UTYLZACJA ODPADÓW
Utylizacja odpadów polega na wykorzystaniu lub zniszczeniu surowców odpadowych lub materiałów, które straciły wartość użytkową. Najczęstszym sposobem utylizacji jest spalanie. Czasem piece utylizacyjne są wykorzystywane do podgrzewania wody ogrzewającej okoliczne osiedla. Termin utylizacja jest stosowany najczęściej na określenie procesu przerobu padliny i wszelkiego rodzaju ubocznych produktów przemysłu mięsnego i rybnego na mączki pastewne, tłuszcze techn., żelatynę, kleje itp. Oprócz znaczenia ekonomicznego utylizacja odpadów ma znaczenie sanitarne, gdyż likwiduje ewentualne ogniska chorób zakaźnych.
Utylizacja śmieci oraz ich powtórne wykorzystanie nie są jedynymi elementami właściwej gospodarki odpadami. Niezbędne jest wypracowanie odpowiednich sposobów ich składowania. Nie wystarczy zakładanie kolejnych wysypisk śmieci w tradycyjnym kształcie, na których składowane są wymieszane ze sobą, nie posegregowane śmieci, które są jedynie ubijane. Należy zadbać o to, aby jak najwięcej odpadów segregować i powtórnie przetwarzać. Na składowiskach śmieci powinny być stosowane wszelkie środki ostrożności tak, aby zapobiec ewentualnym skażeniom gleby i wód na przykład związkami promieniotwórczymi. Wszystkie odpady, których nie można powtórnie wykorzystać, powinno się w jak największym stopniu unieszkodliwić stosując metody rozkładu fizykochemicznego albo biologicznego.
Zgodnie z nowymi wymaganiami Prawa Ochrony Środowiska z dnia 1 października 2001 odpady muszą być przetworzone przed ich składowaniem. Jednym ze sposobów jest ich przetworzenie termiczne - powszechnie zwane spalaniem. Odpady przeznaczone do spalenia klasyfikowane są głównie na trzy grupy: odpady komunalne, odpady przemysłowe oraz odpady niebezpieczne. W tych trzech grupach odpadów znajdują się takie, które ze względu na brak innych możliwości przetworzenia poddaje się zniszczeniu w procesach termicznych, zwykle spalaniu. Proces spalania odpadów powoduje powstanie wielu zanieczyszczeń chemicznych emitowanych do środowiska wraz ze spalinami oraz pozostających w popiołach. W szczególności podczas niekontrolowanego spalania lub spalania w niesprawnych i przestarzałych technologicznie urządzeniach, emisja zanieczyszczeń do atmosfery może stanowić poważny problem ekologiczny.
Ważne podkreślenia jest, że 4 grudnia 2000 Rada Unii Europejskiej oraz Parlament Europejski uchwaliły Dyrektywę 2000/76/EC, w której określono jednoznacznie dopuszczalne wartości stężenia substancji szkodliwych emitowanych do atmosfery z procesów spalania odpadów oraz dla procesów współspalania w cementowniach i urządzeniach energetycznych. Dyrektywa ta ujednolica wartości dopuszczalnych stężeń dla spalania odpadów komunalnych, niebezpiecznych i szpitalnych.
Ministerstwo Środowiska wydało nowe Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 30 lipca 2001 Dz.U. Nr 87 Poz. 957 obejmujące podobny do Dyrektywy 2000/76/EC zakres realizacji w zakresie termicznej utylizacji odpadów.
Metody termicznego przetwarzania odpadów - w tym odpadów niebezpiecznych
Piroliza i dopalenie gazów pirolitycznych. Wymaga bardzo dokładnego oczyszczenie spalin od zanieczyszczeń.
Spalenie w piecu obrotowym z dopaleniem spalin w termoreaktorze. Wymaga sprawnych systemów odpylających i sprawnego oczyszczenie spalin i ścieków.
Spalanie odpadów w piecu z paleniskiem rusztowym stałym lub ruchomym. Bardzo uciążliwe w eksploatacji. Technika stosowana jedynie w dużej skali. Wymaga wielostopniowego systemu oczyszczania spalin.
Współspalanie w piecach cementowych. Problematyczne oczyszczenie spalin oraz zanieczyszczenie produktu końcowego.
Współspalanie w urządzeniach energetycznych. Problem z oczyszczeniem spalin oraz zwiększeniem się toksyczności popiołów.
Spalanie w piecach fluidalnych. Wymaga przygotowania ujednorodnionego materiału do spalania o stabilnej wartości opałowej, sprawnego odpylenia i oczyszczania spalin.
Termiczne niszczenie w urządzeniach mikrofalowych. Technologia opracowana głównie dla odpadów szpitalnych i stabilnych termicznie odpadów organicznych - w tym PCBs.
Termiczne niszczenie w plazmie. Metoda najwłaściwsza dla wysokotoksycznych odpadów, takich jak np. gazy bojowe, czy bardzo stabilne termicznie trujące związki chemiczne.
Wszelkie procesy niekontrolowanego spalania odpadów, a w szczególności coraz powszechniej występujące zjawisko spalania śmieci z indywidualnych gospodarstw domowych w piecach węglowych czy po prostu w stosach przed domem, stwarza idealne warunki fizyczne i chemiczne do powstawania dioksyn oraz innych zanieczyszczeń chemicznych. Bardzo intensywnie prowadzone w ostatnich latach badania naukowe nad ograniczeniem emisji dioksyn z procesów spalania doprowadziły do opracowania tego rodzaju technologii termicznej utylizacji odpadów, że konstruowane obecnie spalarnie emitują dioksyny na poziomie poniżej 0.1 nanograma na 1 normalny metr sześcienny gazów spalinowych (w odniesieniu do tzw. współczynnika toksyczności), co spełnia już bardzo wygórowane wymagania niskiego poziomu emisji dioksyn. Proces termicznego niszczenia odpadów komunalnych, szpitalnych i przemysłowych prowadzi się obecnie w oparciu o dobrze sprawdzone w praktyce technologie spalania.
Dążeniem technologów i konstruktorów jest stworzenie instalacji praktycznie całkowicie eliminującej powstawanie i uwalnianie dioksyn do środowiska. Złożoność procesów chemicznych i fizykochemicznych powstawania wysokotoksycznych związków organicznych podczas spalania odpadów, a także duży koszt inwestycyjny i eksploatacyjny zmusza do przyjęcia pewnego kompromisu pomiędzy ekonomią procesu termicznego unieszkodliwiania odpadów a skutkami jego dla środowiska. Można stworzyć taką technologię spalania odpadów niebezpiecznych która gwarantuje praktycznie zerowy poziom zawartości masowej tych związków zarówno w gazach emitowanych do atmosfery jak i ściekach i popiele. Pozostaje tylko pytanie ile to będzie kosztowało i / lub jak będzie to uciążliwa technologia dla użytkownika takiej instalacji. Kompromis w tym przypadku polega na przyjęciu dopuszczalnych poziomów stężeń toksycznych substancji uwalnianych do środowiska. Nowoczesne technologie termicznej utylizacji odpadów oparte są na katalitycznych procesach utleniania związków organicznych oraz na katalitycznym odchlorowaniu związków organicznych tak, aby całkowicie usunąć je ze strumienia gazu spalinowego, popiołów pozostających po spaleniu i materiałów eksploatacyjnych takich jak zużyte sorbenty i ścieki technologiczne. Ale nie odfiltrować, tylko zniszczyć. W tym celu można również wykorzystać dobrze poznane selektywne reakcje chemiczne zachodzące w warunkach spalania odpadów. Metody te opierają się na reakcjach blokowania chloru w gorącej strefie utleniania związków organicznych obecnych w strefie reakcji składników gazowych. Ważną rolę w tym procesie odgrywa obecność tlenków siarki, głównie SO3, powstających ze spalania np. zasiarczonego węgla kamiennego.
Odpady komunalne, które mają być spalone lub spopielone, muszą być wcześniej segregowane w taki sposób, aby oddzielić od nich te składniki, które w procesie spalania nie powinny się znaleźć. Chodzi tu przede wszystkim o niektóre tworzywa sztuczne (np. PCW) i toksyczne chemikalia. Szczególnie niepożądane w procesach spalania są związki organiczne zawierające w swojej strukturze chlor i brom, gdyż w procesie termicznym substancje chloroorganiczne ulegają złożonym reakcjom chemicznym prowadzącym m. i. do powstawania bardzo silnie toksycznych związków - wśród których znajdują się dioksyny. W latach 70 - tych i 80 - tych polichlorek winylu (PCW) stanowił bardzo pokaźny udział w wyrzucanych na składowiska odpadach komunalnych. PCW to przede wszystkim materiały budowlane takie jak rury, płytki podłogowe, izolacje kabli elektrycznych a także będące jeszcze w szerokim zastosowaniu gospodarczym opakowania. Niestety, ale na wysypiska śmieci trafiają również przepracowane, zużyte oleje kondensatorowe i transformatorowe zawierające w swoim składzie polichlorowane bifenyle (PCB). Związki te ulegają w wysokiej temperaturze utlenieniu do PCDFs i w mniejszej skali do PCDDs. Jednak proces ten zachodzi z dużą wydajnością tak, że z 1 kg PCB może powstać ponad 10g PCDFs i 1g PCDDs. Oleje te trafiają na wysypiska jako przeterminowane lub wycofane z obrotu handlowego. Oprócz tego w spalanych odpadach znajdują się pokaźne ilości zabronionych już do stosowania w rolnictwie i leśnictwie chloroorganicznych środków ochrony roślin oraz środków grzybobójczych zawierających w swoim składzie chlorowane fenole, itd. Jest oczywiste, że substancje te nie powinny znaleźć się na wysypiskach śmieci ale tak się dzieje i chyba należy liczyć się z tym , że na składowiskach śmieci komunalnych substancje te będą dalej się gromadziły. Praktycznie rzecz biorąc nie ma możliwości jakiejkolwiek kontroli składu wyrzucanych masowo śmieci i tyko właściwie prowadzona polityka segregowania śmieci począwszy od naszych domowych śmietników a skończywszy na szeroko rozumianym recyklingu rozdzielonych odpadów może doprowadzić do racjonalnego gospodarowania odpadami a co za tym idzie do spalania odpadów zawierających znacznie mniej tworzyw sztucznych - w tym PCW, chemikaliów i przepracowanych olejów transformatorowych i kondensatorowych. Wszystko to jednak, czego nie da się powtórnie wykorzystać lub bezpiecznie składować na wysypiskach należy spalić w nowoczesnych instalacjach skonstruowanych w oparciu o najnowsze zdobycze badań naukowych nad procesami spalania, szczególnie w zakresie ograniczenia emisji do środowiska.
Metody zagospodarowania pozostałości po termicznym niszczeniu odpadów (popiołów):
Coraz powszechniej stosowaną metodą pozbywania się odpadów niebezpiecznych odpadów jest ich termiczna utylizacja. Proces ten pozwala na znaczne zmniejszenie objętości i masy spalanych odpadów. Spalanie odpadów stwarza jednak problemy powstania i konieczności zagospodarowania pozostałości takich jak: popioły z komór spalania, odfiltrowany lotny popiół, nasycone sorbenty i odprowadzane ścieki technologiczne. Instalacje do termicznej utylizacji odpadów, pracujące w oparciu o najnowsze rozwiązania technologiczne pozwalają na emitowanie do atmosfery gazu spalinowego o znikomej zawartości szkodliwych substancji chemicznych, metali ciężkich i pyłów. Substancje szkodliwe pozostają jednak w popiele lub są wyłapywane na sorbentach pozostających jako wtórny odpad po procesie spalania.
Wiele rozwiązań technologicznych oferowanych na Polski rynek gwarantuje nie przekraczanie wymaganych poziomów emisji zanieczyszczeń wraz z gazem spalinowym (stosownie do odpowiednich rozporządzeń). Ciągle nierozwiązany pozostaje problem z zagospodarowaniem pozostałości po procesie spalenia, gdyż zarówno popioły jak i zużyte sorbenty należy traktować jako materiały potencjalnie toksyczne.
Metody zagospodarowania pozostałości powstających w procesach spalania odpadów nie są jeszcze całkowicie dopracowane pod kątem ich pełnej detoksykacji. Wymóg określony w Art. 5.2 i 5.3 ustawy o odpadach z 27 czerwca 1997 r. Dz.U. nr 96, poz. 592 jest w praktyce niemożliwy do spełnienia w odniesieniu do zawartości zanieczyszczeń w pozostającym po procesie spalania popiele. Proces technologiczny spełniający te wymagania musi uwzględniać albo dalsze przetworzenie popiołu tak, aby uzyskać nietoksyczny produkt, lub poddać go zestaleniu w kompozycjach cementowych lub za pomocą odpowiednich żywic syntetycznych. Można stosować powlekanie zestalonych produktów substancjami hydrofobowymi w celu zabezpieczenia przed pyleniem i wypłukiwania zanieczyszczeń wodą. Tak zabezpieczona ostateczna pozostałość po spalaniu odpadów może być zupełnie bezpiecznie składowana na wysypiskach odpadów komunalnych. Inne metody zagospodarowania popiołów polegają na zastosowaniu ich jako składnika kompozycji nawierzchni dróg asfaltowych lub betonowych.
Techniki mikrofalowe w metodach termicznej utylizacji niektórych rodzajów odpadów
W zakresie termicznych metod niszczenia odpadów szpitalnych i przemysłowych stosowane są powszechnie w Polsce technologie oparte na spalaniu. W rozpowszechnionych w kraju instalacjach proces spalania prowadzony jest dwustopniowo. W pierwszym etapie następuje zgazowanie organicznych frakcji odpadów przy znacznym niedoborze tlenu, a powstały palny gaz spalany jest w drugim etapie w komorze dopalającej, gdzie należy wprowadzić powietrze dostarczające tlenu do reakcji spalania. W nowo zbudowanych lub zmodernizowanych spalarniach procesy te są prowadzone w instalacjach wyposażonych w sprawne systemy oczyszczania spalin, zapewniających minimalny poziom stężeń substancji szkodliwych emitowanych ze spalinami do atmosfery.
Spaliny odprowadzane są do atmosfery w ilości 2000 - 5000 m3/h ( w warunkach rzeczywistych). Pozostałość po spaleniu, czyli popioły i zużyte materiały eksploatacyjne (sorbenty) stanowią 10 - 25% masy spalanych odpadów.
W większości stosowanych rozwiązań technologie oczyszczania spalin powodują powstawanie ścieków, odprowadzanych głównie do kolektorów miejskich. W typowych spalarniach o wydajności 50 - 100 kg/h spalanych odpadów powstają ścieki w ilości od kilkuset litrów do kilku m3/h.
Alternatywą dla procesów spalania odpadów jest ich termiczne przetworzenie przy zastosowaniu mikrofal. Do mikrofalowego niszczenia odpadów przemysłowych w tym głównie niebezpiecznych wykorzystywane są coraz powszechniej urządzenia o wydajności do 50 kg/h. Zwykle proces technologiczny składa się z trzech etapów: wprowadzenia odpadów do komory załadowczej, mikrofalowej, beztlenowej dezintegracji materii organicznej w zakresie temperatur 250 - 3500C oraz rozdrobnienia pozostałości na granulat nadający się do deponowania na wysypisku komunalnym.
Technologia ta pozwala to na otrzymanie nie identyfikowalnej, sterylnej pod względem mikrobiologicznym pozostałości.
W typowych rozwiązaniach konstrukcyjnych odpady umieszcza się na tekturowych tacach. Jednorazowo można wprowadzić do ok. 50 kg odpadów. Po zamknięciu wszystkich komór ich wnętrze wypełniane jest azotem a następnie włącza się zasilanie magnetronów wytwarzających mikrofale. Energia fotonów wytwarzanych przez magnetrony jest dobierana przez program, który kontroluje masę niszczonych odpadów oraz temperaturę wewnątrz komory reakcyjnej.
Zasada mikrofalowego niszczenia odpadów polega na przekazywaniu energii poprzez fotony cząsteczkom substancji organicznych zawartych w odpadach tak, że następuje ich początkowa wibracja, efektem której jest rozpad cząsteczek na mniejsze (o mniejszej masie molowej).
Reakcja postępuje dalej do tego stopnia, że ze złożonych związków organicznych będących substancjami stałymi powstają lekkie związki organiczne w fazie gazowej. Gazy reakcyjne opuszczają instalacje poprzez system oczyszczania i są odprowadzane do atmosfery. Pozostałe, nie rozłożone, zredukowane (zwęglone) substancje organiczne pozostają jako tzw. karbonizat i po zakończeniu procesu termicznego następuje jego rozdrobnienie. Sypka, jednorodna pozostałość przenoszona jest pneumatycznie do pojemników kartonowych, które wraz z zawartością wywożone są na wysypiska komunalne.
Cały cykl trwa od 50 - 90 minut w zależności od masy i składu odpadów. Całkowita, dobowa wydajność instalacji wynosi ok. 700 kg przy założeniu 16 godzinnego (dwuzmianowego) czasu pracy.
Natężenia promieniowania mikrofalowego na zewnątrz urządzenia kontrolowane jest przez systemy zabezpieczające. Próg działania systemów alarmowych wyłączających zasilanie magnetronów został ustawiony na poziomie znacznie poniżej natężenia szkodliwego dla zdrowia.
Wyraźnie należy podkreślić fakt, że instalacja nie potrzebuje zasilania paliwami pomocniczymi jak w przypadku spalarni. Nie wymaga zasilania ani gazem ziemnym ani olejami opałowymi.
Za dużą zaletę procesu mikrofalowego w porównaniu ze spalaniem należy uznać fakt prowadzenia procesu w temperaturach poniżej 3000C w atmosferze gazu obojętnego. Takie warunki zapobiegają zachodzeniu wielu reakcji chemicznych, efektem których jest powstanie silnie toksycznych związków chemicznych. Reakcje takie zachodzą podczas spalania w temperaturach powyżej 3500C i w obecności tlenu potrzebnego do spalania. W procesie mikrofalowego niszczenia odpadów reakcje takie nie zachodzą, co więcej, pod wpływem promieniowania mikrofalowego związki chemiczne ulegają rozkładowi, a nie syntezie. Nie ma więc potrzeby usuwania tych zanieczyszczeń metodami adsorpcji na sorbentach stałych jak w spalarniach, gdzie pozostaje problem zagospodarowania zużytych sorbentów. Nie ma również potrzeby usuwania tlenków azotu, gdyż proces jest niskotemperaturowy i zachodzi w atmosferze czystego azotu. W takich warunkach tlenki azotu nie tworzą się. Z tego też powodu SO2 i CO obecne są w gazach reakcyjnych w niskich stężeniach.