TELEPÜLÉSI SZILÁRD HULLADÉÁKOK HASZNOSÍTÁSA KORSZERŰ, KOMPLEX HULLADÉKGAZDÁLKODÁSI RENDSZEREKBEN Székesfehérvár 2007 LEGÚJABB HAZAI KUTATÁSI-FEJLESZTÉSI EREDMÉNYEK A SZILÁRD TELEPÜLÉSI HULLADÉKOK MECHANIKAI BIOLÓGIAI STABILIZÁLÁSA TERÜLETÉN Dr.Bokányi Ljudmilla egyetemi docens Dr.Csőke Barnabás egyetemi tanár Miskolci Egyetem, Nyersanyagelőkészítési y és Környezeti Eljárástechnikai Intézet
A szilárd települési hulladékok kezelésének általános céljai: A A lerakásra kerülő hulladék csökkentése A A lerakás kockázatának mérséklése A A szerkezeti anyagokkal való kör- folyamatos anyaggazdálkodás (Recycling) Hogyan, mi módon?
Települési szilárd hulladékok hasznosítása a nemzetközi előírásoknak megfelelő tüzelőanyag előállításával Pályázó: Nyersanyagelőkészítési és Környezetei Eljárástechnikai Intézet Miskolci Egyetem Prof.Dr.Csőke Barnabás, intézetigazgató, egyetemi tanár Társpályázók: - VERTIKÁL Rt. Polgárdi, Ferencz Károly vezérigazgató - Profikomp Kft. Gödöllő, Dr.Alexa László, ügyvezető igazgató - Energetikai Tanszék, Nyugat-Magyarországi Egyetem, Sopron, Prof.Dr.Marosvölgyi Béla, tszv.egyetemi tanár - AP International Magyarország Kft.
Tartalom A projekt célja és tárgya Települési szilárd hulladékok hasznosítása a nemzetközi előírásoknak megfelelő tüzelőanyag előállításával A projekt megvalósítása, eredménye Műsodtüzelőanyag minőségének ő é javítása: szelektív aprítással légáramkészülékkel Biostabilát (komposzt) hasznosítása: energianövény-termesztésben biogáz -előállításban Miskolci Egyetem Eljárástechnikai Tanszék
Forrás: a KVVM-nek általunk végzett felmérés A települési szilárd hulladék jellemző összetétele napjainkban Magyarországon (%), 2006 Hulladékalkotó Papír-kartonkompozit Műanyag yg Textil Üveg Fém Bomló szerves Egyéb Országos átlag 10 13 3 5 3 39 27 Nagyváros, átlag 17 15 3 4 4 33 24
Együttkezelhető anyagcsoportok a szilárd települési hulladékban 1) Csomagoló anyagok: 30... 40 %; üveg : fehér, barna, zöld; papír: nyomdai termékek, karton, hullámpapír; könnyű csomagoló anyagok: fémek: vas és alumínium konzerves, italos és más dobozok; műanyagok. yg 2) Biohulladékok: 30... 50 %; biológiailag lb lebontható természetes anyagok (növényi hlldék hulladék, ételmaradék stb.). 3) Maradvány: 30... 10 %.
Szilárd települési hulladék HULLADÉK SZELEKTÍV GYŰJTÉSE o lakosságtól, az intézményektől, valamint ipari és kereskedelmi vállalatoktól, vállalkozásoktól MARADÉK CSOMAGOLÓ ANYAGOK ELŐSZORTÍROZÁS VÁLOGATÓMŰBEN o termékek: kvázi fajtatiszta papír-, műanyag-, fém- és üvegfrakciók BIOLÓGIAILAG LEBONTHATÓ Komposztálás vagy Biogáz-előállítás á Elégetés Salak- előkészítés és lerakás agyományos Lerakás
Begyűjthető tő csomagolóanyag-hulladék ll mennyisége Ha q=300 kg/fő/év 36 % begyűjthető lakosság száma : 100 000 fő 64 % lerakásra kerülő hulladékforrás, ill. ezek aránya: M h = 60 %, Ipar: M i = 40 % Csomagolóanyag-tartalom a hulladékban: maradék C h = 35 % és C i = 80 % begyűjtési hatásfok: η h = 50 %, η i = 80 % akkor a begyűjthető mennyiség: B= q N (M h C h η h +MC i i η i ) = 0,3.100 000 (0,6. 0,35. 0,5 + + 0,4. 0,8. 0,8) = 30 000. 0,36 = 10 830 t/év
A hagyományos kezelés hátrányai (problémafelvetés) Nem csökkenti elegendő mértékben a lerakandó hulladék mennyiségét (ha nincs égetés). A hulladék egy jelentős része kezeletlenül kerül lerakásra, tetemes mennyiségű értékes anyaggal A szelektívgyűjtés (csomagoló és biológiailag lebontható anyagokra) és kézi-gépi válogatás túlerőltetése e rendszert is gazdaságtalanná teszi. A kezeletlen tl települési üléimaradék elégetése - a maradék kedvezőtlen tüzeléstechnikai tulajdonságai (alacsony fűtőérték, nagy nedvességtartalom) miatt - gazdasági szempontból előnytelen.
A fentiek vezettek ettek : elsőként (kb. 20 25 éve) a lakossági hulladékból másodtüzelőanyag elállítására mechanikai eljárásokkal (német rövidítése BRAM = Brennstoffe aus Müll, angol rövidítése RDF: Refuse Derived Fuel), majd pedig a 90-es években a biológiailag lebontható rész nedvességtartalmának csökkentésére és jobb minőségű alternatív tüzelőanyag előállítása érdekében a szilárd települési hulladék maradékanyagának un. stabilizációs kezelésének a bevezetésre.
Mechanikai-biológiai kísérleti stabilizálá Másodtüzelőanyag Aprítás Nedvesség Biostabilizálás CO 2 Stabilát Szitálás Mágneses szeparálás Biostabilá (komposzt) Fe
Szárazstabilizálással elért tömegveszteség 90000 80000 70000 60000 50000 83820 37900 kg 22750 kg 61000 kg Stabilizálás elötti anyagmennyiség (kg) 40000 30000 Stabilizálás utáni anyagmennyiség (kg) 20000 10000 0 Tömegcsökkenés: 27 %
A maradékanyag biostabilizálásával kiegészített rendszer hiányosságai Nagy mennyiségű a komposzt-stabilát, kérdéses a teljes mennyiség hasznosítása. A komposzt-stabilát mezőgazdasági g hasznosítása nem megoldott. Ha az égetőműbe adom fel a komposztstabilátot is (azaz a teljes stabilátot elégetem), akkor az így kapott tüzelőanyag fűtőértéke alacsony (csak hulladék- égetőműbe lehet elégetni).
A maradékanyag biostabilizálásával kiegészített rendszer hiányosságai A nagyobb fűtőértékű termék (másodtüzelő- anyag) minősége a szélesebb körű hasznosítást korlátozza: még nagyobb fűtőérték ( 20 MJ/kg), kisebb szennyező- tartalom lenne kívánatos
Tüzelőanyag-termékek előállítása keverékből a projekt koncepciója szerint ipari lladék Víz CO 2 Vas iomassza űanyagok áztartási á lladék aradékanyaga Tárolás Aprítás Biostab Mágneses szeparálás Örvényáramú szeparálás Szélosztályozás Pelletezés Pellet Alternatív tüzelőanyag Inert anyag
A komplex biomassza-hasznosítás a Nyers biomassza projekt koncepciója szerint Aerób lebontás Biostabilát Anaerób lebontás Aerób lebontás Biogáz CO 2 Energianövény- CH 4 H 2 O termesztés CO 2
Nyershulladék Kalapácsos törõ Dobszita > 20 mm Stabilát Mágneses szeparátor Prizma (biostabilizálás) < 20 mm Biostabilát Biostabilizált hulladék Mintavételi helyek Fémek Maradék Másodtüzelőanyag előtermék
Nyershulladék és stabilát anyagi összetételének megállapítása
Papír Higéniai Karton / Műanyag >100 mm biológiailag bomló frakció három lkotórésze a növény, a kenyér és a hús Kompozit Üveg Fém
Kategóri a neve Szemcseméret Alkategória Tömegarány, % Mágneses 55,9 100-200 Fém mm Nem- 44,1 mágnes Σ 100,0 Mágneses 41,9 50-100 Fém mm Nem- 58,1 mágneses Σ 100,0
ategória neve Szemcseméret Alkategória Tömegarány,% Biológiai >200 mm Növény 92,7 Kenyér 7,3 Σ 100,0 Növény 73,9 Biológiai 100-200 mm Hús 20,4 Kenyér 5,7 Σ 100,0
MEGÁLLAPÍTHATÓ Az aprításnak ki nem tett nyershulladékban a biológia yag 20 25 %-a a legdurvább (>100 mm) frakcióban elyezkedik el. Ez nem teszi lehetővé, hogy a nyershulladékból közvetlenü itálással válasszunk le egy olyan durva frakciót, amely kés zelőanyag-termék vagy annak egy része, mivel bioanyag rtalma >20 %. Erre csak akkor van mód, ha az adott területen iológiailag lebontható szerves anyagok szelektív gyűjtése i lyik, valamint aprításnak is kitesszük a nyershulladékot elyek néhány y% -ra lecsökkenti e a durva frakció bomló erves anyag tartalmát.
Fűtőérték szemcsefrakciónként, és anyagi komponensenként Anyagfrakció Szemcseméret mm Fűtőérték MJ/kg >200 26,52 Műanyag 100-200 21,45 75-100 20,36 50-75 16,41 >200 20,84 Textil 100-200 18,93 75-100 -
Fűtőérték szemcsefrakciónként, és anyagi komponensenként Anyagfrakció Szemcseméret mm Fűtőérték MJ/kg >200 - Papír 100-200 10,26 75-100 - 50-75 14,45 >200 - Rétegelt 100-200 21,17 75-100 -
Fűtőérték szemcsefrakciónként, és anyagi komponensenként Anyagfrakció Szemcseméret mm Fűtőérték MJ/kg >200 18,12 Fa 100-200 17,54 75-100 17,56 50-75 16,25
100 Tömeg geloszlá ás, % 80 60 40 20 1 3 2 1 - neméghető 2 - éghető 3 - szemcseméret eloszlás 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Szemcseméret, mm Szemcseméret-eloszlás, valamint az éghető és nem éghető komponensek eloszlása a teljes (!) stabilát
Szelektív aprítás Doppstadt kalapácsos aprítógéppel a másod tü előan ag másod-tüzelőanyag frakció minősége javításának az érdekében
Szemcseméret mm, aprítás 1-szer Fűtőérték, MJ/kg aprítás 2-szer >200 16,3 19,4 100-200 20,4 22,8 75-100 12,8 18,2 50-75 11,7 10,4 20-50 10,7 11,5 8-20 4,7 9,2 <8 0,6 5,8 16.3 19,4
Másodtüzelőanyag minőségének javítása 100 80 1 (jelölés: 1- neméghető összesen: egyéb+alumínium+üveg+fémek; Töme egeloszlá ás, % 60 40 2 1 - neméghető 2 - éghető 2 - éghető összesen: műanyag+textil+gumi+ kompozit + papír + fa). 20 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Szemcseméret, mm Éghető és neméghető alkotók megoszlása a
A szelektív aprítást követően képezhető másodtüzelőanyag-termékek termékek jellemzői rmék Termék elnevezése Fűtőérték MJ/kg Megoszlás a termékekben, % Éghető Tömeg- kihozatal % Nem- Éghető Hőtartalom > 100 mm 0-100 mm Nagyfűtőértékű termék Közepes fűtőértékű termék 29 20 50 6 61 26 12 44 19 33 <20 Maradék 45 6 75 mm 1 6 sszesen 100 10 100 100 100
* Főégőre ill. kalcinátorra Cementgyári minőségi igények Jellemző Szemcseméret Nedvességtartalom* Érték < 20 mm légszáraz <15 %, ill <25 % Klór <1, ill< 1,5 % Hg <1 mg/kg Kén Max. 0,5 % Hamu <30 % Fűtőérték* 16 26 MJ/kg, ill 13 1616 MJ/kg Homogenitás 300-500 t
Légáramkészülék Diffuzor-ármkészülék Mérőtér Feladás Silo Levegő Prandtl-cső helye Cellás adagoló Szétválasztó tér Ventillátor Felsőtermék Silo Ventilátor
100 F F(x) (v), % 80 60 40 Fe 50...75 mm Nemvas-fémek kihozatala a légáram sebességének függvényében 20 0 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 9,5 k(v) [m/s] v, m/s 100 80 60 Fe 75...100 mm F F(X) (v), % 40 20 0 3 4 5 6 7 8 9 10 k(v) [m/s] v, m/s
Megállapítottuk: az éghető anyagok süllyedési végsebessége három tartományra bonthatók 1-3,5 m/s, 3,5-5,5 m/s és 5,5-16 m/s; a nemvas-fémek süllyedési sebessége pedig a 6-9 m/s sebességtartományba esik; ezek alapján légáramkészülékkel történő szétválasztáskor két tiszta fémmentes éghető terméket és egy nemvas-fémeket is tartalmazó kevert termékhez jutunk; ez utóbbiból a fémek örvényáramú szeparálással nyerhetőkki; az éghető anyagok döntő részeazelőbbi két termékbe kerül.
Energianád parcella nézete Energia-növény ültetvények TATA Jó növekedésű parcella Elszíneződött levélzetű parcellarész Ültetvényrész elszíneződött levélzettel folytatásban a kezeletlen
Miscanthus hozamok 2006 t/ha 19,3 19,2 19,1 19 18,9 18,8 18,7 18,6 kontr. NPK Komposzt Nyugat-Magyarországi Egyetem Nyugat-Magyarországi Egyetem Prof.Dr.Marosvölgyi Béla
A konzorcium kidolgozta egy energiaerdőültetvény termesztési technológiát és 2006. márciusában 79 224 m 2 területen (Polgárdi 023/11 hrsz. ingatlanra) került sor erdőtelepítésre. Fafajok: Koltay, akác, AF2.
Tapasztalatok a tatai kisminta kísérletben: A biostabilát alkalmazásával az energianád ültetvényeken magassági növekedés-többle tapasztalható. A biostabiláttal kezelt parcellarészen a növények biológiai érése gyorsabb volt: Ez a hatás a C4-e Miscanthus esetében azt eredményezte, hogy szárakban több a beérett szövetrész, ezért sűrűsége ki mértékben megnőtt. A faültetvényeken a hatás nem egyértelmű. A növekedé két klón esetében valamivel nagyobb, egy-két klón esetében a levélzet jelentős elszíneződése tapasztalható.
A nagyminta kísérlétben a fácskák egy része hogy a dugványok gyökeresedését gátolja a jelen levő a biostabilát. Ez a megállapítás egybeesik a Profikompnak a mutatókat. Gyökeres csemetéknél ez a hatás már kisebb elpusztult. Nemesnyárak esetében arra következtethetünk, laboratóriumi csírázással kapcsolatos vizsgálatának a megállapításával: a biostabilát rontotta a csírázási mértékű. Ez elsősorban azzal magyarázható, hogy a biostabilát nem megfelelő érettségű, ezért a talajban még jelentős gázemisszió mellett bomlik, és a gyökérzónában a talaj pórusait levegő helyett CO2 vagy más bomlásgáz tölti ki, így a gyökérlégzés korlátozott.
Mindemellett fontos az a megfigyelés, hogy akác esetében a megmaradó egyedek viszonylag megfelelő növekedést mutatnak, és hasonló a helyzet a nyár esetében is. Alapvetően azt a megállapítást tehetjük továbbá, hogy a biostabilátok a fiatal ültetvényekben nem alkalmazhatók.
A tenyészedényes kísérlet kezelések eredményei Zsázsa zöldtömegek 3,50 3,00 ömeg, g Zöldt 2,50 2,00 150 1,50 1,00 0,50 0,00 K 15% 50% Kezelések A kísérlethez a következő anyagokat használtuk fel: Kontrollként standard talajt (gödöllői gyenge termőképességű barna erdőtalaj) és Kommunális hulladék mechanikai-biológiai kezelése után kapott ún. biostabilátot
Biogáz képződési kinetikája biostabilátumból termelt gáz [Nl/kg ots] 300,0 250,0 200,0 Inokulum és minta 150,0 100,0 Kénsavas Na 2 SO 4 oldat 50,0 0,0 0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,0 idő [nap] A vizsgálatokra az FVM MGI intézetben (FVM Mezőgazdasági Gépészeti Intézet) került sor Gödöllön, a kísérleteket a Greenergy Kft. szakembere végezte el. Prof.Dr.Marosvölgyi Béla doktorandusza
Kísérleti félüzemi méretű berendezés, reaktor-méret: 100 l A vizsgálatokat Oláh Gábor doktorandusz végzi Prof.Dr.Marosvölgyi Béla és Doc.Dr Dr. Bokányi Ljudmilla szakmai irányítása mellett a Miskolci
sz. 120 Gázmen nnyiség [ml/g sz. a.] 100 80 60 40 20 0 1 4 7 10 13 16 19 22 25 Zöldhulladék Iszap, apríték keverék Prizma komposzt Szennyvíziszap Idő [nap]
ml/g mintára bemért Fajlagos gázmennyiség g Zöldhulladék (szervesanyag taratalom 765g/kg száraz anyag) Iszap,apríték keverék (szervesanyag tartalom 675g/kg száraz anyag) Biostabilát (szervesanyag tartalom155g/k g száraz anyag) Bekevert szennyvíziszap (szervesanyag tartalom 679g/kg száraz anyag) mintára 71,44 18,02 0,81 4,59 ml/g szerves száraz anyagra 104,19 65,28 6,34 38,9
Megállapítottuk: A biostabilátumnál el lehet érni egy relatíve elfogadható gázhozamot (240 l/kg szerve szárazanyag)., de relatíve hosszú idő alatt. Célszerű az intenzívebb gézképződés és nagyobb gázhozam érdekében kevésbé érett biostabiláto anaerob bontásnak kitenni (ld. A-A-AA A technológia). Az aerob előérlelés és anaerob bontás időtartamai optimális értékét (beleértve a aerob utóbontás) kísérleti úton célszerű meghatározni.
Összefoglalás A szilárd települési hulladékok maradéktalan hasznosításra kell törekedni. Ehhez a szelektív gyűjtés és válogatás, valamint mechanikai előkészítés, a mechanikai biológiai stabilizálás, anaerob lebontás, biomassza előállítás kombinált technológiai rendszere kínál megoldást. Szükséges azonban az egymáshoz szorosan kapcsolódó folyamatok, ill. anyagáramaik költséghatékony összehangolása
KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!
A biogáz-reaktorok fajlagos teljesítménye 0,6 3,0 kg/m 3.nap, a fajlagos biogáz-hozam 30 45 Nm 3 /t hulladék intervallumban változik.
Megnevezés Fűtőérték [MJ/kg] (1)szerint (2)szerint Papír, karton 10...1515 - Újságpapír - 18,6 Műanyag 20...30 - Fa, bőr, gumi 15...20 Textil 15...20 Élelmiszer hulladék 5 Apró hulladék 5mm 5 Háztartási vegyes hulladék 8...10 10,5 Deponált vegyes hulladék - 4,2 Koksz 26,3 Feketeszén 25,8 Tölgyfa (keményfa) 13,3...19,3 Fenyőfa (puhafa) 14,9...22,3 Fahulladék (rőzse, ág stb.) 19,8 Fűtőolaj 45,5 Földgáz 53,0 Gumi 25,6 Hulladék-depónia gáz - 21,3...26,6
Fogyasztás Visszaforgatott (háztartás) csomagolóanyagok Szelektívgyűjtés: háztartási és háztartási jellegű ipari hulladék Maradékanyag (háztartási szemét) Lerakó (Inert anyagok) Válogatómű Szelektívgyűjtés és szortírozás Maradékanyagok Stabilizált biostabilizálása és biohulladék előkészítése Visszanyert fémek Termék Termelés, szolgáltatás Technológiai hulladék Másodnyersanyag y Másodlagos enegia- hordozók Hulladék Erőmű Kohó Cementgyár égetőmű A csomagolóanyagok szelektív gyűjtésével és a válogatóműben A csomagolóanyagok szelektív gyűjtésével és a válogatóműben történő szortírozásával egységes rendszert képező biostabilizálás
A projekt fő feladatai 4. Eljárástechnikai jellemzők meghatározása Szemcseméret Sűrűségű Porozitás Nedvességtartalom Anyagi ygösszetétel Fűtőérték és hamutartalom Kémiai összetétel: veszélyes komponensek
Fűtőérték meghatározására szolgáló Fűtőérték meghatározására szolgáló kísérleti kazán és mérőrendszere
B I O S T A B I L I Z Á L T H U L L A D É K Szemcse- Tömeg Fűtő- Nedvesség Hamu- eloszlás érték tartalom [% ] MJ/kg [% ] méret x, [ mm ] tartalom [% ] <50 54,09 6,33 10,59 41,2 50 150 34,72 12,94 6,14 25,7 >150 11,19 20,43 3,33 27,5 Σ 100,00 10,20 8,23 34,3 Σ mért 11,79 32,9 V e g y e s k e m é n y m ű a n y a g Σ mért 36,17 0 3,7 N Y E R S H U L L A D É K Fűtőérték Nedvességtartalom Hamutartalom [% ] MJ/kg [% ] [% ]
A leghasznosabb éghető és a kőzet+komposzt elhelyezkedése a szemcsefrakciókban Szemcseméret [mm] Tömeghányad [%] Műanyag + textil + papír 2002.július 24. 3.táblázat adataiból Tömegarány, [%] kő +egyéb > 200 81,17 7,22 150 200 60 50 77,59 12,87 100 150 79,10 9,86 50 100 61,20 23,71 20 50 41,44 42,30 12 20 19,1313 66,29 8 12 40 50 12,12 80,60 8 0 10 90 100 Σ 100 53,41 33,88 Száraz anyagra vonatkoztatott fűtőérték F o, [MJ/kg] 21,22 13,95 7,37
25 20 15 10 5 0 Oxigéntartalom a prizmában Oxigéntartalom Oxigénszint (%) 1 494 18 35 52 69 86 103 120 137 154 171 188 205 222 239 256 273 290 307 324 341 358 375 392 409 426 443 460 477 511 Mérések száma
Polgárdi mechanikai biológiai stabilizálás Hőmé érséklet 80 Külső 70 60 50 40 30 20 10 0 hőmérséklet 00 cm 20 cm 40 cm 60 cm 80 cm 100 cm 1 45 89 13 33 17 77 22 21 26 65 30 09 35 53 39 97 44 41 48 85 52 29 57 73 61 17 Mérések száma őmérsékletmérés a prizmában