BIOLÓGIA ÉS ENERGETIKA A HULLADÉKGAZDÁLKODÁSBAN Szakmai Konferencia. Székesfehérvár, szeptember

Átírás

1 BIOLÓGIA ÉS ENERGETIKA A HULLADÉKGAZDÁLKODÁSBAN Szakmai Konferencia Székesfehérvár, 28. szeptember A LEGÚJABB HAZAI KUTATÁSI- FEJLESZTÉSI EREDMÉNYEK ISMERTETÉSE Prof. Dr. Csőke Barnabás egyetemi tanár Dr. Bokányi Ljudmilla egyetemi docens Varga Terézia PhD hallgató Miskolci Egyetem Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet Megbízó: VERTIKÁL ZRT. Polgárdi Ferencz Károly vezérigazgató Megbízott: Feladat: Miskolci Egyetem, Nyersanyagelőkészítési és Környezeti Eljárástechnikai Intézet Prof.Dr.Csőke Barnabás, intézetigazgató, egyetemi tanár Komplex technológiai rendszer kifejlesztése - másodlagos tüzelőanyag nemesítése - 3A (aerob-anaerob-aerob) eljárás - technológia várható anyagmérlegének elkészítése - technológiai berendezések kiválasztása - a berendezések fő méret- és üzemjellemzőinek meghatározása - beruházási és üzemi költségek meghatározása 1

2 Hazai tapasztalatok: Polgárdiban folytatott MBH Nyershulladék Kalapácsos törő Dobszita > 5 mm (> 2 mm) Magneses szeparátor <5 mm (<2 mm) Prizma (biostabilizálásra) Biostabilát (komposzt) Mintavételi pontok Fe Másodtüzelőanyag (papír, műanyag, textil sb.) Nyershulladék és stabilát anyagi összetételének meghatározása 2

3 Háztartási nyershulladék mintavétele, eljárástechnikai jellemzői A nyers hulladékból aprítás nélkül leválasztható-e egy durva (pl. >1 mm-es) frakció, amely már kész másodtüzelőanyag? -Mintavétel -Szemcseméret-eloszlás meghatározása - >1 mm-es szitafrakció anyagi összetételének meghatározása kézi válogatással Szemcseméret-frakciók, mm Tömeghányad [%] < 2 6, , ,5 > 1 43,4 Σ 1, A nyershulladékból származó minta anyagi összetétele és a komponensek megoszlás a x>1 mm-es szitafrakciókban Biológiailag lebomló Kompozit anyagok Éghető anyagok Papír Textil Üveg Karton Higiéniai hulladék Éghetetlen Fém Veszélyes 3

4 A > 1 mm-es szemcseméret frakciók fémes kategória alkategóriái Kategória neve Szitafrakció Fém Összetevők 1-2 mm Tömegarány, % Mágnesezhető 55,9 Nem mágnesezhető 44,1 Σ 1, Fém Mágnesezhető 41,9 Nem mágnesezhető 58,1 5-1 mm Σ 1, A 1-2 és >2 mm frakció biológiai kategória alkategóriái Kategória neve Kategória mérete Bio >2 mm Összetevők Tömeg [kg] Növény 92,7 Kenyér 7,3 Σ 1, Bio Növény 73,9 Hús 2,4 Kenyér 5,7 1-2 mm Σ 1, 1 ető gh mé e n 8 Eloszlás, % he ég tő 6 Eloszlás: Bioanyag Neméghető Szemcseméret Éghető Szemcseméret x, mm A nyershulladék minta komponenseinek eloszlása a szemcseméret szerint 4

5 Megállapítható - a nyers hulladékban az éghető komponensek mintegy 7 %-a a >1 mm-es frakcióban jelentkezik; - ezzel szemben a neméghető és a bioanyag esetében éppen fordított a helyzet, 7 75 %-ban finomabbak mint 1 mm; - ugyanakkor az érintetlen (aprításnak ki nem tett) nyershulladékban a biológiai anyag >25 % a legdurvább (>1 mm) frakcióban helyezkedik el, e frakció bioanyag tartalma 2 % (3.5.táblázat); - a biológiailag lebomló anyag mintegy 45 %-a az 5-1 mm-es frakcióban van; - ez nem teszi lehetővé (gondoljunk a biológiai anyagok tároláskor történő bomlására), hogy a nyershulladékból közvetlenül szitálással válasszunk le egy olyan durva frakciót, amely kész tüzelőanyag-termék vagy annak egy része; - 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. A háztartási nyershulladék aprítása és az aprított anyag mintavétele, eljárátechnikai jellemzői Az aprított nyershulladékból leválasztható-e egy durvább frakció, amely már kész másodtüzelőanyag? -Mintavétel -Szemcseméret-eloszlás meghatározása - Az anyagi összetételének meghatározása kézi válogatással 5

6 1 neméghető 8 Eloszlás, % éghető Eloszlás: Bioanyag Neméghető Szemcseméret Éghető Szemcseméret - x, mm Az aprított nyershulladék minta komponenseinek eloszlása a szemcseméret szerint Megállapítható: - A nyershulladék aprítása meghozta a várt eredmény, a biológiailag lebontható anyagok a > 75 mm-es frakciókban már nem találhatók, azaz méretük gyakorlatilag 1 %-ban kisebb, mint 75 mm; sőt 9 %-ban <5 mm; - Az éghető anyagoknak mintegy 45-5 % a durvább, >75 mm-es frakcióban maradt. E frakció fűtőértéke 2 MJ/kg-ra becsülhető (mivel a műanyagok és textil, egyéb éghető komponenseinek fűtőértéke > 2 MJ/kg [11, 13] ). - A neméghető anyagoknak pedig közel 95 %-a <75 mm-es frakcióban került. - Arra is fel kell hívnunk a figyelmet, hogy túlaprítás is bekövetkezett: ez abból is kitűnik, hogy a <2 mm-es rész 53 % (szemben a nyershulladék 15 3 % finomrész arányával). - Mindez azzal járt, hogy az éghető anyag 3 %-a < 2 mm-es frakcióban került, ami jelen esetben veszteséget okozna. Egyébként a túlaprítás a papírban és a kompozitban következett be - Tehát a most megvalósított aprításnál kíméletesebb aprítás szükséges, amennyiben a szilárd másodtüzelőanyagban mutatkozó 3 %-os veszteséget csökkenteni kívánjuk. 6

7 A hulladékminőség változása az MBH prizmában A minta száma A mintavétel időpontja Tapasztalat A prizma szerkezete és a mintavételi helyek 1 Október 16 2 Október 24 3 Október 3 4 November 6 5 November 22 - A prizmában lévő aprított hulladék szemcseméret-eloszlása a stabilizálás következtében kis mértékben finomodott, - A nyersmintában lévő mm-es bio frakció már az első hét alatt lebomlott - Az mm-es ill, 2..5mm-es szitafrakcióban is jelentősen csökkent a bio-anyag tartalom a stabilizálás során. Másodtüzelőanyag nemesítése szelektív aprítással Nyershulladék Kalapácsos törő Dobszita >2 mm Mágneses szeparátor <2 mm Prizma (biostabilizálásra) Biostabilát (komposzt) Fe I. II. Másodtüzelőanyag Maradék (biostabiláthoz) MBH +szelektívaprítás (kísérleti) technológiai folyamata 7

8 Megállapítottuk: - az éghető legértékesebb anyagok mintegy 5 %-át kapjuk meg a > 1 mm-es durva frakcióba, amely a neméghető komponenseknek már csak 5..1 %-át tartalmazza; e legdurvább frakció a teljes anyag 29 %-a és fűtőértéke 2 MJ/kg; a teljes hőtartalom 61 %-át hordozza; - a közepes szemcseméretű 2-1 mm frakció a teljes anyag 26 %-a, és az éghető komponensek 44 %-át a teljes hőtartalom 33 %-át tartalmazza, fűtőértéke 12 MJ/kg; - a <2 mm finom neméghető maradék az aprított anyag 45 %-át képviseli, fűtőértéke 1 MJ/kg, termikus hasznosítás (égetés) szempontjából értéktelen, a teljes hőtartalomnak csupán 6 % testesül meg benne. A komplex biomassza-hasznosítás a projekt koncepciója szerint Nyers biomassza Aerób lebontás Biostabilát Anaerób lebontás CO 2 H 2 O Aerób lebontás Energianövénytermesztés Biogáz CH 4 CO 2 8

9 A prizma szerkezete és a mintavételi helyek A vizsgálatra került hulladék minták feldolgozásának folyamata Alkalmazott vizsgálati módszer A vizsgálatokat az iparágban általánosan alkalmazott német DIN S8 jelű szennyvíziszapok erjeszthetőségére kidolgozott módszert követve, azt továbbfejlesztve végeztük el. Laboratóriumi berendezés 9

10 A biogáz vizsgálatok kiértékelése A vizsgált hulladék minták fajlagos gázhozama A szerves száraz anyagra vonatkozó fajlagos gázhozam értékei A vizsgált minták fizikai tulajdonsága Száraz anyag tartalom [%] , nap 8. nap 14. nap 21. nap Korábbi vizsgálat Mintavétel ideje A vizsgált minták szárazanyag - ill. hamu tartalmának változása az aerob tartózkodási idő függvényében Hamu tartalom [%] ,5 59,2 52,8 85,5. nap 8. nap 14. nap 21.nap Korábbi vizsgálat Mintavétel ideje 1

11 Fajlagos gázhozam értékek a fizikai és kémiai paraméterek függvényében Fajlagos gázhozam [ml/g] COD [g/kg] TOC [g/kg] Fajlagos gázhozam értékei [ml/g] minta (.nap) 615,42 56,72 2.minta (8.nap) 278,34 65,18 3.minta (14.nap) 26,83 12,4 4.minta (21.nap) 236,8 94,11 326,95 5.minta (37.nap) ,27 Kémiai paraméterek [g/kg] A kémiai oxigén igény és az összes szerves széntartalom változása a tartózkodási idő függvényében Fajlagos gázhozam [ml/g] COD [g/kg] TOC [g/kg] Fajlagos biogáz hozam értékei [ml/g sz.sz.a.] minta (.nap) 615,42 56,72 2.minta (8.nap) 278,34 65,18 3.minta (14.nap) 26,83 236,8 12,4 4.minta (21.nap) 94,11 326, minta (37.nap) ,27 Kémiai paraméterek [g/kg] Fajlagos gázhozam értékek a fizikai és kémiai paraméterek függvényében Fajlagos biogáz hozam [ml/g] Fajlagos gázhozam [ml/g] C/N arány Illó tartalom [%] ,99 1.minta (.nap) 33,5 2.minta (8.nap) 8,13 4,8 12,96 3.minta (14.nap) 47,2 12,27 4.minta (21.nap) 5.minta (37.nap) , , C/N arány, Illó-tartalom A szén-nitrogén arány és az illótartalom változása az idő függvényében Fajlagos gázhozam értékei [ml/g sz.sz.a.] Fajlagos gázhozam [ml/ g sz.sz.a.] C/N arány Illó tartalom [%] minta (.nap) 4, ,2 33,5 6,99 2.minta (8.nap) 8,13 12,96 3.minta (14.nap) 4.minta (21.nap) 12,27 36,4 9,36 5.minta (37.nap) C/N arány, Illó-tartalom 11

12 Komplex kezelés anyagmérlege kísérleti fázisban Háztartási hulladék <2...3 mm Háztartási jellegû ipari hulladék 3 A fermentáció Biogáz 175 m3 Lom Tárolás Más ipari hulladék Mechanikai elõkezelés 22 t 15 t/ferm.ciklus 7 t 72 t 65 t/mbh cikl mm mm 6 t 22 t MBH > mm 2 8t 15 t Mechanikai kezelés 7 t Nemesítés 25 t Másodtüzelõanyag I. CO 2, víz Fémek 1,5 t Inert,5 t 2 t Fémek Inert 1 t Pirolízis Pirolízos koksz, másod tüzelõanyg III. Pelletálás Biostabilát Másodtüzelõanyag II. I. Előkezelő egység II. Mechanikai előkezelő egys. III. Tüzelőanyag nemesítő egys. IV. 3A fermentáló egység V. Biológiai stabilizáló BIOGÁZ m /t IX. IV. PIROLÍZIS Pirolízis-koksz SZÁRAZ FERMENTÁLÁS prizmában OSZTÁLYOZÁS TISZTÍTÁS PELLETÁLÁS Maradék lerakásra 11 % 9 % 11 % <2...3 mm 36 % Granulált finom komposzt VII. CO2 víz 9 % APRÍTÁS vágómalommal és/vagy PELLETÁLÁS Nyers háztartási hulladék 1 % Feladás ELÕAPRÍTÁS kalpácsos törõvel 1 % SZITÁLÁS dobszitával 2-75 mm 3-1 mm 31 % AERÓB STABILIZÁLÁS MBH prizmában 23 % SZITÁLÁS mobil dobszitával beépített mágneses dobbal ÖRVÉNYÁRAMÚ SZEPARÁLÁS 11 % VIII. 12 % I. II. > mm 33 % V. 1 % Fe-II. 1 % Inert VI. 1 % Fémek 2 % 1 % RDF- II MJ/kg Lom és válogatómûi maradékok APRÍTÁS forgótárcsás nyíróaprítógéppel <1 mm 33 % MÁGNESES SZEPARÁLÁS 31 % SZEPARÁLÁS LÉGÁRAMKÉSZÜLÉKKEL 1 % ÖRVÉNYÁRAMÚ SZEPARÁLÁS 9 % RDF - I./B MJ/kg 2 % RDF - I./A >2 MJ/kg (fólia-szerû) III. VI. Mechanikai utókezelő VII. Biostabilát utókezelő VIII. Pirolízis előkezelő IX. Pirolizáló 2 % Fe - I. Inert 1 % 12

13 Köszönöm a figyelmet! 13