04.12.2012

Patrycja Kąkol 186 504
Katarzyna Rycombel 188 538
Magda Strutyńska 186573
TERMIN ZAJĘĆ: WT/TP 12:15-13:00
GRUPA: 8

SPRAWOZDANIE Z ZAJĘĆ LABORATORYJNYCH FIZYKOCHEMIA ODPADÓW

I CZĘŚĆ TEORETYCZNA

1. Celem wykonania badań odpadów było zbadanie ich właściwości w celu przeznaczenia ich do dalszego przetworzenia. Badane odpady pochodziły z gospodarstw domowych co potwierdziły badania morfologiczne, zamieszczone w dalszej części sprawozdania.

II CZĘŚĆ BADAWCZA

1. Sposób wykonania oznaczeń

1. Morfologia odpadów

Surowy odpad rozdzielono na dwie frakcje, powyżej 60 mm i poniżej 60 mm. Badania przeprowadzono na frakcji powyżej 60 mm. Po oddzieleniu odpadów na frakcję powyżej 60 mm, rozdrobniono odpady na drobniejsze kawałki, tak przygotowane próby posłużyły do wykonania dalszych badań.

1. Uwodnienie

Rozdrobniony odpad umieszczono w uprzednio zważonym krystalizatorze, zważono krystalizator z odpadem surowym i umieszczono w suszarce, w temperaturze 105^oC. Po wysuszeniu krystalizator zważono i obliczono uwodnienie.

1. Masa organiczna

Umieszczono rozdrobniony odpad surowy w uprzednio zważonym krystalizatorze, zważono krystalizator z odpadem surowym, umieszczono w suszarce, w temperaturze 105^oC, ponownie zważono i umieszczono w piecu w celu spalenia w 600^oC.

1. Destylacja azotu

Odważony odpad surowy umieszczono w kolbie destylacyjnej i następnie dodano odczynniki : 10 cm³ stężonego H₂SO₄ oraz 5 cm³ 10% CuSO₄, po każdym dodaniu odczynnika próbę zamieszano. W kolbie umieszczona był także porcelanka zapobiegająca przegrzaniu się wrzącej cieszy. Próbę poddano mineralizacji w koszu grzewczym. Następnie próbę poddano destylacji do kwasu. Kolbę przepłukano wodą destylowaną i dodano 5 kropli fenoloftaleiny. Do zestawu destylacyjnego podłączono odbieralnik, tj. kolba stożkowa z 10 cm³ 0,1n HCl i 5 kropli czerwieni metylowej. Tuż przed destylacją dodano do kolby destylacyjne 20% NaOH do uzyskania niebiesko-czerwonej barwy i podłączono natychmiast do zestawu destylacyjnego.

1. Metale

W przesączu po mineralizacji oznaczono potas, chrom i nikiel, w laboratorium analitycznym metodami spektrofotometrycznymi

1. Popiół

Odważoną, zmieloną suchą masę umieszczono w wcześniej zważonym pustym tyglu i poddano spaleniu w 800^oC, po spaleniu ponownie zważono.

III WYNIKI BADAŃ

1. Morfologia badanych odpadów

Tabela 1. Wyniki morfologii odpadów

Kategoria główna	Udział wagowy [g]	Udział procentowy [%]	Udział wagowy w próbie o wadze 300 g
Puszki/frakcje metalowe	247,00	5,13	15,39
Odpady wieloskładnikowe	514,00	10,68	32,04
Szkło	1446,00	30,04	90,12
Odpady organiczne, biodegradowalne	211,00	4,38	13,40
Odpady niebezpieczne	128,00	2,66	7,98
Tekstylia	116,00	2,41	7,23
Papier i tektura	1763,00	36,63	109,89
Tworzywa sztuczne	388,00	8,06	24,18
SUMA :	4813		300,00

Do dalszej pracy przygotowano 150 g odpadu, do badania wzięto frakcje:

- odpady wieloskładnikowe

- odpady organiczne, biodegradowalne

- tekstylia

- papier i tektura

- tworzywa sztuczne .

Poniższy diagram obrazuje procentowy udział frakcji w 150 g próby przygotowanego odpadu.

Diagram 1. Procentowy udział wybranych frakcji w 150 g próby

2. Uwodnienie, masa organiczna, azot ogólny, wyciąg wodny (pH, przwodnictwo, utlenialność, azot amonowy), mineralizacja na metale, oznaczanie popiołu

1. Uwodnienie

Tabela 2. Uwodnienie

	Waga [g]
	Krystalizator 6Cz
krystalizator pusty	53,6057
krystalizator z odpadem surowym	65,4908
krystalizator po wysuszeniu	53,6057
Uwodnienie [%]	8,02
Uwodnienie średnie [%]	9,14

Obliczenia :

• krystalizator 6cz

M_O = M_k + O − M_k = 65, 4908 − 53, 6057 = 11, 8851 g

M_{O 105^oC} = M_{k 105^oC} − M_k = 64, 5371 − 53, 6057 = 12, 3816 g

M_H2O = 0, 09537 g

$$Uwodnienie = \left( \frac{0,09537}{11,8851} \right) \bullet 100\% = 8,02\%$$

•krystalizator EM-8

M_O = M_k + O − M_k = 74, 6595 − 60, 9140 = 13, 7455 g

M_{O 105^oC} = M_{k 105^oC} − M_k = 73, 2484 − 60, 9140 = 12, 3344 g

M_H2O = 1, 4111 g

$$Uwodnienie = \left( \frac{1,4111}{13,7455} \right) \bullet 100\% = 10,26\%$$

1. Masa organiczna

Tabela 3. Masa organiczna

	Waga [g]
	Krystalizator 6cz
krystalizator pusty	53,6057
krystalizator z odpadem surowym	65,4908
krystalizator z odpadem surowym po wysuszeniu w 600^oC	55,2442
sucha masa	10,9314
masa organiczna [%]	85,01

Obliczenia

14,4273 g - 100%

1,8506 g - x

x = 12,8% - pozostałość po wysuszeniu

1. Oznaczenie popiołu

Tabela 4. Oznaczenie popiołu

	Waga [g]
	Tygiel D
tygiel pusty	22,3556
tygiel z odpadem surowym	23,2267
masa odpadu surowego	0,8711
masa tygla z odpadem surowym po 800^oC	22,4485
zawartość popiołu [%]	9,55

Obliczenia

$$A = \frac{\left( m_{3} - m_{1} \right)}{\left( \frac{m_{2}}{m_{1}} \right)} \bullet 100\% = \frac{\left( 49,0685 - 48,9747 \right)}{\left( 49,9568 - 48,9747 \right)} \bullet 100\% = 9,55\%$$

1. Azot ogólny

Tabela 5. Azot ogólny

	Waga [g]
masa odpadu surowego	5,3075
masa suchej pozostałości	0,0022
masa naważki azotu	4,8224
mg azotu/kg s.m.	4180,5

Obliczenia

20 cm³ dodano kwasu

5,6 cm³ zeszło 0,1 n NaOH

20 cm^{3 -} 5,6 cm³ = 14,4 cm³

14,4 cm³ * 1,4 mg = 20,16 mg N_og

20,16 * (1000/4,8224) = 4180,5 mg N/kg Sm

Sucha masa: 100% - 9,14% = 90,86%

4180,5/1000 = 4,18 %

1. Wyciąg wodny

Tabela 6. Wyniki analizy wyciągu wodnego

pH	7,36
przewodnictwo	792 µS/cm
Utlenialność
rozcieńczenie	miareczkowanie [ml]
1:20	5,7
Azot amonowy
rozcieńczenie	Odczyt ze wzorca
1:100	stężenie zbyt małe, poza skalą wzorców

1. Zestawienie ogólne wyników analizy fizykochemicznej badanych odpadów, razem z metalami

Tabela 7. Wyniki analizy fizykochemicznej badanych odpadów

	WYNIK
Uo	9,14%
Mog	85,01%
Nog	4180,5 mg/kg s.m. = 0,42% Nog
Pop.	10,66%
Pog.	134,2 mg/kg s.m.
P2O5	0,03%
Metale
K	1507,4 mg/kg s.m.
K2O	0,18 mg
Cr	24,6 mg/kg s.m.
Ni	49,4 mg/kg s.m.
Wyciąg wodny
pH	7,36
przewodnictwo	792 µS/cm
utlenialność	480 mgO2/dm^3
azot amonowy	zbyt małe stężenie, poza skalą wzorców

3. Właściwości paliwowe odpadów

Charakterystykę odpadów pod względem paliwowym określa trójkąt spalania Tannera.

Przeliczając uzyskane wyniki uwodnienia, substancji niepalnych (popiołu) oraz substancji na suchą masę, naniesiono dane na trójkąt Tannera w celu charakterystyki właściwości paliwowych.

Wartości:

• U_o=9,14% , 100%-9,14%=90,86%

• pop.=10,66%

• snp=10,66%·(90,86/100)=9,69%

•sp=89,34 s.m.·0,9086=81,17%

W wyniku przeprowadzonej analizy określono, że badana próba odpadu po naniesieniu danych, znajduje się w obszarze autotermicznego spalania, czyli spalanie odbywa się bez dodatkowego zużycia energii.

Przedstawione dane na trójkącie spalania Tannera znajdują się na stronie 6.

IV WNIOSKI KOŃCOWE

1. Biologiczna stabilizacja

Tabela 8. Wyniki badanego odpadu po biologicznej stabilizacji

	Odpad	Stabilizat
N	0,42%	0,42%
P	0,03% P2O5	0,03 P2O5
K	0,18% K2O	0,18 K2O
Mog	85,01%	51,00%
Cr	24,60 mg/kg s.m.	49,20 mg/kg s.m.
Ni	49,40 mg/kg s.m.	98,80 mg/kg s.m.

Tabela 9. Maksymalne zawartości metali w mieszaninie odpadów do biologicznego przetwarzania oraz dopuszczalne zawartości w nawozach i środkach wspomagających

Biologiczna stabilizacja odpadów, jest to nic innego jak ich biologiczne unieszkodliwienie w warunkach tlenowych bądź beztlenowych.

W przypadku tlenowej stabilizacji w wyniku biologicznego unieszkodliwiania odpadów uzyskuje się nowy odpad w postaci stabilizatu, który nie spełnia wymagań dla nawozów organicznych lub środków wspomagających uprawę roślin, ale możliwe jest jego składowanie lub może zostać poddany odzyskowi.

Natomiast stabilizacja beztlenowa (fermentacja metanowa) polega na wytworzeniu biogazu oraz nowego odpadu jakim jest stabilizat nie spełniający, również jak w przypadku stabilizatu po tlenowej stabilizacji, wymagań dotyczących nawozów organicznych bądź środków wspomagających uprawę roślin, ale może zostać poddany składowaniu, bądź termicznemu przekształceniu.

Na podstawie danych z tabeli nr 9, wykonanej na podstawie rozporządzenia Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi w sprawie nawozów i nawożenia możemy stwierdzić, że zawartość chromu w stabilizacje mieści się w dopuszczalnym zakresie, ale zawartość niklu przekracza normę, co nie pozwala na przeznaczenie badanego odpadu na biologiczną stabilizację w celach nawozowych.

Na podstawie tego samego rozporządzenia, stwierdza się również nie spełnienie warunków dotyczących zawartości azotu całkowitego, fosforu w przeliczeniu na procentową zawartość P₂O₅ oraz K₂O, wartości te są zbyt niskie.

Na podstawie rozporządzenia Ministra Gospodarki i Pracy, stwierdza się równie brak możliwości składowania stabilizatu na składowisku odpadów, ponieważ wartości niklu nie mogą przekraczać

40 mg/kg s.m.

2. Recykling

Badany odpad charakteryzuje się różnorodną zawartością głównych kategorii odpadów. Jednakże wysoka zawartość procentowa tworzyw sztucznych oraz papieru i tektury, po wcześniejszym sortowaniu, stwarza możliwość przeznaczenie oddzielonych frakcji w wyniku sortowania, do dalszego przetwarzania.

Wyróżnia się kilka metod recyklingu.

Recykling materiałowy polega na wykorzystania odpadów i zużytych materiałów do produkcji nowych wyrobów.

Recykling chemiczny polega na rozpadzie materiału polimerowego w wyniku reakcji chemicznej z wodą lub innymi związkami chemicznymi w wyniku, której powstają związki małocząsteczkowe, służące do ponownego otrzymania czystych polimerów lub do innych celów.

Recykling termiczny polega na rozpadzie materiału polimerowego pod wpływem temperatury. Do recyklingu termicznego zaliczamy pirolizę, hydrokraking, czyli uwodornienie, zgazowanie i bezpośrednie spalanie z odzyskiem ciepła. Piroliza polega za rozkładzie termicznym polimerów bez dostępu powietrza w temperaturze 700-1000°C. Otrzymuje się produkty w postaci gazu (44%), oleju (26%) i odpadów stałych (30%). Gaz i odpady stałe używa się do celów opałowych natomiast olej przerabia się na surowce do syntezy polimerów.

Hydrokraking polega na uwodornieniu substancji powstałych w wyniku rozpadu polimeru pod ciśnieniem w wysokiej temperaturze. Produkty po odpowiedniej przeróbce można rozdzielić na benzynę i olej opałowy. Zgazowanie odpadów z tworzyw sztucznych polega na częściowym utlenieniu produktów rozpadu w temperaturze 1350-1600°C pod zwiększonym ciśnieniem. Powstający gaz palny składa się z tlenku węgla i wodoru, natomiast pozostałość stanowi węgiel i nieorganiczne i napełniacze. W procesie tym nie tworzą się produkty ciekłe.

3. Spalanie

Na podstawie trójkąta Tannera stwierdzono możliwość wykorzystania badanego odpadu do produkcji paliw alternatywnych. Trójkąt ten ilustruje, że badany odpad zawiera się w obszarze autotermicznego spalania.

Korzystając z wcześniejszego sortowania badanego odpadu, jako że odpad ten charakteryzuje się dużą zawartością tworzyw sztucznych, oraz tektury i papieru, można zaproponować rozwiązanie w postaci spalania odpadów polimerowych dla celów energetycznych, ponieważ ciepło spalania większości jest duże a masa popiołu powstałego po spaleniu wynosi poniżej 10% masy materiału wyjściowego, przez co można uzyskać znaczne obniżenie kosztów składowania odpadów. Natomiast ciepło spalania papieru i tektury wynosi około 13,9 MJ/kg, określa się tą wartość jako wysoką.

Zazwyczaj stosuje się mieszaninę trzech kategorii odpadów, tak aby uzyskać wartość opałową 16 MJ/kg.

Technologia spalania odpadów, choć szeroko stosowana, nie tyle na terenie Polski co pozostałych państw Europy, wzbudza kontrowersje. Krytyka tego rozwiązania koncentruje się na wskazywaniu negatywnego wpływu stosowania spalania odpadów na stosowanie innych, bardziej efektywnych i tańszych metod utylizacji odpadów – spalanie jest prostsze i szybsze od recyklingu czy kompostowania. Podnoszony jest też negatywny wpływ spalarni na środowisko z uwagi na emitowane zanieczyszczenia powietrza

4. Składowanie na wysypisku

Wg zawartych informacji w rozporządzeniu ministra w sprawie składowania odpadów na składowiskach odpadów, badany odpad mieści się w zakresie dozwolonym na składowanie. W przypadku zbyt wysokich kosztów transportu do punktu odbioru odpadów w celu dalszego ich przekształcania, zaleca się wywóz na składowisko odpadów.

5. Rekultywacja terenów zdegradowanych

W przypadku przeznaczenia odpadu do rekultywacji terenów zdegradowanych, wyznaczone są trzy punkty określające przydatność odpadu:

1. Podział na frakcje 0-60 mm

2. Szkło i ceramika oraz kategoria „obojętne” poniżej 2%

3. Zawartość metali – chrom i nikiel, nie przeszkadza

Badany odpad nie nadaje się do przeznaczenia na rekultywację terenów zdegradowanych, ponieważ nie spełnia warunków określonych w punkcie nr 2.

V ŹRÓDŁA

Wytyczne dotyczące wymagań dla procesów kompostowania, fermentacji i biologiczno-mechanicznego przetwarzania odpadów (wg stanu prawnego na dzień 15 grudnia 2008);

opr. dr inż. Ryszard Szpadt, dr hab. inż. Andrzej Jędrczak;

http://www.mos.gov.pl/g2/big/2009_07/ffc492d741b261340b1e263cd1c05c85.pdf

Instrukcje do ćwiczeń laboratoryjnych OŚ III ROK, ZWUŚiO IV ROK „Fizykochemia odpadów, chemia odpadów”;

opr. mgr inż. Anna Joczyn, mgr inż. Henryk Małysa, dr inż. Emilia den Boer

Dz. U. 2005 nr 186 poz. 1553; Rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 7 września 2005 r. w sprawie kryteriów oraz procedur dopuszczania odpadów do składowania na składowisku odpadów danego typu

Dz. U. 2008 nr 119 poz. 756; Rozporządzenie Ministra Rolnictwa i Rozwoju Wsi z dnia 18 czerwca 2008 r., w sprawie wykonania niektórych przepisów ustawy o nawozach i nawożeniu