Könnyűadalék szennyvíziszapból (Németország)

Átírás

1 KÖRNYEZETRE ÁRTALMAS HULLADÉKOK ÉS MELLÉKTERMÉKEK 7.5 Könnyűadalék szennyvíziszapból (Németország) Tárgyszavak: szennyvíziszap; monoégetés; hulladékhasznosítás; Porodur; Durolite. A települési szennyvíziszap kezelése, illetve hasznosítása körüli szakmai viták nem csitultak az évek folyamán. A mezőgazdasági hasznosítással szemben fennálló jogos vagy jogtalan ellenérzés mellett 2005-től egy törvényerejű műszaki irányelv értelmében az 5 %(m/m)-nál nagyobb szervesanyag-tartalmú hulladék nem rakható le. A termikus hasznosítások közül a monoégetés a legdrágább eljárás, a széntüzelésű erőművekben végzett együttégetés pedig nagy mennyiségű hamu képződésével jár. Ez utóbbi esetben még az Újrahasznosítási és Hulladék Törvény (Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz) előírásai sem teljesülnek, mivel a szennyvíziszap előzetes szárításához felhasznált energia lerontja a nettó energianyereséget. Néhány éve a szennyvíziszappal folyó kutatások új irányt vettek, és az égetéskor keletkező hamu anyagi hasznosítása került előtérbe. Abból a felismerésből indultak ki, hogy a szennyvíziszap szervetlen vegyületeivel bizonyos primer nyersanyagok helyettesíthetők. Az utóbbi időben a cementiparban, ill. a tégla- és aszfaltgyártásban folytak ilyen irányú kísérletek. A szennyvíziszap-hasznosítás egy másik irányzata azonos szerepet szán a hamu szerves és szervetlen komponenseinek. Az alapgondolatot a beton előállításkor a homok és kavics helyett alkalmazott könnyűadalékok adták. A könnyűadalékok felhasználásával a beton sűrűsége csökkenthető. Az építészeti szempontból előnyös, könnyebb beton finom pórusú szerkezete ezen kívül még kiváló hőszigetelő képességgel is rendelkezik. Ez a fajta építőanyag az extra minőségű téglával is versenyképes. Könnyűadalékként általában tufát, palát és agyagot használnak.

2 Az agyaggranulátum előállításához általában szenet, fűtőolajat használnak. Az alapanyag vagy már önmagában tartalmazza az igen finomra őrölt, szerves komponenst, vagy utólag keverik hozzá. A gyártástechnológia a következő lépésekből áll: granulálás, a granulátum előmelegítése, hevítése és hűtése. Hevítéskor a szerves anyag oxidálódik, az ennek során keletkező égésgázok felhabosítják a granulátumot. A granulátum külső rétege meglágyul, így a gázok nem távozhatnak el az agyagmátrixból. Az erős habosodás elkerülése érdekében az alapanyag-keverék szervesanyag-tartalmát max. 1 %(m/m) értékre állították be. A gyártási paraméterek módosításával sikerült növelni a felhasznált szennyvíziszap mennyiségét, de a termék fő komponense továbbra is az agyag volt. Ismeretes, hogy Japánban a felszíni viszonyok és a nagy népsűrűség miatt igen csekély a lerakóhelyek száma. Ezzel magyarázható, hogy a hulladék- és szennyvíziszap-égetés, továbbá az alternatív megoldásokkal kapcsolatos kutatások kiemelt helyen állnak. A szennyvíziszapból nyert könnyűadalékokkal és talajjavítással már több mint 20 éve folynak kísérletek. A szennyvíziszapot először megszárítják, majd elégetik, és a hamuból granulátumot állítanak elő, amit könnyűadalékként hasznosítanak. A folyamat energiaigénye megegyezik a hagyományos anyagokból előállított könnyűadalék energiamérlegével. A német eljárás újdonsága abban áll, hogy a könnyűadalékot a víztelenített és szárított szennyvíziszapból egy lépcsőben állítják elő. Ebben a folyamatban a szennyvíziszap anyagi és energetikai hasznosítása egyaránt megtörténik. A szerves anyagból egyrészt a habosításhoz szükséges gáz keletkezik, másrészt az elégésekor felszabaduló hő fedezi a folyamat energiaigényét. Az izzítási maradék (hamu) adja a végtermék ásványi szintermátrixát. Az előállítás az alábbi lépésekből áll. A víztelenített szennyvíziszapot megszárítják. A szennyvíziszapból mintát vesznek, ezt laboratóriumi körülmények között elhamvasztják, majd a hamu analízise alapján, ha szükséges, őrölt üvegport adagolnak a szárított szennyvíziszaphoz. Ezután történik a granulálás és a pirolízis. A pirolízis egyrészt a granulátum előmelegítésére szolgál, másrészt a pirolízis körülményeinek változtatásával állítják be az ellenőrzött habosításhoz szükséges szervesanyagtartalmat. Az előmelegítésnek fontos szerepe van abban, hogy a kemencében a granulátumot érő hősokk ne repessze fel, illetve ne robbantsa szét az anyagot. A pirolízis után visszamaradó szerves anyag és hamu a tulajdonképpeni végtermék, a pirolízis alatt keletkező gáz pedig a folyamat hőenergia-szükségletét fedezi. A szennyvíziszapból és a hagyomá-

3 nyos alapanyagokból előállított könnyűadalék azonos technológiai lépésekből áll (keverés, granulálás, szárítás/előmelegítés, izzítás, hűtés, osztályozás). A jól irányított folyamat végén a szennyvíziszapból nyert granulátum pórusait a meglágyult külső réteg lezárja. Lényegében a szennyvíziszap külső rétegében szinterezés játszódik le. A Porodur nevű végtermék építőipari alkalmazás szempontjából fontos fizikai paramétereit néhány hasonló termék jellemzőivel együtt az 1. táblázat tartalmazza. 1. táblázat Az agyaggranulátum és a Porodur fizikai jellemzői Termék típusa Vízfelvétel, % (24 óra alatt) Térfogattömeg (kg/m 3 ) BT 1 6,1 440 BT BT 2 6,9 600 Durolite 1) 18, KS KS 1 ** KS 1, * 4,6 710 KS 1, *** Jelmagyarázat: 1) < 32 %(m/m) KS, > 63 %(m/m) pernye KS = szennyvíziszap * 29 %(m/m) üveg, 71 %(m/m) KS BT = agyaggranulátum ** 100 %(m/m) KS *** 5 %(m/m) üveg, 95 %(m/m) KS Az amerikai gyártmányú Durolite márkanevű termék képviseli azt a típust, amelyet kizárólag másodnyersanyagból (pernyéből és szennyvíziszapból) állítottak elő. A BT (agyaggranulátum) és a KS (szennyvíziszap-granulátum) térfogati tömege azonos mérettartományban van, és sokkal kedvezőbb, mint a Durolite-é. Hőszigetelés szempontjából döntő fontosságú a térfogati tömeg. Minél kisebb ez az érték, annál porózusabb a termék, ami magának a granulátumnak, illetve az adalékot tartalmazó falazóanyagnak a hővezető képességét csökkenti. A 24 órás vízfelvétel vizsgálata azt mutatta, hogy a szennyvíziszaptartalmú granulátumok értékei kedvezőbbek, mint a BT-é, ami a falned-

4 vesedés megelőzése szempontjából kifejezetten előnyös, de a könnyűbeton előállításnál a víz/cement arány beállításához is hasznosítható. A mérési adatok azt mutatják, hogy már a kísérleti minták jellemzői is jobbak, mint a hagyományos termékeké. A műszaki jellemzők mellett ma már elengedhetetlen a környezetvédelmi szempontok mérlegelése. Szennyvíziszappal kapcsolatban elsősorban higiéniai és szagproblémák merülnek fel. A granulátum előállításnál alkalmazott magas hőmérséklet ezen kívül a stabilitási kérdésre is megoldást nyújt. Az agyagégetéshez hasonlóan a pirolízis során olyan irreverzibilis átalakulások mennek végbe, aminek következtében az alapanyagtól különböző, új szerkezetű termék keletkezik. Égetés után a kevésbé illó nehézfémek természetesen feldúsulnak a granulátumban. Az alkalmazhatóságot a DIN S4 szabvány szerinti kioldódási vizsgálat alapján döntik el. Az értékelés kapcsán néhány adatot gyűjtöttek össze azokról a használati eszközökről, amelyekkel nap mint nap érintkeznek az emberek. Ilyen pl. az evőeszközök, az euró pénzérme. Az evőeszköz nehézfémtartalma: CrNi 18/10: Cr 180 E mg/kg, Ni 100 E mg/kg. Euró érme: Cu 750 E mg/kg, Ni 150 E mg/kg, Zn 100 E mg/kg. Fogtömésnél használt amalgám összetétele: Hg 510 E mg/kg, Sn 160 E mg/kg, Cu 150 E mg/kg, Zn 15 E mg/kg. Az összehasonlító vizsgálatot a Porodur mellett más, hagyományos és a kereskedelemben kapható termékekkel is elvégezték. Az értékelés a LAGA építési törmelékre / újrahasznosított építőanyagra kidolgozott irányelvben megadott határértékek szerint történt. Az ajánlásban szereplő határértékeket a téglagyári és cementgyári selejtek összetétele alapján határozták meg. Az újrahasznosítható hulladékokat az irányelv Z 0, Z 1.1, Z 1.2 és Z 2 osztályba sorolta. Az építőipari anyagok mellett tájékoztató jelleggel még az Ivóvízrendelet határértékeit és egy es egészségügyi felmérés során a felnőttek véréből meghatározott nehézfém értékeket is feltüntették a táblázatban. A következő mintákat vizsgálták: 100 %(m/m)-os szennyvíziszapból előállított Porodur, szárított szennyvíziszap, kétféle gázbeton és kétféle falazó tégla. A táblázatban megadott értékek granulátumra és > 10 mm kőre vagy törmelékre vonatkoznak. A Porodur nevű minta vezetőképessége kissé nagyobb a Z 0 osztály értékénél, a többi érték viszont jóval a határérték alatt marad. A kiindulási szárított szennyvíziszap megfelel a Z 2 osztály előírásának, de meghaladja a többi égetett termék nehézfémtartalmát. Összefoglalóan megállapítható, hogy a Porodur építőanyagként alkalmazható. Külön érdemes felhívni a figyelmet arra, hogy míg a többi anyagfajtánál igen

5 nagy az eluátum krómtartalma, addig a szennyvíziszapból előállított terméknél ez az érték nagyságrenddel kisebb. A kerámia termékekre általában jellemző a magas krómtartalom, mert a gyártás során jól oldódó dikromát vegyületek képződnek, amelyek a kioldódáskor oldatba mennek. Az eluátum krómtartalma megemelkedik. 2. táblázat A különböző anyagok és a szennyvíziszapból előállított termék kioldódási eredményei LAGA osztályozás Falazó tégla ph Vezetőké- pesség Pb Cd Cr Cu Ni Hg Zn µs/cm mg/l Z 0 12, ,02 0,002 0,015 0,05 0,04 0,0002 0,1 Z , ,04 0,002 0,03 0,05 0,05 0,0002 0,1 Z , ,1 0,005 0,075 0,15 0,1 0,001 0,3 Z 2 12, ,1 0,005 0,1 0,2 0,1 0,002 0,4 szárított 7, <0,001 <0,001 <0,001 0,07 0,092 <0,001 0,392 9,7 562 <0,001 <0,001 0,006 0,012 <0,001 <0,001 <0,01 a 11,1 420 <0,05 <0,005 0,15 0,02 <0,01 <0,0005 0,02 granulátum Gázbetob 10,6 800 <0,05 <0,005 0,15 <0,01 <0,01 <0,0005 <0,01 d 10,0 150 <0,05 <0,005 0,06 <0,02 <0,02 <0,0005 <0,01 f 8, <0,05 <0,005 0,09 <0,01 <0,01 <0,0005 <0,01 TVO ,5 9, ,04 0,005 0,05 2,00 0,02 0,001 Vér ,045 0,0004 0,0005 Szennyvíziszap könnyűadalék > 10 mm kő és törmelék Tanulságos az összevetés az Ivóvízrendelet határértékeivel. A ph és a Ni-tartalom kivételével valamennyi érték meghaladja a Z 1.1 osztály határértékeit, a rézcső alkalmazása miatt a megengedett határérték a Z 2 osztály határérték éppen 10-szerese, míg a bevonásnál használt Zn egyáltalán nem is szerepel a rendeletben ig tervezik az Pbhatárérték 0,01 mg/l értékre csökkentését. A Környezetvédelmi Hivatal a 80-as évek végén, 90-es évek elején felmérést végzett a éves felnőtt lakosság körében, amelynek során meghatározták a vér Pb-, Cd-, Hg- és nehézfémtartalmát. A 4000 személy bevonásával készült elemzésből kiderült, hogy a kapott értékek meghaladják a LAGA Z 1.1 értékeit. Mindezek alapján a másodnyers-

6 anyagok használatának népszerűsítésénél szem előtt kell tartani, hogy ezek az anyagok nem veszélytelenek, és alkalmazásukat körültekintő elemzésnek kell megelőznie. Összeállította: Haidekker Borbála Kraus, J.: Herstellung von Leichtzuschlagstoffen aus Klärschlamm. = Wasser, Luft und Boden, sz. p Okuno, N.; Yamada, A.: Evaluation of full scale thermal solidification processes implemented in Tokyo lightweight aggregate, slag and brigg. = Water Science and Technology: Sludge Management for the 21st century, 41. k. 8. sz p