FI77889B - Anvaendning av en kalkhaltig avfallsprodukt som braensle. - Google Patents

Description

77889

Kalkkia sisältävän jätetuotteen käyttö polttoaineena

Keksintö koskee jätteestä, kuten roskista, josta palamattomat ja/tai jälleenkäytettäviksi soveltuvat aineosat on haluttaessa poistettu, saadun tuotteen käyttöä polttoaineena, jota voidaan varastoida pitkä aika ilman ympäristölle aiheutuvia ongelmia.

Jätemateriaalin, kuten roskien,hävittäminen edullisella tavalla on ajan mittaan tullut yhä suuremmaksi ongelmaksi. Tavallisimpia menetelmiä ovat kuljettaminen kaatopaikalle ja poltto jätteenhävityslaitoksissa.

Kaatopaikallevientiin liittyy huomattavia ympäristöongelmia, joista voidaan erityisesti mainita epämiellyttävä haju ja pohjaveden sekä vesistöjen saastuminen, ja näistä syistä kaatopaikkojen sijaintiin liittyvät vaatimukset tulevat koko ajan yhä tiukemmiksi.

Jätteen polttaminen jätteenhävityslaitoksissa niin, että syntynyt lämpö käytetään hyväksi tai sitä ei käytetä hyväksi, on tunnettu tapa. Niinpä viime vuosina on muodostunut lämpö käytetty hyväksi yhdistetyissä jätteenhä-vitys- ja aluelämpölaitoksissa, joissa lämpöä pitää myyntiä silmälläpitäen tuottaa lämmöntarvetta vastaava määrä.

Kuitenkin lämmöntarve vaihtelee suuresti vuodenajan ja ulkoilman lämpötilan mukaan, mutta jätteen määrä pysyy oleellisesti ottaen vakiona koko vuoden ja ainoastaan sen koostumuksessa esiintyy tiettyjä vuodenaikaan liittyviä vaihteluita, sillä esim. kesällä syntyvä jäte sisältää tavallisesti vähemmän muovia kuin talvella syntyvä jäte.

Koska polttaminen pitää jätteen rajallisen säilyvyyden vuoksi suorittaa välittömästi keräilyn jälkeen, 2 77889 aiheutuu tästä vuodenajasta riippuen suurta energiahukkaa, sillä jätteen energiasisältöä ei voida käyttää optimaalisesti hyväksi muulloin kuin lämmityskauden aikana.

Tämän ongelman ratkaisemiseksi on ehdotettu murskatun jätten puristamista briketeiksi esim. sekoittamalla se jauhemaisen hiilen ja sideaineen kanssa (ks. GB-patenttijulkaisu no. 1 286 532) tai sekoittamalla hii-lipölyn kanssa (ks. DK-patenttijulkaisu no. 143 859). En-sinmainittu menetelmä on kuitenkin hankala, koska se vaatii 1 - 3 tunnin lämpökäsittelyä noin 200°C:ssa, eikä toinen menetelmä riitä takaamaan sitä, että jätteen mä-täneminen lakkaa, ja palamiseen liittyy vielä huomattava määrä epämiellyttäviä höyryjä.

Saksan kuulutusjulkaisussa no. 24 51 093 on mainittu, että mätäneviä orgaanisia aineita sisältävään talousjätteeseen ja teollisuusjätteeseen voidaan väliaikaisen säilymisen saavuttamistarkoituksessa lisätä erittäin viskoosista nafteenihapposeosta, jossa molekyylipai-no vaihtelee välillä 300 - 500.

Selostuksessa painotetaan sitä, että nämä nafteeni-hapot voivat saada aikaan deaktivoitumisen vain muutaman päivän ajaksi niin, että vältetään epämiellyttävä haju sinä aikana, joka kuluu jätteen keräyksestä hävittä-mispaikallevientiin, esim. haluttaessa suorittaa hävittäminen kompostoimalla.

Lyhyellä maininnalla viitataan myös siihen, että käsitelty jäte voidaan myös polttaa, mutta poltto pitää tehdä ennen deaktivoituneen tilan päättymistä, joten menetelmä ei tarjoa apua edellämainittuun energiahävikkiongel-maan.

Nyt käsillä olevan keksinnön tarkoituksena on esittää sellaisen polttoaineen käyttö, joka on tuotettu jätteestä, jota polttoainetta voidaan varastoida pitkiä aikoja ilman epämiellyttävän hajun ja ympäristöongelmien ilmenemistä ja tarvitsematta puristaa polttoainetta briketeiksi tai suorittaa muita energiaakuluttavia kiin-teytystoimenpiteitä.

77889 3 Tämä saavutetaan keksinnönmukaisesti siten, että jäte sekoitetaan tasaisesti kalkin kanssa, joka on poltetun kalkin (CaO), sammutetun kalkin (Ca(OH)2) tai poltetun dolomiitin muodossa, ja kalkkia käytetään sellainen määrä, että se riittää inaktivoimaan jätteen sisältämät mikro-organismit nostamalla jätteen sisältämän nesteen pH:n vähintään arvoon 11 ja pitämään oleellisesti yllä tämä pH-arvo koko varastointiajän.

Tässä käytetyllä sanonnalla "kalkki" tarkoitetaan poltettua kalkkia, sammutettua kalkkia ja poltettua dolomiittia sekä tuotteita, jotka sisältävät näitä kalkin ja dolomiitin muotoja. Etusijalle asetettavia yhdisteitä ovat kuitenkin poltettu kalkki ja sammutettu kalkki.

Talousjätteen kalkkikäsittelyä on tosin ehdotettu Saksan hakemusjulkaisussa no. 28 38 873. Kui tenkin tuossa julkaisussa ehdotettu menetelmä on tarkoitettu toisen teknisen ongelman ratkaisuun kuin nyt käsillä olevan keksinnön menetelmä, sillä kyseessä on jätteen kontrolloitu levittäminen kaatopaikoille niin, että vältetään tunnetut kaatopaikkaongelmat, kuten pölyn ja epämiellyttävän hajun muodostuminen ja pohjaveden saastuminen.

Julkaisussa nimenomaan kehotetaan välttämään polttamista ja kompostointia, joten ei voida pitää ilmeisenä kalkin käyttöä polttoaineen tuottamiseen keksinnönmukaisesti .

Jätteen sisältämien mikro-organismien inaktivointi, joka on tarpeen mätänemättömän polttoaineen aikaansaamiseksi, vaatii pH:n nostamista vähintään arvoon 11 kalkkia lisäämällä. Jos pH on alle 11 välittömästi kalkin lisäyksen jälkeen, se laskee nopeasti eikä mikrobien kasvua näin ollen voida pitää hallinnassa.

Jotta saavutettaisiin riittävä varmuusalue, pitäisi kalkkia käyttää niin paljon, että pH nousee vähintään arvoon 12.

Keksinnönmukaisesti käytettyä polttoainetta tuotettaessa on •mahdollista käyttää hyväksi sitä tunnettua reaktiota, joka tapah- 4 77889 tuu poltetun kalkin ja jätteen sisältämän veden välillä. Poltettu kalkki muuttuu sammutetuksi kalkiksi lyhyessä ajassa voimakkaasti lämpöä kehittäen.

CaO + H20—» Ca(OH)2 + Q

Muuttuminen sammutetuksi kalkiksi aiheuttaa pH:n nousun vastaten lisättyä määrää ja vesipitoisuutta. Sammutettu kalkki sitoo vettä niin, että jätteen sisältämä kiinteän aineen pitoisuus kasvaa. Lämmönmuodostus edesauttaa mikro-organismien toiminnan inaktivoitumista.

Kun polttoainetta varastoidaan, sammutettu kalkki reagoi hitaasti kaikkialla läsnäolevan hiilidioksidin kanssa seuraavan reaktion mukaisesti:

Ca (OH) 2 + C02->CaC03 + H20 + Q

Jos lähes koko sammutetun kalkin määrä muuttuu kalsiumkar-bonaatiksi, laskee pH arvoon noin 9 tämän prosessin kuluessa, joka etenee hitaasti, ja näin ollen polttoaineen stabiilisuus heikkenee.

Koska kalkkia lisäämällä on tarkoitus stabiloida polttoaine niin, että se säilyy pitkiä aikoja, joPa 8 kuukautta, ilman epämiellyttävän hajun syntymistä, pitää kalkin määrä sovittaa seuraavien tekijöiden asettamien vaatimusten mukaiseksi: a) jätteen vesipitoisuus b) sekoituksen vaikutus c) jätteen sisältämien neutraloivien aineiden määrä d) varastointiolosuhteet, mukaanluettuina odotettavissa oleva varastointiaika ja ulkovarastoinnin ollessa kyseessä sademäärä ja sen happamuus.

Jos kyseessä on jäte, jonka vesipitoisuus on 20 -40 %, sekoitus suoritetaan hyvin perusteellisesti ja jäte on suhteellisen normaalia eikä sisällä suuria hap-pomääriä, pitää kalkkia lisätä määrä, joka vastaa 4 kg CaO jätetonnia kohti, jotta pH-arvoksi saadaan 12 lämpötilassa 25°C.

Jotta tämä pH saataisiin pidetyksi yllä pitkän ai- 5 77889 kaa, tavallisesti riittää, kun lisätään kalkkia 5 paino-%, so. 50 kg CaO per tonni jätettä. Täydellinen stabiilisuus myös epänormaaleissa olosuhteissa saavutetaan lisäämällä kalkin määrä vielä tätä suuremmaksi, esim. käyttämällä korkeintaan 75 kg CaO per jätetonni, elleivät sitten kyseessä ole aivan äärimmäisen vaativat olosuhteet .

Käytännön tilanteessa käytettävän kalkin laatu riippuu myös edellämainituista kohdista a) - d), mutta aivan erityisesti jätteen vesipitoisuudesta.

Jotta saataisiin aikaan jätteen samanaikainen kuivuminen, on edullista käyttää CaO:ta erityisesti jauhemaisen, vähäisessä määrin poltetun kalkin muodossa, joka sisältää noin 94% aktiivista CaO:ta.

Jos lisätään pieni määrä kalkkia, asetetaan tavallisesti etusijalle ekvivalenttinen määrä sammutettua kal-kia, jotta voitaisiin välttää sammumisen aiheuttamat ongelmat. Sammutetun kalkin määrät, jotka ovat ekvivalent-tisia edellämainittujen CaO-määrien kanssa ovat 5,3, 66,3 ja 99,4 kg CafOH^ jätetonnia kohti.

Yleisesti ottaen on niin, että sopivin kalkin määrä ja laatu pitää selvittää kokeiden avulla.

Kuten edellä mainittiin, on tuotetun polttoaineen varastointistabiilisuuden kannalta erittäin tärkeätä se, että jäte ja kalkki sekoitetaan keskenään perusteellisesti .

Käsiteltävän jätteen koostumuksesta riippuen pitää suorittaa tiettyjä enemmän tai vähemmän tavanomaisia esikäsittelyjä ennen kalkin lisäämistä. Jos kyseessä on esimerkiksi roskajäte, palamattomat ja/tai jälleen-käytettäviksi soveltuvat aineosat, kuten rakennusjäte, rauta, metallit, lasi ja muovi, erotellaan tavallisesti vastaanoton yhteydessä.

Keksinnönmukaisesti käytetyn polttoaineen tuottamisen edullisessa toteutuksessa esikäsitelty jäte murskataan kiertorummussa, johon lisätään tietty määrä kalkkia sopivassa murskauksen vaiheessa, mielellään alussa, koska tällöin saadaan aikaan 77889 tehokkain sekoittuminen, mutta lisäys voidaan suorittaa siinä vaiheessa, kun murskausta on jo hieman suoritettu.

Sopivin rummussaviipymisaika voidaan määrittää kokeellisesti, mutta tavallisesti se on vähintään 2 tai 3 tuntia.

Kiertorumpukäsittelystä materiaalia poistetaan jatkuvasti ja nyt sitä voidaan varastoida ilman riskejä esim. kuopassa joko rakennuksessa tai taivasalla.

Jos tilankäyttösyistä on tarpeen pienentää polttoaineen tarvitsemaa tilavuutta, voidaan aine tiivistää tai puristaa paaleiksi tai briketeiksi. Käsittelyyn ja kuljetukseen liittyvistä syistä voi myös olla sopivaa tehdä polttoaineesta pellettejä.

Vaihtoehtoisessa toteutustavassa varastoitavaksi tarkoitettu jäte murskataan ensin mekaanisesti esim. vasaramyllyssä, repimiskoneessa tai jossakin jauhimessa, ja murskattuun materiaaliin sekoitetaan kalkki sen jälkeen tavanomaisessa sekoittimessa. Tämä toteutustapa vaatii tavallisesti enemmän energiaa kuin edelläku-vattu yhteisjauhatus, mutta tämä mahdollisuus voi tulla kyseeseen edullisena vaihtoehtona, josa keksinnönmukäis-ta menetelmää halutaan käyttää sellaisessa laitoksessa, jossa jo ennestään on olemassa mainitunlainen murskaus-laite.

Keksinnönmukaisesti käytetyn valmistusmenetelmän kannalta ei ole kriittistä se, että jäte lajitellaan ensin, vaan jätteenlajit-telu on mahdollista suorittaa vasta kalkinlisäyksen jälkeen .

Edellä tätä keksintöä on selostettu kuvaamalla polttoaineen valmistamista roskajätteestä, mutta keksintöä voidaan hyvin soveltaa myös muihin palamiskel-poisiin jätteisiin, kuten erityyppisiin teollisuusjätteisiin, sahajätteeseen, metsätalousjätteeseen, kuten märkään, lahoon kaarnaan, paperijätteeseen, maatalous-jätteeseen, kuten olkeen, akanoihin ja riisinvarsiin, sekä ns. kompostointilaitteiden seulontajätteeseen sekä näiden seoksiin ja/tai näiden kanssa sekoitettuun roska- 7 77889 jätteeseen .

Paitsi alueelliseen kaukolämpöverkkoon liittyvissä uuneissa voidaan keksinnönmukaisesti tuotettua polttoainetta myös käyttää voimalaitoksissa, sementinval-mituksessa jne.

Tuotannon ei myöskään tarvitse tapahtua polttopaikalla, vaan se voidaan tehdä väliasemilla, lastausase-milla tai kaatopaikoilla.

Vähentyneen hiilen-, öljyn- tai kaasuntarpeen tai muiden polttoaineiden tarpeen lisäksi tarjoaa keksinnön-mukaisen polttoaineen käyttö lukuisia etuja.

Niinpä lisätty kalkki saattaa saada aikaan merkittävää parannusta palamisessa syntyvissä kaasuissa, koska esim. rikki ja raskasmetallit mahdollisesti sitoutuvat kalkkiin, mikä vähentää kerääjän syöpymisvaaraa sekä savun sisältämiä happo- ja raskasmetallipitoisuuksia.

Polton aikana läsnäoleva kalkki muuttuu poltetuksi kalkiksi, joka joutuu poltossa syntyneeseen kuonaan.

Kun poltettu kalkki vedellä jäähdytettäessä tai kuonaa varastoitaessa sitoo itseensä vettä, muodostuu sammutettua kalkkia, joka sitoo itseensä raskasmetalleja vaikealiukoisiksi yhdisteiksi. Tämä vähentää sitä vaaraa, että raskasmetallit vuotaisivat kaatopaikalle viedystä kuonasta.

Koska kuona sisältää kalkkia, se voidaan vaihtoehtona tavanomaiselle varastoinnille käyttää edullisesti uudelleen, esim. osittain jälleenkierrättämällä, kek-sinnönmukaisessa menetelmässä tai sekoittamalla jätevesilietteeseen kaatopaikoilla. Kuonan varastoinnin lisäksi tämä sekoittaminen tuo ratkaisun niihin erittäin suuriin ongelmiin, jotka liete aikeuttaa kaatopaikoilla, koska nyt lietteen kiinteäainepitoisuus kasvaa ja kalkki stabiloi lietettä.

Koeselostus

Noin 200 kg tavallista, puhdasta talousjätettä, jos- 8 77889 sa ei ollut paperia tai muita stabiloivia jätemateriaa-leja, murskattiin vasaramyllyssä ja rauta poistettiin magneetilla.

Jäte oli hyvin märkää (vesipitoisuus 30 - 35 %) ja sitä oli pidettävä helpostimätänevänä jätteenä.

Jäte pakattiin muovisäkkeihin ja seuraavana päivänä se punnittiin neljäksi, suunnilleen samankokoiseksi eräksi. Yhteen erään ei lisätty kalkkia, kun taas kolmeen muuhun lisättiin 3,3, 6,6 ja 10 paino-% kalkkia vastaavasti. Käytetty kalkki oli Faxe Kalk-firman jauhettua, sammutettua kalkkia, joka on ainutlaatuista hienojakoisuu- 2 tensa suhteen (ominaispinta-ala (BET) 15 - 18 m /g) ja sisältää noin 91 % kalsiumhydroksidia.

Jäte sekoitettiin kalkin kanssa pienessä sementin-sekoittajassa.

Jäte, joka oli seissyt suljetuissa muovisäkeissä 24 tuntia, oli jo alkanut mädäntyä.

Sekoituksen jälkeen jäte pelletoitiin "Matator"-pellettipuristimessa.

Näytteet, jotka nyt olivat pelletteinä, joiden halkaisija oli 8 mm ja pituus muutamia cm, pakattiin neljään uuteen muovisäkkiin, joissa siis kussakin oli eri kalkki-pitoisuus, ja säkit sijoitettiin lämpimään varastoon. Noin 14 vuorokauden välein otettiin näytteet, jotka vietiin mikrobiologiseen tutkimukseen Alfred J<irgensenin käymis-laboratorioon Kööpenhaminaan.

Kaikille näytteille tehtiin suora mikroskooppitutki-mus ja mitattiin pH.

Näyte 1, joka ei sisältänyt kalkkia, mätäni voimakkaasti jo pelletointia seuraavana päivänä.

Näyte 2, joka sisälsi 3,3 % sammutettua kalkkia, mätäni voimakkaasti jo kahden vuorokauden varastoinnin jälkeen.

Näyte 3, joka sisälsi 6,6 % sammutettua kalkkia, alkoi mädäntyä noin 43 vuorokauden kuluttua. Huomattakoon, että noin 300 g näyte, joka oli pakattu suljettuun lasi- 77889 purkkiin, oli stabiili vielä 80 vuorokauden kuluttua. Tästä voidaan vetää se ilmeinen johtopäätös, että varastointi muovisäkeissä muodostaa jätteenvarastoinnin kannalta erittäin rankat olosuhteet.

Näyte 4, joka sisälsi 10 % sammutettua kalkkia, oli muuttumaton 80 vuorokauden kuluttua, ja aivan äskettäin suoritettu mikrobiologinen analyysi osoittaa, että mikrobiologinen tila oli pysynyt muuttumattomana.

Kokeiden perusteella voidaan todeta, että talous-jäte, joka voi olla jopa erittäin vaikealaatuista, voidaan stabiloida vähintään 80 vuorokaudeksi ja mahdollisesti pitemmäksi ajaksi jopa erittäin rankoissa olosuhteissa. Varaston lämpötila vaihteli välillä n. 35°C (lämpiminä päivinä) ja noin 10°C (viileinä öinä). Kuitenkin lämpötila oli harvoin alle 15°C ja usein se oli huomattavasti korkeampi. Lämpötilavaihtelut aiheuttivat sen, että vettä tiivistyi muovisäkkien sisäpintaan, mistä syystä mikro-organismien kasvulle muodostui erittäin hyvät olosuhteet.

On oletettavissa, että menetelmää voidaan käytännön kannalta tehostaa seuraavilla toimenpiteillä:

Kalkki sekoitetaan mukaan tehokkaasti sekoitusrummussa, joka hienontaa jätteen ennen pelletointia.

Käytetään 8 % CaO eikä 10 % Ca(OH)2· CaO sitoo huomattavan osan vedestä ja vesiaktiivisuus aw pienenee. Kun lisätään 8 % CaO, muodostuu 10,6 % Ca(OH)2· Jätettä varastoidaan paremmissa olosuhteissa kuin tässä kokeessa, mikä tavallisesti tehdäänkin.

Käsitellään laadultaan sellaista jätettä, joka ei ole niin vaikealaatuista kuin kokeessa käytetty.

Toteutuivat nämä neljä kohtaa sitten tai eivät, keksintö tarjoaa kuitenkin menetelmän, jonka avulla jäte voidaan stabiloida vähintään 80 vuorokaudeksi sellaisessa muodossa, jossa sitä voidaan käyttää polttoaineena. Pellettien energiasisältö on noin 2500 kcal jätekiloa kohti, ja jos sillä voidaan korvata öljy, on sen rahallinen arvo noin 800 Tanskan kruunua per tonni tällä hetkellä.

Claims (6)

10 PATENTTIVAATIMUKSET 7 7 8 8 9

1. Jätteestä, kuten roskista, sahajätteestä, metsätalousjätteestä, paperijätteestä ja maatalousjätteestä, josta palamattomat ja/tai jälleenkäytettävaksi soveltuvat aineosat on haluttaessa poistettu, saadun tuotteen käyttö polttoaineena, jota voidaan varastoida pitkä aika ilman ympäristölle aiheutuvia ongelmia, tunnettu siitä, että tuote saadaan sekoittamalla jäte tasaisesti kalkin kanssa, joka on poltetun kalkin (CaO), sammutetun kalkin tai poltetun dolomiitin muodossa, ja kalkkia käytetään sellainen määrä, että se riittää inaktivoimaan jätteen sisältämät mikro-organismit nostamalla jätteen sisältämän nesteen pH:n vähintään arvoon 11 ja pitämään oleellisesti yllä tämä pH koko varastointiajän.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukaisesti saadun tuotteen käyttö polttoaineena, tunnettu siitä, että kalkkia sekoitetaan mukaan sellainen määrä, että pH:n arvoksi tulee vähintään 12.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaisesti saadun tuotteen käyttö polttoaineena, tunnettu siitä, että kalkki sekoitetaan mukaan samalla kun jätettä murskataan, mielellään kiertorummussa.

4. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukaisesti saadun tuotteen käyttö polttoaineena, tunnettu siitä, että kalkki sekoitetaan mukaan vasta sitten, kun jäte on täysin tai osittain homogenoitu.

5. Patenttivaatimuksen l mukaisesti saadun tuotteen käyttö polttoaineena, tunnettu siitä, että jäte on roskaa, jonka vesipitoisuus on 20 - 40 % ja siitä, että kalkkia sekoitetaan mukaan vähintään 4 kg jätetonnia kohti, mielellään vähintään 50 kg jätetonnia kohtia CaO:na laskettuna.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukaisesti saadun tuoteen käyttö polttoaineena, tunnettu siitä, että kalkki on jahe-maista, hieman poltettua kalkkia.