ODZYSK I RECYKLING
WYKŁAD 04.11.2013
WPŁYW INSTALACJI NA ŚRODOWISKO – ODORY
NA PRZYKŁADZIE KOMPOSTOWANIA
Z pośród ogromnej ilości polutantów emitowanych do atmosfery lotne związki organiczne (LZO) reprezentują jedną z najważniejszych grup zanieczyszczeń powietrza.
Na szkodliwość emisji lotnych związków organicznych do atmosfery zwrócono uwagę już
w latach 70-tych w Europie Zachodniej. LZO są nie tylko prekursorami powstawania fotochemicznych oksydacji, ale także znane są jako substancje kancerogenne.
Szkodliwość tych zanieczyszczeń wynika nie tylko z ich toksyczności, jako określonych substancji, ale i z faktu, że wiele z nich ulega w powietrzu skomplikowanym przemianom,
w wyniku czego toksyczność emisji może się potęgować.
Emisja Emisja Emisja Emisja Emisja
zanieczyszczeń pyłu odorantów mikroorganizmów hałasu
gazowych
Zanieczyszczenie
powierzchni gleby
Zanieczyszczenie
gleby
Penetracja biogazu Zanieczyszczenie gruntu
Wody gruntowe
Zapach to informacja przekazywana drogą chemiczną.
Mechanizm rozpoznawania zapachu nie został jeszcze przez człowieka wyjaśniony.
Identyfikacja na podstawie osobniczej kartoteki pamięciowej.
Próg węchowej wyczuwalności Spww = 1 jz/m3:
To takie stężenie odorantu (stężenie progowe), przy którym zapach wyczuwa 50% reprezentatywnej dla populacji grupa ludzi.
- S – stężenie zanieczyszczenia w powietrzu mg/m3
- 1 jz – jednostka zapachowa ilość zanieczyszczenia zawarta w 1m3 powietrza.
- LJZ – liczba jednostek zapachowych
Zapachowe stężenie odorantów według PN-EN 13725:2007
Cod[OUE/m3] = Z50%*1 OUE/m3 UWAGA: dolny indeks E przy symbolu jednostki zapachowej oznacza, że pomiar wykonano zgodnie z normą.
Metoda ED50:
Zespół ekspertów powinien składać się z co najmniej czterech osób. Zwykle jest to zespół
10-osobowy. Przygotowuje się co najmniej pięć próbek o różnym rozcieńczeniu i każdy członek zespołu musi oceniać każdą serię rozcieńczeń od trzech do sześciu razy. Używanie ED 50 jako parametru kontroli odorów oznacza, że połowa ludności odczuwać będzie zapach wydzielony przez źródło uciążliwości, a połowa nie.
Metoda wyznaczania ED50 ma wiele wad:
Wymaga pobrania próbek i przewiezienia ich do miejsca pracy grupy roboczej,
W czasie magazynowania próbek obserwowano zmiany intensywności odorów,
Wrażliwość ludzi na odory jest różna i wyniki mogą zależeć od składu grupy ekspertów.
Mimo tych wad, metoda jest wartościowym narzędziem dla bardzo trudnego zadania kwalifikowania zapachu.
Stężenie zapachowe można również mierzyć za pomocą specjalnych przyrządów nazywanych olfaktometrami. Są to aparaty, w których próbka wonnego gazu jest rozcieńczana gazem obojętnym w określonym stosunku i prezentowana oceniającym.
Indeks uciążliwości zapachowej (Ik – dla tygodnia k):
Ik = Ʃ(Wi*Nik)/Nk
gdzie:
i – kategoria uciążliwości (od 0 do 5 wg tabeli)
Wi – współczynnik wagi kategorii uciążliwości i
Nik – liczba obserwacji w tygodniu w kategorii i
Nk – łączna liczba obserwacji w tygodni k
Kategoria uciążliwości i | Współczynnik wagi Wi |
---|---|
Brak zapachu | 1 |
Brak uciążliwości | 1 |
Mała uciążliwość | 2 |
Uciążliwość | 3 |
Duża uciążliwość | 4 |
Skrajna uciążliwość | 5 |
Antropogeniczne źródła emisji LZO:
PRZEMYSŁOWE | WTÓRNE |
---|---|
|
(np. zanieczyszczenie powietrza parami paliw ciekłych, wydzielającymi się podczas transportu, magazynowania |
Progi węchowej wyczuwalności prodktów mikrobiologicznej degradacji biomasy (m – liczba danych literaturowych, SpWW,pom – średnia geometryczna, BS – błąd standardowy średniej geometrycznej)
Związek | m | SpWW,pom | BS |
---|---|---|---|
- | - | ppm | -/+ |
Amoniak | 11 | 5,2 | 2,0 |
Metyloamina | 2 | 3,2 | 4,6 |
Dimetyloamina | 6 | 0,34 | 3,1 |
Trimetyloamina | 3 | 0,00044 | 1,4 |
Dietyloamina | 6 | 0,13 | 2,9 |
Trietyloamina | 4 | 0,48 | 2,1 |
Siarkowodór | 25 | 0,0081 | 1,5 |
Metanotiol | 8 | 0,0016 | 2,0 |
Etanotiol | 12 | 0,00076 | 2,0 |
n-Butanotiol | 6 | 0,00097 | 1,4 |
Kwas mrówkowy | 4 | 49 | 1,9 |
Kwas octowy | 14 | 0,48 | 1,5 |
Kwas propionowy | 11 | 0,16 | 1,8 |
Metanol | 13 | 100 | 2,0 |
Etanol | 13 | 84 | 1,8 |
n-Butanol | 20 | 0,83 | 1,4 |
Związki rozpuszczalne lub wyczuwalne w gazach emitowanych do atmosfery podczas procesów biologicznego przetwarzania odpadów:
Grupa związków | Rodzaje związków |
---|---|
Związki siarki | Siarkowodór, siarczek metylowy, tlenosiarczek węgla, trójsiarczek metylowy, dwusiarczek węgla, metanotiol, siarczek metylowy, etanotiol |
Amoniak i związki zawierające azot | Amoniak, trój metyloamina, aminometan, 3-methylindole (skatole), dwumetyloamina |
Lotne kwasy tłuszczowe | Kwas mrówkowy, octowy, propionowy, masłowy, walerianowy i izowalerianowy |
Ketony | Aceton, 2-pentanou (MPK), butanon (MEK) |
Inne związki | Benzotiole, fenole, aldehyd octowy |
Zagrożenia odorowe:
Gaz składowiskowy może mieć nieprzyjemną woń wynikającą zarówno z zapachu zdeponowanych odpadów, jak i gazowych produktów ich rozkładu. Wśród odorowych składników biogazu do najbardziej uciążliwych należą:
Tiole (merkaptany) – o obrzydliwym zapachu skunksa, zgnitej kapusty lub czosnku,
Siarkowodór – o bardzo silnym i wyraźnie wyczuwalnym zapachu gnijących jaj,
Amoniak – o charakterystycznym ostrym zapachu „amoniakalnym”,
Siarczek dimetylowy – o nieprzyjemnym zapachu gnijących warzyw,
Siarczek dietylowy – o zapachu podobnym do czosnku,
Kwas butanowy – zapach zjełczałego tłuszczu,
Metyloamina i trimetyloamina – o zapachu rybim.
Gazy powstające na wysypisku są zbliżone składem do gazu pofermentacyjnego, a więc składają się głównie z metanu i dwutlenku węgla:
Końcowym produktem beztlenowego rozkład odpadów organicznych są:
Metan 45-65% objętości
Dwutlenek węgla 25-35% objętości
Azot 7-10% objętości
Tlen <3% objętości
Pozostałe domieszki ok. 1% objętości
W literaturze wymienia się najczęściej występujące pozostałe składniki gazu:
Siarkowodór 0 – 100ppm
Amoniak 0 – 100ppm
Merkaptan etylowy 0 – 120ppm
Aldehyd octowy 0 – 150ppm
Etan 0 – 30ppm
Aceton 0 – 100ppm
Węglowodory 0 – 50ppm
Benzen 0 – 15ppm
Toluen 0 – 15ppm
Ksylen 0 – 15ppm
Związki chloroorganiczne 0 – 100ppm
Gazami o bardzo intensywnym i odrażającym zapachu są m.in.:
Merkaptany
Siarkowodór
Aldehyd octowy
Ich próg wyczuwalności węchowej jest bardzo niski i wynosi:
0,0007mg/dm3 dla siarkowodoru
0,0005mg/dm3 dla merkaptanu etylowego
Odpady trafiające na składowisko zawierają azot w formie: białek, aminokwasów, kwasów nukleinowych, mocznika, kwasu moczowego i wielu innych związków.
Biodegradacji białek i aminokwasów towarzyszy bardzo nieprzyjemny zapach powstających amin, takich jak:
Trimetyloamina – zapach rybi
Putrescyna i kadaweryna – jady trupie
Indol i skatol – zapach kału
Inne
Niektóre z nich odgrywają w ekosystemach ważną rolę substancji sygnałowych (feromony, czynniki rozpoznania grupowego i ostrzegawcze itp.)
Źródła emisji odorów na kompostowniach, przyczyny ich emisji oraz sposoby rozwiązywania problemu:
Źródło | Przyczyny problemu | Rozwiązanie |
---|---|---|
Odory uwalniane z dostarczanych surowców |
Odory magazynowane w beztlenowych warunkach (w workach z tworzyw sztucznych lub nieprzepuszczalnych pojemnikach), zagrożenie jest większe w przypadku materiałów wilgotnych i w ciepłych okresach. |
|
Odpady wykazują wysoki iloraz C:N, zagrożenie jest większe w przypadku materiałów wilgotnych | ||
Odory uwalniane w czasie procesu kompostowania |
Warunki prowadzenia procesu nie są optymalne |
|
Odory uwalniane w czasie procesu kompostowania |
Warunki prowadzenia procesu nie są optymalne |
|
Niewłaściwa eksploatacja instalacji |
|
Metody dezodoracji:
Cel działań:
Poprawa warunków pracy,
Zmniejszenie uciążliwości zapachowej na terenach zurbanizowanych,
Zabezpieczenie instalacji przed korozją (siarkowodór),
Realizacja:
Zapobieganie emisji odorantów,
Dezodoracja gazów odlotowych:
- usuwanie zanieczyszczeń uciążliwych zapachowo,
- przekształcenie zanieczyszczeń zapachowych w bezwonne lub o wysokich progach wyczuwalności,
- wprowadzanie domieszek zmniejszających charakter zapachu.
Dużym atutem eliminacji LZO z powietrza metodami biologicznymi jest czystość ekologiczna prowadzonych procesów oraz nieobecność drugorzędowych zanieczyszczeń.
EMISJA ODORÓW
OGRANICZENIE
ZAPOBIEGANIE EMISJI GAZÓW DEZODORACJA - OCZYSZCZANIE ODOROTWÓRCZYCH GAZÓW ODLOTOWYCH
Dotrzymanie reżimu technologicznego Usunięcie zanieczyszczenia,
dotyczącego transportu, składowania przekształcenie zanieczyszczenia
odpadów, gospodarki wodno-ściekowej, w substancje bezwonne lub o małej
wdrażanie technologii i urządzeń wyczuwalności.
działających w systemach zamkniętych.
KONDENSACJA – w fizyce to przejście ze stanu gazowego w ciecz (skraplanie), lub w ciało stałe (resublimacja).
ADSORPCJA – ma charakter powierzchniowy, czym różni się od ABSORPCJI polegającej na pochłanianiu w całej objętości. Wielkość adsorpcji zależy bezpośrednio od wielkości powierzchni oddzielającej dwie fazy (powierzchni adsorbentu), wielkość absorpcji zależy od objętości fazy, w której zjawisko zachodzi.
Proste przykłady adsorpcji to np.:
Pochłanianie zapachów przez filtr węglowy w lodówce lub samochodzie,
Pochłanianie toksyn przez węgiel medyczny z przewody pokarmowego pacjenta,
Przykład absorpcji:
Rozpuszczanie gazów (np. dwutlenku węgla, składników powietrza) w wodzie.
Zestawienie porównawcze metod dezodoracji gazów odlotowych:
Metoda | Obszar zastosowań | Zalety | Wady |
---|---|---|---|
Absorpcja w wodzie | Gazy zawierające duże ilości zanieczyszczeń rozpuszczalnych w wodzie |
|
|
Absorpcja z reakcją chemiczną | Gazy odlotowe z obiektów gospodarki komunalnej, odlewni, przetwórstwa spożywczego itp. |
|
|
Metoda Kurmeiera | Gospodarka komunalna i zakłady przetwórstwa odpadów zwierzęcych |
|
|
Utlenianie termiczne | Z przyczyn ekonomicznych dopalanie nadaje się do gazów o podwyższonej temperaturze np. emisje z palarni kawy, oksydacji asfaltów, wysokotemperaturowego suszenia elementów malowanych itp. |
|
|
Utlenianie chemiczne, ozonowanie | W systemach wentylacyjnych zakładów przetwórstwa rybnego, przeróbki gumy oraz przetwórstwa tłuszczów i produktów spożywczych; do dezodoracji gazów w przemyśle farmaceutycznym i chemicznym (w lakierniach). |
|
|
Utlenianie biologiczne | Gazy odlotowe z obiektów gospodarki komunalnej, przetwórstwa odpadów zwierzęcych, z obiektów rolniczych, odlewni, malarni itp. |
|
|
Maskowanie | Stosuje się w przypadku odorantów o działaniu metoksycznym i stosunkowo małym stężeniu, w gospodarstwach rolnych (fermach, kurnikach), w instalacjach WC, w garderobach, w restauracjach, w transporcie odpadów żywnościowych, na składowiskach odpadów itp. |
|
|
Główne składniki gazów odlotowych z mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów
i ich stopnie rozkładu w biofiltrze:
Związki | Stopień rozkładu |
---|---|
Metan | Bliski 0 |
Amoniak | Od 0 do > 90% |
Metanol, etanol i inne alkohole | Bardzo wysoki |
Heksan do tridekanu (n-alkeny) | Średni |
Toluen, metylobenzol, ksylole i inne aromatyczne związki | Średni |
Dichlorometan, tri chloroetan, tetra chloroetan | Niewielki |
Trichlorofluorometan, dichlorofifluorometan | Niewielki |
α-piren, β-piren, limonen (terpeny) | Wysoki |
Aldehyd octowy (aldehydy) | Bardzo wysoki |
Siarczek dimetylowy, dwusiarczek dimetylowy | Średni |
W bioskruberach zanieczyszczenia z gazów odlotowych są absorbowane w cieczy, w której rozproszone są mikroorganizmy, natomiast biologiczna regeneracja cieczy przebiega
w odstojniku. Absorpcja i regeneracja zachodzi zatem w dwóch oddzielnych aparatach.
W biofiltrach nawilżane gazy odlotowe przepuszczane są przez biologiczne złoża stałe,
w których dzięki zawartym w złożach mikroorganizmom ulegają degradacji. Wadą biofiltrów jest występująca z czasem niehomogeniczność złoża, zakwaszenie (H2SO4 i HCl) i zbijanie się materiału filtracyjnego.
W biofiltrach nośnikiem jest materiał biologiczny (kora, torf, kompost) zawierający składniki odżywcze, natomiast nośnikiem w bioreaktorach trójfazowych są materiały obojętne (szkło, ceramika, plastik).
Elementy składowe biofiltru:
System doprowadzania gazu (w tym obróbka wstępna),
System odwodnienia biofiltru,
System rozprowadzania gazów do warstwy wypełniającej,
Warstwa materiału wypełniającego,
System nawilżania warstwy wypełniającej.
Podział biofiltrów:
Rodzaj zastosowanego wypełnienia,
Budowa otwarta i zamknięta,
Budowa jednopoziomowa lub wielopoziomowa,
Sposób posadowienia i rozprowadzenia gazów.
Materiały wypełnienia:
Kompost,
Żyzna gleba,
Torf,
Mieszaniny kompostu, torfu, zrębów, chrustu, kory, wrzosu, zręby korzeni.
Właściwości materiałów wypełniających:
Powierzchnia właściwa,
Pojemność sorpcyjna,
Porowatość,
Struktura,
Charakterystyka uziarnienia,
Gęstość zasiedlenia przez mikroorganizmy,
Zawartość substancji odżywczych,
Opory przepływu gazów,
Zdolność zatrzymania wody,
Buforowość,
Zapach własny,
Trwałość (stopień rozkładu materiału),
Niezbędne zabiegi pielęgnacyjne,
Dostępność materiału,
Koszty.
Parametry charakteryzujące pracę biofiltru:
Obciążenie powierzchniowe – obciążenie objętościowe,
Obciążenie masowe,
Wysokość warstwy wypełnienia,
Czas kontaktu gazu z materiałem wypełniającym,
Spadek ciśnienia gazu podczas przepływu przez wypełnienie biofiltru.
Obciążenie powierzchniowe m3/m2xh (najczęściej w zakresie 20-300)
Obciążenie objętościowe m3/m3/h to dopuszczalna objętość gazu przepływającego przez jednostkową powierzchnię biofiltru w jednostce czasu. Może być wyrażona prędkością przepływu gazów przez warstwę wypełnienia, przy której uzyskuje się określony stopień ich oczyszczenia.
Odczyn pH = 7,8; temperatura 37-40oC.
Wilgotność 25-60% (optymalna 25-40%).
Powierzchnia 10-200m2 (ale i 1000m2).
Opory gazu w zakresie 1,2-12hPa.
Czas kontaktu 10-900s (minimalny optymalny 30s. Norowano w niektórych przypadkach 150min.).
Wysokość warstwy wypełnienia – minimum 5m. Optymalna wysokość 1,0-1,5m.
Efektywność (sprawność) biofiltracji:
Może być określona na podstawie:
- redukcji zanieczyszczeń,
- redukcji zapachów (tzw. sprawność techniczna, wskaźnik redukcji zapachów),
- redukcji zanieczyszczeń i zapachów.
To różnica stężenia x w gazach surowych i gazach oczyszczonych.
Efekt = (C1-C2)/C1*100%
Efektywność kształtuje się w przedziale 80-100%.
Efektywność biofiltracji zależy od:
Rodzaju i stężenia zanieczyszczenia w gazie,
Rodzaju, liczby i aktywności mikroorganizmów,
Temperatury i wilgotności gazów,
Temperatury, wilgotności i odczynu materiału wypełniającego,
Czasu kontaktu gazu z warstwą wypełniającą,
Szybkości biodegradacji,
Obciążenia biofiltru.
Najważniejszym parametrem procesu oczyszczania w bioskruberze jest szybkość przechodzenia zanieczyszczeń z gazu do fazy wodnej (uzależniona od):
Ich lotności i rozpuszczalności w wodzie,
Od czasu kontaktu fazy ciekłej z gazową. Przyjmuje się, że prędkość przepływu gazu przez biopłuczkę nie powinna być większa niż 1m/s, a stosunek ilości cieczy do gazu powinien wynosić 2 do 3l cieczy na 1m3 gazu zanieczyszczonego.
Bariery antyodorowe:
Idea procesu polega na mechanicznym wytwarzaniu za pomocą wysoko
i niskociśnieniowych systemów bariery antyodorowej,
Stanowi ją mgła z odpowiednio dyspergowanych środków antyodorowych.
Stan prawny:
Prawo Ochrony Środowiska (Dz. U. 2001.62.627) wprowadza zamiast strefy ochronnej dla niektórych instalacji (w tym oczyszczalni, kompostowni, składowisk odpadów komunalnych, tras komunikacyjnych i innych) obszar ograniczonego użytkowania,
OOU może być wyznaczony jeżeli mimo zastosowania dostępnych rozwiązań technologicznych, technicznych i organizacyjnych nie mogą być dotrzymane standardy jakości środowiska poza terenem zakładu lub innego obiektu.
W myśl POŚ i innych:
Dla gruntów położonych w OOU tworzy się plan gospodarowania, a koszty wynikające ze zmiany produkcji szkód ponosi oddziałujący na środowisko,
Zakład jest zobowiązany do nabycia praw własności do terenu OOU pod karą wstrzymania działalności.
Zasięg i przebieg granicy OOU:
Może być wyznaczony indywidualnie jedynie w oparciu o ocenę oddziaływania na środowisko, ocenę porealizacyjną i przegląd ekologiczny,
Jednym z elementów oceny jest zapachowa jakość powietrza.