EGYÉB HULLADÉKOK 6.6 Kommunális szilárd hulladék szerves frakciójának anaerob kezelése Dániában Tárgyszavak: aeroban; aerob; hulladékkezelés; kommunális; rothasztás. A kommunális hulladékok kezelése biogázüzemekben A kommunális szilárd hulladék szerves frakciójának anaerob kezelésére (rothasztására) alkalmas berendezések kapacitása Európában az 1990-es 122 000 tonna/év-ről 2000-re 1 023 000 tonna/év-re növekedett. Ez az érték azonban a keletkező hulladék mennyiségének még mindig csak 0,7%-át képviseli. Előrejelzések szerint az új évezredben a kapacitások bővülni fognak, mivel ez az eljárás megbízható technológiának minősül és számos előnye van, ilyen például az energia és tápanyagok visszanyerésének lehetősége. Az alábbi dolgozat áttekintést nyújt a kommunális szilárd hulladékok szerves frakciójának dániai biogázüzemekben megvalósuló anaerob kezeléséről, amelynek célja a leghatékonyabb technológia kiválasztása volt a lehetséges eljárások közül. Az alkalmazott módszer legoptimálisabb megvalósításához a környezeti és gazdasági előnyöket szembe kell állítani a kezeléshez szükséges járulékos költségekkel és energiaigénnyel, különös figyelmet szentelve a hulladékok gyűjtése és előkezelése során keletkező többletköltségekre, amelyek abból adódnak, hogy lehetőleg szennyező anyagoktól mentesen kell begyűjteni a hulladékot. Anaerob rothasztás Dániában Dániában a kommunális szilárd hulladék szerves frakciójának (a továbbiakban KSZHSZF) anaerob kezelését egy kivételtől eltekintve más típusú szerves hulladékokkal, például szerves trágyával, szennyvíziszappal és ipari szerves hulladékkal együtt rothasztva végzik. Ennek
oka az, hogy az 1980-as évek elejétől az országban szarvasmarha- és sertéstrágya felhasználásán alapuló centralizált biogázüzemek hálózata működik. A KSZHSZF adagolása ezekbe a folyamatokba vonzó lehetőség, mivel nagyon értékes anyagról van szó: biogázpotenciálja egyes mezőgazdasági hulladékokénak, például a szerves trágyáénak tízszerese is lehet. A KSZHSZF tisztaságának megfelelőnek kell lennie ahhoz, hogy a biogázüzemek szennyvízét műtrágyaként lehessen alkalmazni. Az adagolt szerves frakció mennyisége a kezelt mennyiség maximum 20%-ára korlátozódik, mivel a biogázüzemeket eredetileg nedves rothasztásos eljárásra tervezték. A KSZHSZF biológiai kezelése versenyképes az égetéssel, amely az egyetlen még szóba jövő kezelési lehetőség, mivel a hulladéklerakás Dániában tiltott módszer. A dán kormányprogram célja az, hogy 2004-re 150 000 tonna mennyiségű KSZHSZF-t kezeljenek biológiai módon, főként anaerob rothasztással. 2000-ig az anaerob eljárás csak egészen jelentéktelen szerepet kapott a szerves frakció kezelésében; a domináns biológiai módszer a komposztálás volt. 2000-től azonban már megfigyelhető az eltolódás az aerob komposztálástól az anaerob rothasztás irányába. A KSZHSZF kezelése az ország 20 centralizált biogázüzeme közül nyolcban valósítható meg. A kezelt mennyiségek és az alkalmazott gyűjtési és előkezelési módszerek az 1. táblázatban láthatók. 2001-ben a KSZHSZF többi hulladékhoz viszonyított aránya az együttes rothasztással működő üzemekben 1,9 %(m/m) (D jelzésű üzem) és 9,0 %(m/m) (E jelzésű üzem) között változott. Ugyanebben az évben a nyolc biogázüzem közül a három B jelzésű, illetve a D és F jelzésű üzem megkezdte az előzetesen komposztált KSZHSZF kezelését. A hulladék tulajdonságainak jelentősége A biogázüzemekben kezelt KSZHSZF minősége kritikus jelentőségű a biogázeljárás kiegyensúlyozott teljesítménye, technikai megvalósíthatósága, illetve a szennyvíz műtrágyaként történő felhasználása szempontjából. Előzetes tanulmányok szerint a hulladék összetétele, illetve az összegyűjtés különböző lehetőségei miatt az anaerob rothasztás eredménye igen változó lehet. A KSZHSZF biológiai lebonthatósága, C/N aránya, tápanyagtartalma, illetve az egész biogázeljárás hozama jelentősen változik az egyes frakciók (élelmiszer-hulladék, kerti hulladék, papír, újságpapír) összetétele következtében. Az élelmiszer-hulladék lebontása például jelentős biogázhozamot eredményez a biológiailag le-
bontható szervesanyag-tartalom nagy mennyiségének köszönhetően, az újságpapír esetében viszont alacsonyabb biogázhozammal kell számolni a lignin és hemicellulóz nagy aránya miatt. A kezelési eljárás hatékonysága tehát a gyűjtési rendszer szabályozásától is függ. 1. táblázat A dániai biogázüzemekben 2001-ben kezelt KSZHSZF mennyisége; az üzemekben alkalmazott gyűjtési és előkezelési módszerek Kiindulási állapot Kommunális szilárd hulladék szerves frakció (tonna/év) 2001- ben Várható mennyiség A (Grindsted) B (Fangel, Hashoj és Nysted) C (Alborg) D (Snertinge) E (Studsgard) F (Arhus) 1997 2001 1990-es 2001 1990-es 2001 évek évek 2 000 6 000 300 900 11 000 2 000 4 000 12 000 3 000 1 800 11 000 17 000 Egyéb típusú hulladék (t/év) Szerves trágya 175 000 40 000 113 000 100 000 Szennyvíziszap 28 000 Ipari hulladék 4 000 nincs adat 8 000 9 000 Gyűjtőrendszer Beltéri papírzsák zsák Kültéri papírzsák vagy konténer (tartály) papírzsák vagy konténer (tartály) zsák papírzsák vagy konténer (tartály) zsák papírzsák vagy konténer (tartály) Előkezelés Módszer zúzás dobszita + szalma hozzáadása Kiselejtezett hulladék aránya selejtmentesítés selejtmentesítés zsák papírzsák vagy konténer (tartály) hengeres szűrő zsák zsák (zöld a KSZHSZF számára, fekete a szürke hulladék számára) hengeres szűrő 3% 25 30% 15 45% 20 40% 15 25% 15 45%
Dániában minden olyan településen gyűjti az önkormányzat a szerves háztartási hulladékot (leszámítva a pelenkákat), ahol megvalósul a KSZHSZF kezelése biogázeljárással, a kerti hulladékot és újságpapírt pedig elkülönítik komposztálás és újrafelhasználás céljára. Mivel a biogázüzemek többsége a KSZHSZF-t együtt rothasztja a szerves trágyával vagy szennyvíziszappal, a hulladék tápanyaghiánya, ammóniatoxicitása és alacsony ph-ja kisebb problémát jelent. A KSZHSZF anaerob kezelésének sikeres megvalósításához a nagyüzemi eljárásokban kulcsfontosságú kérdés a hulladékkezelés technikai megvalósíthatósága és az elfolyó szennyvíz minősége. A KSZHSZF rossz minősége, különösen a nagy mennyiségű -szennyeződés súlyos műszaki problémákat okoz a biogázüzemeknek. A zsákok mind a tárolótartályban, mind a reaktorban felcsavarodnak a keverőelemre, koptatják a szivattyúkat és felső réteget képeznek a reaktorban. Ez növeli az üzemeltetési költséget és a működési zavarok gyakoriságát. A fém szennyező anyagok ebből a szempontból kisebb jelentőségűek, mivel könnyen eltávolíthatók. A -szennyeződés megakadályozza a biogázeljárás szennyvízének felhasználását műtrágyaként. A biogázüzemek ezt oly módon próbálják megelőzni, hogy az előkezelés folyamán eltávolítják a szerves anyag egyes részeit, abból a célból, hogy az adagolt frakció szennyeződéstől mentes legyen. A biogázüzemek szennyvizének műtrágyaként történő alkalmazásához korlátozni kell a nehézfémek és xenobiotikumok tartalmát is. Ezek a vegyületek a szerves frakcióban leggyakrabban a -szennyezésekből származó ftalátok formájában találhatók meg, emiatt az eljárás hatékony alkalmazásához a ftalát-dehp (bisz-2-hexil-ftalát) anaerob körülmények közötti eltávolításának vizsgálata is indokolt. Kezelési koncepciók Dániában a KSZHSZF kezelésében két érdekcsoport érintett. Az önkormányzatok a hulladékok összegyűjtéséért és előkezeléséért, a biogázüzemek pedig a hulladékok más típusú hulladékokkal együtt történő kezeléséért felelnek. Míg az önkormányzatok a hulladékgyűjtés és -kezelés költségeinek csökkentésében érdekeltek, addig a biogázüzemek csak akkor képesek kezelni a KSZHSZF-t, ha a -szennyeződés mértéke benne alacsony. A hulladékkezelés hatékonysága tehát mindig ennek a két partnernek az együttműködésétől függ. A biogázüzemeknek szolgáltatott KSZHSZF jó minősége két fő koncepcióval érhető el:
1. forrásosztályozó gyűjtőrendszer létrehozása, amellyel az összegyűjtés során elkülöníthetők a zsákok (A jelzésű üzem); 2. zsákoknak és egyéb szennyezéseknek az összegyűjtött hulladékokból történő szelektív eltávolítása a (C és F jelzésű) biogázüzemhez történő szállítást megelőzően (1. ábra). hulladékgyűjtés elválasztás biogázüzem A (Grindsted) KSZHSZF szennyvíziszap puffertartály szürke hulladék égetés ok anaerob rothasztó C (Ålborg) KSZHSZF zúzás + fémleválasztás selejtmentesítés anaerob rothasztó szürke hulladék égetés ok F (Århus) szerves trágya KSZHSZF + szürke hulladék optikai elkülönítés KSZHSZF zúzás + fémleválasztás + leválasztás puffertartály szürke hulladék égetés ok második leválasztás anaerob rothasztó 1. ábra A kommunális szilárd hulladékban lévő szerves frakció (KSZHSZF) kezelési koncepciói az A (Grindsted), C (Alborg) és F jelzésű (Arhus) üzemekben
Az üzemek közül az A jelzésű az egyetlen, amely a hulladékok beltéri és kültéri összegyűjtésére egyaránt kizárólag papírzsákokat alkalmaz. Az üzemben a forráselkülönítés megfelelő hatékonysága abból látható, hogy a szennyeződések a teljes hulladék mennyiségének csak 1%- át teszik ki, illetve az összegyűjtött hulladék mennyiségének 97%-a alkalmas a biogázeljárásban megvalósuló kezelésre (1. táblázat). Az üzemben az egészen egyszerű kezelési koncepció csak egy előkezelési lépést foglal magában a zúzás és fémelkülönítés számára. A szennyeződés maradék részét kivonják a puffertartályból, ahol a KSZHSZF összekeverik a szennyvíziszappal (1. ábra). Az összes többi üzemben a szerves hulladékokat zsákokban gyűjtik, amelyeket a szerves frakció felhasználása előtt el kell távolítani. Ennek megvalósítására számos módszer ismeretes. A C és D jelzésű üzemben a hulladékból kipréselik a szivattyúzható folyadékfrakciót, amely így mentes lesz a -szennyezéstől, viszont ennél az eljárásnál a legnagyobb a kiselejtezett anyagmennyiség, amely az összegyűjtött hulladék 45%-át is kiteheti (1. táblázat). Az E és F üzemben a ot hengeres szűrő segítségével távolítják el. Az F üzemben az elkülönítés különösen költséges, mivel több szétválasztási lépés szükséges annak következtében, hogy a KSZHSZF-t és a szürke hulladékot együtt gyűjtik. A szerves frakció zöld zsákjainak, illetve a szürke hulladékok fekete zsákjainak optikai elválasztása után a hulladékot összezúzzák, a fémeket és okat elkülönítik. A folyamatban az eredeti összegyűjtött hulladékból a szerves anyag 15 45%-os mennyisége elvész, amit égetéssel ártalmatlanítanak. További nehézséget jelent, hogy a elválasztás önmagában még nem elégséges, és egy második elkülönítő lépésre is szükség van azt követően, hogy a biogázüzemben a KSZHSZF-t összekeverik a szerves trágyával (1. ábra). A három B jelzésű üzemben a ok eltávolítására dobszitát alkalmaznak. Kimutatták, hogy szalma hozzáadása fejleszti az elválasztási hatékonyságot, ennek ellenére az összegyűjtött KSZHSZF 25 30%- a még mindig elvész a kiselejtezésre kerülő anyaggal (1. táblázat). A biogázüzemek összegyűjtéstől kezelésig terjedő koncepcióinak áttekintésével megállapítható, hogy minél kisebb a forrásnál elkülönített KSZHSZF mennyisége, és az minél szennyezettebb, annál nagyobb a kiselejtezett tömeg, és annál költségesebb a szeparációs kezelés. A biogázeljárással elérhető hasznot nagymértékben csökkenti az a tény, hogy a kiselejtezésre kerülő rész nemcsak -szennyeződést, hanem jelentős mennyiségű szerves anyagot is tartalmazhat.
Az egyes üzemek tőkebefektetési és üzemeltetési költségei a 2. ábrán láthatók. Az üzemeltetési költség az összegyűjtött hulladék előkezelési és kezelési költségét foglalja magában. Az üzemek részletes biogázhozama önmagában nem áll rendelkezésre, mivel az adatok magukban foglalják a szerves trágyával vagy szennyvíziszappal történő együttes rothasztás hozamát is. Ebből adódóan a vizsgálatok során az összes üzem esetében 200 m 3 /tonna biogázhozamot feltételeztek az A üzemben végrehajtott laboratóriumi reaktorkísérletek alapján. 10 000 tőkebefektetési költség (1000 euró) 8 000 6 000 4 000 2 000 0 A jelű üzem B jelű üzemek C jelű üzem D jelű üzem E jelű üzem F jelű üzem üzemeltetési költség, euró/tonna biogázhaszon, euró/tonna 140 120 100 80 60 40 20 üzemeltetési költség biogáz haszna 0 A jelű üzem B jelű üzemek C jelű üzem D jelű üzem E jelű üzem F jelű üzem biogázüzem 2. ábra A különböző előkezelési módszerek költség-haszon mutatója
Az előkezelés tőkebefektetési költsége 1 2 millió euró nagyságrendű, azokban az esetekben, amikor a KSZHSZF osztályozott. Az optikai szeparációs üzem üzemeltetési költsége ennél jelentősen nagyobb a KSZHSZF és a szürke hulladék elkülönítése miatt. Az üzemeltetési költséget a három B-jelű üzemhez szállított KSZHSZF előkezelése esetében a szállítási költségek jelentős mértékben növelik, mivel a biogázüzemek az előkezelési helytől 200 km-re helyezkednek el. Az üzemeltetési költség az A üzemben a legkisebb két ok miatt: egyrészt az előkezelési eljárás egyszerű, kevésbé munka- és energiaigényes; másrészt az összes többi üzem esetében jelentős mennyiségű kiselejtezett anyagot kell elégetni 80 euró/tonna költségvonzattal. Ez egyértelműen mutatja, hogy a kezelési költséget a kiselejtezett anyag minden egyes tonnája jelentős mértékben növeli. A biogázzal elért haszon is az A üzemben a legnagyobb, mivel a szerves anyag visszanyerése 97%-os, a többi üzemnél pedig az előkezelés során a kiindulási anyagmennyiség 45%-a elvész. Az A üzemben használt papírzsákok lebomlása is pozitívan járul hozzá a biogázeljárás teljesítményéhez. Általánosságban megállapítható, hogy az A üzem kezelési koncepciója az egyetlen, amelyben a biogáztermelésből származó haszon nagyobb a kezelési költségnél. Az F üzem befektetési költsége az optikai szeparációs egység miatt körülbelül négyszer nagyobb, mint a többi üzemé. Ez a befektetési költség sajnos nem térül meg, mivel a szerves anyag visszanyerése kismértékű, a kezelési költség pedig jelentős. A vizsgálati tapasztalatok szerint érdemes mérlegelni, hogy az A üzem koncepciójának nem azért a legjobb-e a költség-haszon aránya, mert a KSZHSZF összegyűjtése és a biogázkezelés egyaránt az önkormányzat kezében van, és a gyűjtés ezáltal jobban alkalmazkodik a biogázeljárás igényeihez, illetve a nagyobb gyűjtési hatékonyságból származó hasznot közvetlenül visszafizetik az önkormányzatnak? Összeállította: Molnár Kinga Hartmann, H.; Moller, H. B.; Ahring, B. K.: Efficiency of the anaerobic treatment of the organic fraction of municipal solid waste: collection and pretreatment. = Waste Management & Research, 22. k. 1. sz. 2004. febr. p. 35 41. Chan, G. Y. S.; Chu, I. M.; Wong, M. H.: Effects of leachate recirculation on biogas production from landfill co-disposal of municipal solid waste, sewage sludge and marine sediment. = Environmental Pollution, 118. k. 3. sz. 2002. p. 393 399. Veeken, A.; Wilde, V. stb: Advanced bioconversion of biowaste for production of a peat substitute and renewable energy. = Bioresource Technology, 92. k. 2. sz. 2004. p. 121 131.