kémiai vegyület energiatartalma égési reakció során felszabadul

Átírás

1 Anaerob hulladékkezelés - mikrobiológiai alapok - általában szennyvíziszapra alkalmazzák - a lebontás mikrobiológiai: más, mint a heterotrófoknál - metánképzés: metanogén szervezetek végzik (ősi, kis energiahatékonyságú) - ez jó, mert a végtermék CH 4, CO 2, jelentős mennyiségű szervesből lesz CH 4 Anareob rothasztás megújulóból (szennyvíziszap) (anareob rothasztás) CH 4 égetés áram szerves anyag (76%) UFA (illékony szerves savak) (vajsav, propionsav, stb) 1. hidrolízis: - lebontás leglassabb lépése (trágyáknál, cellulóz tartalmú anyagoknál) - fehérje aminósav - zsírsavak poliszacharid savképzés: sejten belüli, gyors, Y=0,15gVs/gKOI hozam - ph optimum: 6-6,5 2. ecetsav termelés (acetogenézis) CH 3 CH 2 COOH + 3H 2 O CH 3 COOH + 3H 2 +H 2 CO 3 (H 2 O+CO 2 ) - reverzibilis, normál esetben balra játszódik le - kényes folyamat - metán képzés során H 2 és ecetsav nem fogy el felhalmozódnak anareob rothadás leáll 3. metanogenézis - anaerob: ártalmatlanítás és hasznosítás is biogáz: 2/3 CH 4, 1/3 CO 2 Mennyi energiát hasznosíthatunk a szerves anyagokból? égetés rögtön (égéshő > fűtőérték) biogáz sejteken belül történik az égetés aerobnál, meg anareobnál nem történik vízelpárologtatás a teljes energiatartalom hasznosítható kémiai vegyület energiatartalma égési reakció során felszabadul a párolgás hőjével kevesebb, mint az égéshő Mennyi hőegyenértékű metán fejleszthető? - pontos analízis kémiai összetétel fűtőértékek súlyozott átlaga - gyakorlatban ez bonyolult, helyette: vegyület égéshő ( H (kj/g)) gkoi/g kj/gkoi kicsi E fehérje 9,1 0,64 14,3 közepes E szénhidrát 15,4 0,13 14,3 nagy E zsír, lipid 39 2,9 13,6 nagyon nagy E: (CH)n 48 3,5 13,6 metán ,8 kj/gkoi szinte hasonlóak (bár 1-2 eltérő) nem kell elemezgetni anyagokat, csak KOI mérés (x14) ennyi energia szabadul fel égésnél és biogáznál. A lebontott szerves anyag KOI-ének ¼ részének megfelelő tömegű CH4 szabadul fel anaerob lebontásnál Anaerob: C n H a O b + (n-a/8-b/4) H 2 O (n/2-a/8+b/4) CO 2 + (n/2+a/8-b/4) CH 4 + NH 3 + H 2 S fölösleg, ami nem épül az új sejtbe Aerob: szerves anyag + O 2 + N,P új sejt + CO 2 + H 2 O + NH 3 + SO 4 + hő - anareob is fejleszt hőt, de az nagyságrendekkel kevesebb az aerobnál (<1/10) - anareob hozam kb. 1/10-e az aerob hozamnak (szaporodás) - aerob: Bemenő E (100%) 50% új sejt, 40% hő, 5% energia (CO 2 ) - anareob: Bemenő E (100%) 5-6% új sejt, 1-2% hő, 90-95% energia (CH 4, +kis CO 2 ) Anareob lebontási folyamat 1. hidrolízis: a nem vízoldhatók vízoldhatókká tétele 2. savképzés: acitogenézis: savak képződnek 3. ecetsavképzés: acitogenézis: szerves savak aprobbá tétele, fő termék az ecetsav (H 2, CO 2 van még jelen) 4. metanogenézis: ecetsavból (és társaiból) CH 4. CO 2 és H 2 -ből CH 4 metán közvetlen szubsztrátja az acetát, jelentős még a metanol, etanol.

2 - kevert baktérium kultúra más-más baci mást csinál a lépésekből. - az utolsó lépés a leglassabb, a sebesség-meghatározó, ehhez kell igazítani a folyamat méretezését a hulladékkezelés során eltöltött tartózkodási idejét (és reaktor térfogat beruházási költség). Miért ilyen lassúak? mert μmax sokkal kisebb mert ők viszonylag primitív ősbaktériumok és jelentős részük autotróf lassabb szaporodási sebesség, kisebb Y ilyen körülmények között nem használják, mert hosszú idő és nagy reaktortér kell. Térfogati szervesanyag terhelés: (ennyi bontódik le) legfontosabb teljesítmény jellemző sejtmennyíségre vonatkoztatott fajlagos szervesanyag terhelés (?) a különböző bacik viselkedése jellemezhető ezzel. ha a gyorsabb bacik kis mértékben vannak a rendszerben valamilyen okból. (túlsúlyban vannak a metanogének, ha közvetlen szubsztrát a lebontandó. pl: ecetsav) ez szennyvíztisztításnál fordulhat elő inkább Mik a tipikus hulladékok, amiket így bontunk? - települési szilárd hulladék (~19-20 mill m 3 /év, 4-4,5 mt/év) előválogatás, szelektív gyűjtés (fém, üveg, műa, papír), eltávolítás, a maradék mehet - szennyvíziszapok (ez a legkisebb mennyiség) mert alapból instabil és rohad (ezért büdi) - állati trágyák 15mill m 3 /év (nedves állapotban) 6-8% száraz anyag ez jelentősebb Biogáz: 2/3 CH 4, 1/3 CO 2 - szennyezők: kénhidrogén, gázfelhasználást befolyásolja: elégetem szulfát lesz korrozív - energia tartalom: 6,3 kwh/nm 3 hő és villamos energia lehet belőle Együtt a kettő: - hasznosítás gázreaktorban (belső égésű): generátort hajt meg - a termelt hő hasznosítható (energiatartalom 50%-a) - többszörös hűtés: több helyen, más hőmérsékleten vehető ki az energia - villamos áram 30-37% (megújulónak tekínthető) - hő használat: magának az anareob rendszernek a fűtése például, a szennyvíztisztító telep fűtése Szennyvíziszap rothasztás - kevert reaktor: keverőmotor, +biogáz egy részének visszakeverése - fűtés: külső fűtőkör érzékeny a hőingadozásra T<60 C tartózkodási idő: ~20 nap gáztermelés: 0,35 CH 4 /g KOI (lebontott anyag) probléma lehet: habzás, szennyvíz iszapba került szálak lerakódása

3 Szilárd hulladék anaerob kezelésének sémája szemét vegyes szerves hulladék tisztít, őröl, aprít biogáz hidrolízis + metánosítás darabos szennyeződés elv. további kezelés víztelenítés de ha jól sikerül az anareob roth., akkor nem nagyon van mit komposztálni, ez olyan tessék-lássék dolog 2 kategória - nedves eljárások (száraz a. <~15%, 1 m 3 /t pluszban) - száraz (nem nagyon nedves) eljárások (száraz a %) Nedvesnél szivattyúzható, keverhető anyagot hozunk létre, plusz víz felhasználásával. (1 m 3 /t száraz a. pluszban). Ez áll a legközelebb a szennyvíz iszap anareob rothasztásához. Bacik nedves közegben jobban hozzáférnek (de így több vizet is kell a végén kezelni). nehézség: hab elvét, darabos inert viszonylag sok van, vízkezelés. kapacitás: 5-10 kg szerves anyag/m 3 (/reaktor) van több reaktoros, ott az előrothasztásban savanyítás, az utóban a metános. Más ph, más tartózkodási idő. Száraznál csigákkal, meg hasonlókkal továbbítják a rendszerben, de itt is nagyon lényeges az aprítás (<4cm) alapprobléma a továbbítás (pont ezt a lényeget titokban tartják). Drance: Kompogas: előny: kevesebb vízfelhasználás=kisebb kezelendő víz lebontási % jobb, mivel a darabosakat nem veszik el, az egész bontódik. kb. 50%-a a szerves anyagnak bontható anareobbal. Állati trágyák hulladék kezelése - elkülöníthető, nedves eljárásokkal szokás - tartózkodási idő: nap - ált. 7-8% száraz a. az eljárásban (egyszerűbb szennyvíz iszaphoz hasonlítani) - 2 fokozatú rothadás - hidrolízis, savanyítás előbb - metános később, nagyobb tart. idő és fűtés kell (mert sok a nehezen lebontható cellulózos cucc) Hulladék lerakókban keletkező biogáz szikrofil körülmények, lassab Régiek: miután az aerob megtörtént és az oxigén elfogyott - hidrolízis, savképződés: ph eltolódik nehézfémek beoldódhatnak a csurgalék vízbe - metanogenézis, anareob rothasztás (szulfátredukálók is vannak, H 2 S keletkezik és S 2 -) ph emelkedik a metanogenézis következtében. MeS megkötötten ottmarad. - később újra aerob lehet, ekkor a nehézfém-szulfidok újra instabilak lesznek. hulladéklerakók (régiek): 30-40% szerves a., régebbieknél is érdemes utólag kiszívni a CH 4 -et. a CH 4 körny. szennyező is ezért érdemes összeszedni.

4 csurgalékvízet is összegyűjteni és visszaforgatás: ettől jobb a biodegradáció, meg a csurgalékvíz amúgy is szennyezett. Új lerakók: előtte van itt komposztálás, nincs nagy mennyiségű szerves hulladék. elv csak stabilizált biohulladék kerül. Hulladéklerakók élete: képződés üteme össz képződés kinyerhető keletkező m 3 /t szerves hull./év m 3 /szerves hull. Hulladékégetés Miért? Hatékony hulladék ártalmatlanítási mód. Térfogat csökkenés 5%-ra. Tömeg csökkenés 10-15%-ra. +Energia - beruházást, szakszerű tervezést, üzemeltetést igényel. csak megfelelően nagy üzemméretnél éri meg, jellegzetesen a gazdagabb országokban, sűrűn lakott területen fős gyűjtőkörzet kell. Nálunk egy van: Rákospaloán. - Irányérték: 6MJ/kg fűtőérték a minimum (még önfenntartóan égethető) fejlett országokban a sok műa. miatt akár 11 MJ/kg is lehet. pont az dobja meg ami szelektíven is gyűjthető lenne. Ezért ellentmondásos a dolog. Gyakorlatban: forgó dobkemence: 10-20m hosszú, 2-3 m átmérőjű, pár dőlési szög, lassan forog - ezen halad át a hulladék és égetik. (általában a cementiparnál van, ott is befogadnak hulladékot) Fluidizációs égetők: apró, kb. azonos méretű darált anyagok égethetőek. - lebegésben tartják az égethető anyagot - alacsony égési hőmérséklet, így az anyag jól kitud égni és kicsi az NOx kibocsátás Rostélyos típusú berendezések: - a vegyes települési szilárd hulladék jellegzetesen ilyenben történik. - mosás. biofilter: a bűzös anyagok miatt, itt már hideg a gáz nedves közegben, töltet felületén bacik. illékony nehézfémek, Hg, Cd sokszor itt abszorbeálódik és veszélyes anyaggá válik Jellemző szennyező a füstgázban - NOx: elsősorban nem a tüzelőanyagból, hanem természetes NOx üvegházhatású légszennyező tüzeléstechnikai körülményekkel befolyásolható (alacsony hőm). leválasztani nehéz - nehézfémek: lúgos mosással - SO 2 : lúgos mosással: tüzelőből - HCl: klórtartalmúakból keletkezik, savas, korrozív lúgos mosás - dioxinok: PVC tartalmú hulladékokból, nehezen szedhetők ki, az égés befolyásolható kevés ilyet égessünk magas égési hőmérsékleten (1200 C)((vegyes hull. 800 C szokott)), nagy tartózkodási idő (2s) aktívszenes adsz., vagy katalitikus ox. mind2 drága, körülményes - (CH)x: elégetlen illó szerves anyagok: tökéletlen égésből Határértékek - NOx, SO 2, mg/m 3 - CO, (CH)x, korom: 10 mg/m 3 - nehézfémek: 0,01-0,1 mg/m 3 - dioxinok 1 ng/m 3

5 Egyéb szerves hulladék mezőgazdasági melléktermékek (szalma, faapríték) - égetés (biomassza erőművek) - probléma: kis energiasűrűségűek (kőszén 30-50MJ/m 3, fa 4-8MJ/m 3, szalma 2MJ/m 3 ) - nagy mennyiségek fuvarozása, tárolása száll. azért környezetszennyező (decentralizáltság) - átalakítás: könnyebben kezelhetővé tétel. pl. pirolízis, elgázosítás Hulladéklerakás az égetés: drága, nagy beruházási kts. (emisszió kts. is), koncentrált veszélyes hull. (hamu), de kis térfogat. elsősorban a papír, műanyag ég jól, de ezeket másra is fellehetne használni e fő fölött éri meg. lerakás: - egyszerű, kis beruházás - nagy helyigény - emisszió ~0 (kis környezeti kockázata van, ha jól lezártuk) - nálunk ez a meghatározóbb - ha válogatva rakom le, pár10év múlva lehet, h lesz technika, amivel fölhasználhatom Helykiválasztás: (általános probléma) - term. érzékeny területre nem - felszíni vizekhez közeli helyre sem. (talajvíz 1 m-en belül nem lehet, karszt víz 10 m-en belül nem) - védőtáv: lakott- és mezőgaz. területtől 500 m települési, 1000 m veszélyes hull. - ipari, vagy külterületre - ha nincs társadalmi ellenzés Lerakók kiépítése - alja 1 m-re a legmagasabb talajvízszinttől - drénezett, csövekkel, csapadék víz összeszedése, kivezetése a területről - humusz leszedése (mert az érték) - talajtömörítés legfőbb veszély a talajvíz veszélyeztetése, ezért a drén-rendszer alá még szigetelőrétegek: kb. 0,5 m, k=10-9 m/s áteresztőképességű agyagréteget. Ez drága, úgyh a gyakorlatban gyengébb minőségű agyag + vmi más (bentonit) felépítés: - agyagréteg: szűri is a vizet, ha esetleg odajut, van absz kap, képlékeny, flexibilis. - bentonit: csak vízzáró, mechanikailag nem stabil - HDPE: vegyszerálló, fizikailag stabil, de szúrható. nehezen hegeszthető két lemez. - geotextília: filcszerű dolog, nagy sűrűségű, HDPE-t védi. - HDPE alatt geoszenzorok: érzi h van-e szivárgás, azt is mutatja, hogy hol van - drénezés: zúzott kövek. - kis sűrűségű geotext. víz átmegy, de nagy cuccok nem. Erre a hulladék. 1 méterenként tömörítés: kompaktor. 250 kg/m kg/m 3 agyag granulátum benne, nemezeléssel átszőve, 2 oldala kívül összevissza szálas valami, víz be, szenny kijutás ellen - egyszerre minél kisebb legyen az a terület, ami szennyezett, ahonnan szennyezett csurgalékvizet szedek össze - csurgalékvíz: rendkívül szennyezett. visszakeringetem. - ha sokat keringetem, elfogy a szennyeződés, benn marad - víz kell a biológiai lebomláshoz - csökken a kiporzás veszély, tömörít - kell ehhez csurgalékvíz-gyűjtő medence. HDPE belső bevonat A gázgyűjtő rendszer

6 Lezárás: - porózus réteg, sóder (0,5 m), az esetlegesen még felszabaduló gázoknak - természetes szigetelő: agyag (de ezt nehéz felhordani a depóniára), helyette: bentonit és/v HDPE - további töltőréteg, porózusabb föld - humuszos fedőréteg - fű, v más növényzet Egyéb berendezések - csurgalékvíz gyűjtő rendszer - biogáz gyűjtő rendszer - rágcsálóirtás - talajvíz figyelő kutak - hídmérleg: beszállított hulladék mérése - abroncsmosó - gépjárműmosó-kocsi - üzemanyagtöltő állomás - meteorológiai állomás - kerítés, szoc. létesítmények, utógondozás 30 évig Hulladék válogatás - gépi: fémek kiválogatása, durva rostálás - kézi: ha a végén az éghető frakciót kiakarjuk szedni, vagy ha valamit anyagában akarok hasznosítani de ált. a már szelektíven gyűjtött hull. utótisztítása van, vagyis kiszedni a nem odavalót, v még szétválogatni válogató több van, nem csak a lerakóknál, mert a kiválogatottat nem érdemes utaztatni átrakó: bálázás, tömörítés, de ez tovább nem válogatható.