TELEPÜLÉSI SZILÁRD HULLADÉÁKOK HASZNOSÍTÁSA KORSZERŰ, KOMPLEX HULLADÉKGAZDÁLKODÁSI RENDSZEREKBEN Székesfehérvár 2006 Mechanikai-biológiai hulladékkezelés K+F eredményei Prof.Dr.Csőke Barnabás tanszékvezető egyetemi tanár Miskolci Egyetem Eljárástechnikai Tanszék
Települési szilárd hulladékok hasznosítása a nemzetközi előírásoknak megfelelő tüzelőanyag előállításával Pályázó: Eljárástechnikai Tanszék Miskolci Egyetem Prof.Dr.Csőke Barnabás, tszv 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 Bevezetés Előzmények: A maradékanyag előkészítés technológiájának hazai kutatása A jelen projekt célja és tárgya Települési szilárd hulladékok hasznosítása a nemzetközi előírásoknak megfelelő tüzelőanyag előállításával A projekt megvalósítása, eredménye Miskolci Egyetem Eljárástechnikai Tanszék
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?
Szilárd települési hulladék mennyisége Háztartások Ipar, szolgáltatás 60 % 40 % Magyarországon 200 500 kg/fő/év 4 4,5 millió t/év
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.
KMFP 00032/2001 Komplex kommunális hulladékkezelési lé rendszer kidolgozás Koordinátor: VERTIKÁL Rt., Polgárdi Koordinátor: Ferencz Károly vezérigazgató Tagok: MISKOLCI EGYETEM, ELJÁRÁSTECHNIKAI TANSZÉK, Miskolc Témafelelős: Prof.Dr.Csőke Barnabás tanszékvezető egyetemi tanár KÖZTISZTASÁGI EGYESÜLÉS, Gárdony Témafelelős: Nagy György igazgató Tanácsadó, alvállakozó: PORFIKOMP Kft. Dr.Alexa László ügyvezető igazgató
A mechanikai biológiai stabilizáció A mechanikai i - biológiai i i stabilizáció során mikroorganizmusokat a műszaki termelő és anyagátalakító eljárások szolgálatába állítjuk.
Mechanikai-biológiai kísérleti stabilizálá Másodtüzelőanyag Aprítás Nedvesség Biostabilizálás CO 2 Szitálás Mágneses szeparálás Komposz stabilát 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 %
Szellőztetőrendszer telepítése
A Polgárdi lerakón folyó üzemi méretű biostabilizálási kísérlet során kapott biostabilizált hulladék feldolgozása VERTIKÁL Rt.- ME Eljárástechnikai Tanszék Prof.Dr.Csőke Barnabás EREDMÉNYEK AZ ÜZEMI KÍSÉRLET SZERINT Veszteség 25 37 % Háztartásokból származó települési hulladék Fűtőérték: 3,5 6 MJ/kg Nedvességtartalom: 27 30 % Biostabiliozálás dobszita biostabilizált anyag >20 mm 100 % Aprítás kalapácsos malommal <20 mm Komposzt 45 50 % Mintavételi helyek Fémek műanyag 4 5 % 1 2 % Inotára szánt termék 45-50 % maradék durva 44-48 % Fűtőérték: 12 13 MJ/kg Nedvességtartalom: 8 10%
A német előírások a lerakandó stabiláttal Fűtőérték 6 000 kj/kg s száraz anyag felsőhatár TOC (total organic 18 % carbon = teljes szerves szén) MM Oié Oxigén-fogyasztás 5 mg/g száraz anyag (AT 4 ) és a tüzelőanyaggal szemben Fűtőérték Gázképződés alsóhatár 11 20 000 Nl/g kj/kg száraz anyag s száraz (GB 21 ) anyag Nedvességtartalom ~ 10 250 % mg/l TOC eluat
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
Települési szilárd hulladékok hasznosítása a nemzetközi előírásoknak megfelelő tüzelőanyag előállításával Pályázó: Eljárástechnikai Tanszék Miskolci Egyetem Prof.Dr.Csőke Barnabás, tszv 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.
Anyagi összetétel megállapítása
Anyagi komponens Fűtőérték szemcsefrakciónként, és anyagi komponensenként, MJ/kg Szemcseméret, mm 20-50 50-75 75-100 100-200 >200 papír 14,4 10,3 17,6 műanyag 21,5 26,5 fa 16,2 17,5 17,5 18, 1 kompozit 23,4 22,4 21,2 textil 18,2 18,9 20,8 gumi 33,1 24,6 egyéb 21,8 23,8
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
100 Tö ömegelos szlás, % 80 60 40 1 2 1-neméghető 2 - éghető (jelölés: 1- neméghető összesen: egyéb+alumínium+üveg+fémek; 2 - éghető összesen: műanyag+textil+gumi+ kompozit + papír + fa). 20 0 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Szemcseméret, mm Éh ő é é h ő lk ók lá Éghető és neméghető alkotók megoszlása a szemcsefrakciókban
* 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
Feladás Silo Levegő Cellás adagoló Szétválasztó tér Felsőtermék Silo Ventilátor Alsótermék
v könnyű [m/s] v közép [m/s] v nehéz [m/s] Műanyag [75 100 mm] 1,16 4,17 5,18 Papír [75 100 mm] 3,84 5,43 9,82 Kompozit [75 100 mm] 2,59 4,63 6,24 Fa [75 100 mm] Textil [75 100 mm] 3,06 5,31 7,77 15,62 4,48 5,18 5,43 Műanyag [50 75 mm] 1,21 3,27 16,21 Papír [50 75 mm] 2,32 3,27 4,91 Kompozit [50 75 mm] 1,64 3,47 4,17 Textil [50 75 mm] 448 4,48 505 5,05 624 6,24 Fa [50 75 mm] 6,55 9,12 15,14
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
Hamu kémiai összetétele Komponens Tömegarány, % SiO 2 46,89 Fe 2 O 3 3,50 Al 2 O 3 10,58 TiO 2 0,86 CO CaO 19,1313 MgO 3,46 K 2 O 2,53 Na 2 O 2,60 SO 3 1,29
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
Betakarítás után Stabilát Stabilát kiszórása Energia-növény ültetvények TATA 20 25 t/ha/3év
Energianád parcella nézete Jó növekedésű parcella Elszíneződött levélzetű parcellarész Ültetvényrész elszíneződött levélzettel folytatásban a kezeletlen
A konzorcium kidolgozta egy energiaerdő-ültetvény termesztésité technológiát és 2006. márciusában áb 79 224 m 2 területen (Polgárdi 023/11 hrsz. ingatlanra) került sor erdőtelepítésre. Fafajok: Koltay, akác, AF2.
Minta jele Falevél 1 Kezelt területről Falevél 2 Kezeletlen területről KVI kód 06-005-02/1 06-005-02/2 K 537 550 Na 345 383 Ca 22 300 1 180 Mg 2 380 578 Fe 326 59,7 Cd 0,29 < 0,1 Co 2,38 < 0,1 Cu 17,1 11,0 Cr 4,52 0,52 Pb 4,3 1,9 P 1 170 152
A bi t bilát h ítá A biostabilát hasznosítása biogáz-üzemben
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
MEGVALÓSÍTÁS ÉS ELTERJESZTÉS Már alkalmazza a VERTIKÁL Rt. ISPA projektben Székesfehérvár és Esztergom közötti Duna melletti térség é (800 ezer lakos) )hulladéka lesz kezelve és a másodtüzelőanyaga Inotai Erőműben hasznosítást nyer. Az elmúlt 2 évben legalább 8..10 előadás hangzott el a környezetvédelmi konferenciákon (előadások több esetben megjelentek a konferencia kiadványában, pl. Siófok 2002, Székesfehérvár 2005, 2006, Szombathely több alkalommal, Istambul IMPC 2006.). Írásos publikációk: MBA kézikönyv Bemutatók
Összefoglalás A szilárd települési hulladékok maradéktalan hasznosításra kelltörekedni. Ehhez a szelektív gyűjtés és válogatás, valamint mechanikai előkészítés, a mechanikai biológiai stabilizálás, anaerob lebontás, biomassza előállítás kombinált technológiai rendszere kínál megoldást Fontos a megfelelő mélységű eljárástechnikai megkutatottság a termék-minőség szabályozása érdekében.
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