Ugrás a tartalomhoz

Környezettechnika

dr. Barótfi István

Mezőgazda Kiadó

5.9. A hulladékok előkezelése, a főbb eljárások, berendezések

5.9. A hulladékok előkezelése, a főbb eljárások, berendezések

5.9.1. Fizikai eljárások

5.9.1.1. A hulladékkezelés előkészítő műveletei

A kezelési eljárások anyag-előkészíté-si műveletei során a hulladék egyes hasznosítási, ill. ártalmatlanítási eljárásoknak megfelelő állapotba kerül.

A jó előkészítéssel növelhető a kezelési művelet eredményessége és hatékonysága. Ilyen előkészítési művelet az aprítás, a rostálás, a tömörítés, darabosítás, valamit a tisztítás és mosás.

Aprítás

Az aprítás célja egyrészt a szilárd hulladék szemcse-, ill. darabméretének csökkentése, másrészt az anyagegyüttesek megbontásával a különböző komponensek előkészítése az elválasztásra, valamint a további kezelés hatékonyságának növelése. Az aprítás végezhető mechanikai (ez a gyakoribb) és termikus módszerekkel, továbbá száraz-és nedveseljárással, környezeti hőmérsékleten, ill. mélyhűtött állapotban.

A hulladékaprítók a legkülönbözőbb szerkezeti megoldásokkal készülnek, minden típusnak megvan a legcélszerűbb alkalmazási területe. Az adott feladatra legalkalmasabb géptípust nagyon körültekintően kell kiválasztani, megnyugtató módon ez gyakran csak elővizsgálatokkal és aprítási próbákkal oldható meg.

A berendezés kiválasztásakor figyelembe kell venni a beadagolandó hulladék nedvességtartalmát, hőmérsékletét, keménységét, darabosságát, ill. szemcseméret-eloszlá-sát, valamint hogy milyen további kezelést kíván, ill. hogy mekkora méretcsökkenést akarunk elérni vele (aprítási fok).

Az 5.25. táblázat az egyes hulladékfajták aprítására legalkalmasabb géptípus kiválasztásához ad segítséget.

5-25. táblázat - Tájékoztató a hulladékaprítók kiválasztásához

Jellemző tulajdonságok

Hulladékfajták

Alkalmazott aprítógép típusok

1. Kemény és közepesen

Ásványi maradék,

Durva-

pofás törők, kúpos törők,

kemény, erősen koptató

üveghulladék, építő-

aprításhoz:

hengeres törők

és építőanyag-ipari

Finom-

kalapácsmalmok,

hulladék

aprításhoz:

koptatómalmok

2. Kemény és közepesen

Fémhulladék

Durva-

ejtőművek, hidraulikus

kemény, koptató

(öntvényhulladék

aprításhoz:

vágóollók, ütköztető és

forgácshulladék,

hengeres törők

kábelhulladék)

Finom-

kalapácsmalmok,

aprításhoz:

vágómalmok,

koptatómalmok

3. Közepesen kemény és

Papír-, textil-, bőr-,

Durva-

kalapácsmalmok,

lágy, rostos, rugalmas

műanyag-, fa-és

aprításhoz:

vágómalmok, vágóművek

gumihulladék

Finom-

kalapácsmalmok,

aprításhoz:

vágómalmok, vágóművek,

ütőcsapos malmok,

koptatómalmok,

röpítőmalmok

4. Az 1–3. csoport minden

Kommunális és kevert

Durva-

hidraulikus vágóollók,

anyagfajtája együttesen és

ipari szilárd hulladék

aprításhoz:

ütköztetőtörők, hengeres

különböző arányokban

törők

előfordulhat

Finom-

kalapácsmalmok,

aprításhoz:

vágómalmok, vágóművek,

koptatómalmok


Az 5.36. és az 5.37. ábra a leggyakrabban alkalmazott horizontális és vertikális elrendezésű kalapácsmalmok, az 5.38. ábra pedig a vágómalmok jellemző megoldásait szemlélteti. Az aprítás energiaigénye részben a géptípustól, részben az elérendő szemcsemérettől és a kezelt anyagtípustól függ (5.39. ábra). Valamely géptípus egységnyi aprított hulladékra számított energiaigényét a gép teljesítménye és a rotor sebessége, valamint a hulladék nedvességtartalma határozza meg. Akkor a legkisebb az energiaigény, ha 35–40%-os a nedvességtartalom. Ha az anyagot finomabb szemcseméretűre kívánjuk aprítani, az az energiafogyasztás növekedésével jár.

5-36. ábra - Egyrotoros kalapácsos aprító kialakítása

Egyrotoros kalapácsos aprító kialakítása


1. anyagfeladás; 2. töltőgarat; 3. merevített ház; 4. kalapácsok; 5. pálcás rostély; 6. hidraulikusan

5-37. ábra - Kétrotoros kalapácsos aprító kialakítása

Kétrotoros kalapácsos aprító kialakítása


1. forgórész kalapácsokkal; 2. hornyolt törőlemezek

5-38. ábra - Vágómalmok kialakítási változatai

Vágómalmok kialakítási változatai


a) nyitott forgórésszel; b) zárt forgórésszel; c) hengeres zárt forgórésszel, lépcsőzetesen elhelyezett késekkel 1. forgórész vágókésekkel; 2. állókések; 3. rostaszerkezet; 4. anyagfeladás

5-39. ábra - Aprítók jellegzetes fajlagos energiaigénye a kapacitás függvényében (Trezek és Savage nyomán)

Aprítók jellegzetes fajlagos energiaigénye a kapacitás függvényében (Trezek és Savage nyomán)


1. kalapácsmalmok O; 2. hengeres törők és pulperek □; 3.

Az aprítás sajátos változata a kis hőmérsékletű vagy hidegaprítás (kriogén aprítás). Ez főként a gumi-, műanyag-és kábelhulladék, valamint egyes fémhulladékok és összetett, ún. kompozit anyagok (pl. Al-PE laminált lemezek) szelektív aprítására alkalmas.

Hűtőközegként többnyire folyékony nitrogén, hűtőrendszerként hűtőalagutak (forgó cső-és dobhűtők, kihordóhevederes hűtőcsatornák) jöhetnek számításba, amelyekben a folyékony nitrogént a hulladékra porlasztják és gázfázisban ellen-vagy köráramban a még kevésbé hűtött anyagrészek felett vezetik át. A bemerítéses módszer nagy nitrogénfogyasztással jár, ezért ritkábban alkalmazzák. Esetenként közvetlenül az őrlőkamrába nitrogént fecskendeznek, ill. az adagológarat gyorshűtését is ezzel a módszerrel végzik.

A hűtött hulladék ütköztetéses, kalapács-, ütőcsapos és röpítőmalmokban aprítható. Többkomponensű hulladék (pl. kábelhulladékok, villamos motorok, gépkocsironcsok) hidegaprítását követően az aprított anyagkeveréket megfelelő elválasztási módszerekkel (pl. rostálás, légosztályozás) anyagfajták szerint viszonylag könynyen szét lehet választani.

A hulladékaprítók üzemeltetése során általában nagy a környezeti zajterhelés és porkibocsátás. Külön veszély az, hogy például a települési szilárd hulladék aprításakor kibocsátott pornak nagy lehet a fertőzést okozó mikroorganizmustartalma. A munkahelyi zajártalom csökkentésére az aprítókat rendszerint elkülönített, zárt építményrészben kell elhelyezni. Részben ezzel is csökkenthető a porkibocsátás, másrészt a műveleti ventiláció fokozásával és helyi elszívók alkalmazásával.

A hulladékaprítók a feladat jellegének megfelelően készülnek stabil és mobil kivitelben egyaránt. Az 5.40. ábrán egy korszerű mobil aprítóberendezés vázlata látható.

5-40. ábra - Mobil aprítóberendezés vázlata

Mobil aprítóberendezés vázlata


1. kihordóheveder; 2. alsó szállítóheveder; 3. törő-aprítófogak; 4. gázolajtartály; 5. akkumulátor; 6. áramszabályozó; 7. vezérlőszekrény; 8. olajhűtő; 9. hidraulikatartály; 10. víztartály hűtőhöz; 11. meghajtómotor; 12. hidraulika szabályozás; 13. tengelykapcsoló; 14. álló tépőfogak; 15. horizontális aprítódob tépőfogakkal

Rostálás

A rostálást több célból alkalmazzák a hulladékkezelés során. Főként a méret szerinti osztályozásra, de használják elválasztási feladatok elvégzésére, továbbá az adott hulladék finom szemcsés vagy durva szenyező anyagainak eltávolítására is. A hulladék kezelése során leginkább a dobrostát és a vibrációs rostát hasznáják. A dobrostát elsősorban elválasztási és tisztítási célra, a vibrációs rostát mindhárom célra, főként azonban méret szerint osztályozásra használják. A dobrosta kialakítását szemlélteti az 5.41. ábra. A dobrosták mobil kivitelben is készülnek.

5-41. ábra - Telepített forgó dobrosta kialakítása

Telepített forgó dobrosta kialakítása


1. anyagfeladás; 2. tisztított anyag kihordása; 3. rostafelület; 4. támgyűrű; 5. hajtómű; 6. fogaskoszorú; 7. fogaskerék; 8. védőburkolat; 9. poros levegő elszívása; 10. alapozás és támasztógörgők

A rostafelület lehet drótszövet, perforált lemez és pálcás megoldású. A pálcás megoldású és perforált lemezes rostafelület inkább a durvább osztályozási feladatokhoz, a drótszövetes pedig a finomabb osztályozási feladatokhoz használatos. A rostafelület folyamatos tisztán tartására külön figyelmet kell fordítani.

A vibrációs rosták különösen jól hasznáhatók nedvesüzemben, amihez is az adott hulladék mosási-tisztítási feladatai a rostálással közös műveleti egységben végezhetők.

Az adott célra legmegfelelőbb géptípus kiválasztásához ismerni kell a hulladék fizikai jellemzőit (pl. méret, alak, sűrűség, folyási tulajdonságok, hőmérséklet, nedvességtartalom), az adagolás átlagos és legnagyobb sebességét, az osztályozandó anyag szemcseméret-eloszlását és a végtermék megkívánt méreteloszlását, valamint a kapcsolódó technológiai folyamat meghatározó jellemzőit (az elérni kívánt célokat és feladatokat, nedves-vagy szárazrostálás szükségességét, a kapcsolódó berendezések paramétereit, üzemidőt stb.). Az adott feladatra legalkalmasabb rostatípus és -kapacitás kiválasztásához többnyire előzetes kísérletre van szükség.

Tömörítés

A tömörítés során a laza állapotú, nagy pórustérfogatú szilárd hulladékot a lehetőség szerinti legkisebb térfogatra sajtolják össze. A művelet célja egyrészt a kisebb költséggel járó gyűjtőhelyen való tárolás és szállítás, másrészt a hulladék előkészítése a további kezeléshez.

A tömörítést mindenkor megfelelő nyomóerővel, többnyire kötőanyag hozzáadása nélkül végzik. Az aprítatlan, eredeti állapotú hulladék kötőanyag hozzáadása nélküli tömörítését nevezzük bálázásnak.

Az aprítással előkészített, esetenként kötőanyag hozzáadásával végzett tömörítés a brikettálás.

A bálázópréseket a viszonylag homogén összetételű hulladék (papír-, textil-, műanyag-, fa-és fémhulladék) tömörítésére, ritkábban a heterogén települési és termelési hulladékkeverékek tömörítésére alkalmazzák. A bálázóprések vertikális és horizontális elrendezésben, a tömörítendő anyag jellemzőit figyelembe vevő, szerkezeti megoldásban, igen változatos kialakítással készülnek.

A brikettálást fém-és faforgács-, valamint települési szilárd hulladékhoz alkalmazzák. A brikett készítésére a horizontális elrendezésű, ellennyomólapos vagy kéthengeres megoldású prések használatosak. A fémforgácsok melegen végzett brikettálásának fejlesztése folyamatban van.

A feladatra a legmegfelelőbb tömörítőberendezés kiválasztásához alapvető fontosságú a hulladék anyagi jellemzőinek (darabnagyság, összetétel, nedveségtartalom stb.) és mennyiségének, valamint a felhasználás céljának pontos ismerete.

Darabosítás

A darabosítás során a finom szemcsés, aprítással előkészített szilárd hulladékból préseléssel, sajtolással vagy termikus módszerrel nagyobb, szabályos vagy szabálytalan szemcséket állítanak elő. A cél általában a további kezelés megkönnyítése.

A darabosítás fogalomkörébe tartozik a hőre lágyuló műanyaghulladék agglomerálása és regranulálása, valamint az aprított szerves hulladék pelletizálása.

Az agglomerációs és a regranuláló eljárások a különféle poliolefin anyagú, előzetesen osztályozott (típusazonos) és legfeljebb kismértékben szennyezett műanyagfólia-hulladék kezelésére alkalmasak.

Az agglomerációs eljárásoknak két alapmegoldása ismeretes: a tárcsás tömörítővel (5.42. ábra) és a vágó-tépő malommal való agglomerálás. A fő műveletek az előaprítás, az agglomerátum előállítása és az utóaprítás. A regranulálást extruderekkel végzik, ezekben az anyag szűrésével az agglomerátuménál nagyobb tisztaságú termék különíthető el. Az extruderhez hűtő és utóaprító csatlakozik.

5-42. ábra - Agglomeráló gépcsoport felépítése

Agglomeráló gépcsoport felépítése


1. előaprító vágómalom; 2. adagolótartály; 3. csigás adagolómű és tárcsás tömörítőgép; 4. utóaprító vágómalom; 5. ventilátorok; 6. leválasztó ciklonok

A szennyezett fóliahulladék esetében használható agglomerálási eljárásban a vá-gó-tépő malomban végzett agglomerálást a vágómalomban végzett aprítás és mosás, majd ezt követő flotációs és hidrociklonos tisztítás, ill. szárítás előzi meg. Az agglomerátumot extruderen dolgozzák fel.

Az eljárások közül aszerint lehet választani, hogy milyen a hőre lágyuló műanyaghulladék típusa, formája, szennyezettsége, milyen tulajdonságú lesz a termék és szükség lesz-e további feldolgozásra. A vegyes és szennyezett műanyaghulladék számára több olyan eljárást fejlesztettek ki, amelyek a műanyagot nagy nyírófeszültséggel, rövid idő alatt melegítik fel a kilágyulási hőmérsékletre, majd az ömledéket gáztalanítás után nyomás alatt formázzák (Reverzer-eljárás, Remaker-eljárás, Klobbie-eljárás, Flita-eljárás stb.). Az így készíthető termékek: raklapok, csövek, kábeldobok stb.

Az aprítással, osztályozással és szárítással előkészített szerves szilárd hulladék pelletizálását az ipar egyéb területein alkalmazott présekhez hasonló rendszerekben végzik. A pelletizálást a hulladékból történő takarmány-és tüzelőanyag-előállítás esetén használják.

A prések zöme gyűrűs matricával és egy, két, három, ill. négy présgörgővel, ritkábban síkmatricával és kúpos, vagy hengeres Koller-járatokkal van felszerelve (5.43. ábra). A pelletizálás előfeltétele egyrészt az anyag megfelelő méretre aprítása, másrészt a szükség szerinti tisztítása és osztályozása. Ezek célja, hogy viszonylag homogén, finom szemcsés anyaghalmazt hozzanak létre a darabosításhoz. Fontos a megfelelő nedvességtartalom beállítása is.

5-43. ábra - Pelletizálóprések elve

Pelletizálóprések elve


a) négygörgős matricával dolgozó prés kialakítása (ház nélkül) 1. hidraulikus görgőnyomás szabályzó; 2. görgők; 3. főtengely; 5. csigahajtómű b) kétgörgős gyűrűs matricával dolgozó prés elve 1. pelletizálandó anyag; 2. gyűrűs matrica présfuratokkal;3. vágókések

A végtermék szemcsealakja rövid hengerre hasonlít, térfogattömege 1–2 g/cm3.A pelletizálás a kezelendő hulladéktól függően adalékanyag (kötőanyag) bekeverésével vagy anélkül, esetenként nagyobb hőmérsékleten megy végbe. Némelykor elegendő a megfelelő víztartalom beállítása, máskor a hulladékhoz kötőanyagot (pl. olajat, gyantát) is kell adni. A pelletizálással nemcsak a hulladék további felhasználása könnyíthető meg, hanem jelentősen csökkenthető az anyagmozgatással járó porzási vesztesége és ennek kedvezőtlen hatásai. Továbbá megakadályozható, hogy az anyag tároláskor összeálljon és hogy szállításkor rétegeződjék.

Mosás, tisztítás

A mosás és a tisztítás a szilárd hulladék felületi szennyeződéseit eltávolító művelet, megkönnyíti a hulladék hasznosítását. A szennyeződés a mosáskor folyadékfázisba megy át: oldódik, diszpergálódik, emulgeálódik.

A folyadékfázis legtöbbször víz, vizes oldat, de lehet szerves oldószer is. A vízben oldott vegyszereket és szerves oldószereket aszerint kell kiválasztani, hogy milyenek a tisztítandó hulladék és a szennyező anyag tulajdonságai, és milyen a tisztítási hatásfokuk. A művelet hatékonyságát különböző kémiai adalékokkal segítik elő (pl. vízlágyítók, nedvesítőszerek, emulgeáló-és diszpergáló anyagok alkalmazásával), valamint növelik a mosóközeg hőmérsékletét. A mosási folyamat több műveleti fázisból áll, amelyek a mosófolyadék vegyszertartalma, a szilárd anyag és a folyadék aránya, továbbá a hőmérséklet tekintetében is különböznek egymástól.

A mosóvizet recirkuláltatják, ill. az elszennyeződést követően komplexen tisztítják. A mosást szakaszos és folyamatos üzemű berendezésekben végzik. Textilhulladék folyamatos tisztítására alkalmas mosóberendezés vázlatát a 5.44. ábra szemlélteti. A mosási technológiát főként textil-, műanyag-és üveghulladékok felületi tisztítására használják a hulladékkezelési gyakorlatban.

5-44. ábra - Folyamatos csőmosógép vázlata

Folyamatos csőmosógép vázlata


1. víz és mosószer; 2. szennyezett anyag; 3. fő mosózóna; 4. tisztára mosó zóna; 5. öblítőzóna; 6. forróvíz-adagoló; 7. gőz; 8. kondenzvíz; 9. flottaelválasztás; 10. hőcserélő; 11. lefolyó; 12. öblítővíz; 13. szivattyú; 14. hajtómű; 15. kihordószalag

5.9.1.2. Fázisszétválasztási eljárások

A fázisszétválasztási eljárásokat a nem egyfázisú hulladék (iszap, zagy, emulzió) meghatározott komponenseinek kezelést megelőző előkészítésére, valamint térfogatcsökkentésére alkalmazzák. A módszerek különösen akkor hatékonyak, ha az elválasztandó (pl. a veszélyes) komponens alapvetően csak az egyik fázisban van jelen. A fázisszétválasztással bizonyos komponensek koncentrálódnak, így kedvezőbb állapotba kerül az anyag a további hasznosításhoz, ártalmatlanításhoz. Ezzel esetenként jelentősen csökkenthető a szállítási költség. Az eljárások általában viszonylag egyszerűek, nem drágák és sokféle hulladékra alkalmazhatók.

Ülepítés

Az ülepítő zagyok fázisszétválasztásában leginkább az ülepítést és a szűrést, ritkábban a centrifugálást és a flotálást alkalmazzák. A nem ülepíthető zagyok esetében elterjedt a flokkulálás és fejlesztés alatt áll az ultraszűrés. Iszapok esetében a szűréssel és centrifugálással végzett fázisszétválasztást széles körben alkalmazzák (iszapvíztelenítési eljárások), kísérleti szakaszban van a fagyasztva kristályosítás.

Desztilláció

Minden olyan iszap és zagy, amelyik elpárologtatható folyékony fázist (vizet, oldószereket) tartalmaz, bepárlással és desztillációval is kezelhető.

A desztilláció alkalmazása egyúttal hulladékhasznosítást is jelenthet (pl. oldó-szer-visszanyerés). Az olaj-víz keverékek egyszerűbben, az emulziók általában körülményesen bonthatók meg.

Fáziselválasztás adhézió alapján

Az olaj-víz keverékek szétválasztásának alapja a víz és olaj sűrűségkülönbsége és eltérő adhéziós tulajdonsága. A legegyszerűbb olajlefölöző berendezésekben a víznél kisebb sűrűségű olaj a gravitáció hatására felúszik. Lényegesen jobb elválasztási hatásfok érhető el hidrociklonokban és centrifugákban. Az eltérő adhéziós tulajdonságokat hasznosítják a koaleszcens eljárásokkal, amelyekben fémből vagy műanyagból kialakított felületeken filmáramlást hoznak létre akár folyadék, akár a felület irányított mozgatásával. Az utóbbi megoldások elterjedtebbek. Ezekben fém-vagy műanyag szalagokat merítenek a víz-olaj keverékébe. A szalagról a víz visszafolyik, az olajcseppek az oleofil műanyagfelületen összefüggő filmet alkotnak és a szalaggal együtt távoznak.

Flotáció

A flotációs változat alapja az, hogy az emulzión átbuborékoltatott gáz olajcseppeket ragad magával, amelyek a folyadék felszínén külön fázist alkotnak. Mivel a gázbuborékok mérete meghatározó a folyamat szempontjából, különböző módszereket alkalmaznak a minél finomabb eloszlású gázbuborékok előállítására (elektrolízissel, szakaszos gázbefúvással, oldott gázok felszabadításával). Az emulziók zöme „olaj a vízben” típusú emulzió, amely számos adalékanyagot (emulgeátort, korróziógátló és baktericid adalékot stb.) tartalmaz. Az ilyen emulziók bontására az előző módszerek nem alkalmasak. A használatos megoldások: fizikai eljárások (membránszűrés, adszorpció, termikus bontás) és fizikai-kémiai eljárások (kisózás, savas bontás, flokkuláció).

Ultraszűrés

A membránszűrési eljárásokkal: ultraszűréssel, fordított ozmózissal az emulzióból eltávolítják a vízben oldott emulgeátorokat.

Az ultraszűrés során az emulziót 0,01 µm pórusméretű membránon 2–10 bar nyomással préselik át: a kis vízmolekulák a membránon átmennek, a nagyobb olajmolekulák visszamaradnak. A membrán eltömődését a folyadék turbulens áramlása akadályozza meg. Az ultraszűrőegység általában cső formájú hordozóanyagból és cellulóz-acetátból, poliamidból vagy poliamidhidrazidból készült membránból áll.

A teljesítmény a membrán pórusnagyságától, az alkalmazott nyomástól, a folyadék áramlási sebességétől, a hőmérséklettől, az olajtartalomtól, valamint az olaj és az emulgeátor tulajdonságától függ. A kívánt teljesítmény több ultraszűrőegység összekapcsolásával biztosítható. A folyamat többszöri ismétlésével az emulzió eredeti 2–5%-os olajtartalma 5–60%-ra növelhető (5.45. ábra). A módszer klórozott szénhidrogéneket tartalmazó emulziók bontására nem alkalmas.

5-45. ábra - Ultraszűrés folyamatvázlata

Ultraszűrés folyamatvázlata


1. emulzió; 2. kb. 5% olajtartalom; 3. lefölözött olaj; 4. ultraszűrés; 5. tisztított víz; 6. emulzió koncentrátum; 7. kb. 50% olaj

Fordított ozmózis

A módszer működési elve a 5.46. ábrán látható. Ha egy tömény vizes oldatot féligáteresztő hártyával választanak el a hígabb oldattól, a koncentráció-különbség kiegyenlítésére megindul a vízmolekulák diffúziója a hártyán keresztül a töményebb oldatba és ennek következtében túlnyomás (ozmózisnyomás) keletkezik. Ha a töményebb oldatra az ozmózisnyomásnál nagyobb nyomás hat, a vízmolekulák a féligáteresztő és mechanikailag szilárd membránon keresztül a hígabb oldatba áramlanak (fordított ozmózis) és az a töményebb oldat koncentrációját növeli.

5-46. ábra - A fordított ozmózis működési elve

A fordított ozmózis működési elve


1. féligáteresztő hártya; 2. híg oldat; 3. tömény oldat; 4. ozmózisnyomásnál nagyobb nyomás

Termikus emulzióbontás

A termikus eljárásokban az emulzió vizét párologtatják el, de az olaj magasabb forráspontja miatt visszamarad.

A merülőégés emulzióbontóban hulladékot az elgőzölögtetőbe vezetik, amelybe felülről nyúlik be a merülőégő. A forró füstgázok átbuborékolnak ellenáramban az emulzión és így intenzív hő-és anyagcsere jön létre. A vízgőz mosóberendezésen, majd kondenzátoron halad át és szükség van szennyvízkezelésre is. Az elgőzölögtetőből eltávolított olaj – a sók kiválasztása után – a merülőégőben tüzelhető el. Az eljárás 0,5–1 m3/h emulzió kezelésére ajánlott.

A vékony filmes elpárologtatót 5–10 m3/h emulzió termikus bontására alkalmazzák. Az elhasznált emulziót fokozatosan felmelegítik, majd az elpárologtatóba vezetik, ahol a víz gőzzé válik és az olaj az elpárologató falán lecsorog. Lassan forgó rotor távolítja el az olajat. E berendezés esetében is szükség van az olaj sótalanítására, a vízgőz mosására és a szennyvíz utókezelésére.

Kisózás, savas bontás

A kisózás és az emulziók savas bontása az anionaktív emulgeátorokkal képzett emulziók hulladékainak előkezelésére alkalmas a következő megfontolások alapján. Anionaktív emulgeátorok alkalmazásakor az olajcseppek és a víz között olyan elektromos kettős réteg alakul ki, amelyben az olajcseppek a negatív töltésű kolloid részecskék. Ha az emulzióhoz sót adagolnak, az olajcseppek negatív töltése a kationokkal végbemenő reakció következtében csökken és így csökken az azonos töltésű részecskék közötti taszítóhatás is. Többértékű kationok (A13+,Fe3+) a Schulz-Hardy-szabály alapján kedvezőbbek, mint az egyértékűek.

A savas bontás hasonlóképpen magyarázható. Az emulzióbontás nagyobb hatékonyságának oka, hogy a hidrogénion mozgékonyabb, mint a fémionok.

Flokkulálás

Elterjedten használt módszer az emulzió megbontására a flokkulálás, amelyben két eljárás összegződik: a negatív töltésű olajcseppek hozzákapcsolása a szilárd, pozitív töltésű részecskékhez, valamint ezek agglomerálása stabil, jól ülepíthető pelyhekké. Első lépésben az emulziót sók vagy savak hozzáadásával bontják és az olajat lefölözik. Második lépésben a pH-érték beállításával és sóoldat hozzáadásával fémhidroxid csapadékot képeznek, amely a maradék olajat megköti, a csapadék szűrhető.

A flokkulás számos kifejlesztett változata a stabil emulziók megbontását segíti elő.

Ezek:

  • a pelyhesítőanyagok adagolása;

  • az átpelyhesítés;

  • a pelyhek felúsztatása fáradt olaj hozzáadásával;

  • a pelyhek felúsztatása levegős flotálással;

  • az elektroflotálás.

Az alkalmazható fázisbontási eljárást a kezelendő hulladék anyagi jellemzőinek, mennyiségének és a konkrét helyi adottságoknak megfelelően kell kiválasztani.

5.9.1.3. Komponens szétválasztási eljárások

A komponens szétválasztási eljárások egyaránt alkalmasak anyag-előkészítési és anyag-átalakítási feladatokra. Ezeket az eljárásokat egyfázisú, többkomponensű hulladék alkotórészeinek ionos vagy molekuláris formában, alapvetően fizikai módszerekkel való szétválasztására használják, elsődlegesen hasznosítási célból. A gyakorlati alkalmazásra megérett módszerek többsége vizes oldatok kezelésére használható.

A jellemző eljárástípusokat az alapvető műveleti feladat figyelembevételével csoportosítjuk az 5.26 táblázatban. A komponens szétválasztási eljárások közé tartoznak továbbá azok a módszerek is, amelyekkel a különböző szilárd hulladék-keverékek másodnyersanyagként hasznosítható alkotórészei nyerhetők vissza.

5-26. táblázat - Folyékony és iszaphulladékok komponensszétválasztási eljárásai

Alkalmazás

Szétválasztási módszerek

Gyakorlati alkalmazás a hulladékkezelésben

Nehézfémek és mérgező anionok kinyerése vizes oldatokból

Szerves alkotórészek kinyerése vizes oldatokból

Szervetlen alkotórészek kinyerése folyadékokból, iszapokból

Oldószer-visszanyerés

Kifejlesztett, de széles

Ioncsere

Ultraszűrés

Desztilláció

körben még

Ioncsere folyadékmembránon

Oldószeres extrakció

Vízgőz-desztilláció

nem alkalmazott

Adszorpció szénen, gyantán

Fordított ozmózis

Bepárlás

Oldószeres extrakció

Kihajtás levegővel,

gőzzel, ammóniával

Alkalmazáshoz

Ionflotáció

Fagyasztva

további fejlesztés

kristályosítás

szükséges

Nagy térerejű

mágneses

szeparálás


Ezek a módszerek egyrészt az anyagok elektromos, mágneses és optikai tulajdonságait (pl. elektromos vezetés, felületi töltés, mágneses permeabilitás, fényreflexió), másrészt ezek további fizikai tulajdonságait (szemcseméret és -alak, sűrűség, nedvesíthetőség) hasznosítják az elválasztás során. A fontosabb elválasztási tulajdonságok szerint csoportosított szétválasztási módszereket ismerteti a 5.27. táblázat, néhány jellemző alkalmazási területüket pedig a 5.28. táblázat.

5-27. táblázat - Szilárd hulladékok komponensszétválasztási módszerei

Elválasztási tulajdonságok

Szétválasztási módszerek

Szemcseméret

Rostálás

Sűrűség

Nehézközegű szeparátorok

Mágneses folyadékokkal dolgozó nehézközegű szeparátorok

Szemcseméret, -alak és -sűrűség

Mechanikai szeparátorok:

– légosztályozók,

– légszérek,

– ballisztikus, súrlódásos és ütköztető szeparátorok

Hidromechanikai szeparátorok:

– ellenáramú szeparátorok,

– nedvesüzemű szérek,

– pulzációs ülepítők,

– hidrociklonok,

– spirális osztályozók

Mágneses permeabilitás

Mágneses szeparátorok

Elektromos vezetés, felületi töltés

Elektrosztatikus szeparátorok, örvényáramú szeparátorok

Felületi nedvesíthetőség

Flotáció

Szín, reflexió

Optikai szeparátorok, lézertechnika

Egyéb anyagi tulajdonságok

(pl. infravörös abszorpció)

Infravörös szeparátor


5-28. táblázat - A szilárd hulladékok komponensszétválasztási eljárásainak alkalmazási területei

Eljárástípus

Alkalmazási terület

Mechanikai

Papír-, műanyag-és textilhulladék szétválasztása és tisztítása

Szerves szilárd maradéknak a szervetlentől való elkülönítése

Kábel-és gumihulladék osztályozása

Hidromechanikai

Szerves és szervetlen hulladékkomponensek szétválasztása

Műanyagkeverékek szétválasztása

Kábelhulladék feldolgozása

Fémhulladék szeparálása, dúsítása

Nehézközegű és mágneses folyadékkal dolgozó

Fémhulladék szeparálása, dúsítása

Mágneses

Vashulladék szétválasztása, elkülönítése

Üveg-és műanyaghulladék szétválasztása

Flotációs

Üveghulladék szétválasztása

Műanyaghulladék szétválasztása

Papírhulladék festékmentesítése

Örvényáramú és elektrosztatikus

Fémhulladék szétválasztása

Papír-, műanyagkeverékek szétválasztása

Optikai

Üveghulladék szín szerinti osztályozása

Infravörös

Papír-, műanyagkeverék szétválasztása


Oldószeres extrakció

Az oldószeres extrakciót több évtizede alkalmazzák egyes hidrometallurgiai eljárásokban, újabban azonban a szennyvizek fémtartalmának kinyerésére is. Az eljárás lényege, hogy szerves savakkal vagy komplexképzőkkel – főként kelátképzőkkel – olyan fémvegyületeket hoznak létre, amelyek megoszlása a vizes és az oldószeres fázis között az extrakció számára előnyös. A leggyakoribb kelátképzők pl. a dikarbonsavak, az aminosavak, a hidroxialdehidek, a hidroxisavak, a fenolszármazékok. Tetemes mennyiségű dokumentáció foglalkozik a színesfémek oldószeres extakciójával.

Ioncsere

Az ioncserélő eljárások oldatok fémtartalmának elválasztására való alkalmazása szintén hagyományosnak tekinthető. Jó eredményeket értek el a galvántechnika területén a króm, réz, kadmium, nikkel, vas és cink elválasztásában. Ilyen célra leggyakrabban erős kationcserélő gyantákat használnak, amelyek savazással regenerálhatók.

Kémiai szempontból ezek a gyanták térhálósított polisztirol vázon aktív szulfonsavcsoportokat hordoznak. Anionos állapotba hozható fémek (kromátok, bikromátok) kinyerésére aminocsoportokat tartalmazó anioncserélő gyantákat használnak. Az ioncserélő fémvisszanyerő eljárások alkalmazására intenzív fejlesztőmunka folyik, elsősorban a galvániparban és a szennyvízkezelés területén. Az ioncsere főként híg oldatok esetében (0,1%-nál kisebb fémtartalom) hatékony. Hátrányai közé sorolható kis szelektivitása, valamint érzékenysége az oldatban jelen lévő lebegőanyagokkal szemben.

Membránszűrés

A membrános eljárások többnyire cellulóz-acetátból vagy poliamidból készített membránjai lehetnek lemez alakúak, üreges szálmembránok és spirális rendszerűek. A membránok iránti követelmények: nagy visszatartó képesség, jó szelektivitás, kémiai és bakterológiai ellenálló képesség, nagy áramlási sebesség, nagy mechanikai szilárdság, hosszú élettartam és alacsony költségek.

A membrános eljárások (főként az ultraszűrés és a fordított ozmózis) biológiai tisztítási módszerekkel kombinálva különösen hatékonyak szerves és szervetlen (fémionok) szennyező anyagokat tartalmazó szennyvizek (pl. lerakóhelyi szivárgóvizek) eredményes tisztítására. Hátrányuk, hogy a membránok érzékenyek mechanikai hatásra, korrózióra, valamint lebegőanyagok által okozott eltömődésekre.

Desztilláció

A szerves oldószerek visszanyerésére a desztillációs és bepárlási módszereket széles körben alkalmazzák. A desztilláció során a két-vagy többkomponensű folyadékelegyet hevítik és a keletkezett gőzt (gőzöket) elvezetve cseppfolyósítják. A desztillációval az egyik komponenst fel lehet dúsítani a desztillátumban, másikat a visszamaradó folyadékban és ismételt desztillációval sok esetben tetszőleges tisztasági fokig szét le-het választani az elegy komponenseit.

Az elméletileg tökéletes elválasztás csak végtelen, sokszor megismételt desztillációval lenne megoldható. A gyakorlatilag kielégítő elválasztást viszont annál könnyebben érjük el, minél nagyobb a két összetevő forráspontja közötti különbség. A gyakorlatban a sokszor ismételt desztilláció helyett folyamatos üzemben, ún. rektifikációval választják szét a komponenseket.

A rektifikáció és a deflegmáció összekapcsolásával igen nagymértékű elválasztás érhető el egyetlen desztillálási műveletben. Ez az alapja a folyamatosan működő frakcionált desztillációt végző rendszernek is, amelyben a különböző forráspontú, tehát különböző összetételű részeket gyakran külön fogják fel (5.47. ábra).

5-47. ábra - A folyamatos frakcionált desztilláció elve

A folyamatos frakcionált desztilláció elve


1. perforált desztillálótányérok; 2. hulladékbetáplálás; 3. desztillálóoszlop; 4. kondenzátor; 5. gyűjtőedény; 6. reflux áram; 7. desztillátum; 8. rebojler; 9. gőznemű oldószer; 10. desztillációs

Légosztályozás

A szilárd hulladék komponens-szétválasztási módszereit széles körben használják olyan technológiákhoz, amelyek települési szilárd és ahhoz hasonló összetételű ipari hulladék energetikailag értékes, ún. könnyű alkotórészeiből brikettált vagy pelletizált tüzelőanyagot állítanak elő, valamint akkor, ha értékes másodnyersanyagokat kívánnak a hulladékkeverékekből visszanyerni. A légosztályozó készülékekben a szabályozott sebességű levegőárammal osztályozzák a hulladékot szemcseméret, és sűrűség szerint. Keresztáramú és ellenáramú változatai ismeretesek (5.48. és 5.49. ábra).

5-48. ábra - Vertikális légosztályozók típusai

Vertikális légosztályozók típusai


a) elszívásos aspirátor; b) vertikális osztályozóoszlop; c) vertikális cikcakk osztályozó 1. könnyű anyag; 2. nehéz anyag

5-49. ábra - Horizontális kamrás légosztályozó

Horizontális kamrás légosztályozó


1. könnyű anyagok; 2. nehéz anyagok; 3. közepes frakció

A légosztályozókat rendszerint papír-, mű-anyag-és textilhulladékok nehezebb hulladékkeverékektől való elkülönítésére használják. Alkalmasak azonban könnyű fémfóliák, lemezek nehezebbektől való szeparálására, továbbá szárított szerves anyagok szevetlenektől való elkülönítésére is. Igen széles körű hasznosításuk egyik alapfeltétele – függetlenül a méret és alak szerinti elválasztást módosító hatásától – az elválasztandó anyagok közötti min. 10–15%-os sűrűségkülönbség.

A ballisztikus osztályozásnál az előkészített (aprított, rostált) hulladékot röpítőkészülékkel adagolják a horizontális osztályozótérbe, amelyben az egyes komponensek a tömegük és alakjuk szerint osztályozódnak.

Nedvesosztályozás

A nedvesosztályozók egyaránt lehetnek keresztés ellenáramú elven működők, elválasztási és dúsítási feladatokra széleskörűen alkalmazhatók. Aprítással, rostálással, légosztályozással előkészített hulladék kezelésére alkalmasak. Szer-ves-szervetlen hulladékkeverékek, műanyaghul-ladék-keverékek, fém hulladékok , üveghulladékok stb. szétválasztására használatosak.

Az ellenáramú nedvesosztályozók a vertikális ellenáramú légosztályozókhoz hasonló elven működnek. A víz ellenáramú mozgatását szivattyú végzi. Elterjedtek a pulzációs ülepítők is, amelyek lüktető folyadékárammal és mecha

nikus pulzálással egyaránt működtethetők. A különböző hidrociklonokkal, spirális osztályozókkal és a kúpos úsztató-ülepítő osztályozókkal elsősorban műanyaghulladék-keveréket, fémhulladék-keveréket osztályoznak.

A nehézközegű szétválasztási technológiában nagy sűrűségű folyadékot vagy szuszpenziót használnak hulladékkomponensek – többnyire fém-és műanyagkeverékek – szétválasztására (pl. tetrabróm-etánt, ferroszilíciumszuszpenziót).

Elektromágneses elválasztás

Az örvényáramú szeparátorokkal a hulladékból a nem mágnesezhető fémek (alumínium, réz, cink stb.) kinyerése és dúsítása elektromágneses erőtérrel működő kamrás szeparátorral, lineáris, motor típusú szeparátorral, permanens mágnesekkel működő lap-és dobszeparátorral valósítható meg. Az automatikus válogatási módszerek jellemző eljárása az elektronikus optikai szeparálás, amelyet megfelelően előkészített vegyes üveghulladék szétválasztására használnak (5.50. ábra).

5-50. ábra - Elektronikus optikai szeparátor elvi vázlata

Elektronikus optikai szeparátor elvi vázlata


1. anyagfeladás; 2. vibrációs adagolóvályú; 3. vibrátor; 4. adagolószalag; 5. standard színű háttérlemez;. 6. fotocellaegység; 7. fényforrás; 8. termékelkülönítő lap; 9. sűrített levegőt szabályozó szelep szolenoiddal; 10. sűrített levegő maradék; 11. elektronikai egység (erősítő, logikai áramkör, energiaellátás, jeladó); 12. villamos vezeték; 13. szeparált termék

Általában három fokozatban dolgoznak: először a nem átlátszó szennyező anyagokat (kő, kerámia stb.) választják el a keveréktől, majd a fehér üveget különítik el a színestől és végül a barnát a zöld üvegtől. A szeparációs teljesítmény 0,25–2 t/h.

5.9.1.4. Egyéb fizikai eljárások

A fizikai hulladékkezelési eljárások rendkívül széles választékát jelzik azok az egyéb mechanikai és hidromechanikai eljárások, amelyekre terjedelmi korlátok miatt itt csak utalunk. Ezek közül jó néhányat már ismertettek a hazai szakirodalomban, sőt alkalmazzák is a gyakorlatban.

A mechanikai hulladékkezelési eljárásokban (sajtolás, töltőanyagkénti bekeverés, tűnemezelés) a hulladék kémiai, molekuláris szerkezete nem változik, csupán alakja és tömege módosul.

A sajtolás és a tűnemezelés során a hulladékrészecskék közötti kapcsolat alapvetően fizikai jellegű. A sajtolási technikát fémhulladékok porkohászati hasznosítására, hőre keményedő műanyagok présporkénti hasznosítására, valamint papír-és textilhulladékok száraz lapképző eljárásaiban alkalmazzák (építőipari felhasználás).

A tűnemezeléssel szálas textil-és műanyag hulladékokat nemszőtt termékké alakítanak át.

A töltőanyagként bekevert hulladékrészecskék a vivő-vagy kötőanyaggal felületileg aktív kapcsolatot alkotnak, amely egyaránt lehet fizikai és kémiai jellegű. Ezekkel a módszerekkel a gumi-, a műanyag-és az üveghulladékot útburkolati anyagokba építik be, továbbá műgyanták hozzákeverésével üveghulladékból önterülő padlóbevonatot, műmárványt és szennyvízcsövet készítenek.

A hidromechanikai hulladékkezelési eljárásokkal a szilárd anyagok habosodását, nedvesrostálását és a megömlesztésük utáni reológiai tulajdonságukat hasznosítják. Ilyenek: papírhulladékból papírhab előállítása csomagolási és építőipari célokra, papírhulladék nedvesrostosításával masékészítés csomagolási célokra: textilhulladék nemezelése, műanyag-és üveghulladék feldolgozása csomagolásnál és építőiparban felhasználható termékké.

5.9.1.5. Beágyazás

A beágyazás (szilárdítás) olyan hulladékkezelési eljárások összefoglaló neve, amelyekkel a folyékony és iszap halmazállapotú veszélyes hulladékot – mérgező komponenseik kioldásának csökkentése végett – vázképző anyagokkal keverik össze mechanikailag és kémiailag stabil, szilárd anyag előállítása céljából.

A beágyazással egyidejűleg a kémhatás, ill. a redoxipotenciál megváltoztatásával mesterségesen is csökkentik az oldhatósági viszonyokat.

A beágyazási eljárások végterméke vízoldhatatlan anyag, amely általában rendezett lerakással, biztonsági követelmények nélkül elhelyezhető, ill. szükség szerint földfeltöltési célokra is hasznosítható. A beágyazással a hulladék veszélyessége igen nagy mértékben csökkenthető vagy megszüntethető és ez rendkívüli módon növeli a lerakás biztonságát. A végtermék minőségét, mérgező hatását oldási próbákkal kell meghatározni. A beágyazási, szilárdítási eljárások alapja lényegében valamilyen vízben nem oldható kötőanyag és az adott hulladék megfelelő arányú, ellenőrzött hatásfokú keverése.

A gyakorlatban alkalmazott beágyazási eljárások:

  • cementalapú eljárások;

  • mész-pernye alapú eljárások;

  • hőre lágyuló anyagok (bitumen, polietilén, paraffin, aszfalt) felhasználásával végzett beágyazás;

  • szerves polimerek (karbamid-formaldehid, poliésztergyanta stb.) alkalmazásához kötődő eljárások;

  • kapszulázás;

  • gipszképzési eljárások;

  • üvegbe ágyazás.

Az egyes eljárások előnyeit és hátrányait az 5.29. táblázat ismerteti.

5-29. táblázat - A beágyazási eljárások jellemzői

Eljárás

Előnye

Hátránya

Cementalapú

Olcsó adalékanyagok: kidolgozott eljá-rások; ésszerűen megvalósítható beren-dezések. Az eljárás a hulladékok vegyi összetételének ingadozására nem érzé-keny. A cement adagolásával szabá-lyozható a szilárdság és a vízáteresztő képesség. Mérgező szervetlen vegyüle-tekhez, a füstgáztisztítás szilárd és iszapmaradékaihoz jól alkalmazható.

A savas oldatokra a kis szilárdságú betonok érzékenyek; adott körülmé-nyek a beton bomlását idézhetik elő. Az egyes hulladékfajták esetében szükséges előkezelés és adalékok al-kalmazása költségnövelő. A cement és más adalék növeli a tömeget és tér-fogatot. Szerves hulladék és mérgező anionok esetében nem megfelelő.

Mész, pernyealapú

Az adalékok olcsók és könnyen beszerezhetők; a berendezések egyszerűek. A lejátszódó reakciók jól ismertek (puzzolánc reakció). Mérgező szervetlen hulladékhoz füstgáztisztítók szilárd és iszapmaradékaihoz jól alkalmazható.

A stabilizált hulladéktömb érzékeny a savas oldatokra és a szervetlen szennyeződésekre, ami lassítja a kötési folyamatot. Szerves hulladékhoz és mérgező anionokhoz nem alkalmazható.

Szerves polimerek alkalmazása

Kis mennyiségű adalék szükséges a keverék megszilárdításához; a végtermék más eljárásokhoz viszonyítva kis sűrűségű. Száraz és nedves hulladék (főként iszap) esetében egyaránt jó eredményt ad. Különleges berendezés nem szükséges hozzá. Mérgező, szervetlen hulladékhoz jól alkalmazható.

A hulladékkomponensek laza szerkezetű gyantamátrixban helyezkednek el. A karbamid-formaldehid eljárás katalizátorai erősen savasak, a legtöbb fém kis pH-értéknél oldódik és belekerülhet a csurgalékvizekbe a polimerizálódás alatt. Egyes szerves polimerek biológiailag lebonthatók. A végleges lerakáshoz még tároló- és csomagolóeszközt is fel kell használni. Savas és erős oxidálószer-tartalmú, valamint szerves anyagú hulladékokhoz nem megfelelő.

Kapszulázás

A hulladék nem tud érintkezni a vízzel, így jól oldható anyagokhoz sikeresen alkalmazható. A kettős burkolat ellenáll a külső környezeti hatásoknak.

A felhasznált kötőanyagok drágák. Az eljárás energiaigényes (szárítás, hevítés). Speciális berendezéseket igényel, alkalmazásához laboratóriumi háttér és szakképzett személyzet szükséges.

Gipszképzés

Kevés adalékanyagot igényel, gyors a kötési idő. A termék stabil, nem éghető, biológiailag nem bontható. Nehézfém-visszatartása jó, részbeni szárítást igényel.

Csak szulfit vagy szulfittartalmú iszapra alkalmas. A kioldási jellemzők a cement- és mészalapú eljárásokéval azonosak. A kalcináláshoz többletenergia és külön berendezés szükséges.

Üvegbe való beágyazás

Igen jó hatásfokú beágyazás. A nyersanyagok olcsók.

Az eljárás energiaigénye nagy. Speciális berendezéseket és szakképzett személyzetet igényel.


A beágyazással, ill. szilárdítással a hulladék fizikai tulajdonságát kívánják megjavítani, hogy könnyebben kezelhető legyen. A cél: a biztonságos szállítás és könnyebb lerakhatóság elérése, a hulladék mérgező tulajdonságainak és környezetkárosító hatásának csökkentése vagy megszüntetése, továbbá építőanyagkénti hasznosítás elérése. A betonba ágyazással általában a nehézfémeket a cement lúgos pH-ján oldhatatlan karbonátokká és hidroxidokká alakítják. A megszilárdult beton felülete aszfalttal vagy egyéb fedőréteggel tovább védhető.

A mészalapú eljárások a mész vízzel és szilikátalapú anyagokkal végbemenő betonképző reakcióját használják fel. Ilyen szilikátalapú hulladék például a cementgyárak pora vagy a széntüzelésű erőművek pernyéje.

A száraz szilárd hulladék bitumenbe, polietilénbe vagy paraffinba ágyazható. A melegen, olvadt állapodban előllított termék a kihűlés során szilárdul meg. A hulladék szerves monomerekkel keverhető, amely polimerizálódva megszilárdul és rögzíti a hulladékot. Ezzel a módszerrel fémhordóban tárolt hulladék is rögzíthető a hordó műanyagba való ágyazásával.

Az üvegbe ágyazást csak radioaktív hulladék rögzítésére alkalmazzák. Ebben az eljárásban a rögzítés olvadékba történik, majd az olvadékot hagyják kihűlni. Az egyes eljárástípusokra számos konkrét technológiát fejlesztettek ki és alkalmaznak a gyakorlatban. A következőkben csak a legismertebb megoldásokat említjük, a részletes értékelésre és ismertetésre terjedelmi okokból itt nincs módunk. A legszélesebb körben az amerikai Chemfix-és az angol Sealosefe-eljárást alkalmazzák. A Chemfix-eljárásban szilárdítóreagensként vízüveg (nátrium-szilikát) és szilikátszilárdító katalizátor kombinációját használják.

A Sealosafe-eljárásban kétféle cement jellegű, szilikátalapú port (pl. pernyét és portlandcementet), valamint vízüveget és vas-alumínium-hidroxidot adagolnak a hulladékhoz. Mindkét eljárás főleg a szervetlen hulladék hatékony beágyazására használható (különösen előnyösek nehézfémek megkötésére), korlátozottan alkalmasak szerves maradékokhoz.

Füstgázmosási iszap és egyéb szervetlen iszap beágyazására használható a Calci-lox-eljárás, amely cementalapú beágyazási módszer (Dravo Lime Co., USA). Az Environmental Technology Corp. amerikai technológia mészhidrátot és speciális reagenseket használ ipari iszapok, savas hulladékok beágyazására. A szintén amerikai POZ-O-TEC eljárással főként erőművi füstgáztisztítási iszap és korlátozottan nehézfémtartalmú iszap beágyazása végezhető el, szálló pernye és mész együttes adagolásával.

A Canadian Waste Technology eljárásban mész-cement-vízüveg kombinált kötőanyagot használnak szervetlen veszélyes hulladék feldolgozásához. Cement és mész kötőanyagot használnak a francia Petrifix-eljárásban, vízmentes kalcium-szulfidot és szálló pernyét pedig az amerikai Terra-Crete-eljárásban. Ez utóbbit füstgáz-kéntelení-tési iszap beágyazására fejlesztették ki. Hasonló feladatra alkalmas elsősorban az amerikai Research-Controll Inc. FGD-eljárása is.

Mészalapú eljárást alkalmaz a Voest Alpine cég olajiszap, olajtartalmú veszélyes hulladék beágyazására (Leco-eljárás). Adalékolt cementet használnak kötőanyagként a Nucem GmbH eljárásában, amelyet főként veszélyeshulladék-égető füstgáztisztítási maradékainak ártalmatlanítására ajánlanak. Speciális cementkeveréket használnak a japán T-S-T eljárásban, amit főként arzénhulladék beágyazására fejlesztettek ki. Megemlítendő még, mint gyakorlati alkalmazásra érett módszer, az amerikai TRW-eljárás, amelynek kötőanyag portlandcement, kalcium-szulfát-hemihidrát és kalcium-oxid keveréke.

Poliésztergyantába ágyazást alkalmaznak Polimeric Materials Section amerikai és ként kötőanyagot az ugyancsak amerikai SRI eljárásban (ezek kísérleti szakaszban vannak). Üzemi alkalmazásra érett eljárása van a Werner and Pfleiderer Corp.-nak veszélyes hulladék bitumenbe ágyazására. Ugyancsak ilyen eljárásokat fejlesztettek ki az osztrák cégek és a Magyar Ásványolaj és Földgáz Kísérleti Intézet.

A beágyazási, ill. szilárdítási eljárások alkalmazása gondos előkészítő munkát kíván. Az éppen megfelelő eljárás a hulladék fizikai és kémiai tulajdonságainak és mennyiségének ismeretében választható ki. A beágyazás a komplex veszélyeshulla-dék-kezelési technológia egyik részművelete és csak a folyamat egészébe illesztve ad helyes megoldást.

5.9.2. Kémiai eljárások

A kémiai hulladékkezelés mindazoknak az anyagátalakítási eljárásoknak az összefoglaló megnevezése, amelyek a hulladék anyagi szerkezetét kémiai reakcióban vagy reakciósorozatban változtatják meg. Alkalmazásuk célja lehet ártalmatlanítás vagy hasznosítás, de lehet bizonyos környezetkárosító, veszélyes komponens vagy komponensek mennyiségének, koncenctrációjának, veszélyességének csökkentése is (előkezelés). Tekintettel arra, hogy ezek az eljárások csak részben alkalmazottak előkezelési feladatokra, ismertetésüket csak rövid áttekintéssel összegezzük. Az egyes eljárások alkalmazási lehetőségeit tekinti át az 5.30. táblázat (a táblázatban a lényegében ter-mo-kémiai eljárásoknak tekinthető termikus módszereket is felsoroljuk).

5-30. táblázat - Kémiai eljárások

Alkalmazás a gyakorlatban

Kezelhető hulladéktípusok

Cianidok, fenolok,

Nitrátok,

Nehézfémek vizes

Szerves folyadékok,

Savak és

Szerves

szulfidok, szulfitok

karbonátok,

oldatokban

iszapok, szilárd

lúgok

folyadékok

és szerves anyagok

szulfátok,

anyagok

vizes oldatokban

hidroxidok

iszapokban,

kátrányokban

és szilárd

anyagokban

A jelenlegi

Oxidáció, égetés

Kicsapatás

Semlegesítés

Égetés

gyakorlatban széles

Redukció

körben alkalmazott

Kifejlesztett, de

Hidrolízis

Kalcinálás

Elektrokémiai

Katalízis, hidrolízis

Hőbontás

széles körben még

Nedves oxidáció

Hidrolízis

módszerek

Hidrogénezés

Klórozás

nem alkalmazott

Ózonos oxidáció

Katalízis

Dehalogénezés

Katalízis

UV-oxidáció

Katalízis

Alkalmazásához

Fotolízis

Kicsapó flotálás

Hőbontás

további fejlesztés

Radiokémiai

szükséges

oxidáció

Szuperkritikus

nedves oxidáció


5.9.2.1. Semlegesítés

A semlegesítés során savas vagy lúgos oldatok pH-értékét vegyszer adagolásával pH = 7-re állítják be. Több lépésből álló tisztítás során a semlegesítés általában megelőzi a többi módszert. Például szükséges a pH-érték beállítása emulziók megbontásakor, a kémiai eljárások reakció körülményeinek optimalizálásakor (pl. klórozás, redukció).

Lúgos hulladékok semlegesítésére rendszerint sósavat, kénsavat vagy kén-dioxidot használnak. A kénsav olcsóbb, mint a sósav, de ha a semlegesítést anaerob biológiai kezelés követi, hidrogén-szulfid keletkezésével is számolni kell. A kén-dioxid alkalmazása akkor gazdaságos, ha füstgáz formájában áll rendelkezésre. A sósav előnye, hogy oldható reakciótermékek keletkeznek. Mind a sósav, mind a kénsav alkalmazása esetén ügyelni kell arra, hogy a semlegesítés után ne kerüljön a természetes vizekbe az engedélyezettnél nagyobb koncentrációjú klorid, ill. szulfát.

Savas hulladékok semlegesítésére leggyakrabban különböző mészféleségeket, nát-rium-hidroxidot, ritkábban ammónium-hidroxidot használnak. Semlegesítésre általában betonból készült, több rekeszből álló kádat használnak. A kád falát korrózióálló bevonattal (pl. saválló téglákkal) látják el.

5.9.2.2. Csapadékos leválasztás (kicsapatás)

A csapadékos leválasztás során a vízoldható vegyületet oldhatatlanná alakítják. A kivált csapadékot ülepítéssel vagy szűréssel választják el. E módszert főleg a mérgező fémtartalmú vizes oldatok tisztítására használják.

A legfontosabb mérgező fémek, amelyekre alkalmazható csapadékos leválasztás: az arzén, bárium, kadmium, króm, réz ólom, higany, nikkel, szelén, ezüst, tallium és cink.

Az anionok közül a foszfátok leválasztása a legjelentősebb. A vizes oldatban rosszul oldódó ionvegyületek egyensúlyi viszonyait az oldhatósági szorzattal fejezik ki.

Az oldhatóságot elsősorban a közös ion koncentrációjával befolyásolhatják. Idegen ionok is befolyásolhatják az oldhatóságot azáltal, hogy megváltoztatják az aktivitásokat. A pH-értéknek általában jelentős hatása van az oldhatóságra. Mivel a mérgező nehézfémek hidroxidjai amfoter jelleműek, oldhatóságuk mind nagy, mind kis pH-érték esetén nő. Ezért kell megtalálnunk azt a legkedvezőbb pH-értéket, ahol az oldhatóság a legkisebb. Az 5.51. ábrán néhány fém-hidroxid elméletileg számított oldhatóságát tüntettük fel a pH-érték függvényében.

5-51. ábra - Néhány nehézfém-hidroxid oldhatósága a pH-értéke függvényében

Néhány nehézfém-hidroxid oldhatósága a pH-értéke függvényében


Az 5.52. ábrán jellegzetes ne-hézfém-leválasztási folyamat látható. A lecsapószert kevert tartályban adják hozzá a fémtartalmú oldathoz. Itt végbemegy a reakció, majd a szuszpenzió a derítőbe kerül, ahol a csapadékot iszap alakjában elválasztják. A mérgező nehézfémek kicsapására sokféle vegyület alkalmas. Leggyakrabban hidroxidcsapadékként választják le a fémeket, de nem ritka a szulfidos és a karbonátos kicsapás sem.

5-52. ábra - Csapadékos leválasztással működő nehézfém-leválasztó berendezés folyamatábrája

Csapadékos leválasztással működő nehézfém-leválasztó berendezés folyamatábrája


1. lecsapatószer; 2. flokkuláló; 3. fémtartalmú oldat; 4. reakciótartály; 5. elfolyás; 6. derítő; 7. iszap

A hidroxidos leválasztáshoz mésztejet vagy ritkábban nátriumhidroxidot használnak. A reakció során a fémionokból hidroxidcsapadék keletkezik. A mérgező fém kicsapás utáni koncentrációja függ attól, hogy milyen fémről van szó, az alkalmazott kicsapószer fajtájától és a reakciókörülményektől, elsősorban a pH-értéktől. A szulfidos leválasztás előnye a hidroxidossal szemben, hogy a fémszulfidok oldhatósága vízben kisebb, mint a fém-hidroxidoké.

5.9.2.3. Hidrolízis

A hidrolízis a vegyületek olyan kémiai reakciója, amelynek során víz hatására legalább két új vegyület keletkezik.

A hulladékkezelésben hidrolízist két okból alkalmazhatunk. Az egyik, hogy mérgező anyagokból kevésbé mérgező vagy ártalmatlan vegyületekhez jussunk. A másik, hogy vízzel hevesen, esetleg robbanásszerűen reagáló anyagok reakcióját ellenőrzött körülmények között végezzük. A hidrolízissel olyan vegyülettípusok, mint pl. a cianidok, cianátok, halogenidek, fém-alkoholátok, karbidok, hidridek, alkálifémek, szulfidok eredményesen kezelhetők. A hidrolízistermékek gyakran erősen savas vagy lúgos vegyületek, amelyeket semlegesíteni kell.

5.9.2.4. Redukció

A redukció elektronfelvételt, vagyis a pozitív töltés csökkenését jelenti. Redukálószereket használnak a hatértékű krómot, higanyt, a fémorganikus vegyületeket vagy fémkelátokat tartalmazó hulladékok kezelésére. Redukálószerként leggyakrabban kéndioxidot, nátriumbiszulfitot, nátrium-metabiszulfitot, vas(II)-vegyületeket és nátrium-[tetrahidro-borát]-ot használnak. Szerves redukálószerek, pl. formaldehid vagy hangyasav használata akkor előnyös, ha a redukciót biológiai szennyvíztisztítás követi.

A legfontosabb redukciós eljárás a hatértékű krómsav átalakítása háromértékűvé.

5.9.2.5. Oxidáció

Vegyszeres oxidáció

Az oxidáció elektronleadást jelent, amelynek következtében a kezelt anyag oxidációfoka nő és az alkalmazott oxidálószer oxidációfoka csökken (redukálódik). Az oxidációt legtöbb esetben nem lehet szelektíven végezni, vagyis a hulladék összes komponensét oxidálják kisebb vagy nagyobb mértékben. Az oxidáció lehet teljes mértékű, amikor minden hulladékkomponenst a lehető legmagasabb oxidációfokig oxidálunk (szerves vegyületek esetében a szenet szén-dioxiddá, a hidrogént vízzé, a nitrogént elemi nitrogéngázzá, a ként szulfáttá oxidálják).

Részleges oxidáció esetén – költségcsökkentés miatt – csak a viszonylag veszélyes komponenseket oxidálják teljesen, míg a többi vegyületet csak részlegesen (nem a legnagyobb oxidációfokig, vagy nem a teljes mennyiséget). A hulladékkezelésben leggyakrabban alkalmazott oxidálószerek a klór, a hipoklorit, a klór-dioxid, a hidro-gén-peroxid és a kálium-permanganát.

Nátrium-hipokloritos oxidáció

A nátrium-hipoklorit az ipari hulladékkezelésben az egyik legelterjedtebb használt oxidálószer. Viszonylag olcsó, könnyen hozzáférhető és szállítható vegyszer, amelyet általában 10–30%-os vizes oldatban forgalmaznak.

A nátrium-hipokloritos oxidáció egyik legfontosabb alkalmazási területe a cianidtartalmú hulladékok ártalmatlanítása, főleg galvánipari szennyvizek esetén. A cianidokat először (pH = 10–12) cianátokká oxidálják, majd a pH-értéket (pH = 5–6) csökkentve és további oxidálószer-adagolás közben a cianátokat nitrogénné és szén-dio-xiddá oxidálják. A hipoklorit használható ezenkívül hidrogén-szulfid-tartalmú szennyvizek ártalmatlanítására is.

Hidrogén-peroxidos oxidáció

Használata esetén nem képződhetnek mérgező melléktermékek és nincsenek olyan korróziós tulajdonságai, mint a hipokloritok redukciója során képződő kloridionoknak.

A peroxidos oxidáció könnyen automatizálható, mivel a reakció előrehaladása redoxivagy pH-érzékeny elektródokkal nyomon követhető. Elterjedésének az ipari hulladékkezelésben egyetlen korlátja a hidrogén-peroxid viszonylag magas beszerzési ára.

A cianidok lúgos közegben (pH = 10–11) közvetlenül ammóniává és szén-dioxiddá oxidálhatók, a rakció 20–200 mg/l réz(II)ion jelenlétével katalizálható.

Hidrogén-peroxidot alkalmaznak szervetlen (pl. szulfidok, elemi kén) és szerves (pl. merkaptánok) kéntartalmú vegyületek oxidációjára, továbbá a kén-dioxid kvantitatív oxidációjára. A peroxidokat széles körben használják tioszulfáttartalmú fixír-és előhívófürdők ártalmatlanítására is. A hidrogén-peroxid megbontja az ezüst-tioszul-fát-komplexet, továbbá az ezüst ezüst-oxid, ezüst-bromid és ezüst-szulfid alakjában kiválik az oldatból.

Nedves oxidáció

A nedves oxidáció vizes fázisban lejátszódó oxidációs folyamat, amelynek során a vízben oldott és/vagy szuszpendált szerves és/vagy szervetlen anyagokat oxigénnel vagy oxigéntartalmú gázzal (pl. levegővel) érintkezésbe hozva 150–325 °C hőmérsékleten és 2–20 bar nyomáson oxidálják.

A reakció-hőmérséklet kiválasztása alapján három hőmérséklet-tartományt szoktak megkülönböztetni a nedvesoxidációs eljárás kivitelezése során.

A kis hőmérsékletű (150–200 °C) tartomány alkalmas a biológiai és háztartási eredetű iszap víztelenítés előtti kondicionálására, a kezelt hulladék jelentősebb szerves-anyag-tartalom csökkenése nélkül.

A közepes hőmérsékleten (200–280 °C) végzett nedvesoxidáció alkalmas például a biológiailag nehezen lebontható szerves vegyületek részleges oxidációjára a kémiai oxigénigény (KOI) 60–70%-os csökkenése mellett, vagy kimerült aktívszenek vizes fázisú regenerálására.

A nagy hőmérsékleten (280–325 °C) végzett nedves oxidáció során a legtöbb szerves vegyület szén-dioxiddá, vízzé, a megfelelő halogenidekké, ill. nitrogénné oxidálható több, mint 99,9%-os hatásfokkal, 20–40 min reakcióidő alatt. A nedves oxidáció szempontjából legellenállóbb vegyületcsoportot a halogénezett aromások adják.

Ózonos oxidáció

Az ózon az egyik legerősebb ismert oxidálószer, az ózon-oxigén rendszer redoxipotenciálja + 2,07 V, ennél pozitívabb redoxipotenciálja csak a fluornak (F2/2F) van. Az ózon – különösen nedves környezetben – könnyedén oxidál csaknem minden fémet; kivéve az aranyat, a platinát és az irídiumot. A hidrogén-halogenidek, a hidro-gén-fluorid kivételével ugyancsak könnyen oxidálhatók ózonnal. Hulladék-és szennyvízkezelési szempontból különös jelentősége van a cianidok-cianátok, fenolok, szerves színezékek és a szerves kénvegyületek ózonnal végzett oxidációjának. A legtöbb szerves vegyület teljesen oxidálható (szén-dioxidra, vízre és nitrogénre) ózon hatására, az oxidáció mértéke a koncentráció és a reakcióidő függvénye.

5.9.2.6. Dehalogénezés

A kémiai úton végzett dehalogénezést különösen az olyan típusú hulladékra alkalmazzák, amely a környezetre nagyon káros vegyületeket (pl. a PCB, PCDD és PCDF) sokkomponensű, bonyolult kémiai összetételű elegyekben (pl. iszap, föld, tengeri vagy édesvizi üledékek, kőzetek), nagyon kis koncentrációban tartalmazzák. Az ilyen típusú hulladékok égetése a káros anyagok tömegegységére vonatkoztatva nagyon költséges.

Az aromás vegyületek közül elsősorban a legnagyobb gondot okozó PCB-k és PCB-tartalmú hulladékok dehalogénezésére dolgoztak ki módszereket. Az eljárásokban a PCB-ből polimerizált bifenil képződik, a klórtartalom pedig nátrium-kloriddá alakul. Mindkét reakciótermék csapadék alakban válik ki az olajból és a reakció lejátszódása után szűrőpréssel távolítható el. A szűrőprésen fennmaradt pogácsák égetéssel vagy rendezett biztonságos lerakással ártalmatlaníthatók.

5.9.2.7. Katalitikus hidrogénezés

Az utóbbi években több olyan katalitikus hidrogénező eljárást fejlesztettek ki, amelyek alkalmasak PCB és egyéb halogénezett aromás és alifás szénhidrogének dehalogénezésére. Egy német eljárással a fáradt kenőolajok katalitikus hidrogénezését 250–400 °C hőmérsékleten 3–8 bar nyomáson hajtják végre fix ágyas heterogén katalizátorral. Az eljárással ipari méretben sikeresen lehet dehalogénezni max. 5 tömeg% halogéntartalmú olajokat, oldószereket, többek között klór-benzollal és PCB-vel szennyezett fűtőolajat, peszticidtartalmú oldószereket, poliklórozott dibenzdioxinnal és PCB-vel szennyezett kenőolajokat, kondenzátor-és transzformátor töltőolajokat.

5.9.2.8. Elektrokémiai módszerek

Az elektrokémiai módszereket a környezetvédelemben elsősorban szervetlen szennyeződéseket tartalmazó veszélyes hulladékok és szennyvizek, ill. vizes oldatok kezelésére használják. Főleg technológiai szennyvizekből és öblítővizekből nyernek vissza mérgező fémeket. Jelentősebb elektrokémiai módszerek még az elektrodialízis és az elektroflotáció.

Az elektrokémiai fémvisszanyerés technikája az oxidáció-redukció elvén alapul, az elektródok felületén játszódik le. Az elektrolitba merülő elektródokra kapcsolt potenciál hatására a katódon a fémionok elemi fémmé redukálódnak, az anódon pedig egyidejűleg oxidáció megy végbe. Az anódos oxidáció következtében rendszerint gáz fejlődik. A képződő gázok az elektrolit összetételétől függnek. Az elektrolitban oldott anyagok egy része, mint pl. a cianidok az anódon oxidálódnak.

Az elektrokémiai fémvisszanyerő eljárások fő technológiai berendezései:

  • elektrokémiai reaktor,

  • gázelvezető rendszer,

  • cirkulációs szivattyúk,

  • egyenáramú áramforrás.

Amint a katódon leváló fém eléri a kívánt vastagságot, a fémet eltávolítják. Az elektrokémiai fémvisszanyerő eljárásokkal leválasztható a réz, nikkel, cink, ezüst, kadmium, arany és más nehézfémek.

A híg vizes oldatok tisztítására alkalmazott elektrokémiai reaktorok, ill. eljárások három csoportba oszthatók:

  • mozgó elektródokkal nagy turbulenciát segítő elemekkel működő cellák (pl. az ECO-cella),

  • nagy fajlagos felületű cellák (pl. a Swiss-Roll cella),

  • háromdimenziós elektródokkal működő cellák (pl. Enviro-cella).

Ezekkel a cellákkal gyakran nem lehet egy lépésben nagymérvű fémion-eltávolítás elérni. Ha az adott cellában egyszeri átáramlással nem érhető el a megfelelő fémkoncentráció, úgy a kezelendő oldatot recirkuláltatják vagy több cellából álló kaszkádot helyezhetnek egymás után, amelyek lehetnek azonos vagy különböző cellák.

Az elektrodialízist vízlágyításra, sóoldatok ionmentesítésére, ionos oldatok töményítésére, valamint fémionok híg fürdőkből való eltávolítására használják. Gyakran alkalmazzák fordított ozmózissal kombináltan.