Környeztettechnikai alapmőveletek

Átírás

1 Környeztettechnikai alapmőveletek Rá vagyunk utalva a természetes környezetünkre, hiszen anyagot, energiát nyerünk belıle, terméket állítunk elı, egyszóval fogyasztunk és élünk Ezen folyamatok során szennyezzük a levegıt, 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 lehetıségekhez mérten fel kell számolni 2. A termelés, fogyasztás és az életvitel során a környezet károsítását minimálisra kell csökkenteni A környezetvédelmi technológiáknak e kettıs célkitőzést kell szolgálniuk

2 Környeztettechnikai alapmőveletek A mőveletek a levegı-, víz-, szennyvíz-, talaj-, és hulladékkezelés során alkalmazott mőveleteket jelentik A mőveletek során az anyagban valamilyen fizikai vagy fizikai-kémiai változás következik be Pl:ülepítés (amikor a folyadékban vagy gázban lebegı szilárd szemcse leülepedik a gravitációs erıtér 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 mőveletek és a folyamatok célszerően összeállított sorozata Technológia a mőveletekkel és folyamatokkal kapcsolatos tennivalók részletes ismertetése a hozzájuk tartozó készülékek, mőtárgyak és mőszerek leírásával együtt

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

4 Környeztettechnikai mőveletek,folyamatok A környezeti elemek megóvása, szennyvizek kezelése és/vagy tisztítása és a hulladékkezelés során elvükben azonos mőveletekkel, folyamatokkal találkozhatunk Az alkalmazott berendezések azonban lényegesen eltérhetnek, hiszen a kezelésre, tisztításra kerülı anyagok összetétele, tulajdonságaik (méret, sőrőség, fizikai-kémiai sajátság) nagyon eltérıek lehetnek A mőveleteket és folyamatokat általában az azokban fellépı, jellemzı hatások (erıhatás, hajtóerı) és a változásokat leíró törvények alapján csoportosítjuk Van pár mővelet ami több csoportba is besorolható pl. a szárítás, ami kalorimetrikus mővelet (hı hatására párolog el az anyag víztartalma) ugyanakkor diffúziós mővelet is, mert a vízmolekuláknak ki kell diffundálni a pórusokból, majd át kell lépni a szilárd- levegı határfelülen a levegıbe, amely elszállítja a párát

5 Mőveletek és folyamatok csoportosítása Erıhatás, törvények Mőveletek Folyamatok 1. Mechanikai mőveletek Ütés, nyomás, vágás stb. Szilárd testek mechanikája Aprítás Fajtázás Osztályozás Szilárd anyagok szállítása Tömörítés Granulálás Tárolás Szilárd anyagok szállítása 2. Hidrodinamikai mőveletek Mozgó folyadékok és gázok energiája Hidrodinamika törvényei Ülepítés Szőrés Centrifugálás Flotálás Folyadék keverése Folyadék szállítása 3. Kalorikus (hıátadási mőveletek) Hımérséklet különbség Hıtani törvények Melegítés Hőtés Hıcsere Égetés Bepárlás Lepárlás Szárítás 4. Diffúziós (anyagátadási) folyamatok Koncentráció különbség Komponensátadás törvényei Extrakció Adszorpció Abszorpció Stripping Membránszőrés 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

6 Erıhatás, törvények Mőveletek Folyamatok 1. Mechanikai mőveletek 2. Hidrodinamikai mőveletek Ütés, nyomás, vágás stb. Szilárd testek mechanikája Mozgó folyadékok és gázok energiája Hidrodinamika törvényei Aprítás Fajtázás Osztályozás Szilárd anyagok szállítása Ülepítés Szőrés Tömörítés Granulálás Tárolás Szilárd anyagok szállítása Folyadék keverése Folyadék szállítása Centrifugálás Flotálás 3. Kalorikus (hıátadási mőveletek) Hımérséklet különbség Hıtani törvények Melegítés Hőtés Hıcsere Égetés Bepárlás Lepárlás Szárítás

7 Erıhatás, törvények Mőveletek Folyamatok 4. Diffúziós (anyagátadási) folyamatok Koncentráció különbség Komponensátadás törvényei Extrakció Adszorpció Abszorpció Stripping Membránszőrés 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

8 Cél Mővelet Berendezés Szőrés Rácsok, sziták Elsıfokú (mechanikai) tisztítás Durva szennyezıdés eltávolítás Ülepítés Ülepítı medencék Finom lebegı szemcsék eltávolítása Homokfogás Homokfogó medencék Derítés, koagulálás Keverık, flokkulátorok Olaj és zsír lefölözés Olaj és zsír fogó Másodfokú (biológiai tisztítás) Cél Szervesanyag eltávolítása, nitrifikáció Mővelet Csepegtetıtöltetes rendszer Iszapos rendszer Diszperz rendszer Anaerob rothasztó Berendezés Csepegtetıtest+ Utóülepítı Levegıztetı medence+ utóülepítı recirkuláció Fakultatív stabilizációs hı Főtött rothatsztó

9 Harmadfokú (fizikai kémiai tisztítás) Cél Finom lebegı, kolloid szemcsék és foszfor eltávolítása Nitrogén eltávolítása Oldott anyagok, baktériumok és vírusok eltávolítása Mővelet Homokszőrés, mikorszőrés, derítés, kicsapás Denitrifikáció Ioncsere Adszorpció, oxidáció Berendezés Homokszőrı, mikorszőrı Keverı+ülepítı Anaerob csepegtetıtest Ioncserélı oszlopok Aktív szén oszlopok, klórgázadagoló, ózonizáló

10 Az eljárások során alkalmazott technológiai elvek A mőveletek ill. folyamatok során anyag-/és vagy energiaátadás következik be a különbözı fázisok közt Az egyes fázisokban az anyagok állapota is megváltozik, például az oldott anyag kicsapása, szemcsés kolloidok pelyhes anyaggá alakítása A folyamatok jó része idı- és energiaigényes Az eljárások hatékonysága a technológiák gazdaságosságát alapvetıen meghatározzák A hatékonyság érdekében a folyamatok jellegétıl függıen 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

11 Termék és melléktermék A környezetvédelmi technológiák is gyártástechnológiáknak tekinthetıek Alapanyaga a szennyezett levegı, szennyvíz, szennyezett talaj illetve hulladék A termék a környezetet nem károsító tiszta levegı, tisztított víz és talaj, megsemmisített, hasznosítható vagy biztonságosan elhelyezhetı hulladék Mint minden gyártástechnológiában itt is keletkeznek melléktermékek, ezek a kivont szennyezıanyagok A mőveleti eljárás, illetve alkalmazott technológia akkor tekinthetı korszerőnek, ha 1. Melléktermékek Nem vagy csak kis mennyiségben keletkeznek Közvetlenül vagy másodnyersanyagként hasznosíthatók Könnyen lerakhatók 2. Az anyag és energiafelhasználás optimális 3. A technológia egyszerő, áttekinthetı, szabályozható, megbízható és biztonságos üzemő

12 Mechanikai mőveletek A mechanikai mőveletek és eljárások többsége elıkészítései célokat szolgáló elválasztási mővelet A kezelésre kerülı anyagok (szennyezett levegı, szennyvíz, szennyezett talaj illetve szilárd és folyékony hulladékok) nagyon heterogén összetételőek a szennyezıanyagok eredetét, tulajdonságait és a hordozó közeget tekintve A kezelésre, tisztításra alkalmas berendezések száma nagy, a technika és a technológiák fejlıdésével állandóan bıvül, változik

13 A fizikai mőveletek és eljárások során az anyagok, szennyezı anyagok Méretét Alakját Sőrőségét Hımérsékletét Mechanikai szilárdságát Felületi töltését Nedvesíthetıségét Nedvességtartalmát Elektromos vezetését Polaritását Színét Reflexióját Fényabszorpcióját kell ismernünk

14 Elıkészítı mőveletek Az elıkészítı mőveletek célja az anyagok fizikai átalakítása, a szállítás, kezelés, felhasználás, tisztítás és/vagy lerakás elıtt A következı mőveletek gyakorlatilag a hulladékkezelés elıkészítı mőveletei: Aprítás Rostálás Tömörítés Darabosítás Beágyazás Jó elıkészítéssel növelhetı a kezelési mővelet eredményessége és hatékonysága

15 Az aprítás Célja a hulladék méretének csökkentése, a különbözı komponensek elıkészítése az elválasztásra a további kezelés elısegítése érdekében A hulladék szemcse és darabméretének csökkentése mechanikai és termikus módszerekkel végezhetı, továbbá száraz vagy nedveseljárással Környezeti hımérsékleten vagy mélyhőtött állapotban Durva aprítás mm a finom aprítás mm szemcseméretet eredményez A berendezés kiválasztásakor figyelembe kell venni a beadagolandó hulladék nedvességtartalmát, hımérsékletét, 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 aprítógépbıl kilépı anyag jellemzı, 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 mérető

16 Kétrotoros kalapácsos aprító kialakítása 1. forgórész kalapácsokkal; 2. hornyolt törılemezek Szennyvíztisztításban a rácsszemét finom felaprítására

17 Rostálás A rostálást több célból alkalmazzák a hulladékkezelés során. 1. Fıként a méret szerinti osztályozásra, 2. de használják elválasztási feladatok elvégzésére, 3. továbbá az adott hulladék finom szemcsés vagy durva szennyezı anyagainak eltávolítására is. A hulladék kezelése során leginkább a dobrostát és a A dobrostát elsısorban elválasztási és tisztítási célra vibrációs rostát hasznáják. a vibrációs rostát mindhárom célra, fıként azonban méret szerint osztályozásra használják

18 Rostálás Az adott célra legmegfelelıbb géptípus kiválasztásához ismerni kell a hulladék fizikai jellemzıit (pl. méret, alak, sőrőség, folyási tulajdonságok, hımérséklet, nedvességtartalom), az adagolás átlagos és legnagyobb sebességét, az osztályozandó anyag szemcseméret-eloszlását és a végtermék megkívánt méreteloszlását, valamint a kapcsolódó technológiai folyamat meghatározó jellemzıit az elérni kívánt célokat és feladatokat, nedves-vagy szárazrostálás szükségességét, kapcsolódó berendezések paramétereit, üzemidıt stb. Az adott feladatra legalkalmasabb rostatípus és -kapacitás kiválasztásához többnyire elızetes kísérletre van szükség

19 Telepített forgó dobrosta kialakítása 1. anyagfeladás; 2. tisztított anyag kihordása; 3. rostafelület; 4. támgyőrő; 5. hajtómő; 6. fogaskoszorú; 7. fogaskerék; 8. védıburkolat; 9. poros levegı elszívása; 10. alapozás és támasztógörgık

20 A tömörítés A tömörítés során a laza állapotú, nagy pórustérfogatú szilárd hulladékot a lehetıség szerinti legkisebb térfogatra sajtolják össze. A mővelet célja egyrészt a kisebb költséggel járó győjtıhelyen való tárolás és szállítás, másrészt a hulladék elıkészítése a további kezeléshez. A tömörítést mindenkor megfelelı nyomóerıvel, többnyire kötıanyag hozzáadása nélkül végzik. Az aprítatlan, eredeti állapotú hulladék kötıanyag hozzáadása nélküli tömörítését nevezzük bálázásnak. Az aprítással elıkészített, esetenként kötıanyag hozzáadásával végzett tömörítés a brikettálás.

21 A bálázópréseket a viszonylag homogén összetételő hulladék (papír-, textil-, mőanyag-, fa-és fémhulladék) tömörítésére, ritkábban a heterogén települési és termelési hulladékkeverékek tömörítésére alkalmazzák. A bálázóprések vertikális és horizontális elrendezésben, a tömörítendı anyag jellemzıit figyelembe vevı, szerkezeti megoldásban, igen változatos kialakítással készülnek.

22 A brikettálást fém-és faforgács-, valamint települési szilárd hulladékhoz alkalmazzák. A brikett készítésére a horizontális elrendezéső, ellen nyomólapos vagy kéthengeres megoldású prések használatosak. A fémforgácsok melegen végzett brikettálásának fejlesztése folyamatban van. A feladatra a legmegfelelıbb tömörítı berendezés kiválasztásához alapvetı fontosságú a hulladék anyagi jellemzıinek (darabnagyság, összetétel, nedvességtartalom stb.) és mennyiségének, valamint a felhasználás céljának pontos ismerete.

23 A darabosítás során a finom szemcsés, aprítással elıkészített szilárd hulladékból préseléssel, sajtolással vagy termikus módszerrel nagyobb, szabályos vagy szabálytalan szemcséket állítanak elı. A cél általában a további kezelés megkönnyítése. A darabosítás fogalomkörébe tartozik a hıre lágyuló mőanyaghulladék 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, elızetesen osztályozott (típus azonos) és legfeljebb kismértékben szennyezett mőanyagfólia-hulladék kezelésére alkalmasak

24 Agglomeráló gépcsoport felépítése 1. elıaprító vágómalom; 2. adagolótartály; 3. csigás adagolómő és tárcsás tömörítıgép; 4. utóaprító vágómalom; 5. ventilátorok; 6. leválasztó ciklonok

25 Pelletizálóprések elve a) négygörgıs matricával dolgozó prés kialakítása (ház nélkül) 1. hidraulikus görgınyomás szabályzó; 2. görgık; 3. fıtengely; 5. csigahajtómő b) kétgörgıs győrős matricával dolgozó prés elve 1. pelletizálandó anyag; 2. győrős matrica présfuratokkal;3. vágókések

26 Hidrodinamikai mőveletek Diszperz heterogén, szilárd-folyadék rendszerek elválasztásának három legfontosabb alapmővelete: - ülepítés, - a szőrés, - centrifugálás Célok: a szuszpenzió (zagy) iszaptartalmának növelése - szilárdanyag-tartalom töményítésével, - tiszta folyadék kinyerésével.

27 Ülepítés Az ülepítés szilárd- folyadék rendszerek szétválasztására, sőrőségkülönbség alapján, gravitációs erıtér hatására Az ülepítés során a folyadékban lebegı, a folyadék sőrőségénél nagyobb sőrőségő szemcséket vagy pelyheket választjuk le gravitációs erıtérben A süllyedı testre G súlyerı, F f felhajtóerı, és F s közegellenálási erı hat. Ha egy d átmérıjő, gömb alakú részecskét vizsgálunk, melynek sőrősége ρ s és a közeg sőrősége ρ, akkor erıegyensúly esetén felírhatjuk a következıket: G F f = F s azaz:

28 Ülepítés Célja lehet: Derítés: a lebegı anyagtartalom csökkentése, tiszta folyadék fázis kinyerése Iszapsőrítés: a zagyok, iszapok víztartalmának csökkentése a szárazanyag tartalom növelése Alkalmazása: felszíni vizek, szennyvizek, csapadékvizek lebegıanyag tartalmának csökkentése, és az ülepítésekor keletkezı iszap szárazanyag tartalmának növelésére Alkalmas még gázokban (levegıben) lebegı durva porok (10m-nél nagyobb átmérıjő szemcsék) leválasztására is

29 Ülepítés elvi sémája és a Dorr ülepítı

30 Dorr ülepítı