Nieodległe czasy lat sześćdziesiątych ubiegłego wieku, gdy w rozwijających się krajach Europy Zachodniej wraz z narastającym strumieniem odpadów komunalnych, rozpoczęto seryjnie budować spalarnie odpadów komunalnych, traktując je jako jedyne rozwiązanie lawinowo narastającej góry śmieci, są już historią rozwoju systemów utylizacji odpadów [1]. Poszukiwanie efektywnego systemu utylizacji odpadów trwało niemal trzydzieści lat. Doświadczenia wielu krajów Europy Zachodniej, nieraz bardzo bolesne i kosztowne, w poszukiwaniu efektywnego i ekologicznie bezpiecznego systemu zagospodarowania produkowanych w coraz większej ilości odpadów zaowocowały z początkiem lat dziewięćdziesiątych XX wieku koncepcją stworzenia tzw. kompleksowego systemu utylizacji odpadów. Charakterystyczną cechą stworzonego w ten sposób modelu kompleksowej gospodarki odpadami komunalnymi – odpowiadającego założeniom wnikającym z zapisów dyrektywy 91/156/EEC oraz najnowszej wersji krajowej Ustawy o odpadach - jest [1] zintegrowane zastosowanie kilku, efektywnych i proekologicznych, wzajemnie współdziałających metod utylizacji odpadów. Umożliwiają one - poprzez cykl operacji jednostkowych - dokonać poprzez wykorzystanie recyklingu materiałowego i energetycznego utylizacji szerokiej grupy odpadów komunalnych zapewniając maksymalny odzysk zawartych w nich produktów, surowców użytecznych i energii.
Ogólny model tak zdefiniowanej gospodarki odpadami został przedstawiony schematycznie na rysunku 1.
Rys. 3.1 Idea struktury ogólnego modelu kompleksowej gospodarki odpadami komunalnymi.
Współczesne podejście do kompleksowego rozwiązania problemu zagospodarowania odpadów komunalnych charakteryzuje się zatem następującymi podstawowymi metodami utylizacji:
odzysk surowców wtórnych poprzez selektywną, wielopoziomowo rozbudowaną, zbiórkę frakcji użytecznych odpadów. Jest to forma tzw. recyklingu materiałowego. Dokonywana jest ona u źródła powstawania odpadów. Wymaga aktywnego i świadomego uczestnictwa szerokich warstw społeczeństwa, a także zrównoważonego rynku po stronie odbiorców surowców wtórnych, pozyskiwanie u źródła powstawania biodegradowalnych frakcji organicznych odpadów i biologiczne przetwarzanie ich na pełnowartościowy kompost (również forma recyklingu materiałowego, zwana recyklingiem organicznym), eliminowanie ze strumienia odpadów ich składników niebezpiecznych i poddawanie ich oddzielnej procedurze unieszkodliwiania bądź dalszego wykorzystania, ostateczną selekcję i dystrybucję do odbiorców selektywnie gromadzonych surowców wtórnych, realizowaną poprzez tzw. centrum recyklingu, termiczną utylizację odniesioną jedynie do pozostałości odpadów i realizowaną w ekologicznie bezpiecznych i energetycznie efektywnych spalarniach zapewniających odzysk i wytwarzanie różnych form energii (tzw. recykling energetyczny), zrównoważony rynek odbiorców produktów, surowców użytecznych i energii, kontrolowane składowisko dla deponowania przetworzonych form odpadów.
Przedstawiony na rysunku 1 schemat współczesnego modelu kompleksowego zagospodarowania odpadów komunalnych wyraźnie wskazuje miejsce i rolę termicznej utylizacji odpadów w tak rozumianym systemie. Jest to rola ogniwa kluczowego, ostatecznie zamykającego system utylizacji odpadów, sprowadzającego się jedynie do termicznego wykorzystania tylko tej części pozostających odpadów, które wobec nadrzędnych metod utylizacji utraciły swoje walory użytkowe, a posiadają jedynie istotne walory energetyczne.
Nad całością tak realizowanych metod utylizacji powinien dominować jako nadrzędny i niezależny cały zespół działań zmierzających do unikania bądź ograniczania powstawania odpadów drogą ich selektywnej zbiórki.
Odpady komunalne jako źródło energii odnawialnej
Odpady komunalne to także charakterystyczny rodzaj paliwa odnawialnego. Ich wartość opałowa, jak wykazano na wstępie, odpowiada w przypadku odpadów pochodzących z wielu miast Europy Zachodniej wartości opałowej węgla brunatnego, czyli jednego z podstawowych paliw dla energetyki zawodowej. Ponadto odpady komunalne traktowane jako paliwo posiadają wszelkie cechy paliw odnawialnych mimo, że proces powstawania tego rodzaju paliwa nie następuje w sposób naturalny. Jest ono skutkiem wielu procesów życia codziennego oraz nawyków społeczeństw o rozwiniętym modelu konsumpcyjnym, co prowadzi do ciągłej, szkodliwej dla środowiska naturalnego, odnowy tak rozumianego źródła energii. Niestety procesu tego jak na razie nie potrafimy zatrzymać, a w wielu przypadkach ciągle wykazuje on tendencję wzrostową.
Traktując w ten sposób odpady komunalne wiele miast Europy Zachodniej wykorzystuje je jako paliwo, produkując w spalarniach różne postaci energii i osiągając w ten sposób dwa cele jednocześnie:
redukuje w sposób w pełni kontrolowany i bezpieczny dla środowiska naturalnego strumień odpadów i sprowadza się je do postaci obojętnej, możliwej np. w przypadku żużla do gospodarczego wykorzystania lub bezpiecznego składowania, uzyskuje określone strumienie użytecznych form energii, których pozyskanie z konwencjonalnych jej nośników powoduje nieodwracalny proces ich wyczerpywania, a jednocześnie związane jest z emisją zanieczyszczeń, których stężenia zdecydowanie przewyższają emisję analogicznych zanieczyszczeń powstających podczas spalania paliwa alternatywnego jakim są odpady komunalne.
Uwarunkowania działania instalacji termicznej
Funkcjonowanie instalacji termicznej utylizacji odpadów jako elektrowni, ciepłowni bądź elektrociepłowni uwarunkowane jest lokalnymi możliwościami i potrzebami w zakresie przesyłania i wykorzystania produkowanych z odpadów komunalnych form energii. W związku z tym stosuje się dwa podstawowe rodzaje kotłów utylizujących ciepło spalin; parowe lub wodne. W kotłach parowych, w zależności od potrzeb, może być produkowana para nasycona lub przegrzana. Typowe parametry świeżej pary przegrzanej dla spalarni pracującej w systemie elektrowni czy elektrociepłowni to temperatura 400 oC i ciśnienie 4 MPa. Średnio z jednej tony odpadów można uzyskać 2,5 ÷ 3,5 ton pary, w zależności od wartości opałowej odpadów i żądanych parametrów pary. Najbardziej sprawny termicznie i elastyczny eksploatacyjnie jest układ instalacji pracującej w skojarzeniu, to jest produkującej energię cieplną i elektryczną. Część wyprodukowanej energii elektrycznej wykorzystywana jest zawsze na potrzeby własne instalacji. Natomiast nadwyżka odprowadzana jest do krajowej sieci elektrycznej.
Średnia sprawność energetyczna nowoczesnej spalarni odpadów komunalnych wynosi zazwyczaj ponad 40 %. Dla porównania sprawność energetyczna typowych polskich elektrowni i elektrociepłowni zazwyczaj nie przekracza 35 %. Świadczy to między innymi o poziomie technicznych rozwiązań technologicznych i energetycznych stosowanych w spalarni odpadów.
4.2 Wiedeński system zaopatrzenia miasta w ciepło
Wiedeński system zdalaczynnego ogrzewania miasta jest systemem relatywnie młodym w stosunku do podobnych systemów innych miast Europy. Jego dynamiczna rozbudowa nastąpiła w połowie lat osiemdziesiątych. Obecnie miasto dysponuje około 900 km długości sieci rurociągów ciepłowniczych (w tym 492 km sieci pierwotnej i 412 km sieci wtórnej) należących do zarządzającej całym systemem spółki miejskiej (100% udziału miasta) zwanej Fernwärme Wien GmbH (materiały firmowe Fernwärme Wien).
Wśród 11 niezależnych źródeł energii cieplnej dla miasta priorytetową rolę odgrywają trzy wiedeńskie spalarnie odpadów; dwie odpadów komunalnych oraz jedna odpadów niebezpiecznych i osadów ściekowych
Posiadają one następującą charakterystykę:
spalarnia odpadów komunalnych Spittelau - znana z awangardowego wystroju wykonanego przez wiedeńskiego mistrza Hundertwassera, stanowiąca blok kompleksu elektrociepłowni, posiadają następującą moc – dwie linie technologiczne o łącznej mocy cieplnej 60 MWth oraz turbogenerator o mocy 6 MWe. W roku 2000 spalarnia ta zutylizowała termicznie około 275 000 Mg odpadów. spalarnia odpadów komunalnych Flötzersteig - posiada 3 linie technologiczne o łącznej mocy cieplnej wynoszącej 50 MWth. Ma typowy charakter ciepłowni gdyż nie posiada turbogeneratora dla produkcji energii elektrycznej. W roku 2000 spalarnia ta poddała recyklingowi energetycznemu około 190 000 Mg odpadów komunalnych. spalarnia odpadów niebezpiecznych i osadów ściekowych EbS Simmering - o łącznej mocy cieplnej 40 MWth wraz z możliwością produkcji energii elektrycznej o mocy turbogeneratora 9 MWe.. W roku 2000 spalarnia ta unieszkodliwiła 91 000 Mg odpadów niebezpiecznych i 54 400 Mg s.m. osadów ściekowych
W sumie trzy wymienione spalarnie wiedeńskie posiadają 150 MWth zainstalowanej mocy cieplnej. Stanowi to zaledwie 6,0% ogólnej mocy cieplnej wszystkich stojących do dyspozycji systemu 11 źródeł energii cieplnej. Spalarnie te posiadające dyspozycyjność pracy rzędu 85 % i pracując średnio około 7500 h/a – wyprodukowały w roku 1058 GWh energii cieplnej kierowanej do systemu miejskiego, co stanowiło 23,1 % sumarycznej energii cieplnej wyprodukowanej z wszystkich źródeł ciepła i dostarczanej do systemu ogrzewania miasta. W okresie letnim energia cieplna pozyskiwana z odpadów pokrywa w 100 % potrzeby miasta. Graficzną ilustracją zainstalowanej mocy różnych źródeł ciepła, ilości wytworzonej energii cieplnej i udziału poszczególnych spalarni w produkcji ciepła są rysunki 4.1 i 4.2.
Rys. 4.1 Zainstalowana moc cieplna poszczególnych wytwórców energii cieplnej przesyłanej dla miasta Wiednia (materiały firmowe Fernwärme Wien).
Rys. 4.2 Udział poszczególnych wytwórców, a głównie spalarni odpadów w produkcji energii cieplnej dla miasta Wiednia (materiały firmowe Fernwärme Wien).
Energia produkowana z odpadów posiada w wiedeńskim systemie produkcji ciepła absolutny priorytet w stosunku do energii cieplnej pozyskiwanej z innych, konwencjonalnych rodzajów paliw. Spalarnie odpadów pracują jako podstawowe źródła wiedeńskiego systemu zdalaczynnego ogrzewania miasta.Zarządzanie całym systemem ogrzewania miasta, wydawanie dyspozycji o włączeniu bądź wyłączeniu poszczególnych źródeł ciepła, odbywa się z centralnej nastawni zlokalizowanej na terenie Elektrociepłowni Spittelau.
4.3 Spalarnia odpadów Uppsala
Spalarnia odpadów komunalnych w Uppsala w Szwecji spala rocznie około 250 000 Mg/a odpadów komunalnych. Zawarta w nich energia pozwoliła w 2000 r. wyprodukować około 700 GWh energii cieplnej skierowanej do systemu ogrzewania miasta i 300 GWh energii elektrycznej (materiały firmowe Uppsala).
Rys.4.3 Produkcja energii cieplnej w spalarni Uppsala w Szwecji na przestrzeni lat (materiały firmowe Uppsala). 
Rys.4.4 Produkcja energii cieplnej przesyłanej do miasta i zawartej w parze technologicznej
Wyprodukowana z odpadów komunalnych energia cieplna pokrywa w sezonie grzewczym 40% ogólnego zapotrzebowania miasta Uppsala w ciepło zdalaczynne oraz zapotrzebowanie kilku zakładów przemysłowych w parę technologiczną. W okresie letnim pokrywa w zupełności potrzeby w tym zakresie. Przedstawiony na rysunku 4.3 wykres produkcji energii cieplnej kierowanej do systemu ciepłowniczego oraz ciepła w parze technologicznej doskonale obrazuje na przestrzeni lat 1980 - 2000, jaki istotny obok innych źródeł energii odnawialnej, jest udział odpadów komunalnych. Natomiast rysunek 4 ilustruje produkcję energii cieplnej w poszczególnych miesiącach roku 2000. I w tym przypadku widać wyraźnie, że podstawowym źródłem energii w tym systemie są odpady komunalne, a później dopiero inne źródła energii. Przesyłana do miejskiego systemu energia cieplna trafia również do znanej katedry, usytuowanej w centrum miasta. Proces spalania odpadów i produkowana na tej podstawie energia cieplna nie budzi protestów mieszkańców miasta. Jedynym problemem władz miasta podczas budowy spalarni była troska o to, aby jej komin nie kłócił się krajobrazowo z wieżami Katedry i ogólnym obliczem jednego z najstarszych miast Szwecji.
4.4 Energia cieplna z odpadów dla innych miast Europy
Instalacja termicznej utylizacji odpadów komunalnych w Trondheim w Norwegii stanowi podstawową ciepłownię w zdalaczynnym systemie ogrzewania miasta. Ponad 50 % energii cieplnej zasilającej sieć ciepłowniczą pochodzi ze spalania odpadów komunalnych. Instalacja o wydajności 13 Mg/h posiada kocioł wodny, co jest charakterystyczne dla wariantu, gdy spalarnia pracuje wyłącznie jako ciepłownia. Posiada wówczas najwyższą sprawność przetwarzania energii zawartej w odpadach.
Podobne przykłady można podać w oparciu o spalarnie funkcjonujące w wielu innych miastach Europy Zachodniej. Kolejnym przykładem może być zatem Paryż - trzy wielkie spalarnie odpadów komunalnych zlokalizowane w aglomeracji paryskiej, a mianowicie; Saint Ouen – 600 000 Mg/a, Issy-les-Molineaux – 500 000 Mg/a oraz Ivry-sur-Seine – 700 000 Mg/a dostarczają energię cieplną do ogrzewania ponad połowy miasta (Barański, 1995). Również i kilkakrotnie przywoływana warszawska spalarnia jest źródłem wytwarzania energii, jednak wyłącznie energii elektrycznej.
Morfologia odpadów komunalnych i ich właściwości paliwowe
Czynnikiem decydującym o możliwościach zastosowania termicznych metod utylizacji odpadów komunalnych jest ich skład, zwany morfologią odpadów. Morfologia z kolei determinuje wartość opałową odpadów a tym samym ich przydatność jako paliwa. Z danych literaturowych wiadomo, że skład morfologiczny (a także ilość) odpadów komunalnych w ogromnym stopniu zależy od stopnia rozwoju gospodarczego. W krajach o niskim dochodzie narodowym odpadów komunalnych jest mało (przeważnie poniżej 200 kg na mieszkańca rocznie), a główna ich część stanowią nie dające się zagospodarować resztki żywnościowe (odpady organiczne). Wszelkie składniki odpadów o właściwościach palnych (papier, tektura, tworzywa sztuczne) wykorzystywane są do celów grzewczych w paleniskach domowych. Odpadów opakowaniowych jest mało, zaś sporą część stanowi popiół z procesów spalania. Natomiast w krajach o wysokim dochodzie narodowym, przy dużej koncentracji mieszkańców w miastach ilość odpadów jest znaczna (przeważnie powyżej 500 kg na mieszkańca rocznie), w odpadach komunalnych udział substancji niepalnych jest znikomy, a dominują odpady opakowaniowe. Typowy średni skład odpadów komunalnych w zależności od stopnia rozwoju gospodarczego pokazano w tabeli 5.2.
Tabela 5.1 Średni skład odpadów komunalnych w % udziału masowego, w zależności od stopnia rozwoju gospodarczego (Willumsen, 1994)
Sytuacja w Polsce jest nieco skomplikowana. Morfologia odpadów pochodzących z wielkich miast sytuuje nasz kraj pomiędzy grupą krajów średnio- i wysokorozwiniętych. Ilustrują to dane zwarte w tabeli 5.3. Natomiast na terenach wiejskich i w małych miastach ilość odpadów jest niewielka zaś ich skład jest zbliżony do krajów rozwijających się. Jest to efektem powszechnego wręcz spalania odpadów opakowaniowych w paleniskach domowych oraz często prowadzonego kompostowania przydomowego odpadów organicznych (szczególnie na wsi). Stąd też średni skład odpadów komunalnych dla Polski różni się znacznie od składu odpadów pochodzących z wielkich miast.
Według badań Reimanna wartość opałowa odpadów komunalnych spełniająca warunek autotermicznego spalania w najbardziej rozpowszechnionej i technicznie dojrzałej technologii konwencjonalnej, czyli na ruchomym ruszcie, przy zachowaniu odpowiednich przepisów, wynikających z zapisów dyrektywy 2000/76/EC odnośnie zachowania minimalnej temperatury w komorze paleniskowej wynoszącej 850 oC, powinna wynosić 5043 kJ/kg, co odpowiada następującej charakterystyce odpadów:
zawartość wilgoci 39,25 % zawartość frakcji niepalnych 22,40 % zawartość frakcji palnych 38,10 %.
Zakładając określony współczynnik pewności eksploatacyjnej konwencjonalnej instalacji spalania odpadów komunalnych - wynikający z dużych wahań składu morfologicznego i zawartości wilgoci w odpadach - wyznaczono doświadczalnie, że wartość opałowa odpadów komunalnych spełniających w stanie roboczym warunek autotermicznego spalania powinna być nieco wyższa i zawierać się w granicach 5800 ÷ 6000 kJ/kg. Stąd też w cytowanych wcześniej przepisach wielu krajów Europy Zachodniej (w kontekście dyrektywy 1999/31/EC), które określają warunki bezpiecznego dla środowiska deponowania przetworzonych form odpadów, a jednocześnie wyznaczają granicę energetycznej użyteczności odpadów przyjęto jako graniczną wartość opałową równą 6000 kJ/kg.
Wartość opałowa w istotny sposób decyduje także o energetycznej efektywności alternatywnych w stosunku do konwencjonalnych technologii termicznej utylizacji odpadów, szczególnie popularnej w naszym kraju technologii Thermoselect, dla której wartość opałowa rzędu 6000 kJ/kg i wydajność w przybliżeniu 10 Mg/h to dwa podstawowe parametry definiujące uzyskanie dodatniego bilansu energii.
Odpady komunalne rozwiniętych państw Europy Zachodniej a także określonych państw pozaeuropejskich wiele lat temu przekroczyły graniczną wartość opałową. Uśrednione dane w ilustruje tabela 5.2 [1], uzupełniając w ten sposób dane zawarte w tabeli 5.1.
Tabela 5.2 Uśredniona wartość opałowa odpadów komunalnych wybranych państw świata
Wyraźnej tendencji wzrostowej, obserwowanej na przestrzeni ostatnich lat, podlega wartość opałowa polskich odpadów komunalnych. Niestety, jak wykazano wcześniej dotyczy to także ich strumienia. Średni gradient wzrostu wartości opałowej odpadów komunalnych dużych polskich miast wynosi w ciągu roku około 200 kJ/kg [1].
Potwierdzone badaniami ilościowo-jakościowymi wskaźniki charakteryzujące polskie odpady komunalne wykazują, że odpady powstające na obszarach dużych polskich miast mogą być w sposób autotermiczny spalane[1]. Spostrzeżenie to potwierdzają także wyniki wartości opałowej odpadów komunalnych spalanych w warszawskiej spalarni, przy czym należy uwzględnić, że odpady te zostały pozbawione niskokalorycznej frakcji organicznej (skierowanej do kompostowania) zanim zostały poddane procesowi termicznej utylizacji.
Ogólnie jednak wartość opałowa polskich odpadów komunalnych, szczególnie wytwarzanych na terenach małych gmin, jest nadal słabo rozpoznana. Trudno jak dotąd, nawet w przybliżeniu, określić łączny potencjał energii chemicznej zawartej w krajowych odpadach, pomimo że oszacowania takie były podejmowane.
Efektem funkcjonowania nowoczesnych, kompleksowych systemów zagospodarowania odpadów komunalnych, a głównie systemów selektywnej zbiórki surowców wtórnych oraz kompostowania odpadów organicznych są zmiany pierwotnego składu frakcyjnego odpadów powodujące, że pozostałe - przeznaczone do recyklingu energetycznego odpady, z których wyeliminowano częściowo surowce wtórne - będą miały inną wartość opałową. Może ona wzrastać lub zmniejszać się w zależności od stopnia eliminacji poszczególnych (palnych bądź niepalnych) frakcji odpadów.
Przykładowo, jeżeli wyeliminujemy z odpadów i skierujemy do odzysku następujące (podane w procentach) ilości pierwotnie znajdujących się w nich frakcji użytecznych:
papier, karton - 45 % metale - 80 % szkło - 40 % tworzywa sztuczne - 50 % odpady organiczne - 50 %
co zredukuje o 39,7 % wyjściową masę odpadów, wówczas ich wartość opałowa wzrośnie o ok. 4,9 % w stosunku do wartości opałowej jaką posiadałyby odpady komunalne, gdyby zaniechano ich selektywnego gromadzenia i odzysku [1]
Tabela 5.3 Średni skład odpadów komunalnych pochodzących z wybranych miast Polski (Golimowski, 1998; OBREM 1997, 1998)
Sytuacja w Krajach Unii Europejskiej wygląda odmiennie. Po pierwsze większość odpadów komunalnych, w szczególności w bogatszych krajach Unii, zbierana jest selektywnie. Po drugie w składzie odpadów komunalnych generalnie dominują odpady opakowaniowe, których recykling był jednym z elementów 5 Programu Ochrony Środowiska UE. Wszystko to powoduje, że wszelkie porównania i próby znalezienia analogii pomiędzy krajami UE, a Polską są bardzo trudne. Ilustruje to tabela 5.7.
Tabela 5.4 Średni skład odpadów komunalnych w krajach Unii Europejskiej (Environmental Signals 2000, Rijpkema, 1993)
Ze składem morfologicznym odpadów komunalnych wiążą się w bezpośredni sposób ich właściwości paliwowe. Każdy ze składników odpadów komunalnych posiada określone ciepło spalania, które może być wykorzystane w procesie termicznym. Natomiast wartość opałowa odpadów komunalnych, jako paliwa, jest zdeterminowana składem odpadów (udział składników palnych nisko- i wysokokalorycznych), ich wilgotnością oraz zawartością substancji niepalnych.
Przykładowe wartości ciepła spalania oraz zawartość wilgoci i mineralnych substancji niepalnych w poszczególnych składnikach odpadów komunalnych przedstawiono w tabeli 5.5.
Tabela 5.5 Typowe ciepło spalania oraz średnia zawartość wilgoci i substancji niepalnych (popiołu) w wybranych składnikach odpadów komunalnych (Steinmüller, 1997)
Wartość opałowa odpadów ma istotne znaczenie w aspekcie oceny energetycznych walorów odpadów traktowanych jako paliwo, gdyż decyduje o efektywności odzysku ciepła, a tym samym o energetycznej waloryzacji spalanych odpadów. Jak wspomniano powyżej zależy od:
sumarycznej zawartości części palnych, określonych w procentach całkowitej masy odpadów, zawartości wilgoci określanej w procentach masy jaką stanowi woda zawarta w różnych frakcjach odpadów, zawartości substancji niepalnych (inertnych typu popiół, materiały ceramiczne i mineralne).
Wymienione powyżej parametry to jednocześnie bardzo istotne wskaźniki pozwalające stwierdzić czy dane odpady komunalne spełniają warunek autotermicznego (autogenicznego) spalania, nie wymagającego stosowania paliwa wspomagającego. Warunek ten zdefiniował na podstawie badań doświadczalnych, przeprowadzonych w latach 60-tych ubiegłego wieku w spalarniach odpadów komunalnych w Szwajcarii, Tanner (Tanner, 1965) i ujął go w postaci graficznej zwanej trójkątem Tannera. Wg Tannera autotermiczne spalanie jest możliwe, gdy jednocześnie spełnione są następujące warunki:
Graficznie ilustruje to zakreskowana część pola trójkąta Tannera przedstawionego na rysunku 5.1.
Rys. 5.1 Trójkąt Tannera określający właściwości energetyczne odpadów
Według badań Reimanna wartość opałowa odpadów komunalnych spełniająca warunek autotermicznego spalania w najbardziej rozpowszechnionej i technicznie dojrzałej technologii konwencjonalnej, czyli na ruchomym ruszcie, przy zachowaniu odpowiednich przepisów, wynikających z zapisów dyrektywy 2000/76/EC odnośnie zachowania minimalnej temperatury w komorze paleniskowej wynoszącej 850 oC, powinna wynosić 5043 kJ/kg, co odpowiada następującej charakterystyce odpadów:
zawartość wilgoci 39,25 % zawartość frakcji niepalnych 22,40 % zawartość frakcji palnych 38,10 %.
Zakładając określony współczynnik pewności eksploatacyjnej konwencjonalnej instalacji spalania odpadów komunalnych - wynikający z dużych wahań składu morfologicznego i zawartości wilgoci w odpadach - wyznaczono doświadczalnie, że wartość opałowa odpadów komunalnych spełniających w stanie roboczym warunek autotermicznego spalania powinna być nieco wyższa i zawierać się w granicach 5800 ÷ 6000 kJ/kg. Stąd też w cytowanych wcześniej przepisach wielu krajów Europy Zachodniej (w kontekście dyrektywy 1999/31/EC), które określają warunki bezpiecznego dla środowiska deponowania przetworzonych form odpadów, a jednocześnie wyznaczają granicę energetycznej użyteczności odpadów przyjęto jako graniczną wartość opałową równą 6000 kJ/kg.
Wartość opałowa w istotny sposób decyduje także o energetycznej efektywności alternatywnych w stosunku do konwencjonalnych technologii termicznej utylizacji odpadów, szczególnie popularnej w naszym kraju technologii Thermoselect, dla której wartość opałowa rzędu 6000 kJ/kg i wydajność w przybliżeniu 10 Mg/h to dwa podstawowe parametry definiujące uzyskanie dodatniego bilansu energii.
Odpady komunalne rozwiniętych państw Europy Zachodniej a także określonych państw pozaeuropejskich wiele lat temu przekroczyły graniczną wartość opałową. Uśrednione dane w ilustruje tabela 5.6 [1], uzupełniając w ten sposób dane zawarte w tabeli 5.5.
Tabela 5.6 Uśredniona wartość opałowa odpadów komunalnych wybranych państw świata
Wyraźnej tendencji wzrostowej, obserwowanej na przestrzeni ostatnich lat, podlega wartość opałowa polskich odpadów komunalnych. Niestety, jak wykazano wcześniej dotyczy to także ich strumienia. Średni gradient wzrostu wartości opałowej odpadów komunalnych dużych polskich miast wynosi w ciągu roku około 200 kJ/kg [1].
Potwierdzone badaniami ilościowo-jakościowymi wskaźniki charakteryzujące polskie odpady komunalne wykazują, że odpady powstające na obszarach dużych polskich miast mogą być w sposób autotermiczny spalane [1]. Spostrzeżenie to potwierdzają także wyniki wartości opałowej odpadów komunalnych spalanych w warszawskiej spalarni, przy czym należy uwzględnić, że odpady te zostały pozbawione niskokalorycznej frakcji organicznej (skierowanej do kompostowania) zanim zostały poddane procesowi termicznej utylizacji.
Ogólnie jednak wartość opałowa polskich odpadów komunalnych, szczególnie wytwarzanych na terenach małych gmin, jest nadal słabo rozpoznana. Trudno jak dotąd, nawet w przybliżeniu, określić łączny potencjał energii chemicznej zawartej w krajowych odpadach, pomimo że oszacowania takie były podejmowane.
Efektem funkcjonowania nowoczesnych, kompleksowych systemów zagospodarowania odpadów komunalnych, a głównie systemów selektywnej zbiórki surowców wtórnych oraz kompostowania odpadów organicznych są zmiany pierwotnego składu frakcyjnego odpadów powodujące, że pozostałe - przeznaczone do recyklingu energetycznego odpady, z których wyeliminowano częściowo surowce wtórne - będą miały inną wartość opałową. Może ona wzrastać lub zmniejszać się w zależności od stopnia eliminacji poszczególnych (palnych bądź niepalnych) frakcji odpadów.
Przykładowo, jeżeli wyeliminujemy z odpadów i skierujemy do odzysku następujące (podane w procentach) ilości pierwotnie znajdujących się w nich frakcji użytecznych:
papier, karton - 45 % metale - 80 % szkło - 40 % tworzywa sztuczne - 50 % odpady organiczne - 50 %
co zredukuje o 39,7 % wyjściową masę odpadów, wówczas ich wartość opałowa wzrośnie o ok. 4,9 % w stosunku do wartości opałowej jaką posiadałyby odpady komunalne, gdyby zaniechano ich selektywnego gromadzenia i odzysku [1].
Spalarnie odpadów, w tym przede wszystkim spalarnie odpadów komunalnych postrzegane są jako potencjalne źródło emisji wielu toksycznych substancji do powietrza atmosferycznego. W istocie rzeczy w procesie spalania tak niejednorodnego paliwa, jakim są odpady komunalne może powstawać bardzo wiele substancji uznawanych za szkodliwe a niekiedy wręcz trujące. Za potencjalne źródło największego zagrożenia stwarzanego przez spalarnie odpadów uważane są dioksyny a ich emisja stanowi koronny argument przeciwników spalarni. Na drugim miejscu zazwyczaj wymieniane są metale ciężkie, w tym między innymi rtęć, kadm i arsen również emitowane ze spalarni odpadów. Ponadto przeciwnicy spalarni podnoszą także argument powstających w procesie spalania wtórnych odpadów stałych (żużel, popioły lotne, produkty oczyszczania spalin), zawierających liczne związki mogące negatywnie oddziaływać na środowisko. Niekiedy argumentem są również mogące powstawać w spalarni toksyczne ścieki.
Powstaje więc w tym miejscu pytanie czy rzeczywiście spalarnie odpadów komunalnych oddziaływają tak negatywnie na środowisko, mogą być źródłem jego skażenia i tym samym mogą oddziaływać negatywnie na zdrowie ludzi. Rzeczywistość jest oczywiście inna niż malują to przeciwnicy spalarni.
Faktem jest, ze podczas spalania tak niejednorodnego materiału (paliwa), jakim są odpady komunalne w procesie spalania może powstawać bardzo wiele substancji, w tym między innymi [2]:
pył pochodzący z niepalnej części odpadów, będący równocześnie nośnikiem bardzo wielu metali ciężkich takich jak chrom, nikiel, ołów, kadm, rtęć i wiele innych, dwutlenek i tlenek węgla jako naturalne produkty procesu spalania węglowodorów tworzących materię organiczną ulegającą spalaniu, dwutlenek siarki jako konsekwencja obecnych w odpadach substancji zawierających siarkę, tlenki azotu (tlenek, dwutlenek i podtlenek azotu) jako konsekwencja obecności w odpadach substancji zawierających azot (mechanizm paliwowy i częściowo rodnikowy) oraz wysokiej temperatury spalania (mechanizm termiczny i rodnikowy), chlorowodór i fluorowodór jako konsekwencja obecności w odpadach substancji zawierających chlor i fluor mikrozanieczyszczenia organiczne pochodzące z niepełnego rozkładu termicznego materii organicznej - ogółem zidentyfikowano w spalinach ze spalarni odpadów komunalnych ponad 300 związków chemicznych w tym proste węglowodory alifatyczne i aromatyczne, alkohole, aldehydy, ketony, proste kwasy karboksylowe, proste węglowodory chlorowane (alifatyczne i aromatyczne) itp. polichlorowane dibenzo-p-dioksyny i polichlorowane dibenzofurany zwane w uproszeniu dioksynami i furanami (PCDD/PCDF)
Faktem jest również, że analizując rozwój rozwiązań technicznych spalarni odpadów można wyróżnić cztery zasadnicze okresy [3]:
lata sześćdziesiąte i wcześniej, gdzie większość spalarni odpadów nie posiadała żadnych systemów oczyszczania spalin, lata siedemdziesiąte, gdy powszechnie zaczęto stosować w spalarniach systemy odpylania spalin (cyklony i elektrofiltry), lata osiemdziesiąte gdy zaczęto powszechnie stosować urządzenia (suche, półsuche i mokre, przeważnie jednostopniowe, czasami dwustopniowe) do usuwania kwaśnych składników gazów spalinowych - dwutlenku siarki, chlorowodoru i fluorowodoru, lata dziewięćdziesiąte gdzie główny nacisk położono na ograniczenie emisji metali ciężkich oraz dioksyn i furanów a także tlenków azotu stosując urządzenia adsorpcyjne i katalityczne oraz nowoczesne wysokowydajne urządzenia odpylające.
Dziś, przy aktualnym stanie wiedzy możemy stwierdzić, że spalarnie odpadów najnowszej generacji (lata dziewięćdziesiąte) zapewniają prawie całkowite eliminację zanieczyszczeń ze spalin, do poziomu bezpiecznego dla środowiska i ludzi. |
| 6.1 Bezpieczeństwo ekologiczne pierwszej polskiej spalarni odpadów |
Postęp w zakresie systemów oczyszczania spalin wynika z pogłębiania się naszej wiedzy na temat procesów spalania, wprowadzania nowych, coraz to doskonalszych narzędzi badawczych (analitycznych) pozwalających na coraz dokładniejsze oznaczanie substancji śladowych. Za tym idą nieustanne zmiany wymagań prawnych stawianych spalarniom odpadów i to wszystko w konsekwencji powoduje, że systemy oczyszczania spalin w nowoczesnych spalarniach odpadów są tak nowoczesne i rozbudowane. W tabeli 8 pokazano przykładowo zmiany w niemieckich przepisach dotyczących emisji ze spalarni odpadów komunalnych.
Tabela 6.1 Zmiany wymagań stawianych spalinom ze spalarni odpadów komunalnych
Problem emisji zanieczyszczeń do atmosfery z procesu spalania odpadów znalazł również swoje odbicie w legislacji europejskiej. Jak już wspomniano w 1989 roku zostały przyjęte dwie dyrektywy regulujące wielkość emisji z nowych i istniejących spalarni odpadów (89/369/EEC i 89/429/EEC). Szybko jednak okazało się, że dyrektywy te nie przystają do rzeczywistości i w wielu krajach wydano własne, znacznie ostrzejsze przepisy regulujące problem emisji zanieczyszczeń ze spalarni odpadów.
W grudniu 2000 roku została przyjęta długo oczekiwana nowa dyrektywa 2000/76/EC dotycząca spalania opadów. Dyrektywa ta ma zastąpić obie stare dyrektywy dotyczące spalania odpadów komunalnych oraz dyrektywę 94/67/EC dotyczącą spalania odpadów niebezpiecznych. Postanowienia nowej dyrektywy są z grubsza zbieżne z wymogami dyrektywy 94/67/EC w zakresie wartości dopuszczalnych stężeń zanieczyszczeń w emisji, parametrów procesu spalania czy monitoringu. Nowością jest objęcie postanowieniami w sposób jednoznaczny spalania odpadów medycznych i osadów ściekowych (które w pewnym zakresie już były objęte dyrektywą 94/67/EC). Ponadto nowa dyrektywa wprowadza ograniczenia w emisji dla procesu spalania odpadów w piecach cementowych, dla współspalania odpadów i paliw konwencjonalnych w obiektach energetycznych (co najprawdopodobniej zaowocuje całkowitą rezygnacją ze współspalania odpadów i paliw kopalnych), zawartości substancji palnych w odpadach stałych (żużlach) po procesie termicznej utylizacji odpadów (skutkiem będzie eliminacja pirolizy) oraz w zakresie zrzutów ścieków z instalacji termicznej utylizacji odpadów.
Zapisy najnowszej dyrektywy 2000/76/EC obejmują:
spalanie odpadów komunalnych, spalanie odpadów przemysłowych, spalanie odpadów niebezpiecznych, spalanie osadów ściekowych, współspalanie odpadów wraz z innymi paliwami. |
Ogólne warunki eksploatacji zdefiniowane są w tej dyrektywie następująco:
Zawartość substancji organicznych w żużlu, w przeliczeniu na węgiel (TOC), nie może przekraczać 3%, lub straty podczas prażenia żużla powinny być mniejsze niż 5 %. Warunki realizacji procesu spalania: temperatura - min. 850 oC, czas przebywania gazu w tej temperaturze, nawet w najbardziej niekorzystnych warunkach, powinien wynosić minimum 2 s, natomiast dla odpadów zawierających ponad 1 % halogenków organicznych (jako chlor) - minimalna temperatura powinna wynosić 1100 oC. Odpowiednie układy automatyki zapewniające bezawaryjną pracę i dotrzymanie wymogów temperaturowych, samoczynne włączanie palników w przypadku spadku temperatury poniżej 850 oC (lub dla odpadów zawierających ponad 1 % chloru - 1100 oC). Odzysk ciepła z procesu spalani odpadów jest bezwzględnie wymagany. Dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń w spalinach określają tabele 9 - 11. Dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń w ściekach odprowadzanych ze spalarni określa tabela 12. W przypadku współspalania odpadów ze stałym paliwem kopalnym wartość dopuszczalnego stężenia w spalinach oblicza się jako:
gdzie:
 - objętościowy strumień spalin ze spalania odpowiednio odpadów i paliwa
 - dopuszczalne stężenie zanieczyszczenia w spalinach ze spalania odpowiednio odpadów (tabela 7.1) i paliwa (tabela 7.2)
 - Dla warunków odniesienia: temperatura 273 K, ciśnienie 101,3 kPa, spaliny suche, 11 % zawartość O2,
 - Dla starych instalacji o wydajności powyżej 6 Mg/h oraz instalacji nowych, dla instalacji mniejszych - 400 mg/m3
 - Przy pomiarach trwających od 30 minut do 8 godzin,
 - Przy pomiarach trwających od 6 do 8 godzin.
Tabela 7.1 Dopuszczalne wartości emisji ze spalania odpadów w spalarniach (wartości średnie 24-godzinne)
- Dla warunków odniesienia: temperatura 273 K, ciśnienie 101,3 kPa, spaliny suche, 6 % O2
Tabela 7.2 Dopuszczalne wartości emisji zanieczyszczeń ze spalania stałych paliw kopalnych (np. węgla) podczas współspalania z odpadami
- dla warunków odniesienia: temperatura 273 K, ciśnienie 101,3 kPa, spaliny suche, 10 % O2
- dla starych instalacji 800 mg/m3, dla nowych instalacji 500 mg/m3
Tabela 7.3. Dopuszczalne wartości emisji ze spalania w piecach cementowych (wartości średnie 24-godzinne)
Tabela 7.4. Wartości graniczne stężeń niektórych zanieczyszczeń w ściekach z procesu oczyszczania gazów spalinowych w spalarniach odpadów |
|
Wartym podkreślenia jest fakt, że w dyrektywie zawarte są istotne ograniczenia dotyczące zawartości substancji organicznej (jako TOC) w odpadach wtórnych (np. żużlu) do maksimum 3 %, co praktycznie całkowicie eliminuje metody pirolityczne, bez dalszej przeróbki koksu pirolitycznego.
Aby sprostać wymogom dyrektywy 2000/76/EC, a wcześniej wymogom przepisów krajowych obowiązujących w niektórych krajach Unii od początku lat dziewięćdziesiątych (np. w Niemczech 17 BImSchV - 1991) współczesne spalarnie odpadów komunalnych posiadają bardzo rozbudowane systemy oczyszczania gazów spalinowych. Szczegółowo systemy te zostały opisane w pracy (Wielgosiński, 1998). Spalarnie nowe, wybudowane w latach dziewięćdziesiątych spełniają z powodzeniem nawet najostrzejsze normy, przy czym stężenia zanieczyszczeń w spalinach są najczęściej na poziomie poniżej 10 % wartości dopuszczalnych określonych w przepisach. Niestety nie dotyczy to spalarni wybudowanych wcześniej, w latach sześćdziesiątych i siedemdziesiątych.
7.1 Oczyszczanie spalin
Systemy oczyszczania spalin w nowoczesnych spalarniach odpadów komunalnych są bardzo rozbudowane i wielostopniowe. Ich zadaniem jest usunięcie większości zanieczyszczeń niesionych w spalinach. Skuteczności usuwania są zazwyczaj na poziomie od 95 do ponad 99 %. Ilustruje to tabela 5 pokazująca typowe stężenia zanieczyszczeń w gazie surowym, w gazie oczyszczonym oraz uzyskiwany stopień usunięcia zanieczyszczeń ze spalin.
- wartości przeliczone dla warunków odniesienia - gaz suchy, warunki normalne, 11 % O2
Tabela 7.5 Typowe stężenia wybranych zanieczyszczeń w gazach spalinowych surowych (przed oczyszczaniem) w porównaniu z osiąganymi stężeniami w gazach oczyszczonych (dla nowych spalarni odpadów komunalnych) [2]
Zazwyczaj w skład instalacji oczyszczania gazów spalinowych w nowoczesnej spalarni odpadów komunalnych wchodzą następujące urządzenia [2,3]
system odpylania spalin (elektrofiltr, filtry tkaninowe lub coraz rzadziej bateria cyklonów), bardzo ważny z punktu widzenia ochrony środowiska, gdyż to właśnie pył jest nośnikiem emisji metali ciężkich (rtęć, ołów, kadm, miedź, chrom, mangan, arsen, nikiel, antymon i tal) jak również cząsteczki pyłu są doskonałym sorbentem dioksyn. Stąd dążenie do maksymalizacji wydajności urządzeń odpylających. Zazwyczaj w nowoczesnych spalarniach odpadów stosuje się do odpylania spalin elektrofiltry - urządzenia pozwalające zatrzymać nawet 99.9 % emitowanego pyłu, Znacznie rzadziej stosowane są cyklony, gdyż ich sprawność odpylania jest z reguły niższa. Ostatnio coraz częściej stosuje się filtry tkaninowe, gdyż odkryto, że silne pole elektrostatyczne może wspomagać tworzenie się dioksyn w tzw. syntezie "de novo". Dzięki zastosowaniu nowoczesnych materiałów filtracyjnych, odpornych na wysokie temperatury (włókna szklane powlekane specjalnie preparowanym teflonem) udaje się uzyskać bardzo wysokie stopnie odpylenia przy jednoczesnym znacznym ograniczeniu stężenia dioksyn w spalinach (dodatkowa sorpcja znajdujących się fazie gazowej dioksyn na wytrąconych na tkaninie pyłach) [4]. układ mokrego oczyszczania - najczęściej dwustopniowy. W pierwszym stopniu następuje schładzanie spalin zimną wodą i absorpcja chlorowodoru oraz fluorowodoru, zaś w drugim stopniu absorpcja pozostałych gazów kwaśnych (przede wszystkim SO2) w zawiesinie wodorotlenku lub węglanu wapniowego (przy pH ok. 5), a czasem wodorotlenku sodowego. Jest to absorpcja połączona z reakcja chemiczną, w wyniku której otrzymuje się zazwyczaj odpadowy gips oraz chlorek i fluorek wapnia. Niekiedy w pierwszym stopniu absorpcji używa się również w miejsce wody roztworów alkalicznych, ale przy znacznie niższym pH (ok. 3), · dozowanie koksu aktywnego (węgla aktywnego) w celu eliminacji (adsorpcji) dioksyn i furanów, a następnie odpylanie gazów spalinowych na filtrach tkaninowych. Wariantem tej metody są adsorbery ze złożem węgla aktywnego usytuowane jako ostatni element systemu oczyszczania spalin przed wprowadzeniem ich do komina. Układ ten pozwala na ograniczenie emisji również i innych związków organicznych oraz niektórych lotnych metali ciężkich (w szczególności rtęci, kadmu i arsenu), które adsorbują się na powierzchni węgla (koksu) aktywnego. W niektórych rozwiązaniach technicznych spalarni odpad ten jest wprowadzany razem z odpadami komunalnymi do komory spalania i w ten sposób nie stanowi on zagrożenia dla środowiska. W innych rozwiązaniach odpad ten odpylany w układzie filtrów tkaninowych wspólnie z produktami półsuchego oczyszczania gazów spalinowych za pomocą wodorotlenku wapnia. Stanowi on wtórny odpad, który składowany jest na izolowanych składowiskach odpadów niebezpiecznych, opcjonalnie, lecz coraz częściej, w nowoczesnych instalacjach oczyszczania gazów spalinowych w spalarniach instalowany jest system usuwania tlenków azotu realizowany dwiema podstawowymi technikami:
SNCR - selektywna redukcja niekatalityczna polegająca na wprowadzeniu do komory spalania gazowego amoniaku, wody amoniakalnej bądź mocznika, które to substancje w temperaturze ok. 850 oC redukują tlenki azotu do wolnego azotu. Istotną sprawą jest tutaj zakres temperatury. Selektywna niekatalityczna redukcja tlenków azotu przebiega z najlepszą wydajnością w temperaturze ok. 850 0C. Zarówno wzrost temperatury powyżej 900 0C jak i spadek poniżej 800 0C powodują spadek efektywności redukcji, który maksymalnie wynosi ok. 50 - 70 %. - SCR - selektywna redukcja katalityczna polegająca na tym, że oczyszczone z pyłów i gazów kwaśnych podanymi powyżej metodami gazy spalinowe po podgrzaniu do temperatury ok. 300 0C i wymieszaniu z amoniakiem kierowane są na złoże katalityczne (katalizator monolityczny platynowy lub wanadowo-tytanowy), gdzie następuje redukcja tlenków azotu do wolnego azotu. Proces ten przebiega zazwyczaj z efektywnością powyżej 90 %, często 95 - 98 %.
Większość nowoczesnych spalarni odpadów komunalnych, wybudowanych w ostatnich latach, spełnia nawet najostrzejsze wymogi prawne dotyczące emisji zanieczyszczeń z dużym zapasem.
- wartości przeliczone dla warunków odniesienia - gaz suchy, warunki normalne, 11 % O2
Tabela 7.6. Oznaczane, średnie stężenia*) zanieczyszczeń w spalinach ze spalania odpadów komunalnych według różnych technologii (wg materiałów firmowych Spittelau, FES - Frankfurt am Main, AVI Moerdijk) |
Analizując problem oczyszczania gazów odlotowych ze spalarni odpadów komunalnych można śmiało postawić tezę, że systemy oczyszczania gazów odlotowych w nowoczesnych spalarniach (bardzo skomplikowane i wielostopniowe), są tak skuteczne, że niezależnie od tego co wprowadzimy na wejściu do systemu oczyszczani gazów spalinowych w efekcie otrzymamy prawie że całkowite usunięcie wszystkich zanieczyszczeń. Tym samym nowoczesne spalarnie odpadów zarówno komunalnych, jak i przemysłowych nie stanowią istotnego zagrożenia dla środowiska.
Większość współczesnych, nowoczesnych spalarni odpadów komunalnych ma bezściekowy system oczyszczania spalin i stąd problem ścieków po prostu nie istnieje (powstaje jedynie niewielka ilość ścieków o charakterze sanitarnym, które mogą być bez problemu odprowadzane do kanalizacji). Bezściekowy system oczyszczania spalin polega na tym, że do oczyszczania spalin z gazów kwaśnych stosowane są technologie półsuche, w wyniku których produkt oczyszczania będący wtórnym odpadem otrzymuje się w postaci suchej, bądź też ścieki po odfiltrowaniu stałych produktów oczyszczania gazów poddaje się odparowaniu w strumieniu gorących spalin. W przypadku powstawania jednak ścieków w węźle oczyszczania spalin lub np. płukania żużla charakterystykę ścieków określają odpowiednie przepisy (w zależności czy jest to odprowadzanie do wód powierzchniowych, czy też kanalizacji). Dodatkowo zawartość niektórych substancji toksycznych w ściekach reguluje nowa dyrektywa dotycząca spalania odpadów - 2000/76/EC. Wartość dopuszczalnych stężeń wg tej propozycji podaje tabela 12.
Powyższe przepisy zostały sformułowane w celu zabezpieczenia się przed sytuacją, w której wyczerpane absorbenty zawierające stałe produkty oczyszczania gazów spalinowych i pył (o znacznej zawartości metali ciężkich oraz dioksyn i furanów) są kierowane do kanalizacji bez jakiegokolwiek oczyszczania, (co niestety na przykład ma miejsce w większości polskich spalarni odpadów medycznych).
Ilość i rodzaj wtórnych odpadów stałych zależy od stosowanej technologii spalania oraz technologii oczyszczania spalin. Generalnie ich ilość obrazuje rysunek 7.3 [3]
Rys.7.1 Przykładowy bilans masowy stałych produktów spalania spalarni odpadów komunalnych
W świetle obowiązujących w Polsce przepisów prawnych - dotyczących klasyfikacji odpadów - można uznać, że w procesie termicznej utylizacji odpadów komunalnych powstają zazwyczaj trzy rodzaje stałych odpadów wtórnych.
Tabela 7.7 Odpady wtórne ze spalarni odpadów komunalnych (wg Rozporządzania w sprawie klasyfikacji odpadów)
Zgodnie z powyższą klasyfikacją tylko odpad z pozycji pierwszej (pozostałości poreakcyjne z oczyszczania gazów spalinowych, w tym również popioły lotne oddzielone w urządzeniach odpylających) znajduje się na liście odpadów niebezpiecznych. Jako odpad niebezpieczny musi być on składowany na izolowanym składowisku odpadów niebezpiecznych. Pozostałe odpady nadają się do gospodarczego wykorzystania - odpady odzyskanych metali - mogą zostać wysłane do huty, zaś żużel może być wykorzystany jako podsypka do budowy dróg lub może być składowany na normalnym składowisku odpadów komunalnych.Odpad żużla (po płukaniu oraz suchej obróbce) może być wykorzystywany gospodarczo. [3] Podstawowe zastosowania żużla ze spalarni odpadów komunalnych to:
budownictwo drogowe przy utwardzonych powierzchniach w obszarach przemysłowych (parkingi, powierzchnie składowe) oraz w innych przestrzeniach ruchu drogowego (np. lotniska, centra obrotów towarów) jako związana warstwa nośna pod warstwą kryjącą przepuszczającą tylko w niewielkim stopniu wodę (np. pod kostką, płytami itp.) lub warstwa nośna pod nieprzepuszczającą wodę warstwę kryjącą (typu beton, asfalt, kostka); prace ziemne (na kontrolowanych dużych placach budowlanych) w obszarach o korzystnych warunkach hydrogeologicznych, jako wał ochronny przed hałasem z mineralnym uszczelnieniem nawierzchni lub jako wał drogowy (warstwa nośna) z nieprzepuszczalną nawierzchnią jezdni i mineralnym uszczelnieniem nawierzchni, w obrębie skarpy i leżącą ponad nią warstwą rekultywacyjną.
Żużla z procesów spalania odpadów nie wolno natomiast stosować w obszarach czułych hydrologicznie oraz znaczących i chronionych pod względem gospodarczo - wodnym. Przykładowo wykluczone jest wykorzystanie żużla jako materiału budowlanego na terenach objętych ochroną wody pitnej, na terenach źródeł wód leczniczych objętych ochroną, na terenach gdzie występują powodzie oraz z powodów prewencyjnych na powierzchniach specjalnie użytkowych.
Charakterystyka wyciągu wodnego z żużla po płukaniu zazwyczaj wskazuje, że większość zanieczyszczeń zawarta w eluacie występuje w stężeniach niższych niż dopuszczają to polskie przepisy - dla III klasy czystości wód oraz dla ścieków wprowadzanych bezpośrednio do wód powierzchniowych oraz ziemi. Tym samym odpad ten nie stanowi zagrożenia dla środowiska i może być do środowiska wprowadzany w sposób bezpośredni, tak jak podano to powyżej.
Największy problem stwarza odpad pierwszy - pozostałości poreakcyjne z oczyszczania gazów spalinowych (z filtra tkaninowego). Odpad ten zawiera znaczne ilości metali ciężkich oraz dioksyn usuniętych w procesie oczyszczania gazów spalinowych. Odpad ten jest z całą pewnością odpadem niebezpiecznym, który może być składowany jedynie na specjalnych, dobrze uszczelnionych i izolowanych składowiskach odpadów niebezpiecznych. Ewentualnie może być on cementowany w bloki i w ten sposób bezpiecznie składowany (takie zresztą rozwiązanie przyjęto w pierwszej polskiej spalarni odpadów komunalnych w Warszawie na Targówku).
Jak już wspomniano problem emisji dioksyn z procesu spalania odpadów od lat stanowi koronny argument przeciwników tej metody unieszkodliwiania i utylizacji odpadów. Został on zauważony w latach siedemdziesiątych, kiedy odkryto ich obecność w spalinach pochodzących ze spalarni odpadów. Wielokrotnie powtarzany jest argument o istotnym zagrożeniu dla zdrowia i życia oraz stanu środowiska stwarzanym przez dioksyny, uważane za jedne z najniebezpieczniejszych i najsilniejszych trucizn znanych człowiekowi. Jeżeliby wierzyć tej argumentacji to w licznych, bogatych krajach Unii Europejskiej (Niemcy, Holandia, Dania, Szwecja) czy też Szwajcarii lub Japonii, gdzie funkcjonuje bardzo wiele spalarni odpadów, a większość odpadów komunalnych jest utylizowana termicznie liczba ludności powinna zbliżać się do zera, a stan środowiska nie powinien pozwalać na zamieszkiwanie na tym terenie. Rzeczywistość jest oczywiście inna, wymienione kraje należą do czołówki w zakresie ochrony środowiska, a obowiązujące tam przepisy w zakresie ochrony środowiska stanowią wzór w tym zakresie, zaś Polska z trudem, kosztem wielu miliardów euro będzie dopiero dostosowywać stan środowiska do standardów.
7.3 Diotoksyny
Pojawić więc musi się w tym miejscu zasadnicze pytanie - jak to w istocie z dioksynami jest - czy rzeczywiście są takie toksyczne i czy rzeczywiście spalarnie odpadów są głównym źródłem ich emisji do środowiska.
Nazwą "dioksyny" określamy zazwyczaj całą grupę związków chemicznych obejmujących 75 polichlorowanych dibenzo-p-dioksyn i 135 polichlorowanych dibenzofuranów. Są to związki o znanej toksyczności [5], z których za najniebezpieczniejsze uważa się związki przedstawione na rysunku 7.4.
Rys.7.4 Najbardziej toksyczne kongenery grupy polichlorowanych dibenzo-p-dioksyn i polichlorowanych dibenzofuranów
Źródłem powstawania polichlorowanych dibenzo-p-dioksyn i polichlorowanych dibenzofuranów są wszelkie procesy wysokotemperaturowe (powyżej 200 oC), w których obecne są cząsteczki chloru i materia organiczna. I tak dioksyny i furany powstają we wszystkich procesach spalania (również węgla zawierającego często ok. 1 % chloru), w hutnictwie, komunikacji.
Tabela 7.8 Podstawowe źródła emisji dioksyn w wybranych krajach europejskich (Dioxin and Furan Inventories, 1999)
Jak widać z danych zwartych w tabeli 8 w niektórych krajach spalanie odpadów wcale nie jest głównym źródłem emisji dioksyn do atmosfery. Można stwierdzić, że kraje, w których problem dioksyn został zauważony, i w których podjęto szeroko zakrojona akcję zmierzająca do zmniejszenia emisji dioksyn z procesów spalania odpadów, miedzy innymi poprzez wprowadzenie rygorystycznych standardów emisji wykazują emisję PCDD/PCDF na znacznie mniejszym poziomie niż inne. Ciekawym jest porównanie danych zawartych w tabeli 8 z danymi zawartymi w tabeli 9 - dopuszczalnymi stężeniami zanieczyszczeń w gazach spalinowych emitowanych ze spalarni odpadów. Widać wyraźnie, że Austria, Niemcy i Szwecja, gdzie obowiązują ograniczenia w zakresie emisji dioksyn mają bardzo małą ich emisję do atmosfery, a udział emisji z procesów spalania odpadów nie przekracza kilku - kilkunastu procent. Natomiast w krajach, gdzie nie ma ograniczeń w zakresie emisji dioksyn z procesów spalania udział tej emisji jest kilkudziesięcioprocentowy, w przybliżeniu równy udziałowi spalanych odpadów.
Tabela 7.9 Dopuszczalne stężenia zanieczyszczeń w spalinach ze spalarni odpadów w wybranych krajach europejskich [6]
Działania zmierzające do maksymalnego ograniczenia emisji dioksyn są podejmowane w różnych krajach, a efekty tych działań widać wyraźnie na przykładzie gospodarki Niemiec. W tabeli 18 przedstawiono podstawowe źródła emisji dioksyn w gospodarce Niemiec w latach 1990- 2000.
Warto w tym miejscu zaznaczyć, że w latach 1990 - 1994 największe koncerny niemieckie (NOELL Abfall- und Energietechnik GmbH, L. & C. Steinmüller GmbH, MARTIN GmbH für Umwelt und Energietechnik) oraz czołowe uniwersytety (Technische Universität Berlin, Universität Karlsruhe) otrzymały wsparcie z Rządu Federalnego (Bundesministerium für Bildung und Forschung) w wysokości ponad 3,8 mld DM z przeznaczeniem na rozwiązanie problemu emisji dioksyn do atmosfery z procesów spalania. Podobne zjawisko, zmniejszenia emisji dioksyn z procesu spalania odpadów obserwujemy w Holandii.
Tabela 7.10 Podstawowe źródła emisji dioksyn w gospodarce Niemiec [7]
Można przyjąć, że dioksyny powstają w każdym procesie termicznym (tj. zachodzącym w wysokich temperaturach), jeżeli w środowisku spalania znajduje się materia organiczna oraz chlor. Ogólny przebieg reakcji jest następujący:
Według danych US EPA (EPA, 2000) średni wskaźnik emisji PCDD/PCDF dla spalarni odpadów niebezpiecznych wynosi ok. 3,8 - 4,2 ng TEQ/kg odpadów, zaś dla spalania węgla w elektrowniach wynosi on 0,05 - 0,11 ng TEQ/kg węgla.
Głównymi sposobami ograniczania emisji PCDD/F z urządzeń do spalania odpadów są [3]:
sposoby pierwotne w odniesieniu do spalanych odpadów, sposoby pierwotne w odniesieniu do procesu technologicznego, sposoby kontroli parametrów fizycznych procesu spalania i gazów odlotowych (np. stadia temperatur, szybkość schładzania, zawartość O2 itp.), oczyszczanie gazów odlotowych, przeróbka pozostałości po procesie oczyszczania.
|
8.2 Unieszkodliwianie zbędnych środków bojowych
System składa się z:
transportera podawczego, który ma postać przenośnika taśmowego. Na taśmie dodatkowo zamontowano wypustki w kształcie litery V, uniemożliwiające zsunięcie się wsadu.; instalacji podawczej składającej sie z kosza samowyładowczego w kształcie lejka, gdzie umieszczana jest amunicja oraz z trzech elekrtopneumatycznych zaworów. Przestrzeń pomiędzy zaworami jest permanentnie chłodzona, aby utrzymać temperaturę w instalacji podawczej poniżej temperatury detonacji materiału wybuchowego. pieca, który ma postać uzbrojonego zbiornika w kształcie walca wyposażonego w palniki oraz otwór inspekcyjny. Środki bojowe przeznaczone do detonacji umieszczane są na uzbrojonej płycie, gdzie pod wpływem temperatury następuje ich unieszkodliwienie. Piec zakończony jest stożkiem mułatwiającym gromadzenie się pozostałości po spaleniu i usuwaniu ich poza instalację. system chłodzący - składa się z chłodnicy na wodę oraz wentylatora chłodzącego. Woda chłodnicza pompowana jest do systemu załadowczego, gdzie odbiera temperaturę, a następnie powraca do chłodnicy, gdzie jest chłodzona powietrzem z wentylatora. Zbiornik gazu oraz paliwa - służą do zasilania palników, w celu utrzymywania w piecu temperatury pozwalającej na detonacje amunicji Przenośnik złomu - jest to przenośnik taśmowy wyposażony dodatkowo w wypustki w kształcie litery V uniemożliwiające zsuwanie się pozostałości po spaleniu. Urządzenie jest wykonane z materiału odpornego na wykokie temperatury. Rozpietość pomiędzy osiami wynosi 2 m. Przenośnik metali żelaznych - ma postać pasa zainstalowanego tuż nad transporterem przenoszącym pozostałości po spaleniu. Wyposażony jest w magnez wychwytujący części żelazne. elementy te są następnie przenoszone na paletę umieszczoną na końcu urządzenia. Kompaktor - ma postać sterowanej ręcznie prasy hydraulicznej z wlotem znajdującym sie od strony górnej oraz wylotem umieszczonym od strony przedniej. Urządzenie uruchamiane jest po napełnieniu go pozostałościami nieżelaznymi. Wtedy ręcznie zamykany jest wlot i uruchamiana prasa ściskająca zawartość. Po osiągnięciu maksymalnej pozycji suwaka otwierany jest wylot, odpady ulegaja wypchnięciu oraz suwak powraca na pierwotną pozycję. Można wtedy rozpocząć nowy cykl. Palniki
8.3 Energia Odnawialna
Rozporządzenia Ministra Gospodarki z dnia 19 grudnia 2005 roku określa warunki uznania wyprodukowanej energii elektrycznej lub ciepła za pochodzącą ze źródła odnawialnego.
Według tego rozporządzenia do energii wytwarzanej w odnawialnych źródłach energii zalicza się, niezależnie od mocy źródła, energię elektryczną lub ciepło pochodzące w szczególności:
z elekrtowni wodnych lub wiatrowych; ze źródeł wytwarzających energię z biomasy oraz z biogazu; ze słonecznych ogniw fotogalwanicznych oraz kolektorów do produkcji ciepła; ze źródeł geotermalnych.
Obecnie Ministerstwo Gospodarki wraz z Ministerstwem Środowiska przygotowywują rozszerzenie rozporządzenia na odpady zawierające części palne oraz mączkę mięsno kostną. Substancje te z powodzeniem mogą byś wykorzystywane jako paliwo alternatywne oraz źródło energii odnawialnej.
Odzysk energii i ciepła z odpadów w instalacjach przemysłowych
Odzysk energii emitowanej podczas termicznego procesu unieszkodliwiania odpadów ciekłych, gazowych oraz stałych może następować poprzez następujące nośniki:
Parę wodną Olej Podgrzane powietrza Gorącą wodę Energię elektryczną
Jak dobrać najodpowiedniejszy układ odzysku energii?
Typ instalacji do odzysku energii zależy od:
Linii produkcyjnej Warunków spalania Charakterystyki odpadów Ilości odpadów, itp.
Przykład: Odzysk energii podczas produkcji cukru
Jednym ze składowych procesu wytwarzania cukru jest produkcja CO2, którego używa się do regulacji pH podczas końcowej fazy technologicznej. Razem z CO2 powstaje jako gaz odpadowy między innymi CO, który wraz z CO2, CxHx oraz NH3 emitowany jest do atmosfery.
Opracowany przez nas proces kontrolowania emitowanych zanieczyszczeń LedeNOx jest rozwiązaniem dla odzysku energii zgromadzonej w gazowych produktach odpadowych. Wytwarzana para wodna wykorzystywana jest ponownie do produkcji cukru.
8.4 Unieszkodliwianie odpadów homogenicznych
Złoże fluidalne jest to urządzenie służące do spalania paliw konwencjonalnych jak i niekonwencjonalnych, Warunkiem koniecznym fluidyzacji złoża jest, osiagniecie temperatury wnętrza co najmniej równej temperaturze zapłonu paliwa. Temperatura nie może jednak osiągnąć adiabatycznej wartości topienia popiołu. Osiąga się to odbierając ciepło ze złoża przy wykorzystaniu wymienników zanurzonych w nim.
W przypadku, gdy paliwo zawiera wysoki procent siarki lub innych zanieczyszczeń niezbędne jest wprowadzenie do złoża węglanu wapnia, który zneutralizuje zanieczyszczenia siarczanami gazów odlotowych oraz pozwoli uniknąć kosztów związanych z utrzymaniem zalecanych limitów emisyjnych jak filtry/ płuczki. Kolejną ważną zaletą spalania w złożu fluidalnym jest fakt, że spalanie zachodzi w niższych temperaturach niż w tradycyjnych paleniskach. Panująca tam niska temperatura 800 - 900 ºC, ogranicza ilość powstawających związków NO-X. Poniżej temperatury 750 °C pogarszają się warunki utleniania węgla i powstaje CO, powyżej 950 °C następuje spiekanie i mięknięcie popiołu, czyli złoże traci charakter sypki i drobnoziarnistą strukturę. Aby utrzymać odpowiedni zakres temperatur należy odpowiednio regulować strumień wytwarzającego i odbieranego w złożu ciepła. Dlatego też celowo do złoża doprowadza się balast i utrzymuje duże ilości popiołu. Zastosowanie pieca fluidalnego powoduje zmniejszenie powstawania NOx i umożliwia usunięcie nadmiaru siarki poprzez chemiczne związanie jej z balastem. Efektywność odzysku energii w złożu fluidalnym osiąga większe wartości niż przy zastosowaniu innych technologii spalania. Zamontowane bezpośrednio w złożu wymienniki ciepła transferują bez zbędnych pośredników energię do dalszego jej wykorzystania.
8.5 Spalarnia odpadów komunalnych
Odpady komunalne charakteryzują się bardzo złożonym składem chemicznym oraz różnorodnymi formami. Najczęściej spala się je w piecach rusztowych wyposażonych w instalacje do odzysku energii.
Odpady komunalne charakteryzują się specyficznym heterogenny składem. Zmiany właściwości technologicznych tych odpadów zależą między innymi od rodzaju zabudowy miejskiej, nasycenia ich obiektami usługowymi oraz innymi obiektami niemieszkalnymi, techniczno-sanitarnego wyposażenia budynków, w tym szczególnie od sposobu ich ogrzewania, pory roku, posiadania przydomowego ogródka i wielu jeszcze innych czynników. W ich skład wchodzą substancje toksyczne, palne, wybuchowe, czynne biologicznie, zakażone mikroorganizmami chorobotwórczymi, o znacznej ilości ołowiu oraz innych metali ciężkich, związków chloru itp.
Proces spalania odpadów komunalnych jest trudny do kontrolowania. Zróżnicowane ich własności wpływają na znaczne fluktuacje temperatury oraz niestabilne właściwości kaloryczne. Może to doprowadzić do niepełnego spalenia, co w konsekwencji zagraża środowisku naturalnemu.
Piec rusztowy do spalania odpadów komunalnych
Odpady komunalne, które poddawane są termicznej utylizacji, stanowią około 30% odpadów produkowanych w mieście. Są to odpady po wcześniejszej segregacji, nienadające się do dalszego przetwarzania. Wartość kaloryczna śmieci pozwala na spalenie bez konieczności dodawania paliw konwencjonalnych. Jedynym momentem, gdy potrzeba jest dodania oleju, gazu czy innych wysoko kalorycznych substancji jest start pieca i osiągnięcie pożądanej temperatury +/-950 stopni Celsjusza.
Spalanie
Odpady dowożone są specjalnie do tego skonstruowanymi ciężarówkami. Następnie gromadzone są w bunkrze, który zapewnia wyrównanie i ciągłość strumienia płynącego do pieca. Ogromny przenośnik dźwigowy transportuje odpady do komory wytleniania. Tam znajduje się ruchomy ruszt, wolno przesuwający odpady przez całą długość komory. Wytlenianie - niepełne spalanie - zachodzi przy niedoborze tlenu. Powietrze dochodzi tylko wraz z odpadami. Stanowi to także zabezpieczenie przed wydostawaniem się odorów na zewnątrz instalacji. Minimalna wymagana temperatura w piecu wynosi +/-950 stopni Celsjusza. Odpady pozostają w komorze spalania od 45 minut do 1 godziny.
Rys. 8.2 : Schemat spalarni z piecem rusztowym
Proces wytlewania przekształca odpady w:
Popiół, który stanowi +/-10% ich początkowej objętości Gaz syntetyczny o wysokiej temperaturze
Popiół poddawany jest ochładzaniu oraz rozdzieleniu na duże frakcje i pył. Następnie przechodzi przez elektromagnes gdzie odzyskane zostają metale. Gromadzony jest w zamkniętym zbiorniku, wyposażonym w system wentylacyjny, aby nie doszło do samozapłonu gazów ulatniających się z popiołów. Po napełnieniu się zbiornika, popioły odbierane są przez wyspecjalizowane firmy w celu ich detoksykacji oraz odzysku półprzewodników. Tak przygotowany, jeden z końcowych produktów spalania, jest całkowicie bezpieczny i może służyć jako półprodukt w budownictwie.
Oczyszczanie gazów spalinowych
Instalacje służące do oczyszczania gazów spalinowych stanowią największą część spalarni, kosztowo 70% całej inwestycji. Gazy muszą być pozbawione wszelkich substancji toksycznych, zgodnie z panującymi wysokimi standardami Unii Europejskiej.
Koszty inwestycyjne oraz operacyjne dotyczące spalarni odpadów
Koszty operacyjne zależą od kraju. Podane poniżej dane dotyczą krajów dawnej Unii.
Wybudowanie instalacji do termicznego unieszkodliwiania odpadów jest ekonomicznie uzasadnione w przypadku, gdy rocznie spala się 100 000 t odpadów. Kolejnym warunkiem jest ciągłość procesu. Materiały ceramiczne, z których wybudowane są piece, pozwalają na podgrzewanie z prędkością tylko 50 stopni na godzinę i kosztuje to ogromne pieniądze. Dlatego zaleca się 24 godzinną pracę instalacji około +/- 7000 - 8000 godzin w roku. Poniżej podajemy niektóre podstawowe dane. Aby dowiedzieć się więcej prosimy o kontakt.
Przychód, zysk i wydatki:
Cena za 1 tonę wynosi: +/- 100 - 125 euro/ton Przychód pochodzący z odzysku energii: W zależności od wartości kalorycznej odpadów około 590 KWh/ton (odpady komunalne) Przychód ze sprzedaży odzyskanych metali: 0,1 euro/t odpadu
Istnieją także inne źródła przychodu, jak np. produkcja energi elektrycznej. Jednak wielkość zysku zależy głównie od polityki państwa, dlatego tutaj nie podajemy wartości.
Emisja gazów ze spalarni – porównanie do innych zakładów.
Porównanie emisji gazów z planowanej spalarni w Czajce do innych zakładów przemysłowych. Dane dotyczące emisji gazów pochodzą z „RAPORTU O ODDZIAŁYWANIU NA SRODOWISKO ROZBUDOWY I MODERNIZACJI
OCZYSZCZALNI SCIEKÓW „CZAJKA” NA ETAPIE USTALANIA LOKALIZACJI” z grudnia 2004. Mg oznacza Mega gram wg układu SI, czyli po prostu Tona, 1 Mg = 1 Tona
Wnioski z analizy raportu o wpływie na środowisko:
1. Degradacja środowiska
Olbrzymie ilości emisji tlenków siarki i azotu
NO2 (tlenki azotu) : 311 ton /rok: To nie żarty 1 tona dziennie, kwas azotowy
SO2 (tlenki siarki): 77 ton /rok: kwas siarkowy,
CO (tlenki węgla): 78 Mg /rok: czad i kwas węglowy
HCl (chlorowodór): 15 ton / rok: kwas solny,
skutki: kwaśne deszcze, alergie, choroby ukł oddechowego, degradacja lasów
Spalarnia Czajka
SO2 (tlenki siarki): 77 Mg /rok
NO2 (tlenki azotu) : 311 Mg /rok
CO (tlenki węgla): 78 Mg /rok
HCl (chlorowodór): 15 Mg / rok
RAZEM = 481 Mg /rok
Elektrociepłownia Rzeszów
Zasila miasto, Rzeszów ma 160 tyś mieszkańców
Moc: 101 MW
Emisja [ton] / rok
SO2 - 524 Mg/rok
NO2 - 403 Mg/rok
CO - 42 Mg/rok
Razem = 969 Mg/rok
Cementownia "Strzelce Opolskie”.
W 1997 roku Cementownia “Strzelce Opolskie” została skreślona z “listy wojewódzkiej” w związku z zakończeniem modernizacji elektrofiltru pieca nr 1 oraz spełnieniem pozostałych wymogów ochrony środowiska. Urządzenia redukujące zanieczyszczenia pyłowe: cyklony bateryjne 3 szt., filtry tkaninowe 59 szt. elektrofiltry 7 szt. Zakład wdraża system zarządzania środowiskiem wg ISO 14 000,
W 1998 roku emisja:
dwutlenek siarki – 199 Mg/rok,
dwutlenek azotu - 1 105 Mg / rok,
tlenek węgla - 451 Mg/ rok.
Razem = 1755 Mg / rok
Gdańskie Zakłady Nawozów Fosforowych " FOSFORY "sp. z o.o.
rodzaj i wielkość produkcji - produkcja nawozów sztucznych
liczba zatrudnionych - ok. 350
SO2 - 727,3 Mg / rok
NO2 - 67,2 Mg / rok
pył - 71,7 Mg / rok
Razem (SO2+NO2) = 794 Mg / rok
Siarkopol Gdańsk S.A.
rodzaj i wielkość produkcji - przeładunek i przerób siarki
liczba zatrudnionych - ok. 250
SO2 - 192 Mg / rok
NO2 - 45,9 Mg / rok
pył - 19,5 Mg / rok
Razem (SO2+NO2) = 234 Mg / rok
|
Spalarnie odpadów w systemach gospodarki krajów UE
W krajach sprzed poszerzenia UE, czyli w tzw. „15” krajach UE, eksploatowanych jest obecnie 362 instalacji przekształcających termicznie około 46 mln ton odpadów komunalnych rocznie – tabela I [1]. W większości przypadków wpisane są one w określony – podobny, jak projektowany dla Krakowa – system zagospodarowania odpadów. Wśród krajów, które z dniem 1 maja 2004 r. poszerzyły grupę państw UE instalacji tego rodzaju nie ma zbyt dużo. Gdy z początkiem lat 60-tych ubiegłego wieku rozpoczęto seryjnie budować spalarnie odpadów w krajach Europy Zachodniej, tzw. Europa Wschodnia miała wówczas zupełnie inne problemy niż dynamicznie następujący wzrost przemysłu i w związku z tym narastający lawinowo strumień odpadów. Wśród nowych państw członkowskich UE wiodąca rolę odgrywają Czechy ze swoją nowoczesną instalacją spalania odpadów komunalnych w Libercu oraz aktualnie modernizowanymi spalarniami w Brnie i w Pradze. Słowacja posiada
nowoczesną instalację w Bratysławie – oddaną do eksploatacji w 2002 r. po modernizacji znacznie wcześniej tam wybudowanej spalarni, natomiast na Węgrzech – aktualnie modernizowana jest spalarnia w Budapeszcie – wybudowana decyzją władz politycznych z końcem 1981 r.
W Polsce istnieje niewielka spalarnia odpadów komunalnych w Warszawie, wchodząca w skład umiejscowionego na terenie dzielnicy Targówek Zakładu Unieszkodliwiania Stałych Odpadów Komunalnych. W tabeli II przedstawiono aktualną ilość i wielkość spalarni odpadów komunalnych w nowych krajach UE [8].
Zaprzeczeniem poglądu, że kraje UE odchodzą od instalacji spalania odpadów – często lansowanego przez przeciwne spalaniu ugrupowania ekologiczne – jest zestawienie zawarte w tabeli III gdzie na przykładzie Austrii przedstawiono aktualne zamierzenia w zakresie budowy w tym kraju kolejnych spalarni odpadów komunalnych [9].
 
Tabela 10.1 Zestawienie instalacji termicznego przekształcania odpadów komunalnych w
systemach gospodarki odpadami dawnych 15 krajów UE [8]
Tabela 10.2 Spalarnie odpadów komunalnych w nowych krajach UE [8]
Tabela 10.3 Spalarnie odpadów projektowane i aktualnie uruchamiane w Austrii [9] Podsumowanie i wnioski.
Spalanie odpadów przemysłowych jest elementem systemu gospodarki odpadami. Budzi ono co prawda wiele kontrowersji, głównie w środowiskach ruchów ekologicznych, jednak niektórych przypadkach jest jedyną metodą ich utylizacji. Jest to niewątpliwie droga niszczenia odpadów dużego ryzyka biologicznego, metoda pozbycia się substancji chemicznych będących odpadami poprodukcyjnymi, zapasów przeterminowanych farb, lakierów czy środków ochrony roślin. Spalanie jest często jedyną możliwą drogą postępowania z wieloma odpadami przemysłowymi, dla których przeróbka chemiczna jest niemożliwa bądź mało opłacalna. Utylizacja termiczna odpadów wiąże się najczęściej ze znacznym zmniejszeniem się ich objętości i masy, co w powiązaniu z możliwością odzyskiwania ciepła produkowanego w procesie spalania powoduje, że metoda ta ma swoje uzasadnienie ekonomiczne. Technologie utylizacji odpadów można podzielić na trzy zasadnicze grupy:
- pirolizę niskotemperaturową, realizowaną najczęściej w temperaturze poniżej 8000
C i
dalsze katalityczne dopalanie produktów w zbliżonej temperaturze,
- spalanie w temperaturze od 800 do 12000
C i dalsze dopalanie produktów gazowych, w
drugiej komorze w zakresie temperatur 1200-20000
C,
- stosowanie techniki plazmy niskotemperaturowej wzbogaconej elektrycznie w zakresie
temperatur 4000-90000
C.
Każda z wyżej wymienionych grup ma szereg zalet w stosunku do specyficznych grup
odpadów. Przykładowo metody katalityczne są ze względów energetycznych i
sprawnościowych bardzo wskazane pod warunkiem, że utylizowane odpady nie zawierają np.
tlenków azotu lub siarki, skutecznie dezaktywujących katalizatory.
Żaden ze sposobów utylizacji nie może być uważany za uniwersalny i w pełni
bezpieczny zwłaszcza dla nieznanej mieszaniny odpadów z jakimi mamy często do
czynienia. Utylizacja termiczna jest metodą z wyboru pod warunkiem znajomości
właściwości fizykochemicznych i przemian termicznych odpadów przeznaczonych do
spalenia. Niejednokrotnie zdarza się, że spalanie prowadzi do zatężania wysokotoksycznych
składników lub powstawania nowych substancji znacznie bardziej niebezpiecznych.
Podstawą bezpiecznego ekologicznie procesu utylizacji odpadów przez spalanie jest
właściwa selekcja odpadów, homogenizacja i rozdrobnienie oraz optymalizacja warunków
prowadzenia procesu: temperatury, czasu przebywania, atmosfery gazowej w oparciu o
znajomość przemian fizykochemicznych przebiegających w procesie. Obecnie wybudowanie
nowej spalarni z nowoczesnymi piecami, wielostopniowym systemem oczyszczania gazów
spalinowych, wyposażonych w system kontrolno-pomiarowy sterujący parametrami procesu
nie stanowi większego problemu. W takich nowoczesnych spalarniach można utylizować
odpady znacznie różniące się składem i właściwościami fizykochemicznymi, realizując
proces bez szkody dla środowiska naturalnego.
1. Integrated Pollution Prevention and Control. Draft reference Document on best
Available Techniques for Waste Incineration. Draft March 2004. European
Commission. Directorate – General JRC. European IPCC Bureau Seville.
2. Stand der Technik bei Abfallverbrennungsanlagen. Bundesministerium für Land- und
Forstwirtschaft Umwelt und Wasserwirtschaft. Wien, September 2002.
3. Pająk T.: Termiczna utylizacja odpadów komunalnych w Polsce - stan obecny i
perspektywy rozwoju.. IV Międzynarodowa Konferencja Naukowo-Techniczna
„Technika w służbie środowiska”. Organizator KOMAG Gliwice. Szczyrk, marzec
2003 r.
4. Pająk T.: Termiczna utylizacja odpadów komunalnych w Polsce – stan teraźniejszy i
perspektywy na przyszłość. Międzynarodowe Sympozjum: „Gospodarka odpadami w
Austrii – przykłady rozwiązań dla Polski w drodze do Unii Europejskiej”. Wiedeń
2002.
5. Pająk T. „Zabraniecka” - pierwsza w Polsce instalacja termicznej utylizacji odpadów
komunalnych, cz. I. EKO PROBLEMY 4’ 2000. Warszawa 2000, s. 10-11. oraz cz. II.
EKO PROBLEMY 1’ 2001, Warszawa 2001, s. 20 - 21.
6. Pająk T.: Spalanie odpadów komunalnych - elementem systemu kompleksowego
zagospodarowania odpadów. V Międzynarodowa konferencja szkoleniowa: „Osady
ściekowe i odpady komunalne - zagospodarowanie, spalanie i współspalanie”.
Organizator Grupa ABRYS. Szklarska Poręba, wrzesień 2002, s. 205 - 212.
7. Pająk T., Warzecha W.: Model gospodarki odpadami komunalnymi dla polskich miast
na przykładzie Krakowa. Międzynarodowa konferencja: „Gospodarka odpadami w
Austrii, przykłady rozwiązań dla Polski w drodze do Unii Europejskiej”. Organizator:
Verein Polnischer Ingenieure in Österreich. Wiedeń, marzec 2002, s. 43 - 51.
8. Raport z kwerendy badań dotyczących gospodarki odpadami wykonanych na zlecenie
Urzędu Miasta Krakowa. Badania opracowane przez Centrum Doradztwa
Strategicznego, Kraków, 2001 r.
9. Analiza i wstępna propozycja realizacji zadania kontrakt 03 – edukacja ekologiczna w
ramach projektu „Kraków gospodarka odpadami stałymi – etap I”, kontrakt ISPA |
POLITECHNIKA ŚLĄSKA