Cementipar, hulladékhasznosítás, levegőminőség Dr. Hilger Miklós tanácsadó MCSZ-CEMKUT

A cement és a cementipar Témakörök A cement és a cementipar A cementgyártási technológia jellemzői Környezeti hatások A cementipari hulladékhasznosítás általános kérdései

A cement A cement stratégiai alap-építőanyag. A globális cementigény csökkentésére, illetve a cement helyettesítésére nincs lehetőség. A beton - a víz után - a legnagyobb mennyiségben használt anyag.

A cementipar A cementipar: Tőkeigényes, stratégiai ágazat. Teljesítménye szoros kapcsolatban van az építőipar állapotával és a piac működésével, s így Tükrözi az általános gazdasági helyzet alakulását.

A cementipar Jelentős technológiai változások voltak: az energiahatékonyság, a környezetvédelem, az automatizáltság, helyettesítő anyagok területén. Alacsony fajlagos energiafelhasználás, magas energia hatásfok, zárt technológia, csökkenő kibocsátás.

Cementgyártás száraz eljárással

A cement klinker gyártó vonal, mint integrált, száraz eljárású, több fokozatú szűrő berendezés

Gáz és anyaghőmérsékletek egy kalcinátoros kemencerendszerben kapcsolt üzem esetén

Természeti erőforrás felhasználás A cementgyártás nyersanyag és energiaigényes folyamat Nyersanyagok (száraz) 1 tonna klinkerhez felhasznált menny. 1 tonna cementhez felhasznált menny. Mészkő, márga, agyag, agyagpala, egyéb 1,57 t 1,27 t Gipsz anhidrit 0,05 t Cement adalékanyagok 0,14 t Fajlagos villamos energiafogyasztás 104 kWh/t cement Fajlagos hőenergia-fogyasztás 3800 MJ/t klinker (3520 MJ/tklinker)

A cementgyártási technológia különösen alkalmas bizonyos hulladékfajták ártalmatlanítására, hasznosítására, mert: a főégő lánghőmérséklete kb. 2000 °C, a füstgáz hőmérséklet 5-7 másodpercig 1000 °C-nál magasabb, a savas füstgázokat a bázikus nyersliszt ellenáram nagymértékben semlegesíti, a kemence -hőcserélő - nyersmalom rendszer tulajdonképpen öt fokozatú, száraz eljárású füstgáz tisztítónak tekinthető, az összes áthaladó szilárd anyag kb. 1450 °C-on “szinterelődik”, a távozó füstgáz hőmérséklet 100-200 °C (azaz a nehézfémek lecsapódnak és visszamaradnak), a szervetlen alkotórészek kémiailag megkötődnek, a klinkerégető forgókemence emissziója gyakorlatilag független a hagyományos és alternatív tüzelőanyagok tulajdonságaitól és csaknem kizárólag a nyersanyagban lévő illóanyag részarányától és a magas hőmérsékletű lángban keletkező NOx-től függ.

A cementgyári együttégetés és a hulladékégetési folyamat összehasonlítása A bemeneti anyagáramok közötti eltérés. A cementgyári forgókemencékben a hőmérséklet sokkal magasabb, mint a hulladékégető berendezésekben. A füstgáz tisztítás a cementgyártási folyamat elválaszthatatlan része. Egyéb közegbe történő szennyezőanyag kibocsátás.

Cementgyári hulladékhasznosítás peremfeltételei A hulladék (melléktermék) ne károsítsa a kemence rendszert. Termékminőség biztosítása, a beton újrafelhasználását is beleértve. Csak, ha környezetvédelmi és gazdasági és fenntarthatósági szempontból jobb megoldás nem létezik.

Cementgyári hulladékhasznosítás peremfeltételei A cementgyári forgókemencében történő hulladék-kezelés hasznosítás jellegű, azaz ténylegesen szükséges tüzelőanyagokat, nyersanyagokat, stb. helyettesít. A hasznosítás a megfelelő hulladék számára teljes körű ártalmatlanítást is jelent, azaz nem keletkezik további kezelést igénylő maradékanyag.

Az alternatív anyagok (hulladékok) felhasználási módja, adagolása szempontjából a cementgyártási folyamat négy lehetőséget biztosít: Alternatív nyersanyagként (mint Ca hordozó, Si- hordozó, Fe- hordozó, Al- hordozó) A másodtüzelésben az előkalcinálásnál (pl. használt autógumi) A forgókemence főtüzelésnél A cementőrlésnél cement-kiegészítő adalék anyagként szilárdulás szabályozóként (pl. ipari gipsz), hidraulikusan aktív cement kiegészítő anyagként (pl. kohósalak, pernye).

A cement klinker és egyes alternatív anyagok, illetve szenek kémiai összetétele

Környezeti hatások a cementgyártás során Por Gázhalmazállapotú emisszió (NOx, SO2, CO2, TOC, nehézfémek, egyéb) Egyéb emissziók (zaj és vibráció, szag) Erőforrás-felhasználás (energia, nyersanyagok)

Nehézfém kibocsátás Cél: Kibocsátásuk minimalizálása. Forrásai: a nyersanyagok, ill. nehézfém tartalmú tüzelőanyagok. Nem vagy csak kis mértékben illékony nehézfémek.(Co, Cr, Cu, Mn, Mo, V, Zn, ill. mint félfémek Sb, Se, Te ) A klinker mátrixban megkötődnek, kioldódásuk minimális. A mérsékelten illékony nehézfémek (Pb, Tl, Cd) porszűrő berendezésekkel hatékonyan leválaszthatók, a rendszerbe visszavezethetők. Illékony nehézfémek (Pl. Hg) bevitelének minimalizálása. Cél: Kibocsátásuk minimalizálása. Biológiailag nem hozzáférhető formába hozásuk.

Hulladék együttégetés A szennyezőanyag kibocsátás függ: a bemenő anyagáramoktól, az együttégetési technológiától, az üzemelési körülményektől.

A klinkerégető kemence rendszer emissziója Gyakorlatilag független a hagyományos és alternatív tüzelőanyagok tulajdonságaitól (kivétel Hg) és szinte kizárólag csak a nyersanyagban lévő illóanyag részaránytól és a magas hőmérsékletű lángban keletkező NOx – től függ.

Hulladék égetés Napi határértékek Cementgyárból kibocsátott füstgáz emisszió (mg/Nm3) másodlagos tüzelőanyag használata esetén Kibocsátott anyagok Napi határérték Napi átlag: 2010.10.17. Éves átlag Hulladék égetés Napi határértékek Por 30 17 16 10 Nitrogén-oxidok 800 599 200 Kén-dioxid 50 6 Elégetlen szénhidrogén 2 Szén-monoxid 1500 64 94 HCI HF 1

A cementgyári hulladék együttégetés egészségügyi hatása UK Committee on the Medical Effects of Air Pollution (COMEAP): „The burning of waste-derived fuels in cement kilns results no changes in emissions that would be of significance to human health.” More information: http://www.advisorybodies.doh.gov.uk/comeap/

Emissziók származása a cementipari klinkerégető kemencében Emissziós paraméterek Származás Por Bemenő anyagáramok (Porszűrő hatékonysága) NOx Technológia (magas hőmérséklet) CO, SO2 Nyersanyagfüggő Nehézfémek Bevitt mennyiség (Porszűrő hatékonysága) D/F Technológiából eredően nem jellemző

A porkibocsátás és a környezetvédelmi beruházások alakulása

Magyarország porkibocsátásának százalékos megoszlása 2007-ben

NOx képződés a cementgyári forgókemencében Származás Mechanizmus Termál NOx Az égési levegő nitrogén molekuláinak oxidációja (T>1200°C) Tüzelőanyag NOx A tüzelőanyagban lévő szerves nitrogén oxidációja Nyersanyag NOx A nyersanyagokban lévő szerves (szervetlen) nitrogén oxidációja

Magyarország NOx kibocsátásának százalékos megoszlása 2007-ben

A CO képződés alapvető okozói A tüzelőanyag égetése nem tökéletes. (Ez függ a tüzelőanyag adagolástól, égéslevegő vezetéstől, égetés szabályozástól.) A magas égetési hőmérséklet miatt CO « CO2 kémiai egyensúlya a CO felé tolódik el. A nyersanyagok szerves alkotórészei a ciklon hőcserélőben uralkodó hőmérsékleten felszabadulnak és a keletkező szerves összetevők egy része CO-dá oxidálódik. A hőcserélő ezen részén nem elég magas a hőmérséklet a szénmonoxid CO2-dá oxidálásához.

Magyarország CO kibocsátásának százalékos megoszlása 2007-ben

Magyarország SO2 kibocsátásának százalékos megoszlása 2007-ben

A cementipari hulladékhasznosítás általános kérdései A cementgyári hulladék együttfeldolgozás BAT. Elsődleges nyers- és fosszilis tüzelőanyagokat vált ki. Nem okoz járulékos környezetterhelést. (Az NOx kibocsátás csökken.) Nem keletkezik pernye, salak.

A cementipari hulladékhasznosítás általános kérdései A klinker mátrixban megkötött hulladék összetevők stabilak, kioldódásuk minimális. Az EU hulladékhasznosítási kötelezettségek kisebb ráfordítással teljesíthetők. A hulladékok mennyisége, az optimális üzemi körülmények biztosításával, változhat. Az újrafeldolgozó háttériparhoz is csatlakozik.

A cementipari hulladékhasznosítás általános kérdései Keretfeltételek Lerakási és égetési költségek; Klíma politika; Talajvédelmi politika; Kötelező visszagyűjtési arányok; Stb. Legkritikusabb elem a gazdasági feltételek biztosítása. Az alternatív lehetőségek valódi költségeik szerint legyenek „beárazva.”

A cementipari hulladékhasznosítás általános kérdései Környezeti szabványok A hulladékáramoknak a legjobb eljáráshoz történő irányítása. (LCA, LCT) Létesítmény megfelelőségi szabványok. (IPPC (IED)) A hulladékkezelési eljárás hatékonysága. (Energia hatékonyság, minimum követelmények stb.) A hasznosított termék minősége.

Hulladékgazdálkodási rendszer Általános kérdések Megelőzés > újrahasználat > újrafeldogozás > energetikai hasznosítás > lerakás. Szempontok: a környezet védelme és a működőképesség és a fenntarthatóság, az ipari versenyképesség és a foglalkoztatás biztosítása. Az EU környezetvédelmi célok, hasznosítási arányok teljesítése, összhang az EU jogrendjével és gyakorlatával.

Ipari ökológia Partner szervezetek egy csoportja közötti üzleti kapcsolat, melyben azok felhasználnak, vagy szolgáltatnak anyagokat, illetve energia hordozókat, melyeket nem lehet újra felhasználni, vagy újra feldolgozni abban a folyamatban, amelyben képződnek. Alkalmazásával a jelenlegi lineáris, nyílt ipari folyamatok zárt láncú rendszerré alakíthatók, ahol a hulladék új folyamatok bemenetévé válhat.

Ipari ökológia A végső cél: egy fenntartható ipari ökorendszer megvalósításának irányába történő elmozdulás, melynek fő jellemzői: Partnerség fenntarthatósági célokkal, aktív együttműködéssel. A résztvevők, a társadalom és a környezet számára is előnyös. A hulladékgazdálkodási hierarchia alkalmazása, rendszerelemzési módszerekkel (LCA, LCT) meghatározott kivételekkel. Költséghatékony innováció.

Szennyvíziszap. Várható mennyisége 2015-re kb. 1 millió t (18-25% szat) A komposztálással történő hasznosítás korlátai: 49/2001. (IV.3) Korm.r < 170kg nitrogén/ha/év szántóföldre  szennyvíz iszap komposzt (szvik) mennyisége < 10 t szárazanyag/ha/év Ennek nehézfém terhelése (szvik határértékekkel számolva): 4 kg ólom; 3,5 kg króm; 7,5 kg réz; 1kg nikkel; 50g Hg/ha/év. Legalább kétszeres mennyiségű zöldhulladékkal kellene keverni a szennyvíziszapot a megfelelő termikus folyamatok beindításához  nincs ennyi zöldhulladék.

Szennyvíziszap. A szvik minőségét általában nem vizsgálják folyamatosan. (Komposzt minőségi követelmények 36/2006 FVM rendelet a termésnövelő anyagoknál) Szintetikus anyagok (mosó-, tisztítószerekből, gyógyszerekből, antibiotikumokból, hormontartalmú vegyszerekből, illatosítókból stb.) valamint ezek bomlási termékeiből keletkező szerves anyagok Svájcban 2006-tól mezőgazdasági hasznosításuk tilos! Átfogó nemzeti stratégiára van szükség.

Köszönöm szíves figyelmüket! Dr. Hilger Miklós Tel: 388 2362; 250 1629 Fax: 368 7628 E-mail: hilgerm@mcsz.hu

Szennyvíziszap Forrás: Kukabúvár 2008. nyári szám; Dr. Alexa László: Szennyvíziszapok kezelése komposztálással (Biohulladék 3. évf. 1. sz.)

Community strategy concerning mercury (2005.) Kibocsátási határértékek az érintett tevékenységeknél. Kötelező kibocsátást csökkentő technika a krematoriumoknál. Higany export tilalom 2010-től. A felesleges higany biztonságos tárolása. A fogorvosi amalgám-hulladék ellenőrzése és kezelése. A fogorvosi amalgámoknál a higanyfelhasználás tilalma. A mérő- és szabályozó berendezéseknél a higanyfelhasználás tilalma, amennyiben biztonságosan helyettesíthető.

Körfolyam jelenségek előkalcinátoros kemence esetén

Kizárólag a feltételezett kibocsátási tényezőn alapuló EPA D/F emisszió becslés bizonytalansága

PERCENTAGE OF MERCURY EMISSIONS BY SECTOR IN EU27 AND OTHER EUROPEAN COUNTRIES, 2000 Cement Production 16% Coal Combustion – other 24% Coal Combustion – power plants > 50 MW 27% Other 9% Waste Disposal 8% Pig Iron & Steel 5% Non-Ferrous Metals-Zinc 5% Oil Combustion 1% Non-Ferrous Metals-Lead 1% Chlor-Alkali 4% (source: Pacyna et al, 2003)

MERCURY EMISSIONS FROM CEMENT INDUSTRY Consultation document (section 6.2) Pacyna et al. (2003) EU 27 22,61 tonnes/year  16% emissions to air 2,646 tonnes including lime, glass, minerals and ceramics of which 2.425 tonnes from cement Consultation document (section 6.4) EPER 2001 EU 15 Calculation by CEMBUREAU based on the following assumptions: 0.02 mg/Nm3 and 2300 Nm3/t clinker 2001 EU 15 5.6 tonnes CEMBUREAU 7.8 tonnes