POLITECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ INZYNIERII ŚRODOWISKA

Sprawozdanie z laboratorium z przedmiotu

GOSPODARKA ODPADAMI

Wykonały:

Odziemczyk Małgorzata

Presnarowicz Monika

Sadowiak Katarzyna

Grupa IOŚ

Badana próbka:

Miejsce poboru próbki: Warszawa, Praga Północ

Data poboru próbki: 13.10.2005

Nr próbki: 12/B

1. Cel badań

Określenie własności technologicznych odpadów i wybór metody ich unieszkodliwiania.

2. Zakres badań

Przed podjęciem decyzji o wyborze metody unieszkodliwiania odpadów należy przeprowadzić szereg badań stwierdzających ich przydatność do poszczególnych procesów unieszkodliwiania. Do najbardziej popularnych należy kompostowanie i spalanie odpadów.

Wskaźniki charakteryzujące właściwości paliwowe odpadów:

• Zawartość wilgoci

• Zawartość składników palnych

• Zawartość składników niepalnych

• Zawartość składników lotnych

• Ciepło spalania

• Wartość opałowa robocza

• Zawartość składników agresywnych

• Skład elementarny (pierwiastkowy) części palnych

Wskaźniki charakteryzujące właściwości nawozowe odpadów:

• Zawartość ogólnej substancji organicznej

• Zawartość węgla organicznego

• Zawartość azotu organicznego

• Zawartość fosforu

• Zawartość potasu

3. Wyniki i obliczenia

ZAWARTOŚĆ OGÓLNEJ SUBSTANCJI ORGANICZNEJ I

ZAWARTOŚĆ WĘGLA ORGANICZNEGO

1) Zawartość ogólnej substancji organicznej obliczamy ze wzoru:

[%]

m₁ -masa próbki przed prażeniem: 1,5517 [g]

m_{2 -} masa próbki po prażeniu: 0,74095 [g]

= 52,2 [% s. m.]

2) Zawartość węgla organicznego w badanej próbce w stosunku do suchej masy odpadów obliczamy ze wzoru:

[%C_org s.m.]

a - objętość roztworu 6-wodnego siarczanu żelaza(II) i amonu zużytego na miareczkowanie próbki zerowej [ml]

b - objętość roztworu 6-wodnego siarczanu żelaza(II) i amonu zużytego na miareczkowanie próbki odpadów [ml]

f - współczynnik korygujący miano roztworu 6-wodnego siarczanu żelaza(II) i amonu na roztwór o c = 0,2 mol/l (dla którego f=1)

m - masa próbki odpadów [g]

0,0006 - ilość węgla odpowiadająca 1 ml roztworu soli Mohra o c = 0,2 mol/l

=21,8 [%C_org s.m.]

ZAWARTOŚĆ SKŁADNIKÓW PALNYCH, NIEPALNYCH I LOTNYCH

Metoda polega na spopieleniu badanej próbki odpadów, a następnie wyprażeniu jej do stałej masy w piecu elektrycznym w temperaturze 800ºC i obliczeniu w procentach składników palnych i niepalnych. Można przyjąć, że zawartość składników palnych w wysuszonej próbce (straty prażenia w temp. 800ºC) jest o około 2-3 % większa, niż zawartość ogólnej substancji organicznej (po uwzględnieniu właśnie tych 2 % jako straty prażenia w temperaturze 800 ºC)

1) Zawartość składników palnych obliczamy w stosunku do suchej masy odpadów ze wzoru:

= 53,24 [%]

Zawartość składników palnych stanowi wartość substancji organicznej powiększoną o 1-3%

2) Zawartość składników niepalnych obliczamy w stosunku do suchej masy odpadów ze wzoru:

= 46,76 [%]

3) Zawartość składników palnych i niepalnych w przeliczeniu na odpady w stanie surowym obliczamy ze wzoru:

= 32,32 [%]

= 28,38 [%]

gdzie:

Wc - zawartość wilgoci = 39,3%

4) Zawartość części lotnych przyjęto jako 85% części palnych obliczono ze wzoru:

X_L = 32,32 * 85 % = 27,47 [%]

=
= 51,60 [% cz. p.]

CIEPŁO SPALANIA I WARTOŚĆ OPAŁOWA

Ciepło spalania odpadów obliczamy ze wzoru wyjściowego:

[J/g s. m.]

gdzie:

K - stała kalorymetru [J/ºC]

D_t - ogólny przyrost temperatury okresu głównego [ºC]

k - poprawka na wymianę ciepła kalorymetru z otoczeniem [ºC]

(D_t - k) - przyrost temperatury w czasie spalania w bombie [ºC]

m - odważka odpadów

q₁ - ciepło spalania drucika

m₁ - masa drucika

6,0 - ciepło syntezy 0,0001 gramorównoważnika kwasu azotowego powstałego ze spalania azotu [J]

V₁ - ilość roztworu kwasu solnego użytego do miareczkowania roztworu po spaleniu w bombie [ml]

15,0 - ciepło syntezy 0,0001 gramorównoważnika kwasu siarkowego powstałego SO₃ [J]

V₂ - ilość roztworu wodorotlenku baru użytego do miareczkowania roztworu po spaleniu w bombie [ml]

Ze względu na to, że próbka była wysuszona, ciepło spalania liczy się w [J/kg s.m.] a podaje w [kJ/kg s.m.]

Po uproszczeniu przybiera on postać:

[J/g s. m.]

[°C]

Okres pomiaru	Odczytana temperatura	Przyrost temperatury w okresie	Średni przyrost temperatury na minutę
Początkowy	21,910	dh = 21,910 - 21,940 = - 0,03
				21,920
				21,935
				21,940
				21,940
	Główny			22,110	Dt =22,710 - 21,940 = 0,77
				22,370
				22,530
				22,710
				22,710
	Końcowy			22,700	dk =22,755 - 22,730 = 0,02
				22,695
				22,690
				22,680
				22,680

[°C]

[°C]

gdzie:

k - poprawka na wymianę ciepła kalorymetru z otoczeniem [ºC]

d_h - średni przyrost temperatury na 1 minutę w okresie początkowym [ºC/min]

d_k - średni przyrost temperatury na 1 minutę w okresie końcowym [ºC/min]

n - czas trwania głównego okresu pomiarowego [min]

22,710 - 21,940 = 0,77 [°C]

d_h = - 0,149 ºC/min

d_k = 0,0037 ºC/min

n = 4 min

Masa pastylki: 0,8353 [g]

K = 3339,8 cal/ºC = 13983 J/ºC

= 12538 kJ/kg s.m.

Wartość opałowa odpadów wysuszonych obliczana jest ze wzoru:

[J/g s. m.]

gdzie:

W - wartość opałowa [J/g]

Q_c - ciepło spalania odpadów [J/g]

W_c - wilgotność całkowita odpadów (w tym przypadku, przy wysuszonych odpadach W_c=0 %)

H - zawartość wodoru w związkach organicznych [%]

24,42 - ciepło parowania wody w temperaturze 25ºC, odpowiadające 1% wody zawartej w odpadach [J/g]

8,9 - współczynnik przeliczeniowy wodoru na wodę

= 10784 [J/g s. m.]

A wartość opałowa robocza odpadów surowych ze wzoru (o wilgotności w stanie surowym):

[J/g]

W_r =
= 4897 [J/g]

Analiza elementarna

Oznaczenie polega na całkowitym spaleniu odważki odpadów w strumieniu powietrza w obecności substancji i katalizatorów, a następnie:

• Absorpcji powstałych w wyniku spalania CO₂ i H₂O w urządzeniach absorpcyjnych

• Wagowym oznaczeniu powstałych produktów spalania

• Obliczeniu na podstawie uzyskanych wyników zawartości węgla i wodoru w badanych odpadach przy zastosowaniu odpowiednich współczynników przeliczeniowych

Przed spaleniem:

Masa łódeczki: 2,5293 [g]

Masa łódeczki z próbką odpadów: 2,58075 [g]

Po spaleniu:

Masa łódeczki: 2,5278 [g]

Masa łódeczki z próbką odpadów po spaleniu: 2,5548 [g]

Masa U-rurek przed pochłonięciem:

H₂O - 39,3205 [g]

CO₂ - 39,1763 [g]

Masa U-rurek po pochłonięciu:

H₂O - 39,3028 [g]

CO₂ - 39,1276 [g]

1) Zawartość węgla w badanej próbce (w procentach w stosunku do suchej masy odpadów) oblicza się stosując następujący wzór:

[% s. m.]

gdzie:

m_C - przyrost masy U-rurki do absorpcji CO₂

m - masa próbki odpadów

0,2727 - współczynnik przeliczeniowy masy molowej CO₂ na węgiel

m_C = 0,0487 g

m = 0,05145 g

= 25,8 [% s. m.]

2) Zawartość wodoru oblicza się z następującego wzoru (także próbce w procentach w stosunku do suchej masy odpadów):

[% s. m.]

gdzie:

m_H - przyrost masy U-rurki do absorpcji H₂O

m - masa próbki odpadów

0,1119 - współczynnik przeliczeniowy masy molowej H₂O na wodór

m_H = 0,0177 g

m = 0,05145 g

= 3,9 [% s. m.]

3) Zawartość substancji organicznej w badanej próbce:

[% cz.p.]

gdzie:

m - masa próbki odpadów przed spaleniem [g]

m1 - masa próbki odpadów po spaleniu, obliczona na podstawie różnicy masy łódeczki z próbką odpadów po spaleniu i pustej łódeczki [g]

m = 0,05145 g

m₁ = 0,027 g

= 47,5 [% cz.p.]

4) Zawartość węgla w substancji organicznej:

[% cz.p.]

= 54,3 [% cz.p.]

5) Zawartość wodoru w substancji organicznej:

[% cz.p.]

= 8,2 [% cz.p.]

ZAWARTOŚĆ SKŁADNIKÓW AGRESYWNYCH

1.) Oznaczenie zawartości chlorków metodą Volharda:

Oznaczenie to polega na strąceniu jonów chlorkowych w środowisku kwaśnym w postaci osadu chlorku srebra za pomocą nadmiaru mianowanego roztworu azotanu srebra AgNO₃. Niezwiązane jony Ag⁺ odmiareczkowuje się mianowanym roztworem rodanku potasu KSCN wobec jonów Fe³⁺ jako wskaźnika.

Zawartość składnika agresywnego w przeliczeniu na sucha masę odpadów oblicza się ze wzoru:

[mgHCl /kg s.m.]

gdzie:

n₁ - normalność roztworu AgNO3

V₁ - objętość roztworu AgNO3 [ml]

n₂ - normalność roztworu KSCN

V₂ - objętość roztworu KSCN zużyta na zmiareczkowanie próbki [ml]

36,457 - milirównoważnik HCl [mg]

V - objętość kolby miarowej zawierającej roztwór przygotowany do oznaczania składników agresywnych [ml]

V_p - objętość próbki pobranej do badania [ml]

m - masa pastylki

n₁ = 0,01

n₂ = 0,01

V₁ = 25 ml

V₂ = 23,90 ml

V = 250 ml

V_p = 100 ml

m = 0,6611 g

=1516,5 [mg HCl/kg s.m.]

2.) Spektrofotometryczne oznaczenie azotanów (III) metodą Griessa

Podstawą spektrofotometrycznego oznaczania azotanów (III) jest barwnik azowy, który powstaje w wyniku reakcji sprzęgania soli diazoniowej (powstaje w wyniku reakcji azotanów (III) w środowisku kwaśnym z pierwszorzędowymi aminami) z odpowiednim związkiem aromatycznym.

Zawartość składnika agresywnego oznaczonego w postaci azotu azotanowego (III) w stosunku do suchej masy odpadu oblicza się ze wzoru:

[mgNO₂ /kg s.m.]

gdzie:

m - masa pastylki [g]

V - objętość kolby miarowej zawierającej roztwór przygotowany do oznaczania składników agresywnych [ml]

V_p - objętość próbki pobranej do badania [ml]

m_N - zawartość azotu azotynowego w próbce o objętości Vp [μg]

masa atomowa N = 14 g/mol, masa molowa NO₂ = 46 g/mol

m = 0,6611 g

m_N = 4,49 µg

V = 250 ml

V_p = 25 ml

=223,2 [mgNO₂ /kg s. m.]

3.) spektrofotometryczne oznaczenie azotanów metodą fenolodisulfonową

Podstawą spektrofotometrycznego oznaczania azotanów (V) jest zjonizowana forma kwasu nitrofenolodisulfonowego (zjonizowana forma powstaje po zalkalizowaniu roztworu zawierającego kwas nitrofenolodisulfonowy) o intensywnie żółtym zabarwieniu.

Zawartość składnika agresywnego oznaczonego w postaci azotu azotanowego (V) w stosunku do suchej masy odpadu oblicza się ze wzoru:

[mgNO₂ /kg s.m.]

gdzie:

m - masa pastylki [g]

V - objętość kolby miarowej zawierającej roztwór przygotowany do oznaczania składników agresywnych [ml]

V_p - objętość próbki pobranej do badania [ml]

m_N - zawartość azotu azotanowego (V) w próbce o objętości Vp [μg]

masa atomowa N = 14 g/mol, masa molowa NO₂ = 46 g/mol

m_N = 32,47 µg

m = 0,6611 g

V = 250 ml

V_p = 10 ml

= 4034,5 [mgNO₂ /kg s.m.]

Ogólna zawartość składnika agresywnego w postaci NO₂ w [mgNO₂/kg] badanych odpadów obliczamy według wzoru:

[mgNO₂ /kg s.m.]

223,2 + 4034,5 = 4257,7 [mgNO₂ /kg s.m.]

4.) Oznaczenie siarczanów metoda bezpośredniego miareczkowania wobec arsenazo III

Oznaczenie to polega na miareczkowaniu badanej próbki w środowisku wodnoorganicznym mianowanym roztworem octanu baru próbki wobec arsenazo III jako wskaźnika jonów Ba²⁺

Zawartość składnika agresywnego oznaczonego w postaci siarczanów w stosunku do suchej masy odpadu oblicza się ze wzoru:

[mgSO₂ /kg s.m.]

gdzie:

m - masa pastylki [g]

V - objętość kolby miarowej zawierającej roztwór przygotowany do oznaczania składników agresywnych [ml]

V_p - objętość próbki pobranej do badania [ml]

n - normalność Ba(CH₃COO)₂

v - objętość Ba(CH₃COO)₂ zużyta na miareczkowanie próbki badanej o objętości V_p [ml]

32 - miligramorównoważnik SO₂ [mg]

f - empiryczny współczynnik przeliczeniowy

m = 0,6611 g

V = 250 ml

V_p = 5 ml

n = 0,01

v = 0,11 ml

f = 1

= 2662,3 [mgSO₂ /kg s.m.]

SKŁAD ELEMENTARNY CZĘŚCI PALNYCH

Znając zawartość składników agresywnych oraz straty prażenia w temperaturze 800ºC, można oszacować udział chloru, azotu i siarki w częściach palnych.

1. Chlor

Zawartość chloru w częściach palnych obliczono ze wzoru:

[% cz.p.]

gdzie:

X_HCl - zawartość składnika agresywnego w postaci HCl [mg HCl/kg]

0,97 - współczynnik przeliczeniowy mas molowych HCl na Cl

X₁ - straty prażenia w temperaturze 800 ºC (zawartość części palnych wysuszonych odpadów) [%]

= 0,28 [% cz.p.]

2) Azot

Zawartość azotu w częściach palnych obliczono ze wzoru:

[% cz.p.]

gdzie:

X_NO2 - zawartość składnika agresywnego w postaci NO₂

0,3 - współczynnik przeliczeniowy mas molowych NO2 na N

X₁ - straty prażenia w temperaturze 800 ºC (zawartość części palnych wysuszonych odpadów) [%]

= 0,24 [% cz.p.]

3) Siarka

Zawartość siarki w częściach palnych obliczono ze wzoru:

[% cz.p.]

gdzie:

X_SO2 - zawartość składnika agresywnego w postaci SO₂

0,5 - współczynnik przeliczeniowy mas molowych SO2 na S

X₁ - straty prażenia w temperaturze 800 ºC (zawartość części palnych wysuszonych odpadów) [%]

= 0,25 [% cz.p.]

4) Tlen

Zawartość tlenu w częściach palnych obliczono ze wzoru:

100%-(H_o+C_o+S_cz.p.+N_cz.p.+Cl_cz.p.)

gdzie:

H_o - zawartość wodoru w substancji organicznej

C_o - zawartość węgla w substancji organicznej

S_cz.p.- Zawartość siarki w częściach palnych

N_cz.p.- Zawartość azotu w częściach palnych

Cl_cz.p- Zawartość chloru w częściach palnych

100% - (8,2+54,3+0,25+0,24+0,28)=36,73 [% cz.p.]

WYNIKI OZNACZEŃ WŁAŚCIWOŚCI NAWOZOWYCH I PALIWOWYCH PRÓBKI ODPADÓW KOMUNALNYCH

Lp	Wskaźnik	Jednostka	Wartość	Dane normowe
Właściwości nawozowe:
1	Substancje organiczne	% s. m.	52,20	>20 % s. m.
2	Węgiel organiczny	% s. m.	21,80	>10 % s. m.
3	Azot organiczny	% s. m.	-	>0,3 % s. m.
4	Fosfor P2O5	% s. m.	0,61	>0,3 % s. m.
5	Potas K2O	% s. m.	0,19	.>0,1 % s. m.
Właściwości paliwowe:
1	Zawartość wilgoci	%	39,3	<50 %
2	Zawartość składników palnych	%	32,32	>25 %
3	Zawartość składników niepalnych	%	28,38	<60 %
4	Zawartość składników lotnych	% cz. p.	51,6
5	Ciepło spalania	kJ/kg s. m.	12538
6	Wartość opałowa robocza	kJ/kg	4897	>5800 kJ/kg
Składniki agresywne:
1	SO2	mg/kg s. m.	2662
2	HCl	mg/kg s. m.	1516
3	NO2	mg/kg s. m.	4257
Skład elementarny części palnych:
1	C	% cz. p	54,3
2	H	% cz. p	8,2
3	S	% cz. p	0,25
4	Cl	% cz. p	0,28
5	N	% cz. p	0,24
6	O	% cz. p	36,73

ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ I WNIOSKI

Badana na laboratoriach próbka odpadów komunalnych z Ursynowa wykazuje się dobrymi właściwościami nawozowymi. Wartości takie jak zawartość substancji organicznej, węgla organicznego, fosforu i potasu spełniają wymagania normowe, co zostało przedstawione w powyższej tabeli. Próbka natomiast nie nadaje się do spalenia, ponieważ jej właściwości paliwowe nie są zgodne z wartościami dopuszczalnymi z normy. Badane odpady za małą wartość opałową, zatem ich spalenie byłoby nieefektywne z uwagi na potrzebę zastosowania dodatkowego paliwa. Tak więc badane odpady po odpowiednim przetworzeniu będzie można wykorzystać w rolnictwie jako dobry nawóz.

13

---