A Miskolci Egyetem Közleményei, A sorozat, Bányászat, 82. kötet (2011) Hulladéklerakók utógondozási idejének csökkentése átlevegőztetéssel Szabó Imre 1 Faur Krisztina Beáta 1 Szabó Attila 2 egyetemi tanár tanszéki mérnök ügyvezető 1 Miskolci Egyetem, Hidrogeológiai-Mérnökgeológiai Intézeti Tanszék 2 Geon System Kft, Miskolc hgszabo@uni-miskolc.hu hgtinka@uni-miskolc.hu attila.szabo@geonsystem.hu Az elmúlt egy-másfél évtized alatt már elegendő tapasztalat gyűlt össze az in situ aerob stabilizálási eljárások elméletével és gyakorlatával kapcsolatban ahhoz, hogy általános következtetéseket vonjunk le. Tanulmányunkban áttekintjük a nemzetközi szakirodalmat, in situ munkák eredményeit, amelyek közül néhányat bemutatunk. Bevezetés A Magyarországon a rekultiválandó lerakók többsége 1995-2000 előtt létesült, uralkodóan kis lerakók, amelyek mindenképpen bezárásra kerülnek, és a rekultivációnál, a zárószigetelőréteg kialakításánál mind a rendeletből adódóan, mind gazdasági okból egy józan kompromisszumot kell találni. A bezárandó több mint 2000 lerakó rekultivációja, a jogi szabályozásnak megfelelő utógondozása rendkívül nagy költségekkel jár. Európában az 1990-es évek elején indultak meg az elméleti és kísérleti kutatások, hogy ezt a költséget hogyan lehetne csökkenteni. A költségminimalizálás leginkább célravezető lehetőségei: A hulladéklebomlás folyamatának gyorsítása, szabályozása, optimalizálása. A képződő depóniagáz hasznosítása. A depónia konszolidációjának a gyorsítása. Az utógondozási idő csökkentése. A képződő csurgalékvíz mennyiségének a csökkentése, a környezetre legnagyobb veszélyt jelentő komponensek koncentrációjának csökkentése. A depónia környezeti veszélyeztető potenciáljának a csökkentése. Számos olyan lerakónk van, amelyeknél a bezárás már régen megtörtént, még van gázképződés, de a gáz hasznosítása már nem gazdaságos, ugyanakkor a rekultivációról gondoskodnunk kell. Ebben az esetben nem szükséges, hogy a metánképződést továbbra is fenntartsuk (anaerob lebomlás), elsődleges cél a minél gyorsabban végbemenő konszolidáció, stabilizálódás a rekultiváció végrehajtása 251
Hulladéklerakók utógondozási idejének csökkentése átlevegőztetéssel érdekében. Ezen problémák kezelésére és gazdaságos megoldására adnak bíztató eredményt az eddigi in-situ stabilizálási vizsgálatok eredményei. 1. A hulladéklebomlás folyamata A depóniák többségében anaerob körülmények uralkodnak, így a hulladék lebomlása általában igen hosszú időt igényel. Bár a hullaéktömeg reakcióideje nehezen becsülhető és mindig az adott körülményektől függ, azt tudjuk, hogy a biokémiai konszolidáció évtizedekig is eltart. Az igénybe vett terület a bezárás után néhány évvel már bizonyos célokra hasznosítható, de a deponált anyagok reakcióideje akár 150 év is lehet. A hulladékok átlagos lebomlási folyamatát és a lebomlási időket szemlélteti az 1. ábra. Mint látjuk, átlagos körülményekkel számolva is a teljes lebomlás időtartama meghaladja a 30 évet. Valószínűleg ez az oka annak, hogy a magyar lerakórendelet az utógondozási idő minimálisan szükséges időtartamának a 30 évet tekinti. 1. ábra: A hulladéklebomlás lebomlási fázisonkénti időtartama A depóniákból az atmoszférába kerülő metán az összes antropogén metánemisszió mintegy 13%-át adja (2. ábra). Ismert, hogy a metán a széndioxid 252
Szabó Imre, Faur Krisztina Beáta, Szabó Attila mellett az egyik legjelentősebb üvegházhatást okozó gáz, és erőssége, veszélyeztető potenciálja lényegesen nagyobb, mint a nagyobb koncetrációban jelen lévő széndioxidé. Mindezekből következik, hogy a levegőbe kerülő metángáz mennyiségének csökkentése különösen fontos feladat. 2. ábra: Az antropogén metánemissziók eredete és megoszlása A depónia stabilizálásának, a konszolidáció gyorsításának két lehetséges, laboratóriumi és in-situ kísérletek alapján nagyon ígéretesnek mutatkozó két lehetséges módja: A hulladéklerakók utólagos nedvesítése, a vízháztartás szabályozása Levegőztetés, aerob stabilizálás A hulladéklerakók utólagos nedvesítése, a vízháztartás szabályozása elsősorban akkor alkalmazandó, ha a depóniában még jelentős mennyiségű hasznosítható metángáz van jelen, és a lerakó aljzat és zárószigetelő rendszerrel is rendelkezik. Az in situ aerob stabilizálást akkor célszerű alkalmazni, ha a lerakóban nincs már hasznosítható mennyiségben metán, de ugyanakkor még mindig jelentős környezeti veszélyt jelent. 253
Hulladéklerakók utógondozási idejének csökkentése átlevegőztetéssel 2. Az in situ aerob stabilizálás A levegőztetés, mint a hulladéktest stabilizálását elősegítő folyamatot a 3. ábra szemlélteti. A levegőztetés kútrendszer alkalmazásával valósul meg. A kutak aktív levegőztetés útján légköri oxigént (lehetőség van oxigénnel való dúsításra is) juttatnak a hulladéktestbe, melynek hatására felgyorsul az aerob (oxigén jelenlétében lejátszódó) stabilizáció folyamata. A terület teljes átlevegőztetését a szabályozott túlnyomás és a hozzáadott levegőmennyiség garantálja. Ezzel egyidejűleg további kutakat is üzemeltetnek a lerakó területén a bomlási folyamatok során keletkező gázok gyűjtése céljából. 3. ábra: Az aerob helyszíni stabilizálás elvi ábrája (HEYER, 2002) Hulladéklerakó aerob helyszíni stabilizálása során lejátszódó folyamatok, a stabilizálás hatása (HEYER, 2002, RITZKOWSKI et al., 2006): Az oxigénszegény környezet légköri oxigénnel történő dúsítása eredményezi a biológiailag lebontható hulladékalkotók bomlási folyamatának a felgyorsulását. A levegőztetés hatására megnövekvő szénátalakulás elősegíti a szerves anyagok gyorsabb stabilizálódását. 254
Szabó Imre, Faur Krisztina Beáta, Szabó Attila A levegőztetés eredményeként a hulladéktestben csak olyan szerves alkotók maradnak, amelyek nehezen, vagy egyáltalán nem bonthatók le, így a továbbiakban a gáztermelés mértéke erősen visszaesik. A felgyorsuló biológiai lebomlás hatására a süllyedések rövidebb idő alatt játszódnak le. A bomlási folyamatok lejátszódása után kisebb lesz a csurgalékvíz biológiai és kémiai oxigénigénye és mérséklődik a nitrogén vegyületek előfordulása is. Ugyanakkor a stabilizálás egyik hatása lesz a megnövekvő szén-dioxid képződés. A stabilizáció a hulladéktestben hőmérséklet-emelkedést eredményez, 35-50 C a jellemző. Az aerob stabilizálás megvalósításának a következő lehetőségei ismertek: Alacsony nyomás (0,1-0,5 mbar) melletti levegőztetés Nyomás és szívás együttes alkalmazása Lökésszerű nyomáshullámok mellett (3-6 bar), részben oxigénnel dúsítva Elszívás 2.1. Alacsony nyomáson kivitelezett in situ aerob stabilizálás Az 1935-1967 között működő Neumühle-i lerakóban építési törmelék, háztartási hulladék, ipari hulladék, ipari salak és galvániszap került lerakásra. A terület nagysága kb. 9 ha, a teljes térfogat 420.000 m 3. A még mindig képződő metángáz kivezetése a levegőbe történt. A német előírások szerinti szanálás/kármentesítés túlságosan drága lett volna, ezért szükséges volt a veszélyeztető potenciál csökkentésére. A stabilizálási munkálatok 2001-ben indultak. Összesen 29 gázkutat telepítettek aktív levegőztetéssel annak érdekében, hogy az aerob stabilizáció révén a depóniagáz metántartalmát redukálják. Az üzemelés alacsony nyomáson (40 mbar), a levegő oxigénjével történt, amit a lebomláshoz szükséges oxigénigényhez igazítottak. A gázkutakban a betáplált levegő mennyisége a 40 mbar nyomás mellett 120 m 3 /h volt. A szükséges nyomást és levegőmennyiséget a mindenkori depónia és hulladékviszonyok határozzák meg, pl. a milmersdorfi lerakón (Brandenburg) 17 mbar nyomás mellett 300 m 3 /h levegő bevezetésére volt szükség. A szabályozott stabilizálás 2001 decemberében kezdődött. Az első fázisban a kiépített 29 gázkutat csak gázelszívásra használták a környező épületek gázmigrációtól való védelme érdekében. Az átlevegőztetés 2002 áprilisában kezdődött. A 4. ábra szemlélteti a gázkoncentrációk alakulását az üzemelés kezdeti időszakában. 255
Hulladéklerakók utógondozási idejének csökkentése átlevegőztetéssel A Dörentrup-i lerakón (Lippe, NRW) 2007 októberében kezdődött az intenzív gázkinyerés egyelőre levegőztetés nélkül, majd 2008 júniusában indult a rendszer átállítása az in situ aerob stabilizálásra, ami 2008 őszétől vált folyamatos üzeművé. A gázkoncentrációk alakulásának az eredményét az 5. ábra szemlélteti. 4. ábra: A depóniagáz összetételének alakulása a stabilizálás kezdeti időszakában a Neumühle-i lerakón, (HEYER, K.U et al., 2003b) 5. ábra: A gázkoncentrációk alakulása az 1. mezőn Dörentrup lerakó, (HEYER, K.U et al., 2009) 256
Szabó Imre, Faur Krisztina Beáta, Szabó Attila 2.2. Túlnyomással kivitelezett in situ aerob stabilizálás. A BIOPUSTER eljárás A BIOPUSTER eljárás lényegében csak technológiájában különbözik az előzőekben ismertetett átlevegőztetési eljárástól, maga a BIOPUSTER ( biopuffer ), egy egyedi fejlesztésű nyomótartály. Elosztó hálózaton keresztül jut a tartályba az oxigénnel dúsított levegő. Az eljárás sajátossága abban áll, hogy a levegőztetés pulzáló, a rendszer nem állandó nyomáson üzemel, ellentétben a hagyományos levegőztető rendszerekkel, így a levegő oxigén keverék a nagyobb tömörségű hulladékrészekbe is behatol. A rendszer felépítését és működését szemlélteti a 6. ábra. A rendszer üzemi nyomása 3 7 bar. A levegőztetéssel párhuzamosan a hulladékok bomlásából származó gázok eltávolítását is elvégzi a rendszer egy szívó vezetékeken keresztül. A gázkinyerés kapacitása 30%-kal meghaladja a levegőztetés kapacitását. Az ellenőrizetlen gázkibocsátások elkerülése érdekében a vizsgált területen folyamatosan történik a gázkinyerés, kis mértékben mindig vákuum alatt tartják a területet. A kinyert gázokat, ha szükséges kezelik, tisztítják. A 7. ábra jól szemlélteti ezen eljárás nagyobb hatékonyságát 6. ábra: A BIOPUSTER eljárás vázlata 257
Hulladéklerakók utógondozási idejének csökkentése átlevegőztetéssel 7. ábra: Az alacsony nyomású levegőztetés és a BIOPUSTER eljárás hatékonyságának összehasonlítása 3. Összefoglalás Az elmúlt egy-másfél évtized alatt már elegendő tapasztalat gyűlt össze az in situ aerob stabilizálási eljárások elméletével és gyakorlatával kapcsolatban ahhoz, hogy általános következtetéseket vonjunk le. Tanulmányunkban áttekintettük a nemzetközi szakirodalmat, in situ munkák eredményeit, amelyek közül néhányat mutattunk be. Az elvégzett munka alapján a legfontosabb következtetések: 1. Az in situ aerob stabilizálási módszerek bizonyíthatóan alkalmas megoldások a depóniák utógondozási idejének a csökkentésére, a levegőbe kijutó metánemissziók, és ezáltal az antropogén üvegházhatás csökkentésére. 2. Az eljárás alkalmazási területe elsősorban a már régebbi lerakók stabilizálása, amikor a gázhasznosítás már gazdaságtalan. Ugyancsak számításba jönnek a biológiailag lebomló anyaggal szennyezett területek kármentesítési idejének csökkentésekor, a felszámolásra és átszállításra kerülő lerakók rekultivációs idejének csökkentésekor. 3. Az aerob stabilizáció az anaerob lebomlást elviszi az aerob lebomlás irányába, és az egyik legagresszívebb üvegházhatású gázt (CH4) átalakítja CO2-dá és vízzé, valamint hőfelszabadulással is számolhatunk. 258
Szabó Imre, Faur Krisztina Beáta, Szabó Attila 4. Az aerob biodegradáció lényegesen gyorsabb, mint az anaerob lebomlás, így a biológiai stabilitás lényegesen rövidebb idő alatt bekövetkezik. 5. Levegőztetés hatására megváltozik a keletkező csurgalékvíz kémhatása, oxigéntartalma és a nitrogén vegyületek koncentrációja is. Gyakorlati tapasztalatok alapján elmondható, hogy a stabilizálás kezdetétől számított rövid időn belül számottevő mértékben lecsökken a csurgalékvíz ammónium-ion, nitrit- és nitrát ion koncentrációja. Csökken a TOC, KOI és a BOI5 paraméterek értéke a csurgalékvízben. 6. Úgy gondoljuk, hogy kedvező nemzetközi eredmények alapján érdemes lenne hazai laboratóriumi és in situ kísérleteket végezni, hiszen még nagyon sok lerakó vár bezárásra és az utógondozási idő rövidítése fontos gazdasági szempont. A nemzetközi tapasztalatok eredményeit felhasználva elkezdtük az átlevegőztetéses hulladék stabilizálás laboratóriumi kísérleteit, amelyek tervezett időtartama 15 hónap. Irodalom HEYER, K.U. (2002): Emissionsreduzierung in der Deponienachsorge, Hamburger Berichte 21, Abfallwirtschaft,Technische Universität Hamburg-Harburg HEYER, K.U. - HUPE, K.,- KOOP,A.,- RITZKOWSKI, M and STEGMANN, R. (2003a): The low pressure aeration of landfills: experience, operation and costs Ninth International Waste Management and Landfill Symposium Caligari, Italy, 6-10 October 2003 HEYER, K.U. - HUPE, K.,- KOOP, A. and STEGMANN, R. (2003b.): Aerobic in situ stabilisation of landfills in the closure and aftercare period Tenth International Waste Management and Landfill Symposium Caligari, Italy, 3-7 October 2005 HEYER, K.U. - HUPE, K.,- KOOP, A. and STEGMANN, R. (2009): Aerobe in situ Stabilisierung der Deponie Dörentrup www.ifas-hamburg.de MOSER, W. (2007): Beitrag der in situ Belüftung zur Reduktion der Treibhausgase bei geringmächtigen Altablagerungen Diplomarbeit, MSc Thesis, TU Wien, Fakultät für Bauingenieurwesen, p.82 RITZKOWSKI, M., - HEYER, K.U., - STEGMAN, R. (2006): Fundamental processes and implications during in situ aeration of old landfills Waste Management, Elsevier, Volume 26, Issue 4, 2006, pp. 356-372 ZANETTI, M.C. (2008): Aerobic biostabilization of old MSW landfills American J. of Engineering and Applied Sciences, 1 (4), 2008, pp.393-398 "A tanulmány/kutatómunka a TÁMOP-4.2.1.B-10/2/KONV-2010-0001 jelű projekt részeként az Új Magyarország Fejlesztési Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg" 259