Hulladékgazdálkodás A települési szilárd hulladék termikus kezelése. Az építési-bontási hulladékok kezelése. Zöld és biohulladék komposztálása. Boruzs Adrienn, Bazsáné Dr. Szabó Marianne, Gyulai István
Termikus eljárások A hulladékok hasznosítása történhet anyagában (másodnyersanyagkénti hasznosítás), energiatartalmának kinyerésével (termikus hasznosítás); célja a hulladék energiatartalmának hatékony kinyerése. A termikus hasznosítás lehetséges módozatai a hulladékégetés a hulladék szervesanyag-tartalmának teljes értékű oxidatív lebontása szén-dioxiddá és vízzé, oxigénfelesleg biztosításával), a hőbontás pirolízis (a hulladék szervesanyag-tartalmának reduktív lebontása oxigén kizárásával).
Termikus eljárások Hulladékégetés műszakilag kiforrott, változatos műszaki megoldásokat alkalmazó igen hatékony és tökéletesen higiénikus hulladékkezelési eljárás, alapvető eleme a korszerű, komplex hulladékgazdálkodási rendszereknek, megfelelő üzemvitellel és alkalmas füstgáztisztítási, valamint maradékanyag-kezelési módszerekkel ma már a legszigorúbb környezetvédelmi követelményeket is teljesíteni tudja. EU hulladéklerakásra vonatkozó irányelve (1999/31/EK) hulladékgazdálkodásról szóló 2000. évi XLIII. Törvény célul tűzi ki a lerakásra kerülő hulladék biológiailag bontható szervesanyagtartalmának fokozatos csökkentését 2005-ig 75%-ra, 2008-ig 50%-ra, 2014-ig 35%-ra hazai viszonyok között nem tűnik teljesíthetetlennek. A célt kétféleképpen lehet a gyakorlatban elérni a biológiailag bontható szervesanyag-tartalom szelektív gyűjtésével és biológiai módszerekkel történő hasznosításával, a szerves hulladékok termikus hasznosításával.
Hulladékégető-művek Európában Ország Égetők száma Égetési kapacitás ezer tonna/év Hőhasznosítás aránya Égetők Égetési számára kapacitásra % % Ausztria 2 340 100 100 Belgium 24 2240 46 64 Svájc 30 2840 80 90 Németország 49 12020 100 100 Dánia 30 2310 100 100 Spanyolország 15 740 27 73 Franciaország 225 11330 42 70 Olaszország 28 1900 64 76 Luxemburg 1 170 100 100 Norvégia 18 500 28 83 Hollandia 10 3150 90 97 Svédország 21 1860 100 100 Finnország 1 70 100 100 Egyesült Királyság 31 3670 16 32 Összesen 485 43140 56 82
Települési szilárd hulladékok kezelése Európában Ország Égetés Lerakás Hulladékmennyiség Komposztálás Anyagában történő hasznosítás ezer tonna/év % % % % Ausztria 2800 11 65 18 6 Belgium 3500 54 43 0 3 Svájc 3700 59 12 7 22 Németország 25000 36 46 2 16 Dánia 2600 48 29 4 19 Spanyolország 13300 6 65 17 12 Franciaország 20000 42 45 10 3 Görögország 3150 0 100 0 0 Olaszország 17500 16 74 7 3 Írország 1100 0 97 0 3 Luxemburg 180 75 22 1 2 Norvégia 2000 21 67 5 7 Hollandia 7700 35 45 5 15 Portugália 2650 0 85 15 0 Svédország 3200 47 34 3 16 Finnország 2500 2 83 0 15 Egyesült Királyság 30000 8 90 0 2 Összesen 140880 23 63 6 8
Hulladékégetés Európában a hőhasznosítás aránya 5-7 éven belül el fogja érni a 100%-ot (jelenleg 80-85%), új létesítmények kizárólag hő hasznosítással kerülnek megvalósításra több égetőmű üzemel pl. Bécsben, Münchenben, Zürichben, Oslóban, Hamburgban 2-2 db, Párizsban 3 db. Magyarországon Budapesten: 330-350 ezer t/év kapacitású hulladékégetőmű négy, egyenként 15 t/h égetési teljesítménnyel dolgozó kazán: villamosenergia-termelés és távhőellátás (100 ezer lakos éves villamosenergia-fogyasztását és 25 ezer lakos távfűtését képes biztosítani).
Hulladékégetés A hulladékégetés a hulladékok ártalmatlanításának termikus módszere. Előnyei a keletkező hulladékok térfogatát és tömegét jelentősen csökkenti, az égetés energiatermeléssel jár, a keletkezett hő hasznosítható, az eljárás közegészségügyi szempontból a leghatékonyabb, mivel a kórokozók elpusztulnak. Hátrányai az égetés másodlagos környezetszennyezéssel jár ökológiai szempontból kedvezőtlen, beruházási és üzemeltetési költségei lényegesen magasabbak a hagyományos eljárásoknál.
Hulladékégetés A kifogástalan elégetéshez megfelelő hőmérséklet, megfelelő áramlási viszonyok, tartózkodási idő, valamint a szokásosnál nagyobb mennyiségű levegő bevezetése szükséges. a kívánt minimális tűztérhőmérséklet 850 C, a légfelesleg-tényező értéke 1,5 2,5, a füstgázoknak a tűztérben való tartózkodási ideje 2 3 s szilárd hulladékok és 0,5 1 s folyékony hulladékok égetésekor, a minimális oxigéntartalom eközben 6%. Az égetés szilárd maradékanyagának mennyisége szilárd települési hulladék égetésekor kb. 10 tf%, folyékony és iszaphulladék égetésekor átlagosan 2 10 tömeg%.
Hulladékégetés A hulladékégetéses ártalmatlanításhoz ismerni szükséges halmazállapot, elemi analízissel megállapított kémiai összetétel; gyors analízissel megállapított összetétel; fűtőérték; sűrűség; a hamu olvadási jellemzői; szilárd hulladék esetében: szemcseméret-eloszlás, maximális darabnagyság, valamint anyagfajták szerinti összetétel; folyékony hulladék: esetében viszkozitás, gyulladás-és lobbanáspont, valamint szilárd szennyezőanyag-tartalom és annak legnagyobb szemcsemérete, továbbá a kémhatás; halogénanyag-tartalom; nehézfémtartalom; egyéb fémtartalom; egyéb mérgezőanyag-tartalom; egyéb specifikus anyagi tulajdonságok szükség szerint; mennyiségi adatok.
Hulladékégetés 1. tárolás; 2. anyagelőkészítés; 3. adagolás; 4. égetés; 5. póttüzelőanyag; 6. levegő; 7. füstgázhűtés; 8. hőhasznosítás; 9. füstgáztisztítás; 10. mosóvízkezelés; 11. kémény; 12. pernyeválasztás; 13. salakgyűjtés- és kihordás; 14. salak- és pernyetárolás
Hulladékégetés Hulladékégetés in-put-output elvi anyagmérlege bemenő anyagok égetendő hulladék, égéslevegő, segédtüzelés; kimenő anyagok salak, hamu, pernye és/vagy elektrofilter por, füstgáz, füstgázmosó szennyvíz (nedves mosás esetén), mosóvíz tisztítási iszap (nedves mosás esetén), füstgáztisztítási maradék (száraz, félszáraz tisztítás során), egyéb füstgáztisztítási maradék (aktiv szén vagy egyéb szorbens).
Tüzelőberendezések A hulladékégetők legfontosabb része a tüzelőberendezés a rostélytüzelésű (települési szilárd és termelési szilárd hulladék) és a rostély nélküli hulladékégető berendezések (folyékony és pasztás hulladék, valamint iszap) alkotják.
Füstgázhűtés, hőhasznosítás A hulladékégetés füstgázai a tűztérből >900 1000 C-on a tisztítóberendezések hőtűrő képessége 250 350 C-ra le kell hűteni Füstgáz hűtése közvetlen (levegő-befúvással vagy vízbepermetezéssel) és közvetett módszerrel (hőcserélőket rekuperátorokat, melegvíz és gőzkazánokat alkalmaznak) Az egyes lehetőségek között a következők ismeretében lehet választani: a termelt melegvíz, gőz vagy villamos energia, ill. termoolaj hasznosíthatósága, a hulladék fűtőértéke, az égetőmű teljesítménye és a beruházási, ill. üzemeltetési költségek.
Szilárd égési maradékok kezelése A szilárd égési maradékok (salak és pernye) rendezett, ill. rendezett biztonságos lerakókon helyezhetők el maradékok mennyisége és összetétele a hulladék jellemzőitől és a tüzelőberendezés üzemmódjától függ
Füstgáztisztítás Környezetvédelmi szempontból az egyik legjelentősebb a szennyezőanyag-tartalom (mennyisége, minősége) az elégetett hulladék anyagi tulajdonságaitól, az égetőberendezés szerkezeti kialakításától, valamint az üzemeltetési paraméterektől függően változik A füstgázok károsanyag-tartalma igen széles koncentráció tartományban ingadozik por 5 15 g/m3, kén-dioxid 1000 3000 mg/m3, hidrogén-klorid 2000 8000 mg/m3, hidrogén-fluorid 20 100 mg/m3, nitrogén-oxid 500 1500 mg/m3, szén-monoxid 500 1000 mg/m3. nehézfémek szerves szénvegyületek
A hőbontás (pirolízis) A hőbontás (pirolízis) a szerves anyagú hulladék megfelelően kialakított reaktorban, hő hatására, oxigénszegény vagy oxigénmentes közegben szabályozott körülmények között bekövetkező kémiai lebontása. A hőbontás során a szerves hulladékból pirolízisgáz folyékony termék szilárd végtermék keletkeznek. Végtermék elsősorban energiahordozóként (fűtőgáz, tüzelőolaj, koksz), ritkábban vegyipari másodnyersanyagként (pl. a gázterméket szintézisgázzá konvertálva metanol előállításához) és esetenként egyéb célokra (talajjavítás szilárd, szénben dús maradékkal; fakonzerválás vizes maradékkal; granulált salakolvadék építőipari adalékanyagként stb.) hasznosítható.
A hőbontás (pirolízis) A hőbontás döntőek a kémiai átalakulás reakciófeltételei hőmérséklet, felfűtési idő és a reakcióidő, szemcse-, ill. darabnagyság átkeveredés mértéke, hatékonysága. a végtermék összetételének és részarányának alapvető meghatározója a hőmérséklet alkalmazott hőmérséklettartomány általában 450 550 C. A reaktorok a fűtési mód szerint lehetnek: közvetett (reaktorfalon keresztül, ill. cirkulációs közeg segítségével) és közvetlen fűtési megoldásúak.
Komposztálás
Zöld és biohulladék komposztálása Összetételében folyamatosan növekszik a hasznosítható anyagok és az energetikailag kedvezőbb alkotók, illetve tulajdonságok aránya. Hazai viszonylatban várható változások 2010-ig erőteljesen növekszik a papír (várhatóan 25-30%-ra) és átmenetileg a műanyagok (várhatóan 15-17%-ra) részaránya, enyhébben nő az üveg és a fém részaránya, csökken a szervetlen maradékok (várhatóan 20% alá) és a szerves bomló frakció (várhatóan 25-30%-ra) részaránya, a hulladék átlagos fűtőértéke 7500-8000 kj/kg-ra növekszik.
Zöld és biohulladék komposztálása A biohulladék mennyisége, összetétele és térfogattömege évszakonként változó éves átlagos térfogattömeg 0,6 t/m 3, átlagos nedvességtartalma kb. 50-70%, szervesanyagtartalma mindössze 30-40 m/m-% A zöldhulladék (ágnyesedék, kerti és zöldfelületi hulladékok) relatíve magas, 50-70 m/m% szervesanyag-tartalommal rendelkezik, átlagos térfogattömege 0,25 t/m 3. Európában lakosonként évente együttesen kb. 100-130 kg zöld- és biohulladék keletkezésével lehet számolni. A potenciálisan hasznosítható biohulladék mennyiségének reálisan legfeljebb 40-60%-a dolgozható fel a gyakorlatban. Elkülönített gyűjtése a szelektív gyűjtés megvalósításához kötött.
Zöld és biohulladék komposztálása A biokémiai eljárások során a hulladék szerves alkotóinak feldolgozása élő mikroszervezetek segítségével történik. A hulladék ártalmatlanításának biológiai módszerei komposztálás (aerob lebontás), biogáz előállítás (anaerob lebontás), fémek biológiai kinyerése, enzimes fermentáció (pl. fehérje-előállítás).
A hulladékok komposztálása A komposztálás a szerves-anyag tartalmú hulladékok ártalmatlanításának régóta ismert és alkalmazott módszere. lényege, hogy a szerves anyagot tartalmazó hulladékok megfelelő környezeti feltételek mellett lebomlanak, szervetlen ásványi és stabil szerves anyagok keletkeznek hőfejlődéssel járó folyamat (50 70 C) a hulladékokban jelenlevő patogén mikroorganizmusok elpusztulnak végterméke a földszerű kb. 40 50% nedvességtartalmú anyag, mely a mezőgazdaságban hasznosítható. A komposztálás elvi alapjai biotechnológiai eljárás a szubsztrát túlnyomóan szilárd vagy vízoldhatatlan fázisban van, felületét vízfilm vonja be, a mikroorganizmusok aerob körülmények között végzik a lebontást. A komposztálás túlnyomórészt aerob biokémiai folyamat.
A hulladékok komposztálása
Komposztálás A szennyezett talaj, üledék, iszap dúsítása térfogatnövelő és szerves anyagokkal A komposztálási folyamat főbb szakaszai: 1. Bevezető szakasz - Felmelegedés, Reakciók indulása 2. Lebomlási szakasz - Hő szakasz, Lebomlási folyamatok 3. Átalakulási szakasz - Lehűlés, Felépülési folyamatok 4. Érési szakasz - Hőmérséklet környezetfüggő, Humuszképzés, szintézis Hőmérséklet (55-65 0 C) Levegőtartalom (kb. 30 %) Nedvességtartalom (öntözéssel)
Komposztálás A komposzt élőlényei -baktériumok (pl: denitrifikáló baktériumok, Pseudomonasok, Paracoccus denitrificans) - sugárgombák (actinomycetes) - termofil baktériumok (Pyrobaculum, a Pyrodictium, a Pyrococcus és a Methanopyrus nemzetség képviselői) - giliszták - gombák - ízeltlábúak - fonálférgek
Komposztálás Prizmás eljárás Kitermelés és talajosztályozás talajprizmák kialakítása prizmák átforgatása prizmák monitoringozása komposzt vizsgálata prizmák bontása és a talaj elszállítása Alkalmazási korlátai a komposztálásnak - nagy területigény - talajkitermelés szükséges (illékony anyagok ellenőrizetlenül kerülhetnek a levegőbe - a keletkező komposzt térfogata megnő - nehézfémmel szennyezett talajok nem kezelhetőek
A hulladékok komposztálása
A hulladékok komposztálása A komposztálás gyakorlati alkalmazási szempontjai megfelelő hulladék-összetétel és minőség, a kapott komposzt minősége (nehézfémtartalom, szerves mikroszennyezők), a kapott komposzt-termék értékesítése piaca biztosított legyen. Három irány települési szennyvíziszapok, mezőgazdasági hulladékok, kertészeti, városüzemeltetési (parkfenntartás) hulladékártalmatlanítás területére.
A hulladékok komposztálása A biogáz képződés alapelve anaerob (oxigénmentes) lebomlás közepes (30 37,5 C) hőmérséklet-tartományban. A hulladékok szerves anyaga főleg növényi anyag (cellulóz, összetett és egyszerű cukrok = szénhidrátok). A biogáz-előállítás szempontjából a legfontosabb három fő vegyületcsoport szénhidrátok fehérjék és zsírok. A biogáz képződés teljes folyamatának szakaszai 1. fermentációs biokémiai folyamat, 2. további baktériumcsoportok az egyszerűbb molekulákat építik le, 3. végeredmény: főleg metánból és szén-dioxidból álló, energetikai célokra hasznosítható biogáz.
Biogáz-kinyerés szeméttelepeken A hasznosítható gázkihozatal: évente min.1,5 2 m3/t, átlagosan 3,5 4 m3/t A gázkinyerés: függőleges és vízszintes elrendezésű rendszerek, passzív rendszerek (a gáz saját nyomása következtében lép be a gázgyűjtő kutakba) és aktív rendszerek (a gáz összegyűjtésére megszívást alkalmaznak).
A hulladékok komposztálása A biogáz energetikai felhasználása lehet közvetlen elégetés (gáztisztítás nélkül vagy tisztítással) hőhasznosítással, gázmotorok üzemeltetése, elektromos energia és hőenergia együttes hasznosítása. A korszerű energiahatékonysági fejlesztések eredményeképpen a biogáz energetikai hatásfoka javult és számos nyugat európai eredményről lehet ma már hírt kapni. A hazai alkalmazás kérdéseinél az energiatermelés gazdaságosságát adott hulladék más technológiával történő ártalmatlanítási költségeivel szemben, az ökológiai elemzés teljes ciklusában lehet csak értékelni.
Az építési-bontási hulladékok kezelése Az építési-bontási hulladékok típusai, mennyiségük, jellemző összetételük Kitermelt föld természetes eredetű ásványi anyagokból (homok, agyag, kavics, kő vagy kőzetek) álló maradék Útbontási hulladék közlekedési és közterületi építésből, bontásból és karbantartásból származó, döntően szilárd ásványi anyagokból álló hulladék Építési hulladék épületek, építmények építésekor, részleges vagy teljes bontásakor, felújításakor keletkező, ásványi anyagokat tartalmazó szilárd hulladék, amelynek összetételét jelentős mértékben meghatározza az alkalmazott építési mód, az építmény kora és funkciója Kevert építési hulladék épületek, építmények építésekor, részleges vagy teljes bontásakor, felújításakor keletkező szilárd hulladék, amelynek összetételére jellemző az ásványi és nem ásványi eredetű összetevők kevert megjelenése
Építési hulladékok jellemző összetétele Fa 7 % Malter 2 % Betontörmelék 40 % Téglatörmelék 47 % Műanyag 4 %
Kevert-építési hulladékok jellemző összetétele Ásványos rész (tégla, malter) 78 % Fa 7 % Könnyű anyagok (műanyag, papír) 14 %
Az építési-bontási hulladékok kezelése Az építésből-bontásból keletkező hulladékok hasznosítása az építőiparban világszerte terjed EU tagországaiban: 1990-ben kb. 150 millió tonna bontott építési hulladék keletkezett a tagállamok egy részében a hasznosítás aránya 45-50% a gazdaságosságot nagymértékben befolyásolják a jelentősen megnövelt lerakási díjak többlépcsős folyamat kiindulási követelmény a politikai akarat, a politikai döntés végrehajtási, műszaki-gazdasági szabályozási háttér kialakítása működési feltételeket kialakítása, a piaci körülményeket figyelembe vevő célirányos működtetés biztosítása
Az építési-bontási hulladékok kezelése Közvetlen hasznosítás főként a kitermelt talajok esetén lehet alkalmazni kitermelt föld minősége feltöltésekhez (pl. gátak, töltések, autópályák) adott régiókban, adott időtartam alatt jelentősen növelik a kitermelt föld hasznosításának lehetőségét. A közvetlen talajhasznosítás mértéke függvénye a régió struktúrájának (néhány %-100 %ig) kitermelt anyag minősége és a kitermelés helye meghatározó elem bontott építési és útburkoló anyagok közvetlen, eredeti funkció szerinti hasznosítása korlátozott (a helyi adottságok függvénye) Közvetett hasznosítás feldolgozást előkészítést követő hasznosítás terjedt el
Bitumenes kötő anyagokat tartalmazó útbontási hulladékok feldolgozása
Az építési hulladékok felhasználási lehetőségei