A Dunaújvárosi Főiskola Természettudományi és

Környezetvédelmi Tanszékén folyó környezetvédelmi kutatások

Kiss Endre, Horváth Miklós,

Bíró Borbála, Hári László

A Tanszék főbb kutatási területei a környezetvédelem területén I.

• Elektrosztatikus feltöltődés vizsgálata

• Ózongenerátorok előállítása és alkalmazása a környezetvédelemben

• Gyors villamos kisülések alkalmazása füstgázok gázszennyezőinek felbontásában

• Szállóporok ólom és cinktartalmának csökkentése

A Tanszék főbb kutatási területei a környezetvédelem területén II.

• Kohászati salakok felhasználása az útépítésben• Építési bontási hulladékok felhasználása• Ipari szennyvizek tisztítása ózonnal és villamos

kisülésekkel• Talajtani kutatások• Természetes vizekben élő algák vizsgálata• Alacsonyhőmérsékletű elfolyó vizek

hulladékhőjének hasznosítása

Elektrosztatikus feltöltődés vizsgálata

• Az ITER (Európai Fúziós Projekt) egyik biztonsági problémájában való részvétel, porrobanás lehetőségeinek és elhárításának lehetősége

A környezet

• A fúziós edény alján levő divertorok

• Anyagi minőség: grafit, wolfram

• Hűtőlemez: berillium

• Alaphelyzetben vákuum

A keletkező por

• Oka: a plazmából érkező nagysebességű részecskék ablációs hatása

• Mérete: grafit esetében 10m-nél nagyobb

• Wolfram esetében 5 és 10m között

• Berílium esetében 5m-nél nagyobb részecskék

• Évente akár 5 cm vastag réteg is leválhat

Mitől robban?

• A kisülési kamrában üzemszerű állapotban alacsony nyomású hidrogén van

• A Berílium hűtőpajzs megreped, nagynyomású víz törhet be, ami a magas hőmérsékletű alkatrészeken elbolik-durranógáz, kohászat

Mitől robban II.

• Az edény más részén levegő tör be

• A levegő oxigénje és a grafit reakcióba lép

• A porok és a levegő oxigénje porrobanást eredményez

Áramlástani helyzet

• A betörő vízgőz, vagy levegő áramlástanilag vákuumba érkezik

• Nincs lamináris határréteg

• A por és a gáz halmazállapotú anyag tökéletesen keveredik

• Könnyen fellép a triboelektromos töltés

• Elektrosztatikai eredetű porrobbanás is felléphet

Miért kell vizsgálni?

• A berendezés (ITER) működéséhez engedélyek kellenek

• Az engedélyek egyik fontos feltétele a biztonságosság

• Veszélyek esetén javaslatot kell tenni annak csökkentésére és elhárítására

Mit kell vizsgálni?

• Minimális szikraérzékenység

• Minimális gyújtásérzékenység

• A robbanás terjedési sebessége és ereje

• A robbanásban keletkező termékek terjedése és későbbi lehetséges reakciói (pl. vízgőz-durranógáz, a hidrogén és az oxigén mozgása, gyújtási energia megléte (kohászat))

Mit kell vizsgálni? II.

• A porok hőmérsékletének hatása a robbanási paraméterekre

• A porok méreteinek hatása a robbanási paraméterekre

• A porok anyagi minőségének hatása a robbanási paraméterekre

• A veszélyek csökkentési, eliminálási lehetőségei

Hartmann cső

Pressure

Hartmann cső fényképe

Az energia mérése

• Mérés szorzással és integrálással

HV

Current

∫u i dt

Timing

HV

Pressure

Eredmények

• Grafit: 10mJ elegendő

• Hőmérséklet növekedésével exponenciálisan csökken (1/T-vel)

• Wolfram: 30mJ elég

• Berílium?

Gyors villamos kisülések alkalmazása füstgázok

gázszennyezőinek felbontásában• Gyors villamos kisülés

• Villamos porleválasztóhoz hasonló reaktor

Laboratóriumi kísérletek

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

5 10 15 20 25 30 35 40

Feszültségimpulzus csúcsérték (kV)

Modellalkotás, áramkör

Modellalkotás, felbontás

Modellezés eredménye

0,00001 0,0001 0,001 0,01 0,1 1 10

Idő (sec)

Kon

cent

ráci

ó (m

olek

ula/

cm3)

1017

1015

1013

1011

109

107

105

103

Modellalkotás eredménye

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

1

5 10 15 20 25 30 35 40Impulzus csúcsfeszültség (kV)

Egy tipikus áramkör

• Egyutas egyenirányító

4 nF 100 nF

0,13 – 47 kΩ

Szikraköz

Kábel

PorleválasztóToroid transzformátor

230 V

Eredmények

240

250

260

270

280

290

300

310

320

30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50

NO koncentráció az idõ függvényében

Kon

cen

trác

ió (

pp

m)

Idõ (min)bekapcsolás kikapcsolás

Ózongenerátorok alkalmazása a környezetvédelemben

• Ózongenerátorok fejlesztése

• Felületi kisüléssel

• Kombinált felületi és térfogati kisüléssel

• Alkalmazás kisüléskémiai reaktorként

• Alkalmazás víztisztításban

Szállóporok nehézfémtartalmának csökkentése I.

• Konverterbe adagolt ócskavas egy része horganyzott, amelyről a cink és az ólom a füstgázba kerül

• A szállópor 60-65%-a vas, 3-5%-a cink, 0,3-0,6%-a ólom

• Visszajáratás komoly technológiai és környezetvédelmi probléma

Szállóporok nehézfémtartalmának csökkentése II.

• Kokszporral és kötőanyaggal keverve, hevítés során a cink és az ólom eltávozik, a vasoxid redukálódik

A kísérletek kiinduló mintája

32

5 10 db

90

80

Retorta

• Axonometrikus kép

Ø 88 mm

ℓ = 615 mm

Ø 12 mm

Ø 140 mm

d2 = 237 mm

2 mm

25 mm

Ø 8 mm

Ø 88 mm

A kísérleti elrendezés

Szűrő v. Porleválasztó

Gázelosztó

CO mérő CO2 mérő

Pa

N2

Áramlásmérő

Vákuumszivattyú (ha szükséges)

KéménybeRetorta

Végtermékek I.

Végtermékek II.

Végtermékek III.

A redukció foka

Idő-Redukciós fok diagram különböző hőmérsékleten

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 275 300 325 350 375 400 425 450 475 500

Idő (perc)

Red

ukció

s f

ok (

%)

nitr+vakuum_K43_071117_1000C_-0,6barvakuum+nitr_K31_071117_800C_-0,8barvakuum+nitr_C31_071117_800C_-0,8barnitr+vakuum_K44_071119_1030C_-0,8bar

Kohászati salakok felhasználása az útépítésben

• Hulladékhő felhasználása

• Képernyő üveg beolvasztása salakba

• Üvegesedési vizsgálatok

Építési bontási hulladékok felhasználása

• Azbeszt ártalmatlanítása beolvasztással

• Szálas hőszigetelő anyagok beolvasztása

• Üvegesedés

• Üvegtéglák

Ipari szennyvizek tisztítása ózonnal és villamos kisülésekkel

• Ózon

• Ózon és hidrogénperoxid együttes alkalmazása

• Gyors villamos kisülések alkalmazása

• Eredmények

A talajok védelmével, vagy a A talajok védelmével, vagy a romlott (degradált) talajállapot romlott (degradált) talajállapot helyreállításával kapcsolatos helyreállításával kapcsolatos vizsgálatok, kutatási irányokvizsgálatok, kutatási irányok

Ipari tevékenység

Városiasodás, urbanizáció

Közlekedés, energia

Mezőgazdaság

A talajminőséget veszélyeztető A talajminőséget veszélyeztető folyamatokfolyamatok és a és a főbb szennyezők főbb szennyezők

felmérése felmérése

A talajminőséget veszélyeztető A talajminőséget veszélyeztető folyamatokfolyamatok és a és a főbb szennyezők főbb szennyezők

felmérésefelmérése

Ipari tevékenység

Városiasodás, urbanizáció

Közlekedés, energia

Mezőgazdaság

Főbb szennyezőkFőbb szennyezők

• Szerves (mikro)-szennyezők (POP-ok)

• Kommunális szennyvizek mosó- és tisztítószerek

• Szénhidrogének (PAH), NOx, SOx – savas esők

• Növényvédő-szerek, műtrágyák

A talajállapot, a talajminőség A talajállapot, a talajminőség kimutatási lehetőségeinek kutatásakimutatási lehetőségeinek kutatása

• Fizikai-kémiai–biológiai módszerek alkalmazása.Fizikai-kémiai–biológiai módszerek alkalmazása.• Adatok nyerése, adatbázis létrehozása szennyezett Adatok nyerése, adatbázis létrehozása szennyezett

területekről.területekről.• Adatkezelés, a tényezők közötti összefüggések Adatkezelés, a tényezők közötti összefüggések

megállapítása (matematikai-statisztikai eszközökkel). megállapítása (matematikai-statisztikai eszközökkel). • A leginkább használható módszerek kiválasztásaA leginkább használható módszerek kiválasztása• A talajállapot nyomon-követése a kialakított A talajállapot nyomon-követése a kialakított

módszerekkel, folyamatos monitoring lehetőségemódszerekkel, folyamatos monitoring lehetősége• Adatbázis létrehozása, szaktanácsadásAdatbázis létrehozása, szaktanácsadás.

A talajállapot helyreállítási, A talajállapot helyreállítási, javítási lehetőségeinek kutatásajavítási lehetőségeinek kutatása

• A szennyezéseket lebontani képes mikroorganizmusok izolálása

• A mikrobák tesztelése laboratóriumi körülmények között (lebontó-képesség, (lebontó-képesség, tolerancia, terhelhetőség)tolerancia, terhelhetőség)

• A mikrobák tenyészthetősége

• Az alkalmazhatóság és a technológia kialakítása

Természetes vizekben élő algák vizsgálata

• Új kutatási irány

• Endocrin disruptorok

Alacsonyhőmérsékletű elfolyó vizek hulladékhőjének hasznosítása

• Országosan mintegy 2 GW

• Megújuló energia

• A Termodinamika II. Főtétele

Energia hatásfok

• Nem 100%

• Nem 80%

• Sokszor 16%

• Szénerőmű-villamos energia-világítás

• 16% x 70% x 2% ? 0,22%

• 20MJ-ból 44kJ fény

Kutatási irányok

• TIOP Intelligens energetikailag önfenntartó ház és energiaracionalizálási tudásközpont létrehozása

• Biomassza égetésvizsgálati vizsgálati állomás létrehozása

• Termoelem

• Hőszivattyú alaklmazása