi Béla, tszv.egyetemi tanár - AP International Magyarország Kft. Szilassy Attila, Brad Nelson 1

2 Tartalom A projekt célja: A települési szilárd hulladékok MBH kezelésének technológiai fejlesztése a másodtüzelőanyag-termék minőségének javítása érdekében A projekt megvalósítása, eredményei Műsodtüzelőanyag minőségének javítása: szelektív aprítással dúsítással (légáramkészülékkel) Biostabilát (komposzt) hasznosítása: energianövény-termesztésben biogáz - előállításban Miskolci Egyetem Eljárástechnikai Tanszék A települési szilárd hulladék jellemző összetétele 2006-ban Magyarországon, (%) Hulladékalkotó Papír-kartonkompozit Műanyag Textil Üveg Fém Bomló szerves Egyéb Országos átlag Nagyváros, átlag Forrás: a KVVM-nek általunk végzett felmérés 2

3 Szilárd települési hulladék HULLADÉK SZELEKTÍV GYŰJTÉSE o lakosságtól, az intézményektől, valamint ipari és kereskedelmi vállalatoktól, vállalkozásoktól MARADÉK CSOMAGOLÓ ANYAGOK ELŐSZORTÍROZÁS VÁLOGATÓMŰBEN o termékek: kvázi fajtatiszta papír-, műanyag-, fém- és üvegfrakciók Hagyományos kezelés BIOLÓGIAILAG LEBONTHATÓ Komposztálás vagy biogáz-előállítás Lerakás Elégetés Salakelőkészítés és lerakás Begyűjthető csomagolóanyag-hulladék mennyisége Ha q=300 kg/fő/év 36 % begyűjthető 64 % lerakásra kerülő maradék lakosság száma : fő hulladékforrás, ill. ezek aránya: M h = 60 %, Ipar: M i = 40 % Csomagolóanyag-tartalom a hulladékban: C h = 35 % és C i = 80 % begyűjtési hatásfok: η h = 50 %, η i = 80 % akkor a begyűjthető mennyiség: B= q N ( M h C h η h + M i C i η i ) = 0, (0,6. 0,35. 0, ,4. 0,8. 0,8) = ,36 = t/év Prof.Dr.Csőke Barnabás Miskolci Egyetem Eljárástechnikai Tanszék 3

4 A hagyományos kezelés hátrányai Nem csökkenti elegendő mértékben a lerakandó hulladék mennyiségét (ha nincs égetés). A hulladék egy jelentős része kezeletlenül kerül lerakásra, tetemes mennyiségű értékes anyaggal A szelektívgyűjtés (csomagoló és biológiailag lebontható anyagokra) és kézi-gépi válogatás túlerőltetése e rendszert is gazdaságtalanná teszi. A kezeletlen települési maradék elégetése - a maradék kedvezőtlen tüzeléstechnikai tulajdonságai (alacsony fűtőérték, nagy nedvességtartalom) miatt - gazdasági szempontból előnytelen. A fentiek vezettek : elsőként (kb éve) a lakossági hulladékból másodtüzelőanyag előállítására mechanikai eljárásokkal (német rövidítése BRAM = Brennstoffe aus Müll, angol rövidítése RDF: Refuse Derived Fuel), majd pedig a 90-es években a biológiailag lebontható rész nedvességtartalmának csökkentésére és jobb minőségű alternatív tüzelőanyag előállítása érdekében a szilárd települési hulladék maradékanyagának un. biostabilizációs kezelésének bevezetésre. 4

5 Mechanikai-biológiai kísérleti stabilizálás Aprítás Biostabilizálás Stabilát Szitálás Mágneses szeparálás Nedvesség, CO 2 Biostabilát (komposzt) Fe Másodtüzelőanyag A maradékanyag biostabilizálásával kiegészített rendszer hiányosságai Nagy mennyiségű a komposzt-stabilát, kérdéses a teljes mennyiség hasznosítása. A komposzt-stabilát 1 mezőgazdasági hasznosítása nem megoldott. Ha az égetőműbe adom fel a komposztstabilátot is (azaz a teljes stabilátot elégetem), akkor az így kapott tüzelőanyag fűtőértéke alacsony (csak hulladékégetőműbe lehet elégetni). 5

6 A maradékanyag biostabilizálásával kiegészített rendszer hiányosságai A nagyobb fűtőértékű 2termék (másodtüzelőanyag) minősége a szélesebb körű hasznosítást korlátozza: még nagyobb fűtőérték ( 20 MJ/kg), kisebb szennyezőtartalom lenne kívánatos Tüzelőanyag-termékek előállítása keverékből a projekt koncepciója szerint Faipari hulladék Víz CO 2 Vas Biomassza Műanyagok Háztartási hulladék maradékanyaga Tárolás Aprítás Biostab Mágneses szeparálás Örvényáramú szeparálás Légáramú szétválasztás Pelletezés Pellet Másod tüzelőanyag Inert anyag Nemvas-fém 6

7 A komplex biomassza-hasznosítás a projekt koncepciója szerint Nyers biomassza Aerób lebontás Biostabilát Anaerób lebontás CO 2 H 2 O Aerób lebontás Biogáz CH 4 CO 2 Nyershulladék Kalapácsos törõ Dobszita > 20 mm Stabilát Mágneses szeparátor Prizma (biostabilizálás) < 20 mm Biostabilát Biostabilizált hulladék Mintavételi helyek Fémek Energianövénytermesztés Maradék Másodtüzelőanyag előtermék (prekurzor) 7

8 Nyershulladék és stabilát anyagi összetételének megállapítása 8

9 Papír Karton Higéniai Műanyag / A >100 mm biológiailag lebomló frakció három alkotórésze a növény, a kenyér és a hús Kompozit Textil Üveg Fém MEGÁLLAPÍTHATÓ Az aprításnak ki nem tett nyershulladékban a biológiai anyag %-a a legdurvább (>100 mm) frakcióban helyezkedik el. Ez nem teszi lehetővé, hogy a nyershulladékból közvetlenül szitálással válasszunk le egy olyan durva frakciót, amely kész tüzelőanyag-termék vagy annak egy része, mivel bioanyagtartalma >20 %. Erre csak akkor van mód, ha az adott területen a biológiailag lebontható szerves anyagok szelektív gyűjtése is folyik, valamint aprításnak is kitesszük a nyershulladékot, amelyek néhány % -ra lecsökkenti a durva frakció bomló szerves anyag tartalmát. 9

10 100 Tömegeloszlás, % neméghető 2 - éghető 3 - szemcseméret eloszlás Szemcseméret, mm Szemcseméret-eloszlás, valamint az éghető és nem éghető komponensek eloszlása a teljes (!) stabilát szitafrakcióiban Fűtőérték szemcsefrakciónként, és anyagi komponensenként Anyagfrakció Műanyag Textil Szemcseméret mm Fűtőérték MJ/kg >200 26, , , ,41 >200 20, , ,20 10

11 Fűtőérték szemcsefrakciónként, és anyagi komponensenként Anyagfrakció Fa Szemcseméret mm Fűtőérték MJ/kg >200 18, , , ,25 Szelektív aprítás Doppstadt kalapácsos aprítógéppel a másod-tüzelőanyag frakció minősége javításának az érdekében 11

12 Szemcseméret mm, aprítás 1-szer Fűtőérték, MJ/kg aprítás 2-szer >200 16,3 19, ,4 22, ,8 18, ,7 10, ,7 11, ,7 9,2 <8 0,6 5, ,4 Másodtüzelőanyag minőségének javítása (jelölés: 1- neméghető összesen: egyéb+alumínium+üveg+fémek; Tömegeloszlás, % neméghető 2 - éghető 2 - éghető összesen: műanyag+textil+gumi+ kompozit + papír + fa) Szemcseméret, mm Éghető és neméghető alkotók megoszlása a szemcsefrakciókban szelektív aprítást követően 12

13 A szelektív aprítást követően képezhető másodtüzelőanyag-termékek jellemzői Termék Termék elnevezése Tömegkihozatal % Fűtőérték MJ/kg Megoszlás a termékekben, % Éghető Nem- Éghető Hőtartalom > 100 mm mm Nagyfűtőértékű termék Közepes fűtőértékű termék < 20 mm Maradék Összesen Cementgyári minőségi igények Jellemző Érték Szemcseméret < 20 mm Nedvességtartalom* légszáraz <15 %, ill <25 % Klór <1, ill< 1,5 % Hg <1 mg/kg Kén Max. 0,5 % Hamu <30 % Fűtőérték* MJ/kg, ill MJ/kg Homogenitás * Főégőre ill. kalcinátorra t 13

14 Légáramkészülék Diffúzor-ármkészülék Mérőtér Feladás Silo Levegő Prandtl-cső helye Cellás adagoló Szétválasztó tér Ventillátor Felsőtermék Silo Ventilátor Alsótermék 100 F F(x) (v), % Fe mm Nemvas-fémek kihozatala a légáram sebességének függvényében ,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 v k(v), m/s[m/s] Fe mm F F(X) (v), % k(v) v, [m/s] 14

15 Megállapítottuk: az éghető anyagok süllyedési végsebessége három tartományra bonthatók 1-3,5 m/s, 3,5-5,5 m/s és 5,5-16 m/s; a nemvas-fémek süllyedési sebessége pedig a 6-9 m/s sebességtartományba esik; ezek alapján légáramkészülékkel történő szétválasztáskor két tiszta fémmentes éghető terméket és egy nemvas-fémeket is tartalmazó kevert termékhez jutunk; ez utóbbiból a fémek örvényáramú szeparálással nyerhetők ki; az éghető anyagok döntő része az előbbi két termékbe kerül. Biogáz képződési kinetikája biostabilátumból termelt gáz [Nl/kg ots] 300,0 250,0 200,0 Inokulum és minta 150,0 100,0 Kénsavas Na 2 SO 4 oldat 50,0 0,0 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 idő [nap] A vizsgálatokra az FVM MGI intézetben (FVM Mezőgazdasági Gépészeti Intézet) került sor Gödöllön, a kísérleteket a Greenergy Kft. szakembere végezte el. 15

16 Kísérleti félüzemi méretű berendezés, reaktor-méret: 100 l A vizsgálatokat Doc. Dr. Bokányi Ljudmilla szakmai irányítása mellett Varga Terézia doktoranda végezte el a Miskolci Egyetemen Gázmennyiség [ml/g sz. sz. a.] Zöldhulladék Iszap, apríték keverék Prizma komposzt Szennyvíziszap Idő [nap] 16

17 ml/g bemért Fajlagos gázmennyiség Zöldhulladék (szervesanyag taratalom 765g/kg száraz anyag) Iszap,apríték keverék (szervesanyag tartalom 675g/kg száraz anyag) Biostabilát (szervesanyag tartalom155g/k g száraz anyag) Bekevert szennyvíziszap (szervesanyag tartalom 679g/kg száraz anyag) mintára 71,44 18,02 0,81 4,59 ml/g szerves száraz anyagra 104,19 65,28 6,34 38,9 Megállapítottuk: A biostabilátumnál el lehet érni egy relatíve elfogadható gázhozamot (240 l/kg szerves szárazanyag)., de relatíve hosszú idő alatt. Célszerű az intenzívebb gézképződés és nagyobb gázhozam érdekében kevésbé érett biostabilátot anaerob bontásnak kitenni (ld. A-A-A technológia). Az aerob előérlelés és anaerob bontás időtartamai optimális értékét (beleértve a aerob utóbontás) kísérleti úton célszerű meghatározni. A szubsztrát jellemzőit javítani lehet bekeveréssel is 17

18 Összefoglalás A szilárd települési hulladékok maradéktalan hasznosításra kell törekedni. Ehhez a szelektív gyűjtés és válogatás, valamint mechanikai előkészítés, a mechanikai biológiai stabilizálás, anaerob lebontás, biomassza előállítás kombinált technológiai rendszere kínál megoldást. Szükséges azonban az egymáshoz szorosan kapcsolódó folyamatok, ill. anyagáramaik költséghatékony összehangolása KÖSZÖNÖM A FIGYELMET! 18