Wykład nr 1

Termiczne przekształcanie odpadów

Do grup termicznych metod unieszkodliwiania odpadów zalicza się:

• Bezpośrednie spalanie w różnego rodzaju paleniskach (piecach)

• Pirolizę (rozpad związków chemicznych pod wpływem wysokiej temperatury) - spalanie pizolityczne

• Produkcję tzw. Paliwa z odpadów, które może być spalane w różnych paleniskach.

Przy czym bezpośrednie spalanie i pirolizę możemy uznać, jako unieszkodliwianie odpadów a produkcję paliwa z odpadów, jako rodzaj segregacji odpadów.

Z wymienionych trzech systemów najbardziej rozpowszechnione jest pełne spalanie. W wielu nowoczesnych technologiach termicznego przekształcania odpadów piroliza i spalanie występują w następujących po sobie etapach- też nazywane pirolitycznymi.

Zalety i wady termicznego przekształcania odpadów

Zalety:

• Pełne unieszkodliwienie odpadów (np. tylko ta metoda jest skuteczna przy odpadach medycznych zakaźnych)

• Znaczna redukcja ilości odpadów ( objętości i masy) – powoduje to wydłużenie eksploatacji składowiska- ułatwienie postępowania z pozostałościami

• Produkcja energii

Wady:

• Wysokie koszty inwestycyjne i eksploatacyjne (droga technologia)

• Konieczność budowy specjalnych składowisk- składowisko odpadów niebezpiecznych- na odpady technologiczne (popiół, żużel z oczyszczania gazów odlotowych, które często należy zaliczyć do odpadów niebezpiecznych)

• Kosztowne i skomplikowane technicznie oczyszczanie spalin

Przy spalaniu odpadów obowiązują rozporządzenia do spraw standardów emisyjnych z instalacji

Instalacja spalania odpadów- instalacje wykorzystywane do termicznego przekształcania odpadów lub produktów ich wstępnego przetworzenia z odzyskiem lub bez odzysku wytwarzanej energii cieplnej. Obejmuje spalanie przez utlenianie odpadów jak również inne procesy przekształcania termicznego- piroliza, zgazowanie i proces plazmowy.

Instalacje do współspalania odpadów- instalacje, których głównym celem jest wytworzenie energii lub produktów materialnych, w których z paliwem spalane są odpady w celu odzyskania zawartej w nich energii lub w celu ich unieszkodliwienia.

Ilość wytwarzanej energii:

Szacunkowo z 1 t odpadów dostarczonych do spalania o wartości opałowej 7000 kJ możne uzyskać:

• przy skojarzonej produkcji ciepła i energii elektrycznej ok. 370 kWh energii elektrycznej/ t odpadów oraz 4200 MJ energii cieplnej / t odpadów

• przy produkcji energii elektrycznej ok. 590 kWh energii elektrycznej/t odpadów

Odpady mogą być przetwarzane termicznie w:

• instalacjach spalania odpadów

• instalacjach współspalania odpadów ( wspólnie z paliwem)

Jeżeli w instalacji jednocześnie z paliwem spalane są odpady inne niż niebezpieczne w ilości nie większej niż 1 % masy tych paliw, to do instalacji tej nie stosuje się przepisów dotyczących spalania i współspalania odpadów.

Spalanie bezpośrednie- spalanie poprzez utlenianie jest najbardziej rozpowszechnioną metodą termicznego przekształcania odpadów. Może odbywać się w:

• piecach komorowych bezresztowych

• piecach rusztowych

  • z rusztem ruchomym

  • z rusztem nieruchomym (rzadko już dziś stosowany)

• piece obrotowe tzw. bębnowe ( do unieszkodliwiania osadów ściekowych oraz mas płynnych i półpłynnych)

• fluidalne

• piece półkowe

Interesującym elementem techniki spalania odpadów przemysłowych a zwłaszcza niektórych odpadów niebezpiecznych jest jej unieszkodliwianie w piecach cementowych stosowanych w procesach wypały klinkieru cementowego. Są to specyficzne piece, które można zaliczyć do pieców bębnowych, ale traktuje się je odrębnie. Zachodzi tu współspalanie odpadów.

Właściwości paliwowe odpadów są warunkiem zastosowania metody (zawartość części palnych, wilgotność, ciepło spalania, wartość opałowa) przede wszystkim odpowiednio wysoka wartość opałowa odpadów.

Warunki autotermicznego spalania odpadów gdzie odpady nie będą wymagały paliwa dodatkowego

- części palne > 25 %

-wilgotność < 50%

-części mineralne (popiół) < 60%

Najlepszym rozwiązaniem jest przeprowadzenie bilansu cieplnego.

Współczynnik nadmiaru powietrza λ

W procesie spalania bezpośredniego potrzebna jest dostateczna ilość tlenu, aby spalanie było zupełne.

Zupełne spalanie następuje wówczas, gdy do paleniska doprowadza się więcej niż teoretycznie wymaganą (minimalną) ilość tlenu lub powietrza.

Utlenianie zupełne prowadzi do uzyskania produktów końcowych w postaci wody, CO₂, lub obu tych związków równocześnie.

Jeśli w produkcie wyjściowym znajdował się azot, chlory lub siarka mogą wytworzyć się tlenki azotu i siarki oraz chlorowodór. Tego rodzaju reakcja zachodzi przy spalaniu związków organicznych.

Stosunek rzeczywistej doprowadzanej ilości powietrza V do ilości teoretycznej (minimalnej) V₀ określa współczynnik nadmiaru powietrza λ.

Wartość λ zależy od rodzaju paliwa (lub odpadów, które spalamy), co w przypadku odpadów jest szczególnie ważne, ale również od rodzaju paleniska

Wartość λ=1 odpowiada teoretycznej (minimalnej) ilości powietrza.

W procesach spalania bezpośredniego λ>1 przy czym za przeciętne przyjmuje się następujące wartości

dla paliw gazowych 1,05<λ <1,3

dla paliw ciekłych 1,2< λ <1,4

dla paliw stałych 1,5(1,8)<λ <2,0(2,5)

W przypadku

- spalania odpadów w paleniskach rusztowych 1,8< λ<2,5

-spalania odpadów w paleniskach fluidalnych 1,25<λ <1,5

technologia spalania (dobre mieszanie i kontakt z duża powierzchnią materiału złoża zapewniają pełne wymieszanie

- spiekalnia żużla 2,<λ< 5 ( unieszkodliwienie pozostałości po spaleniu- nadmiar powietrza jest bardzo duży)

Schemat instalacji termicznego przekształcania odpadów

Piece rusztowe mogą być z rusztem ruchomym lub nieruchomym

- najczęściej do spalania odpadów komunalnych

- wyłącznie do odpadów stałych

Ruszt ruchomy spełnia funkcje:

-ma zapewniać przesuw odpadów na długości komory spalania

-wzruszanie odpadów, mieszanie dla lepszego kontaktu z powietrzem

-zapewnienie właściwego doprowadzenia powietrza do komory spalania

Piece rusztowe z rusztem

- schodkowym

-walcowym

-posuwisto- zwrotnym

Kanały powietrza pierwotnego – pod rusztem napowietrzają paliwo

Współczynnik nadmiaru powietrza 1,8-2,5 w piecach rusztowych

Powietrze doprowadzane do pieca musi być podzielone, na co najmniej 2 strumienie:

- do paleniska powietrze wtórne 70%

- pod palenisko powietrze pierwotne 30%

- ewentualnie też do komory dopalania spalin

Ze względu na wysoką zawartość składników lotnych w odpadach komunalnych 70% składniki lotne przejdą do komory spalania bez spalenia i spalanie nie będzie zupełne (w spalinach części palne)

W piecach rusztowych często potrzebne jest powietrze chłodzące (poza bilansem), aby temperatura nie przekroczyła temperatury mięknięcia popiołów i żużla. Nie powinna przekroczyć 1200°C.

Przekroczenie temperatury spowoduje zalanie rusztu pieca.

Za komorą spalania jest komora dopalania (też doprowadzamy powietrze w nadmiarze)

Gazy z komory dopalania muszą być oczyszczone- filtrowanie, płuczki, redukcja tlenków azotu.

Wady i zalety pieców rusztowych

Zalety:

- możliwość spalanie odpadów w różnych rozmiarach i różnej fazie (nie wymagają specjalnej obróbki wstępnej)

- nie wymagają znacznego rozdrobnienia odpadów

- szeroki zakres zmian obciążenia cieplnego ( odpady o różnych właściwościach paliwowych)

Wady:

-koszty (chłodzenia rusztu ciągnie za sobą dodatkowe koszty)

- konieczność starannej konserwacji

Piec rusztowy ZUSOK

-piec rusztowy o ruszcie 10 m

-czas spalania 30-120 min i zależy od właściwości paliwowych – od wartości opałowej

-temperatura w komorze spalania 950°C- i wynika to z charakterystyki ( wymogi minimalnej temperatury do spalania odpadów w Rozporządzeniu Ministra Gospodarki- wymagania do spraw termicznego przekształcania odpadów to 850°C chyba, że są pewne ilości chloru w związkach organicznych wtedy temperatura to 950-1150°C.

Jest to piec przeznaczony do spalania odpadów stałych o wartości opałowej 8,4MJ/kg. Aktualna średnia wartość opałowa spalanych odpadów to 10,5-12MJ/kg (wzrost temperatury w piecu – konieczność chłodzenia pieca)

-ruszt trójsekcyjny- każda sekcja ma oddzielne doprowadzenie powietrza

I podgrzanie, suszenie i odgazowanie odpadów, podgrzewanie ich do temperatury zapłonu

II spalanie

III wypalanie żużla

Do pieca rusztowego w ZUSOK doprowadzane jest powietrze

-pierwotne- doprowadzane niezależnie pod każdy stopień rusztu

-wtórne- doprowadzane częściowo do komory spalania a częściowo do komory dopalania

-chłodzące- dostarcza się do komory spalania, obmurza ruszt i palnik

Piec ma dwa palniki olejowe służące do jego rozpalania, wygaszania oraz utrzymywania minimalnych wymaganych temperatur w komorze

Wykład 2

PIECE FLUIDALNE

Piece fluidalne służą przede wszystkim do spalania odpadów wilgotnych, odpadów ciekłych i osadów ściekowych oraz stałych odpadów rozdrobnionych.

Piec fluidalny stanowi pionowy cylinder. Spalanie w złożu fluidalnym odbywa się zwykle w obecności materiału inertnego, m. in. Piasku, żwiru, kamienia wapiennego, gliny stanowiących znaczną część złoża.

Zjawisko fluidyzacji polega na zawieszeniu warstwy cząstek w płynącym od dołu strumieniu powietrza.

W palenisku fluidalnym złoże składa się głównie z cząstek inertnego materiału jak popiół, piasek i ziarna sorbentu (np. sorbentu wapniowego). Materiał spalany (np. odpady, osady ściekowe) stanowi kilka % całej masy złoża

Palenisko fluidalne tworzy warstwa materiału sypkiego o różnym uziarnieniu w przedziale 20-60µm , unoszona przez przepływające od spodu powietrze. Ze względu na tak dużą różnicę uziarnienia materiału warstwy fluidalnej następuje jego segregacja. Dolną gęstą część warstwy o charakterze pęcherzykowym tworzą grube frakcje. Drobne frakcje są wynoszone z dolnej do górnej części paleniska zakończonej separatorem pyłu, z którego cząstki są zawracane ponownie do dolnej części pieca.

Powietrze do spalania w złożu fluidalnym jest rozdzielone na powietrze fluidyzujące (pierwotne) i wtórne (podawane w górną część warstwy fluidalnej)

Piece fluidalne są najbardziej zaawansowaną metodą spalania bezpośredniego.

Ze względu na strukturę warstwy fluidalnej rozróżnia się 2 rodzaje palenisk:

- piece ze stacjonarną (pęcherzykową)

-i cyrkulacyjną warstwą fluidalną.

Najczęściej stosowane są paleniska fluidalne (podział uzależniony od prędkości przepływu gazu- powietrza):

- ze złożem pęcherzykowym (stacjonarnym) - klasyczne piece fluidalne

- ze złożem cyrkulującym (cyrkulacyjnym, rotującym, burzliwo- szybkim)

Zwiększenie prędkości gazu (powietrza) wprowadzanego od dołu pieca prowadzi do stanu, w którym znaczna masa złoża zostaje wyniesiona z urządzenia, konieczne jest doprowadzenia świeżej porcji materiału inertnego lub zawracanie – recyrkulowanie ( wynoszone przez spaliny z paleniska cząstki popiołu i koksu trafiają do separatora gdzie są oddzielane od spalin i zawracane do złoża.

Dobre mieszanie, kontakt odpadów z dużą powierzchnią materiału złoża fluidalnego zapewnia pełne wypalenia przy niewielkim nadmiarze powietrza ( 25-50%). Przestrzeń nas złożem ułatwia dopalenie lotnych substancji organicznych i CO. Części lotne spalane są nad złożem, nad warstwą fluidalną (mniej spalin).

Dzięki intensywnemu mieszaniu szybkość spalania w złożu fluidalnym jest duża mimo niskiej temperatury (temp w warstwie fluidalnej nie powinna przekraczać temperatury mięknięcia popiołu). Optymalna temperatura w warstwie fluidalnej to 850°C.

Z pośród metod spalania bezpośredniego odpady mają tu najlepsze mieszanie i duży kontakt z gorącym powietrzem.

Dzięki dużej pojemności cieplnej złoża proces spalania jest mało wrażliwy na zmiany strumienia odpadów i ich właściwości palnych.

Istnieje możliwość dalszej, znacznej intensyfikacji spalania w złożu fluidalnym przez zwiększenie ciśnienia w palenisku (poprzez podawania powietrza pod ciśnieniem)

Piece do spalania odpadów o niskich właściwościach paliwowych

Prędkość powierza fluidyzującego charakteryzuje rodzaj złoża:
- złoże stałe 0,5-2 m/s

-stacjonarne złoże fluidalne 2-3 m/s

-cyrkulacyjne złoże fluidalne 3-7m/s

-transport pneumatyczny >7 m/s

WADY I ZALETY PIECÓW FLUIDALNYCH

ZALETY:

-dobra skuteczność wypalania mimo niskiej temperatury spalania (ok. 850°C)

-wyrównana temperatura złoża

-możliwość spalania paliw niskiej, jakości np. odpadów wilgotnych (dzięki dużej pojemności cieplnej złoża- rozdrobniony materiał inertny)

-mały współczynnik nadmiaru powietrza, co generuje mniejszą ilość gazów odlotowych

Mała emisja NO_x, HCl, SO₂, i CO (dzięki bezpośredniemu podawaniu sorbentów do złoża- sorbenty wapniowe w warstwie fluidalnej, dzięki możliwości kontrolowania temperatury złoża oraz dzięki podawanemu powietrza wtórnego w strefę powyżej warstwy fluidalnej)

- stosunkowo niewielka emisję NO_x z palenisk fluidalnych zawdzięcza się niskiej temperaturze spalania w złożu fluidalnym; zwłaszcza warunki panujące w cyrkulacyjnym złożu fluidalnym sprzyjają ograniczeniu emisji NO_x)

- temperatura złoża 850°C jest optymalna dla efektywności wiązania związków siarki za pomocą sorbentów wapniowych (sorbenty dodawane do paliwa, uzyskiwana sprawności odsiarczania sięga 95%)

WADY:

-technika spalania fluidalnego rozpowszechniła się w energetyce zawodowej dopiero dwie dekady temu, więc mechanizmy fluidalnego spalania nie są jeszcze całkiem poznane

-jednym z trudniejszych problemów eksploatacyjnych jest ciągłe monitorowanie temperatury; nie wszystkie odpady mogą być spalane, bo temperatura nie powinna przekraczać 900°C. Przekroczenie temperatury miękczenia materiału inertnego powoduje, że przekształca się on w szkliwo.

PIECE KOMOROWE

Piece komorowe mogą być stosowane do spalania odpadów niebezpiecznych np. medycznych, chemicznych również ciekłych (paleniska komorowe strumieniowe) np. spalanie odcieków ze składowisk odpadów

ZALETY palenisk komorowych:

-prosta budowa

-niewielki koszt (w porównaniu do innych metod spalania)

-łatwość obsługi

WADY:

-ręczna obsługa

-mała zdolność przerobowa, – bo odpady są nieruchome- ograniczenie; żeby było pełne spalanie.

[schemat: pierwotna komora spalania komorowego typu przepychowego

Wtórna komora spalania

Podajnik

Palnik + paliwo dodatkowe]

W tych piecach odpady mogą być spalane w dowolnej temperaturze; powyżej 1200°C i często przekracza- pozostałości po spaleniu są stałe lub ciekłe,

Jest tu duża emisja NO_x- wysoka temperatura

Powietrze pierwotne podawane w dyszach, które są zabezpieczone przed zalaniem. Piec ma wyprofilowany spadek, który powoduje spływ popiołu w jednym kierunku.

Nadmiar powietrza 2-2, 5 ( w górnych granicach)

PIECE OBROTOWE

Piece obrotowe np. piec cementowy mają postać długiego cylindra (bębna) pochylonego pod nieznacznym kątem od poziomu 1-4% (lub ustawionego poziomo), który się obraca ( typowa średnica 2-4m, długość 7-20m a nawet może dochodzić 150m przy wypale klinkieru cementowego)

Na skutek obrotów bębna odpady przesuwają się wzdłuż jego osi.

Ceramiczna wykładzina z materiałów termoodpornych umożliwia uzyskanie w palenisku temperatury 1500 °C

Piece obrotowe znalazły zastosowanie przede wszystkim do spalania i odgazowania odpadów wilgotnych (po rozpyleniu), szlamów (osadów) oraz odpadów stałych (ciecze i szlamy podawane są pompami i rozpylane parą wodną lub powietrzem)

Piece obrotowe zapewniają dobre wypalenie części stałych, ale wypalenie gazów nie jest zadowalające ( na skutek słabego wymieszania z powietrzem) z tego względu zwykle za paleniskiem obrotowym znajduje się wtórna komora spalania, w której dopalane są gazy

Piece obrotowe znajdują duże zastosowanie so spalania odpadów niebezpiecznych

Piece obrotowe są stosowane do wypały klinkieru cementowego

Czas przebywania spalanych materiałów jest funkcją wymiarów pieca, jego pochylenia, prędkości obrotów i rodzaju wsadu i wynosi on kilka sekund (dla gazów) do godzin ( do ciał stałych)

ZALETY:

- bardzo dobre wypalenie odpadów – czas spalania, wysokie temperatury spalania

- uniwersalność- znajdują zastosowanie do spalania odpadów stałych i odpadów wilgotnych

- duży zakres temperatur spalania ( 850-1500 °C)

-długi czas przebywania odpadów i gazów spalinowych w piecu ( przeciętnie 0,5-1,5 h)

-możliwość spalania odpadów o różnych rozmiarach

WADY:

-skomplikowana konstrukcji

-konieczność napędu

- mała przepustowość

- problemem eksploatacyjnym jest erozja wewnętrzna ( ze względu na wysoką temperaturę)

Współczynnik nadmiaru powietrza 1, 5-2 ( w dolnych granicach)

Piece półkowe

- piec półkowy jest stalowym cylindrem, wyłożonym wewnątrz materiałem ogniotrwałym z zamocowanymi od 2 do 12 półkami.

Jego średnica wynosi od 2 do 8 m a wysokość znajduje się w zakresie 4 -25 m

Odpadu podawane są do pieca od góry

Centralnie w piecu obraca się chłodzony powietrzem wał z umocowanymi do niego tzw. Grabiami ( mieszadłem grabiowym)

Mieszadło służy do przesypywania odpadów z półki na półkę; miesza znajdujące się na określonej półce odpady i przesuwa je do otworów przesypowych, którymi przesypuje się na półkę zlokalizowaną poniżej.

Odpady podawane są na najwyższą półkę a potem przemieszczają się stopniowo w dół pieca w przeciwprądzie do gorących spalin. Powietrze i produkty spalania przepływają od dołu ku górze przeciwprądowo w stosunku do spalanych odpadów.

Popiół gromadzi się na dole pieca; jest tam chłodzony powietrzem i gaszony w odżużlaczu

Piece półkowe przeznaczone są do spalania odpadów w postaci szlamów (odpady ściekowe, odpady tłuszczowe, oleje itp.) odpadów wilgotnych ( o małej wartości opałowej) oraz rozdrobnionych odpadów stałych.

W przypadku obróbki termicznej osadów podlegają one suszeniu w górnej części pieca i spalane są w jego środkowej i końcowej strefie. Do całkowitego spalenia osadów o uwodnieniu 50-85 % wymagany nadmiar powietrza w granicach 100-125 %

Ze względu na małą przepustowość i skomplikowaną konstrukcję są często zastępowane przez piece obrotowe i fluidalne.

ZALETY:

-długi czas przebywania

-dobre wypalenie

-możliwość spalania wilgotnych paliw ( dzięki wydzielonej strefie suszenia- górne półki)

WADY:

- skomplikowana konstrukcja

-duży współczynnik nadmiaru powietrza

-duży koszt

-mała przepustowość

-konieczność istnienia napędów (obracający się wał chłodzony powietrzem z umocowanymi do niego grabiami)

Stałą pozostałością po spaleniu są substancje mineralne:

-żużel i popiół – w piecu

- popioły lotne – unoszone z gazami odlotowymi; zatrzymywane na drodze odpylania

Z procesu spalania otrzymuje się pozostałość mineralną w trzech miejscach

- żużel – na końcu rusztu ( zsuwa się go do szczeliny odbioru)

- popiół ( drobne frakcje mineralne pod rusztem)

-popioły lotne- bardzo drobne i rozproszone cząstki stałe unoszone z gazami odlotowymi ( zatrzymywane w urządzeniach do odpylania gazów)

Pewna część drobnego i z reguły nie całkiem przepalonego materiału, jako tzw. przepad przedostaje się do kanałów powietrza pierwotnego, skąd usuwana jest łącznie z żużlem. Udział części palnych w przepadzie może dochodzić do kilkunastu % masy

Żużle i popioły stanowią odpady niebezpieczne, ponieważ zawierają rozpuszczalne sole metali ciężkich ( Zn, Ni, Cu, Fe, Cr, Cd, Pb a odcieki z nich wykazują obecność fenoli, siarczków, chlorków, fluorków)

Na cząsteczkach popiołów lotnych kondensują się natomiast niektóre zanieczyszczenia organiczne budzące największe obawy WWA, PCDPo (PCDFs)

Rozp dz. U. Nr 37 poz 339 całkowita zawartość węgla organicznego w żużlach i popiołach.

Wykład 3

Piroliza odpadów

- jest to jedna z metod termicznego unieszkodliwiania odpadów

-piroliza w zastosowaniu do odpadów – to procesy chemiczne przebiegające w podwyższonych temperaturach w tym odgazowanie(bez udziału tlenu) i zgazowanie bez obecności powietrza lub przy jego niewielkim dostępie ( w ilościach niewystarczających do pełnego spalania)

-piroliza stosowana może być w stosunku do odpadów komunalnych, przemysłowych a w szczególności do odpadów medycznych i weterynaryjnych (odpady szpitalne)

W wielu nowoczesnych technologiach termicznego przekształcania odpadów piroliza i spalanie występuje w następujących po sobie etapach

Wpływ tlenu w sposób zasadniczy zmienia przebieg procesu i właściwości otrzymywanych produktów.

Piroliza w zastosowaniu so odpadów to procesy chemiczne przebiegające w podwyższonych temperaturach w tym odgazowanie i zgazowanie bez obecności powietrza lub przy jego dostępie ( w ilościach niewystarczających do pełnego spalania)

Proces zachodzący bez udziału tlenu nazywa się odgazowanie, ( rozkład pirogeniczny). W rozumieniu chemicznym piroliza zachodzi bez udziału tlenu.

W technologii odpadów piroliza rozumiana jest również, jako odgazowanie i częściowe zgazowanie ( przy niewielkim dostępie tlenu).

ODGAZOWANIE

Proces odgazowania odpadów -na skutek ogrzewania z zewnętrznych źródeł zachodzi proces suszenia i termicznego rozkładu substancji palnej w wyniku tego powstaje:

• szereg związków organicznych lotnych w temperaturze, przy której prowadzony jest proces (para wodna, CO2, H2, CH4, CO, C2H4, C4H6) - gaz pizolityczny

• zwęglona pozostałość (koks)

• pozostałość mineralna

Najwyższą wartość opałową gaz pizolityczny uzyskuje przy temperaturze procesu około 700°C i wynosi od 12 do 16 MJ/m3

Odgazowanie – bez udziału tlenu gaz pizolityczny

Zgazowanie

Zgazowanie odpadów prowadzi do całkowitego przekształcenia się ich w paliwo gazowe

W procesie zgazowania zachodzą reakcje:

• spalania paliwa

• rozkład pary wodnej

• redukcja CO2

Zgazowanie- niepełne utlenienie substancji palnej i wytworzenie paliwa gazowego. Utlenienie może odbywać się za pośrednictwem powietrza, tlenu, pary wodnej.

W wyniku zgazowania (przy udziale tlenu i pary wodnej- czynnik utleniający) uzyskuje się produkt gazowy zbliżony do gazu syntezowego ( głównie CO2 i H2).

Wartość opałowa tego procesu jest niższa od wartości opałowej gazu z procesu odgazowania.

Jeżeli czynnikiem zgazowującym będzie powietrze to otrzymuje się słaby gaz (wartość opałowa ok. 5000 kJ/m3)

Jeżeli czynnikiem zgazowującym jest tlen otrzymuje się mocny gaz (ok. 10000 kJ/m3)

(gaz pizolityczny ok. 12- 16 MJ/m3, czyli 12 000 kJ)

Zgazowanie odpadów (proces endotermiczny) traktowane jest niekiedy, jako odrębna metoda termicznego unieszkodliwiania

Rozkład termiczny odpadów w temperaturze ok. 1000°C w obecności tlenu lub pary wodnej powoduje ich zgazowania i uzyskanie produktu gazowego zbliżonego do gazu syntetycznego (składającego się z CO i H2)

Stałą pozostałością po zgazowaniu jest popiół; zgazowanie jest procesem przebiegającym w porównaniu do spalania przez utlenianie bardzo wolno i prze to jest mało popiołów.

W przypadku pirolizy i kwasi pirolizy możemy odzyskiwać energię

W pirolizie spalanie gazu pizolitycznego

W utlenianiu wykorzystujemy temperaturę gazów (niepalnych)

Podział procesów pirolizy w zależności od temperatury

1. piroliza niskotemperaturowa (wytlewanie) przebiega w zakresie temp 400-700 °C (powstaje przy tym duża ilość smoły i oleju a mało gazu pirolitycznego)

2. piroliza średniotemperaturowa 700- 1200°C

3. piroliza wysokotemperaturowa ( zwana również pyrofizją lub wysokotemperaturowym spalaniem) przebiega w temp powyżej 1200°C; produktami są gaz i żużel odprowadzany w formie ciekłej

Ze wzrostem temperatury pirolizy zwiększa się udział lotnej frakcji produktów pirolizy oraz składników palnych (przede wszystkim CH4, CO i H2) a zmniejsza się ilość karbonizatu (stałej pozostałości)

Obróbka wstępna w procesie pirolizy

Większość opracowanych technologii stosuje obróbkę wstępną przed wprowadzeniem odpadów do reaktora, która może polegać na

Wariant I- rozdrabnianiu i wydzieleniu metali żelaznych (najprostszy przypadek)

Wariant II- wydzielenie frakcji palnej i ewentualnym podsuszeniu ( można prowadzić także wzbogacanie odpadów w składniki palne wysokokaloryczne, np. przez dodanie wysoko kalorycznych odpadów przemysłowych lub węgla albo oddzieleniu materiałów niepalnych)

Doświadczenia wykazują ze niecelowe jest przerabianie metodą pirolizy odpadów komunalnych charakteryzujących się dużą wilgotnością. Metoda jest bardziej skuteczna w stosunku do odpadów o wysokiej wartości opałowej. Określono ( no podstawie doświadczeń), że metodą pirolizy opłaca się przerabiać odpady o wartości opałowej powyżej 8400 kJ/kg.

Metoda Schell-Brenn

W pierwszym etapie procesu odpady są wstępnie rozdrabiane i mieszane. Zostają poddane termicznej obróbce bez dostępu tlenu w temperaturze 450°C – proces wytlewania.

Proces wytlewania- prowadzony w reaktorze bębnowym pracującym w niewielkim nadciśnieniu. Otrzymuje się gaz palny i stałą pozostałość zawierającą węgiel elementarny w postaci koksu i metale żelazne w nieżelazne oraz materiały obojętne ( szkoło, ceramika, kamienie, porcelana).

Bioreaktor bębnowy obraca się z szybkością 30 orb/min

Na zewnątrz umieszone są rury grzejne; z bioreaktora odprowadzana jest stała pozostałość i zostaje ona skierowana do zespołu urządzeń mechanicznej obróbki.

Mechaniczna obróbka stałej pozostałości polega na podziale na frakcje grubą i drobną (przesiewanie) i wydzielenie z frakcji grubej (z odsiewu) składników użytkowych. Zostały one w trakcie ogrzewania ( w procesie wytlewania) pozbawione mikroorganizmów chorobotwórczych oraz innych palnych zanieczyszczeń i nadają się do wykorzystania.

Gazy wytlewne o temperaturze 450°C odprowadzane są do komory dopalania (komory spalania)

W komorze dopalania/ komora wysokotemperaturowa uzyskuje się temperatury 1300- 1400°C. Temperatury te zapewniają całkowite utlenienie substancji organicznych oraz stopnienie składników niepalnych pyłu

W komorze dopalania powstaje żużel, jako odpady technologiczne ( pozostałość po spaleniu). Ponieważ temperatura w komorze jest wyższa o 100- 150°C od temperatury topnienia popiołu, więc odprowadzany jest żużel w formie ciekłej. Trafia do mokrego odżużlacza

- mamy mniej zapylone gazy dzięki dwóm etapom

- potrzebujemy mniej powietrza i mniej otrzymujemy dzięki temu spalin λ 1,03-1,05

METODA TERMOSELECT

1. Przyjmowane odpady nie są rozdrobnione ( w przeciwieństwie do metody Schwell- Brenn- Vafrahren) a jedynie sprasowane pod ciśnieniem (zagęszczanie) przeprowadzone prze kanał o długości 15 m z zewnętrznym ogrzewaniem ( reaktor pizolityczny)

- temperatura w kanale wynosi 100°C

- usunięcie powietrze w trakcie wstępnego prasowania odpadów ułatwia wymianę ciepła

-w metodzie termoselect zastosowano wyższą temperaturę niż w metodzie Schwell- Brenn

- po odprowadzeniu całości H₂O z odpadów rozpoczyna się proces odgazowania substancji organicznej i przekształcenie w węgiel

1. Sprasowana stała pozostałość zostaje wypchnięta z tunelu ( reaktora pizolitycznego) przez nową porcję odpadów i skierowana do wysokotemperaturowego reaktora zgazowania, do którego trafiają też gazy wytlewne.

- sprasowane brykiety rozpadają się w reaktorze pod działaniem ciśnienia resztek gazu wytlewnego i rozpryskują po całym reaktorze. Do reaktora doprowadzany jest tlen ( w niedostatecznej ilości – niedobór tlenu spalanie niecałkowite- zgazowanie czynnik zgazowania – czysty tlen)

- w temperaturze powyżej 1200°C powstały węgiel ulega zgazowaniu

Otrzymany gaz poddawany jest oczyszczeniu i może zostać wykorzystany, jako nośnik energii

Niezgazowane substancje zostają spopielone w wysokiej temperaturze panującej w reaktorze i skierowane do homogenizującego reaktora

Podawanie pozostałości termicznemu przekształceniu

Doprowadzane jest paliwo gazowe, następuje topnienie żużla i homogenizacja

1. Do homogenizującego reaktora wprowadzany jest też tlen i …

-temp 1600-1800°C.

Pozostały materiał stały w tych warunkach ulega dalszemu przekształceniu

WYKŁAD 4 27.10.2009

Piroliza według metody Eco Waste

Uzyskany popiół pozbawiony jest części palnych (mimo stosunkowo niskiej temperatury w komorze wstępnej następuje dobre wypalenie składników palnych – dzięki długotrwałemu przebywaniu tu odpadów)

W komorze wstępnej szkło i metale nie ulegają stopieniu w związku ze stosunkowo niską temperaturą (560°C), przez co łatwiejsze jest ich wykorzystanie

Substancje gazowe zawierające składniki palne przepływają do komory dopalania

Czas zatrzymania wynosi tu 2-3 s, ilość powietrza kontrolowana, temperatura w komorze dopalania wynosi 1000-1200°C.

W pierwszej fazie jest niedobór tlenu w drugiej jest nadmiar

Wspólną cechą technologii pizolitycznych stosowanych do unieszkodliwienia odpadów jest zmniejszenie ilości gazów odprowadzanych do atmosfery. Odbywa się to dzięki prowadzeniu procesu w komorze pizolitycznej bez dostępu powietrza. Spalanie gazów pizolitycznych w komorze spalania lub dopalania wymaga natomiast znacznie mniejszego współczynnika nadmiary powietrza niż spalanie odpadów. Dla porównania przy spalaniu odpadów w paleniskach rusztowych współczynnik nadmiaru powietrza powinna wynosić 1,5- 2,5 aby spalanie było pełne

W przypadku unieszkodliwiania odpadów w oparciu o pirolizę powietrze dodawane jest jedynie do komory dopalania gazów a współczynnik nadmiaru powietrza λ wynosi wówczas 1, 1 (podobnie jak dla paliw gazowych) nie powoduje to jednak powstawanie produktów niepełnego spalania, które stanowiłyby prekursory tworzenia się dioksan i furanów.

SPALANIE ODPADÓW W PIECACH CEMENTOWYCH

Stosuje się tu piece obrotowe – piece cementowe, wapiennicze, hutnicze i szklarskie. Za szczególnie przydatne do tych celów uznano obrotowe piece cementowe – procesy współspalania

Proces wypały klinkiery cementowego

Klinkier powstaje przez prażenie do spalenia mieszaniny skały wapiennej i gliny w temperaturze ok. 1400 °C. Po wysuszeniu i utracie związanej wody zaczynają zachodzić reakcje między wapieniem i składnikami gliny, rozkład wapnia i tworzenie się klinkieru w strefie spiekania, w której powstają najwyższe temperatury.

Po zmieleniu klinkieru z dodatkiem gipsu otrzymuje się cement portlandzki. Zależnie od sposobu przygotowania surowców rozróżnia się metodę mokrą i metodę suchą wytwarzania cementu.

Obecnie stosowane piece obrotowe do wypału klinkieru cementowego mają 100-200 m długości przy średnicy dochodzącej do 4m. Wydajność pieców osiąga wartość do 500t/d

Przemysł cementowy jest bardzo energochłonny nie dziwi, więc fakt poszukiwania alternatywnych form energii dla ograniczenia zużycia węgla ( paliwa podstawowego).

Powstał nowy przemysł, którego zdaniem jest odpowiednie przygotowanie, czyli przeprowadzenie obróbki wstępnej odpadów- suszenie, mieszanie lub rozdrabnianie, homogenizacja – tak, aby materiał nadawał się do prawidłowego procesu wypalania klinkieru.

Paliwa alternatywne dostępne na polskim rynku można podzielić na:

- stałe impregnowane

-stałe rozdrobnione

-płynne

-zużyte opony samochodowe ( stałe i rozdrobnione)

Stałe impregnowane paliwo to paliwo wytworzone z ciekłych odpadów palnych, zmieszanych z zagęszczaczami typu trociny, tytoń, pył celulozowy, papier (kaloryczność ok. 20 MJ/kg)

Paliwo stałe rozdrobnione wytwarzane jest z rozdrobnionych mieszanek odpadów stałych takich jak tkaniny, papier, odpady gumowe, tworzywa sztuczne (kaloryczność ok. 15MJ/kg)

Paliwo płynne wytwarzane jest przez homogenizację ciekłych odpadów palnych przepracowanych olejów frakcji opałowych, rozpuszczalników i farb – pozyskiwane jest z petrochemii z zakładów przetwarzających ropę naftową (kaloryczność około 25 MJ/kg)

Paliwo w postaci zużytych opon samochodowych, stałych i ropopochodnych) charakteryzuje się kalorycznością około 32 MJ/kg.

Jedyne ograniczenie – zbyt duża zawartość chloru

Proces unieszkodliwiania odpadów w piecach cementowych przebiega następująco:

• ­Do pieca cementowego obok paliwa konwencjonalnego podawane są odpady, jako paliwo pomocnicze. Paliwem podstawowym może być węgiel, koks, oleje opałowe. Jako paliwo pomocnicze stosuje się przede wszystkim odpady ciekłe do węgla i koksu można dodawać odpady stałe.

• Odpady ciekłe (paliwo pomocnicze) podawane do pieca dyszą umieszczoną w bezpośrednim sąsiedztwie dyszy paliwa podstawowego. Odpady stałe wprowadzane są do pieca razem z pyłem węglowym. Mogą być rozdrabniane razem z węglem w młynach węglowych.

• Gazy spalinowe zostają oczyszczone poprzez kontakt ze strumieniem silnie alkalicznych surowców. W reakcji chemicznej z tlenkiem wapnia zostaje związany chlorowodór i inne chlorowcopochodne.

• Pyły cementowe są oddzielane od spalin na elektrofiltrach lub filtrach workowych (redukcja NO_x) związki metali mogę kondensować na powierzchni pyłów do atmosfery; na powierzchni pyłów cementowych kondensują chlorki metali alkalicznych związki ołowiu- występują w odpadach bądź w surowcu i innych metali, których tlenki są lotne w temperaturze spalania

• Ilość paliwa z odpadów wprowadzonego do pieca cementowego wraz z paliwem konwencjonalnym jest ograniczona. Ustala się ją w zależności od zawartości w nim pierwiastków, których obecność ma istotny wpływ na przebieg procesu i jakość produktu. Najczęściej jest to chlor w związkach organicznych. Przyjmuje się, że jego ilość nie powinna przekraczać 0, 6% wagowych klinkieru. Paliwo odpadowe może stanowić do 30 % paliwa konwencjonalnego.

ZALETY STOSOWANIA:

• silnie alkaliczne środowisko wnętrza zapewniające związanie chlorowodorów powstających w procesie spalania tlenków siarki

• uzyskanie wysokiej temperatury spalania nawet do 1800 °C i długi czas przebywania spalin w palenisku ok. 10 s oraz silnie zasadowego charakteru wypalanych surowców

• uzyskanie wysokiego stopnia oczyszczania spalin

• całkowite wyeliminowanie pozostałości po spaleniu, które zostają wbudowane w klinkier cementowy

• znaczna bezwładność cieplna, wyklucza szybkie zmiany temperatury

• mało skomplikowane oczyszczanie gazów odlotowych

• zastąpienie części paliwa odpadami

• praktycznie niezauważalny wpływ powstających zanieczyszczeń

Jakie odpady mogą być stosowane:

• zużyte rozpuszczalniki organiczne w tym … chlorowcopochodne z przemysłu obróbki metali, produkcji farb i lakierów

• odpady przemysłu petrochemicznego, rafineryjnego

• pozostałości podestylacyjne i produkty uboczne z przemysłu chemicznego, farmaceutycznego, fermentacyjnego, odpady zużytych chemikaliów i przeterminowane produkty chemiczne i farmaceutyczne i podobne

• azbest

• zużyte oleje i smary maszynowe, także oleje hydrauliczne, chłodziwa itp.

• freony- piece cementowe są jedynymi z nielicznych instalacji do bezpiecznego unieszkodliwiania freonów; powstający w procesie spalania fluorowodór tworzy w reakcji z tlenkami wapnia fluorek wapniowy, związek trudno rozpuszczalny w wodzie, który przechodzi do masy cementowej i zostaje w niej trwale związany

• odpady stałe palne lub zawierające składniki palne- tworzywa sztuczne, gumę, kauczuk np. opony, odpady z wytwarzania aluminium (stanowiące mieszankę węgla i tlenków glinu)

Przemysł cementowy został zobligowany do monitorowania stężeń takich zanieczyszczeń powietrza jak NO_x, CO, HCl, HF, SO₂, pył całkowity (ciągły pomiar) oraz dioksyny, furany, metale ciężkie

( przynajmniej 2 razy na rok)

W celu oceny stopnia wbudowania metali ciężkich w strukturę klinkieru wykonuje się badania wymywalności szkodliwych substancji z cementu oraz betonów wykonywanych na bazie takiego cementu. Badanie wymywalności pokazuje wysoki stopień immobilności metali ciężkich (powyżej 95%).

TERMICZNE POZOSTAŁOŚCI PO SPALENIU (zawierające metale ciężkie)

• z uwagi na wysoką temperaturę żużla pierwszym etapem obróbki jest chłodzenie. Zwykle żużel wpada z paleniska do wanny chłodzącej

• w dalszej kolejności żużel jest transportowany do zasobni (przenośniki metalowe)

• Następnie z żużla wydzielane są metale żelazne, po czym następuje przesiewanie na układzie sit ( sortowanie według uziarnienia)

• frakcja najdrobniejsza jest zwykle usuwana wraz popiołami lotnymi z oczyszczania gazów spalinowych na składowisko

• frakcje grube mogą być wykorzystywane w budownictwie drogowym

Jedną z metod przeróbki żużla jest jego spiekanie

SPIEKANIE ŻUŻLA

Rozdrabnianie do wielkości ziaren do ok. 3 mm

Przesiewanie

Przesiew łączony jest z popiołami lotnymi u poddawany spiekaniu. Odbywa się to na taśmie spiekalniczej (ruszt taśmowy) w temp powyżej 1400°C (przekroczenie temperatury mięknięcia żużla) nadmiar powietrza bardzo duży od 3 do 5

Zawartość części palnych optymalnie to 8-9 (w granicach 6,5- 12,5 %)

Spiek przerabia się ponownie

Rozdrabnianie przesiewanie najdrobniejsze frakcje zawracane do spiekania

Pozostałość ma formę aglomeratów (granulek w formie drobnych spieczonych kulek o wysokiej wytrzymałości mechanicznej) zapewnia to immobilizację metali ciężkich; ciężar objętościowy spieku wynosi około 600-700 kg/m³

METODY FIZYCZNO- CHEMICZNE

Do metod fizyczno- chemicznych unieszkodliwiania odpadów zależy zaliczyć:

1 Proces utleniania

2 Proces redukcji

- cementacji wypierania

3 proces immobilizacji metali ciężkich

• zestalanie

• zamykanie w masie betonowej

• spiekanie w materiałach ceramicznych

• wypłukiwanie metali ciężkich a następnie ich odzyskiwanie i zawrócenie do produkcji

UTLENIANIE

• w najprostszym ujęciu proces utleniania tłumaczy się przyłączeniem tlenu, co wiązane jest z podwyższeniem stopnia utlenialności pierwiastka chemicznego.

• reakcji utlenienia zawsze towarzyszy reakcja redukcji

• miara zdolności utleniających lub redukcji substancji ……….

Reakcje utleniania przy spalaniu

Biorąc pod uwagę skład elementarny części palnych odpadów komunalnych (właściwości technologiczne odpadów) C, H, S, N, Cl, O reakcji utleniania (przy spalaniu odpadów komunalnych)

C+O₂ CO₂

H₂+1/2O₂H₂O

S+O₂SO₂

Wykorzystywane między innymi do wyliczenia niezbędnej ilości powietrza, jaką należy wprowadzić do paleniska.

Utlenianie w odniesieniu do odpadów odbywa się w albo w fazie ciekłej, kiedy to odpady w postaci ciekłych zawiesin, osadów są utleniane poprzez przepuszczanie przez nie powietrza; może się odbywać również w fazie gazowej wówczas następuje utlenienie par substancji z powietrza przepuszczanych nad katalizatorami.

Proces utleniania może nastąpić nie tylko poprzez działanie samego tlenu, ale także związków bogatych w tlen, zdolnych do oddawania do i spełniających w ten sposób funkcje utleniaczy.

• woda utleniona H₂O₂

• kwas azotowy HNO₂

• Podchloryn potasowy KOCl

• podchloryn sodowy NaOCl

• dwuchromian sodowy Na₂C₂O₇ *7H₂O

• dwuchromian potasowy K₂Cr₂O₇

• nadmanganian potasowy KMnO₄ (jeden z najczęściej stosowanych o najsilniejszych utleniaczy)

• siarczan żelazowy Fe₂(SO₄)₃

WYKŁAD 5 17.11.2009

Utlenianie stosowane jest przede wszystkim w unieszkodliwianiu odpadów niebezpiecznych zawierających składniki organiczne

Najbardziej rozpowszechnionym sposobem unieszkodliwiania tego typu jest spalanie. Jednak w tym przypadku podstawowymi zagrożeniami są:

- emisja do atmosfery produktów spalania

-stałe odpadu w postaci popiołu żużla

Tych ostatnich nie ma w sytuacji stosowania pieców wapienniczych i cementowych dla termicznego unieszkodliwiania odpadów, w których popioły i żużle mieszają się z wapnem lub klinkierem.

Unieszkodliwianie w fazie ciekłej, jako alternatywa spalania dla odpadów niebezpiecznych w szczególności odpadów zawierających związki organiczne zawierające chlor.

Proces utleniania stosowany jest, jako technologia określana mianem- spalanie bezpłomieniowe lub spalanie mokre. Jest to spalanie w środowisku wodnym

Utlenienie w środowisku wodnym jest to utlenianie związków organicznych i podlegających utlenianiu związków nieorganicznych, rozpuszczonych lub w postaci zawiesin bądź emulsji wodnych. Utlenianie odbywa się tlenem zawartym w powietrzu w temperaturze 150-325 °C i pod ciśnieniem w zakresie 2069- 20690 kPa. Wysokie ciśnienie zapobiega parowaniu wody..

W procesach unieszkodliwiania odpadów stosowane są 3 rodzaje instalacji spalania mokrego.

W celu osiągnięcia w reaktorze wysokiego ciśnienia (reaktor zbiornik z odpadami) wykorzystuje się hydrostatyczne ciśnienia słupa cieczy, umieszczając reaktor pod ziemią lub montując rurociąg zasilający na wysokiej konstrukcji nadziemnej. W ten sposób zostaje zmniejszone ciśnienie wytwarzane przez pompę zasilającą instalację.

Przebieg procesu:

- wymienniki ciepła służą do ogrzewania cieczy reakcyjnej (odpad w fazie wodnej) lub odprowadzanie ciepła w przypadku, gdy jego ilość powstająca w procesie przekracza potrzeby

- do rurociągu tłoczy się powietrze w ilości potrzebnej do unieszkodliwiania odpadów

-reakcje utlenienia przebiegają w reaktorze, a następnie mieszanina wodno gazowa przepływa przez wymiennik ciepła, gdzie następuje jej chłodzenie.

utleniania

substancja utlenianie

Pompa wysoko ciśnieniowa

W rozdzielaczu zatrzymywane są zmineralizowane nieorganiczne pozostałości po utlenianiu.

W wymienniku następuje ogrzewanie cieczy a potem ochłodzenie produktów utleniania. Proces zachodzi w reaktorze.

- w dalszej kolejności trafia do rozdzielacza, w którym zostają rozdzielone produktu gazowe, składniki powietrza niebiorące udziału w procesie oraz woda i nieorganiczne pozostałości po utlenianiu.

Typowym rozwiązaniem jest umieszczenie reaktora na odpowiedniej głębokości pod ziemią oraz budowa odpowiednio wysokiego rurociągu zasilającego, aby osiągnąć wymagane ciśnienie w reaktorze. W tym celu wykorzystywane są nieczynne kopalnie węgla.

Ciekłe produkty mogą być unieszkodliwiane w oczyszczaniach ścieków.

Produkty gazowe mogą wymagać oczyszczenia w płuczkach z cieczą alkaliczną.

ZASTOSOWANIE PROCESU UTLENIANIA W UNIESZKODLIWIANIU ODPADÓW

Zastosowanie technologii utleniania powietrzem w środowisku wodnym

• początkowo technologia ta znalazła zastosowanie do unieszkodliwiania ścieków z celulozowni oraz dotleniania osadów ściekowych

• regeneracja węgla aktywnego

• regeneracja cieczy obiegowych ze skruberów

• unieszkodliwianie pozostałości po destylacji benzenu i chlorobenzenu

• unieszkodliwianie pozostałości z produkcji chlorku winylu

• unieszkodliwianie odpadów zawierających cyjanki z przemysłu stalowego

• unieszkodliwianie osadów dennych ze zbiorników benzyny zawierającej ołów

• unieszkodliwianie szlamów z procesów galwanizacji

ZALETY TECHNOLOGII UTLENIANIA W ŚRODOWISKU WODNYM

• zamknięcie procesu- do atmosfery emitowane są tylko gazowe produkty- zastosowanie skruberów alkalicznych (opary kwasów) i kwaśne (opary amoniaku) zapewniające ochronę powietrza atmosferycznego.

• ścieki nie wymagają oczyszczana biologicznego- zawierają niewielką ilość zawiesin nierozpuszczalnych związków nieorganicznych

WADY

• ograniczone zakresy stosowania technologii do związków rozpuszczalnych w wodzie

PROCESY CEMENTACJI

Cementacją określa się proces wypierania z roztworu jonów jednego metalu przez drugi. Pierwszy z metali przechodzi ze stanu jonowego w metaliczny a drugi z metalicznego w jonowy.

Cementacja znajduje zastosowanie przede wszystkim przy:

• odzyskiwaniu metali z roztworów np. do wypierania miedzi lub złota z roztworów (np. wypieranie miedzi przez żelazo, które może być zastosowane w galwanotechnice – wypieranie z wyczerpanej kąpieli do miedziowania drutów; złoto może być wypierane cynkiem)

• oczyszczaniem elektrolitów z niektórych metali

• oczyszczanie z metali ciężkich

Proces cementacji zastosowany w galwanotechnice prowadzi, zatem do odzysku miedzi z wyczerpanych kąpieli i wód popłucznych (unieszkodliwianie wód popłucznych i kąpieli)

Jako środek wypierający miedź stosuje się żelazo o odpowiednio silnie rozwiniętej powierzchni (rozdrobnione), intensyfikuje to proces/ Odbywa się przy intensywnym mieszaniu, wydziela się metaliczna miedź a żelazo przechodzi do roztworu (łatwiej jest odżelazić – tradycyjne metody?

Miedz wyparta jest w formie zawiesin i osadów

Schemat ideowy procesu cementacji miedzi z roztworów odpadowych

Zastosowanie technologii wydzielania miedzi (w procesie cementacji)

-zużyta kąpiel oraz wody popłuczne gromadzone są w odrębnych zbiornikach magazynowych

-roztwory odpadowe podawane są ze zbiornika magazynowego na filtr piaskowy w celu wydzielenia zawiesin i części pływających ( w tym smarów)

-kąpiel oczyszczona w filtrze kierowana jest do cementatora I stopnia, który jest zaopatrzony w mieszadło

…

-z rozdzielacza osad kierowany jest do prasy filtracyjnej

Sklarowana kąpiel podawana jest do kolejnego cementatora

(DUŻA ILOŚĆ ODPADÓW POZBYWA SIĘ GŁÓWNEGO ZANIECZYSZCZENIA PODOBNIE JAK PRZY SPALANIU BEZPOŚRENIM)

WYTRĄCANIE TRUDNOROZPUSZCZANYCH ZWIĄZKÓW CHEMICZNYCH METALI CIĘŻKICH ZAWARTYCH W ODPADACH

Odpady takie powstają w wielu gałęziach przemysłu (przemysł chemiczny, petrochemiczny, …)

Wytrącamy metale ciężkie w postaci osadów trudnorozpuszczalnych związków dla zmniejszenia ich rozpuszczalności w wodzie

Do wytrącania metali ciężkich można stosować między innymi:

• mleko wapienne – np. wytrącanie metali ciężkich w ściekach z galwanizerni)

• związki siarki – siarczek sodu lub czterosiarczek wapnia np. stosuje się głównie do wytrącania rtęci i jej związków ( wiąże metale ciężkie w trudno rozpuszczalne w wodzie związki)

• metoda żelazocyjankowa-usuwanie wolnych cyjanków; powstaje żelazocyjanek żelazawy, który jest nierozpuszczalny nawet przy pH=3

Wytrącanie osadów metali i cyjanków powoduje pozbawienie ścieków ich głównych zanieczyszczeń. Ścieki mogą być w danej kolejności oczyszczane tradycyjnymi metodami.

Wytrącone osady metali cyjanków są odpadami niebezpiecznymi, które należy zagęścić i odwodnić a następnie unieszkodliwić.

Rozpuszczalność ……….

- w wodzie o charakterze kwaśnym (szczególnie w kwaśnych wodach opadowych)

-w przypadku składowania na składowisku z innymi odpadami np. komunalnymi w trakcie mineralizacji substancji organicznej powstają kwasy organiczne, z którymi mogą bardzo łatwo reagować wodorotlenków i soli zasadowych metali ciężkich. Powoduje to w efekcie uwolnienie danego metalu, przechodzenie do roztworu wodnego i migrację w środowisku.

Z powyższych względów odpady galwanizerskie zaliczane są do odpadów niebezpiecznych i nie mogą być deponowane w środowisku bez odpowiednich zabezpieczeń.

W wyniku wytrącania w postaci trudno rozpuszczalnych metali ciężkich osady zawierające metale ciężkie stanowią odpad niebezpieczny wymagający unieszkodliwienia.

Główne metody unieszkodliwiania odpadów zawierającym metale ciężkie:

-procesy immobilizacji metali ciężkich

~zestalenie (przy zastosowaniu spoiw mineralnych – głównie cementów)

~zamykanie w masie betonowej

~wypłukiwanie metali ciężkich a następnie ich odzyskanie i zawrócenie do produkcji (odzysk metoda bardzo korzystna)

~ spiekanie w materiałach ceramicznych

- składowanie osadów zawierających metale ciężkie.

WYKŁAD 6 1.12.2009

( metody oznaczone ~ często traktowane, jako metody unieszkodliwienia przed składowaniem)

Zestalenie osadów zawierających metale ciężkie prowadzone jest przy zastosowaniu spoiw mineralnych, głównie cementów portlandzkiego lub hutniczego a także lepiszczy bitumicznych

Osad zmieszany z cementem ulega wiązaniu i twardnieje. Otrzymywany jest w ten sposób niskiej klasy beton, który umożliwia składowanie tych odpadów w formie odpowiednio ukształtowanych brył (na składowiskach innych niż niebezpieczne i obojętne)

Można tą metodą otrzymywać również wyroby betonowe o niskich wymaganiach np. płyty chodnikowe lub krawężniki ( jest to metoda unieszkodliwiania i następnie wykorzystania osadów zawierających metale ciężkie)

Do czynników ograniczających zastosowanie tej metody należy:

• możliwość dostawania się metali ciężkich do środowiska

• wiązanie w formie betonowych bloków lub wyrobów betonowych zapobiega wymywaniu metali ciężkich z betonu; jednakże w wyniku kruszenia i ścierania powstaje pył zawierający metale ciężkie, które w ten sposób mogą dostawać się do środowiska (spadek wytrzymałości betonu)

Inne metody immobilizacji metali ciężkich w osadach

• mieszanie osadów z bitumami w tym z asfaltem umożliwia otrzymanie materiału o charakterze kitu do wykorzystania w budownictwie.

• immobilizacje metali ciężkich z zastosowaniem żywic

Do immobilizacji metali ciężkich stosowane są różnego rodzaju żywice w tym termoutwardzalne np. fenolo-formaldechyd

Dotyczy to także pyłu azbestowego

Są to metody bardzo kosztowne, możliwe do wykorzystania jedynie na małą skale

W skali technicznej spiekanie osadów zawierających metale ciężkie z materiałami ceramicznymi

Temperatura około 1400°C- przekroczenie temperatury mięknięcia surowca- czerep zamknięty

Uzyskujemy połączenia mineralne metali ciężkich praktycznie nie mobilne w środowisku.

Masa ceramiczna przygotowywana jest z materiałów ilastych surowce do produkcji wyrobów ceramicznych

Do masy ceramicznej odpowiednio przygotowanej dodawane są osady z metalami ciężkimi. Otrzymywana mieszczanina o odpowiedniej konsystencji właściwej dla procesy wyrobów ceramicznych podawane jest do urządzenia formującego cegły. Potem suszone po nadaniu formy. Wysuszone cegły trafiają do pieca ceramicznego z regulowaną temperaturą (po to, aby osiągnąć temperaturę, która pozwoli uzyskać temperaturę czerepu zamkniętego- czerepu spieczonego; warunkuje to całkowite, trwałe związanie metali ciężkich występujących w osadach)

Jest to metoda unieszkodliwiania i wykorzystywania osadów ściekowych, bo daje możliwość ich wykorzystania w produkcji materiałów, które możemy wykorzystać w budownictwie drogowym

Ta metoda umożliwia unieszkodliwienie osadów galwanizerskich oraz innych odpadów zawierających metale ciężkie. Daje możliwość trwałego związania w wytwarzanych spiekach ceramicznych

Aby była gwarancja immobilizacji

Pełne zabezpieczenie przed wymywaniem metali ciężkich ze spieków ceramicznych gwarantuje prowadzenie procesu termicznego w temperaturze zapewniającej uzyskanie spieku o czerepie zamkniętym (po przekroczeniu temperatury mięknięcia) 1200-1400°C im więcej osadów tym temperatura jest niższa.

Znaczne zróżnicowanie składu odpadów zawierających metale ciężkie w każdym przypadku pozwala na otrzymanie wyrobu ceramicznego spełniającego wymogi norm budowlanych. Dlatego proces ten należy traktować przede wszystkim, jako proces unieszkodliwiania odpadów dający możliwość trwałego związania metali ciężkich w nich zawartych.

PRODUKCJA PALIWA Z ODPADÓW KOMUNALNYCH

Paliwo z przetworzonych odpadów komunalnych jest to stałe paliwo otrzymywane w wyniku mechanicznej obróbki odpadów komunalnych prowadzący do poprawy ich właściwości fizycznych, mechanicznych i paliwowych. Zwykle w trakcie tej obróbki mechanicznej oddzielane są składniki niepalne przede wszystkim przydatne do powtórnego wykorzystania. (potem dołożona została obróbka biologiczna)

Liczne firmy podejmują się budowy tego rodzaju zakładów stosując nieco odmienne technologie. W wyniku, których otrzymuje się paliwo z odpadów a zwłaszcza z wydzielonych z odpadów lekkich składników palnych takich jak papier, tworzywa sztuczne i tekstylia. Uzyskiwane produkty nazywane są w różny sposób, niekiedy w nawiązaniu do nazwy firmy.

Nazewnictwo np.

• PAKOM (skrót od terminu paliwo komunalne)

• paliwo zastępcze z odpadów

• paliwo alternatywne

• RDF (ang refused derived fuel)

• Eco –fuel (paliwo ekologiczne)

• BRAM (niem Brennstoff aus Mull)

• Trockenstabilat (suchy stabilat, suche ustabilizowane paliwo)

• paliwo z przetworzonych odpadów

• paliwo formowane

Genezą produkcji paliwa z odpadów jest:

• -chęć przetworzenia odpadów na materiał o jednolitych właściwościach paliwowych, które można byłoby:

• magazynować przez dłuższy okres czasu

• łatwiej transportować

• łatwiej spalać w spalarniach odpadów w oddzielnych paleniskach lub wykorzystywać, jako paliwo dodatkowe w paleniskach węglowych lub innych urządzeniach.

• potrzeba zagospodarowania lekkiej frakcji bogatej w papier i lekkie tworzywa sztuczne (folie) wydzielanej w mechanicznych sortowniach (początkowo przeznaczonej do papierni do przetwórstwa tworzyw sztucznych, które z uwagi na znaczny stopień zanieczyszczenia nie znajdowała odbiorców)

Mechaniczna obróbka odpadów (mechaniczno- biologiczna)

- Mechaniczna obróbka odpadów komunalnych w celach wytworzenia z nich paliwa o lepszych właściwościach paliwowych, mechanicznych i fizycznych

Szereg technologiczny

• rozdrabniarka

• sortowanie różnymi metodami (np. przesiewanie, separacja pneumatyczna)

• suszenie

• brykietowanie/granulowanie

Ostatnio rozwija się tendencja dodawania do paliw z odpadów tlenku wapnia, jako czynnika przedłużającego trwałość paliwa, a także umożliwiającego obniżenie emisji zanieczyszczeń przy spalaniu. Paliwo z odpadów komunalnych wcześniej występowało w formie luźnej a wraz z upowszechnieniem technologii w postaci brykietów, granulek

Wydajność produkcji paliwa ze zmieszanych odpadów komunalnych wynosi zwykle od 30 do 40 % masy wejściowych odpadów (w przypadku odpadów o dużej zawartości papieru)

Jednym ze sposobów otrzymywania paliwa z odpadów jest ich wstępna obróbka na drodze biologicznego przetwarzania

Paliwo z przetworzonych odpadów powinno:

• posiadać wysoką wartość opałową

• niską zawartość popiołu

• być trwałe przy magazynowaniu i transporcie

• zawierać mało składników szkodliwych w porównaniu z odpadami, z którego to paliwo powstało

Aby sprostać tym wymaganiom w procesie wytwarzania paliwa ze mieszanych odpadów komunalnych uwzględnia się następujące elementy

1. Wzbogacenie w wysoko kaloryczną frakcję

2. zmniejszenie frakcji niepalnej w paliwie (zmniejszenie zawartości popiołu/frakcji pyłowej)

3. usuwanie składników przeszkadzających, szkodliwych z przetwarzanych odpadów

4. obniżenie zawartości wilgoci w paliwie

5. zagęszczenie paliwa

Metody wzbogacania paliwa:

-dodatek do odpadów składników wysokokalorycznych oleju, węgla, torfu

-wyodrębnienie z odpadów składników palnych (musi być znany skład granulometryczny odpadów i skład morfologiczny)

Najwyższą wartość opałową ma papier, tworzywa sztuczne i tekstylia. W największej ilości te frakcje występują we frakcji powyżej 25mm – najwyższa kaloryczność

Frakcję wysokokaloryczną można wydzielić za mieszanego strumienia odpadów poprzez między innymi:

• selektywne rozdrobnienie ( w odpowiednich rozdrabniarkach wolnoobrotowych –wolnobieżnych np. biostabilizator w systemie DANO, młyny …)

• klasyfikację granulometryczną (przesiewanie)

• klasyfikację powietrzną (w formie wyselekcjonowania frakcji lekkiej)

Rozdrabnianie materiału organicznego łatwo rozkładalne pozostawiając większość składników wysokokalorycznych papier i tworzywa sztuczne –frakcja powyżej 25mm w warszawie jest składowana a powinna być spalana

Ad c) Dla uzyskania paliwa o szerszym zastosowaniu celowe jest obniżenie zawartości popiołu w paliwie z odpadów (zmniejszenie zawartości frakcji niepalnej – mineralnej)

-usunięcie składników szkodliwych takich jak S, Cl, Hg, które przyczyniają się do zanieczyszczenia powietrza w trakcie spalania

Do substancji przeszkadzających zaliczamy:

• frakcję popiołową, mineralną(frakcja niepalna)

• do szkodliwych S,Hg, metale ciężkie

OBNIŻENIE ZAWARTOŚCI POPIOŁU W PALIWIE Z ODPADÓW

-paliwo z odpadów otrzymywane w tradycyjnych procesach mechanicznej obróbki przez przesiewanie i separację powietrzną zawiera ok20% popiołu w porównaniu do surowych odpadów

Tak wysoka zawartość popiołu jest spowodowana zatrzymaniem obcych zanieczyszczeń mineralnych na powierzchni foli z tworzyw sztucznych i papieru

Ma to miejsce szczególnie przy stosowaniu separacji powietrznej w procesach przygotowania paliwa. Zostaje wówczas znacznie podwyższona zawartość nieorganicznych składników w frakcji lekkiej

Zastosowanie przesiewacza bębnowego o wielkości oczek ok. 5mm za klasyfikatorem powietrznym umożliwia zmniejszenie zawartości popiołu w rozdrobnionym materiale o ok. 10%

WYKŁAD NR 7

USUWANIE SKŁADNIKÓW SZKODLIWYCH

-wśród składników szkodliwych przyczyniających się do zanieczyszczenia powietrza w procesie spalania paliwa z odpadów należy wyróżnić między innymi siarkę, chlor, rtęć i kadm.

Paliwo uzyskane w wyniku separacji powietrznej zawiera zazwyczaj mniej składników niebezpiecznych niż odpady, z których pochodzi, ponieważ część odpadów zawierających takie składniki zostają zatrzymane we frakcji ciężkiej w efekcie paliwo jest przeważnie w mniejszym stopniu zanieczyszczone szkodliwymi substancjami niż odpady.

W systemie gospodarki odpadami należy wprowadzić określone działanie przyczyniające się do zmniejszenia zanieczyszczenia paliwa z odpadów składnikami niebezpiecznymi

Sposoby zmniejszenia ilości związków niebezpiecznych w paliwie

• eliminacja ze strumienia odpadów w trakcie wstępnej separacji między innymi baterii, przewodów z tworzyw sztucznych, złomu elektronicznego, polichlorku winylu

• eliminacja ze strumienia odpadów składników zawierających PCV; występuje on w dużych ilościach w odpadach budowlanych między innymi w ramach okiennych, futrynach itp. Odpady tego rodzaju w zasadzie nie powinny być wykorzystywane do produkcji paliwa

• wprowadzenie na rynek produktów przyjaznych środowisku (współczesne tendencje) zawierających mniejszą ilość składników niebezpiecznych (m.in. metali ciężkich) np. w sprzęcie elektronicznym czy w opakowaniach (ustawa o odpadach opakowaniowych)

• selektywną zbiórkę odpadów niebezpiecznych występujących w strumieniu odpadów komunalnych.

Obniżenie zawartości wilgoci w paliwie z odpadów komunalnych

Odpady komunalne szczególnie z dużych miast są silnie zawilgocone, co wynika z dużej zawartości odpadów spożywczych. Ich wilgotność w Polsce wynosi ok. 45% (Polskie odpady zmieszane nie nadają się do produkcji paliwa – muszą być poddane obórce wstępnej)

Paliwo z odpadów wydzielone w procesach mechanicznego sortowania jest zwykle mniej wilgotne, zwłaszcza, jeśli zostało poddane separacji pneumatycznej. Zawiera jednak jeszcze ok. 20% wody.

Paliwo z odpadów zawierające ok. 20% wody a niekiedy więcej jest podatne na procesy biologicznego rozkład i nie może być magazynowane dłużej niż 5 dni.

Bardziej stabilne jest paliwo granulowane o zawartości wody na poziomie ok., 15% (jeżeli chcemy paliwo magazynować im niższa wilgotność tym lepiej)

nie prowadzi się zazwyczaj suszenia odpadów, jeśli paliwo wykorzystywane jest w miejscu jego wytworzenia w sposób ciągły. W pozostałych przypadkach zachodzi jednak zwykle konieczność zmniejszenia zawartości wilgoci poniżej 10%,

można wówczas wykorzystać następujące metody:

• termiczne suszenie (najbardziej energochłonne)

• biologiczne suszenie

• brykietowanie lub granulowanie (prasowanie pod ciśnieniem)

TERMICZNE SUSZENIE

Do suszenia odpadów wykorzystywane są zwykle suszarki bębnowe. Niezbędna jest kontrola tego procesu, aby nie dopuścić do zainicjowania procesów wytlewania (procesy chemiczne przebiegające w podwyższonych temperaturach- piroliza niskotemperaturowa). Należy pamiętać, że termiczne suszenie jest procesem energochłonnym

BIOLOGICZNE SUSZENIE

Biologiczne suszenie obecnie się rozwija. Przebiega w tzw. procesach mechaniczno-biologicznej obróbki odpadów. Wówczas odpady po obróbce wstępnej kierowane są do komór gdzie następuje proces biologicznego przetwarzania w warunkach tlenowych

Odpady są suszone dzięki ciepłu wydzielonemu w tym procesie (proces egzotermiczny). Proces suszenia biologicznego intensyfikowany jest przez wprowadzenie powietrza do komór. Uzyskany materiał (paliwo z odpadów) może mieć wilgotność na poziomie ok. 7% (przy odpowiednio długom prowadzeniu procesu). Aktualnie do ok. 10% (10-15%) czas procesu od 7 do 21 dni.

BRYKIETOWANIE I GRANULOWANIE

W trakcie brykietowanie paliwa przy wysokim cienieniu następuje ogrzanie materiału, czemu towarzyszy odprowadzanie wody. Woda jest wyciskana z odpadów przy ściskaniu – mechaniczne wypchnięcie wody z porów.

ZAGĘSZCZANIE PALIWA Z ODPADÓW KOMUNALNYCH

Paliwo z odpadów komunalnych zazwyczaj ma postać

• paliwa luzem

• paliwa zagęszczonego w formie brykietów lub granulek

Paliwo w formie luźnej posiada gęstość rzędu 65 kg/m³ a zagęszczone z formie granulek lub brykietów 200-650kg/m³.

Stosuje się następujące systemy zagęszczania paliwa luzem

1. zagęszczanie w kontenerach prasujących lub pras w bele (pakiety) o gęstości ok. 200kg/m³ w celu ułatwienia transportu; wówczas przed spalaniem paliwo zwykle bywa rozdrobnione

2. zagęszczanie (prasowanie, brykietowanie) przy użyciu pras wysokociśnieniowych, zwiększenie gęstości 650kg/m³ i więcej

3. granulowanie w granulatorach bębnowych lub tunelowych (zwiększenie gęstości do 450-650 kg/m³.

Wymiary

Granulki o średnicy np. 10 -20 mm i średniej długości 25-30 mm

Brykiety sprasowane kostki i wymiarach często wymagających rozdrabniania przed spalaniem, niekiedy rozdrabnianie może być pominięte w zależności od rodzaju pieca i wymiarów brykietów

ZALETY ZAGĘSZCZANIA PALIWA Z ODPADÓW:

- łatwiejszy i tańszy transport paliwa – granulowanie paliwa w zależności od dozowania do pieca (paliwo luźne trudno jest transportować i wprowadzać do paleniska.

Paliwo w formie granulek (np. granulki o średnicy 10-20 mm) lub brykietów jest łatwiejsze do transportu i dozowania, zasilanie pieca paliwem w takiej postaci nie sprawia problemów, spalanie przebiega równomiernie (dla granulek)

- zapobiegania powstawaniu tzw. Mostów (pustych przestrzeni) w zbiornikach i urządzeniach transportowych (na skutek niejednorodności paliwa luźnego przy załadowywaniu lejów zasilających mogą powstawać tzw mosty – puste przestrzenie, luki, szczeliny, struktura paliwa luźnego powoduje, że również żuraw z chwytakiem jest mało przydatny)

Wytworzenie paliwa z odpadów ma służyć między innymi przygotowaniu materiału o lepszych właściwościach paliwowych i lepszemu wykorzystaniu energii. Istnieje możliwość odzyskania w formie paliwa ok. 70% energii zawartej w odpadach. Ilość energii potrzebna do wytworzenia paliwa z odpadów nie powinna przekraczać ok. 5 % odzyskanej energii w formie paliwa. W praktyce stosuje się najczęściej proste rozwiązania technologiczne z ograniczeniem operacji jednostkowych do niezbędnego minimum.

Frakcja poniżej 40mm ma najlepsze właściwości paliwowe

Linie technologiczne do produkcji paliwa z odpadów

Linia technologiczna firmy Rethman (teraz Remondis)

Technologie przetwarzania odpadów na paliwo EKOMAT

Technologia przetwarzania odpadów z dodatkiem wapnia na paliwo o nazwie EKOMAT jest przykładem wykorzystania przy produkcji paliwa związków chemicznych, które:

• stabilizują produkt

• ograniczają emisję zanieczyszczeń do atmosfery

Na początku usuwane są z odpadów składniki niebezpieczne (baterie, ogniwa)

Rozdrabnianie a po nim odbywa się wydzielenie składników o charakterze surowców wtórnych:

• metali żelaznych (separacja elektromagnetyczna)

• tworzyw sztucznych

• szkoło i ceramika (sortowanie densymetryczne)

• metali kolorowych (sortowanie densymetryczne)

Pozostałość miesza się z tlenkiem wapnia CaO (4%) i suszy w suszarce obrotowej a następnie granuluje lub sprzedaje, jako paliwo luzem.

Wartość opałowa EKOMATu 16,3 MJ/kg

Zawartość wilgoci 8,1%

Zawartość popiołu 28%

EKO-BRYKIETY (mogą być spalane w cementowniach)

Frakcja palna wydzielana z odpadów przez rozdrobnienie, przesiewanie i klasyfikację powietrzna.

Dowożone odpady po wstępnym przesianiu i wydzieleniu metali żelaznych są poddawane trójstopniowej obróbce w specjalnym urządzeniu bębnowym umożliwiającym rozdrabnianie, przesiewanie i separacje powietrzną odpadów.

Drobna frakcja zostaje oddzielona w drugim etapie przetwarzania.

Oddzielone surowe paliwo zostaje sprasowane i skierowane do magazynowania. Bezpośrednio przed spalaniem w cementowni paliwo zostaje rozdrobnione( 2 stopnie rozdrabniania)

Rozdział składników

Bazuje na klasyfikacji powietrznej i wykorzystuje biologiczną przeróbkę w wyniku, której otrzymuje się produkt ustabilizowany, wysuszony o nazwie suchy stabilat

Do wykorzystania są metale ciężkie i frakcja mineralna

W linii technologicznej wyróżnia się 3 etapy

1. przyjmowanie odpadów i ich mechaniczna obróbka (kondycjonowanie odpadów)

2. suszenie biologiczne w komorach

3. segregacja wysuszonych odpadów tzw. wydzielenie

- składników użytkowych takich jak metale żelazne, nieżelazne

-suchego paliwa (suchy stabilat)

Z odpadów dowożonych do zakładu wydzielane są na stępie odpady wielkogabarytowe i uznane za szkodliwe.

Pozostałość zostaje skierowana do rozdrabniania

Rozdrobniony materiał o wielkości ziaren poniżej 250mm podawany jest do biologicznej przeróbki w komorach Herhoffa trwającej 7 dni

W trakcie biologicznej przeróbki następuje

- wysuszenie masy do wilgotności 15% (suszenie biologiczne)

- częściowy rozkład składników organicznych łatwo rozkładalnych

-częściowa higienizacja materiału

W trakcie biologicznej przeróbki zachodzi ubytek masy w zakresie 35-40% oraz wzrost wartości opałowej paliwa o około 35-40%

Klasyfikacja powietrzna- rozkład składników; wydzielana jest frakcja lekka, czyli palna.

W kolejnym etapie przeróbki ( frakcja ciężka z separacji powietrznej) następuje przesiewanie z wykorzystaniem sita bębnowego o średnicy oczek 40mm

Przesiew z sita 40 mm kierowany jest n II stopień przesiewania- sito 15mm gdzie uzyskuje się :

• frakcję wysokokaloryczną

• pozostałość mineralną, z której można wydzielić metale; sanowi ona od 15 do 20% surowych odpadów

Materiał mineralny pozbawiony metali( kamienie, szkło, ceramika) jest kierowany na przesiew III stopnia a następnie do przemywania wodą w celu usunięcia pozostałych zanieczyszczeń organicznych

Oczyszczona w ten sposób pozostałość mineralna może znaleźć zastosowanie do celów budowlanych.

Główny produkt- suchy stabilat stanowi ok. 50% przerabianych odpadów. Jest to homogenne, biologicznie nieaktywne paliwo o wartości opałowej od 16 do 18 MJ/kg; nadaje się do magazynowania. Zbliżone jest właściwościami do węgla brunatnego. Paliwo sprzedawane jest w formie sprasowanej ( po zbelowaniu)

Mechaniczno- biologiczne przetwarzanie odpadów

Prognoza wytwarzania odpadów komunalnych ulegających biodegradacji w Polsce w latach 2010-2018 przedstawia się następująco:

1. Papier i tektura

- 700 tys. Mg w 2010

-800 tys. Mg w 2011

- 1000 tys. Mg 2018

1. 2. odzież i tekstylia ( z materiałów naturalnych)

• 7,2 tys. Mg 2010

• 7,0 tys. Mg 2013

• 7,0 tys. Mg 2018

1. 3. odpadu zielone ( z ogrodów i parków)

• 341,7 tys. Mg 2010

• 334,0 tys. Mg 2013

• 331,3 tys. Mg 2018

1. 4. odpady ulegające biodegradacji wchodzące w strumień zmieszanych odpadów komunalnych

• 4644,3 tys. Mg 2010

• 4327,4 tys. Mg 2013

1. 5. odpady z targowisk (część ulegająca biodegradacji)

• 84,4 tys. Mg 2010

• 82,5 tys. Mg 2013

• - 81,8 tys. Mg 2018

BIOLOGICZNE PRZETWARZANIE ODPADÓW

Ograniczone możliwości stosowania składowania, jako metody unieszkodliwiania odpadów ulegających biodegradacji spowodowało wzrost zainteresowania biologicznym przetwarzaniem odpadów

W rozporządzeniu ministra gospodarki z 7 września 2005 w sprawie kryteriów … Dz.U. Nr 2005 Nr 186 poz. 1553

Wśród parametrów dodatkowych warunkujących możliwość składowania odpadów na składowiskach odpadów innych niż niebezpieczne i obojętne oraz na składowiskach obojętnych wymieniono:

• ogólny węgiel organiczny TOC/OWO poniżej 5%

• strata prażenia (LO) poniżej 8%

• ciepło spalania dla przetworzonych odpadów komunalnych max 8000 kJ/.kg

Ustawa o odpadach DZ U 2001 Nr 62 poz. 628 do obowiązków własnych gmin należy zapewnienie warunków ograniczenia masy odpadów komunalnych ulegających biodegradacji kierowanych do składowania:

1. Do 31 grudnia 2010 do nie więcej niż 75% wagowo całkowitej masy odpadów komunalnych ulegających biodegradacji

2. Do 31 grudnia 2013 nie więcej niż 50% całkowitej masy odpadów komunalnych ulegających biodegradacji

3. Do 31 grudnia 2020 – do nie więcej niż 35% w stosunku do całkowitej masy odpadów komunalnych ulegających biodegradacji.

Pierwsze pilotażowe instalacje mechaniczno- biologicznego przetwarzania powstały w latach 70-tych; ich celem było przetworzenie odpadów przed ich składowaniem, aby ograniczyć ich uciążliwość przy składowaniu.

Nowoczesne MBP wywodzą się z Niemiec Mechanisch Biologische Abfallbehandlung (MBA). Ich pierwotnym zadaniem była poprawa właściwości odpadów pozostałych po selektywnej zbiórce bioodpadów.

Pierwszy akt prawny, który ograniczał składowanie odpadów biodegradowalnych pojawił się w Austrii ( rozp. O składowaniu Deponiererordnung- BGB1 Nr 164/1986) dla odpadów, w których zawartość OWO >5% (ma być mniejsza); ciepło spalania nie przekracza 6000kJ/kg

W dniu 27 kwietnia 2000 w Brukseli został ogłoszony II projekt dokumentu roboczego dotyczącego biologicznej przeróbki odpadów ulegających biodegradacji- z projektu Dyrektywy biologiczne przetwarzanie odpadów w celu między innymi poprawy sytuacji w zakresie gospodarki odpadami ulegającymi biodegradacji oraz promowania biologicznej przeróbki odpadów ulegających biodegradacji.

Zgodnie z przekładem dyrektywy:

• Kompost- stabilny, pewny sanitarnie, próchnico podobny materiał, bogaty w materię organiczną i wolny od intensywnych zapachów, powstały w wyniku procesu kompostowania selektywnie zebranych odpadów.

• ustabilizowany odpad ulegający biodegradacji- odpady powstałe w wyniku MBP niesortowanych odpadów komunalnych (wymieszanych) lub powstałych po selektywnej zbiórce odpadów komunalnych resztkowych oraz innych przerobionych odpadów

• kompostowanie- autotermiczny, termofitowy biologiczny rozkład selektywnie zebranych odpadów ulegających biodegradacji w obecności tlenu i w kontrolowanych warunkach w wyniku działań mikro i makroorganizmów w celu produkcji kompostu.

• przeróbka mechaniczno- biologiczna- przeróbka pozostałości odpadów komunalnych. Odpadów niesortowanych i jakichkolwiek…

WARIANTY MBP Z UWAGI NA KRYTERIUM PODZIAŁU

• ze względu na cel stosowania metody wyróżnia się dwa podstawowe rozwiązania:

1. Mechaniczno- biologiczne przetwarzanie odpadów, jako technologia przygotowania do składowania

2. Mechaniczno- biologiczne przetwarzanie odpadów przed właściwym przekształcaniem termicznym – tzw. biologiczne suszenie (suszenie biologiczne)

Ad 1.

Cel- osiągnięcie wysokiego stopnia rozkładu związków organicznych zawartych w odpadach, aby materiał przeznaczony w efekcie do składowania odznaczał się możliwie niską aktywnością biologiczną

Odpady po MBP charakteryzują się m.in. następującymi parametrami:

• mają znacznie mniejszą objętość

• zawierają mniej wody

• wykazują mniejszy potencjał gazo twórczy

• są mniej podatne na osiadanie i wymywanie

Czas procesu dla wariantu 1 jest dłuższy

Ad 2.

Cel- zmniejszenie ilości odpadów poddawanych obróbce termicznej poprawienie właściwości paliwowych oraz w celu zmniejszenia zawartości wody w odpadach.

Odpady ulegające biodegradacji przeznaczone do termicznego przekształcania powinny posiadać odpowiednią wilgotność i wartość opałową umożliwiającą prawidłowy przebieg procesu. W tym przypadku dąży się, zatem do osiągnięcia wysokiego stopnia rozkładu związków organicznych, ale przede wszystkim do obniżenia zawartości wody w odpadach. Proces ten nazywa się również biologicznym suszeniem. W efekcie uzyskuje się odpady, które mogą być długotrwale przetrzymywane przed przekazaniem ich do termicznego przekształcani. Wariant ten to tzw. biologiczne suszenie.

Celem MBP jest przede wszystkim nie zależnie od wariantu:

• zmniejszenie masy i objętości odpadów

• zmniejszenie zawartości wody w odpadach

Dodatkowo dla wariantu 1

-stabilizacja substancji organicznej- pozostałe formy organiczne są względnie stabilne, ulegają powolnej biodegradacji i są znacznie mniej uciążliwe dla środowiska

- higienizacja – polegająca na zmniejszeniu liczebności mikroorganizmów chorobotwórczych ( częściowo lub w stopniu zaawansowanym

W odróżnieniu od celów stawianych instalacjom MBP podstawowym i ostatecznym celem kompostowania odpadów ( ulegających biodegradacji, zbieranych selektywnie) jest wyprodukowanie wysokiej, jakości produktu- kompostu pewnego sanitarnie oraz stabilnego i dojrzałego.

• podział ze względu na rodzaj technologii prowadzenia części biologicznej:

• MBP z tlenową stabilizacją- zwany również tlenowym przetwarzaniem mechaniczno-biologicznym

• MBP z beztlenową stabilizacją- zwany także beztlenowym przetwarzaniem mechaniczno- biologicznym

• Można również przedstawić bardziej szczegółową klasyfikację MBP z podziałem na następujące typy instalacji:

• składowiska kompostujące

• składowiska kompostujące z ulepszonym stopniem mechanicznym

• instalacje MBP częściowo zamknięte (obudowane)

• instalacje MBP w pełni zamknięte (hermetyczne)

• instalację MBP przygotowującą odpady do unieszkodliwienia(biologiczne suszenie) lub do bezpośredniego składowania

TECHNIKI MBP

Część mechaniczno- biologiczna

W części mechanicznej można zetknąć się z następującymi operacjami jednostkowymi:

• rozdrabnianie

• przesiewanie,

• homogenizacja

• korekta wilgotności

• separacja magnetyczna

• separacja metali nieżelaznych

• usuwanie składników niebezpiecznych i przeszkadzających

• wydzielenie frakcji palnej

• separacja densymetryczna

• separacja pneumatyczna

• ujmowanie i oczyszczanie powietrza

W części biologicznej MBP wykorzystywane technologie przetwarzania odpadów to technologie:

• tlenowe (bardziej powszechne)

• beztlenowe

Zarówno kompostowanie jak i fermentacja mają określone zalety i wady a o wyborze decydują zwykle uwarunkowania lokalne. Najczęściej są to jednak metody tlenowe. Metody beztlenowe stosowane były dotychczas w nielicznych przypadkach, jako alternatywa dla intensywnego kompostowania. Stosowane są zarówno techniki mokre mezofile jak i suche termofilne. Techniki kompostowania wykorzystywane w części biologicznej …

Systemy pryzmowe, kontenerowe, komorowe, tunelowe, z biostabilizatem itd.

EFEKT MBP

Podstawowym oczekiwanym efektem MBP jest stabilizacja odpadów powodująca:

• zmniejszenie emisji zanieczyszczeń do odcieków w porównaniu do surowych odpadów; zanieczyszczenie odcieków substancjami organicznymi maleje o 80-90%

• zmniejszenie emisji gazu składowiskowego o ok. 90%

• zmniejszenie aktywności respiracyjnej aktywność mikroorganizmów) o 80-90% w zależności od czasu prowadzenia procesów biologicznych

• ubytek masy odpadów biodegradowalnych o ok. 40%

Zgodnie z wytycznymi Min Środowiska dotyczącymi wymagań dla procesów kompostowania, fermentacji i MBP z 15 grudnia 2008

W przypadku instalacji MB w latach 2009-2010 stosuje się jeden z poniższych warunków dopuszczenia odpadów do składowania:

1. Stabilizaty spełniające jedno z poniższych kryteriów mogą być składowane na składowiskach odpadów bez ograniczeń:

- pozostałość po prażeniu ≤ 35% suchej masy

-TOC ≤ 20% suchej masy (CWO)TOC (Total organic carbon)

lub

1. Stabilizaty, dla których ubytek masy organicznej w stosunku do masy organicznej w odpadach, mierzonej straty prażenia wynosi ≥40%

-mogą być składowane bez organicznej, jeśli spełniają również wymagania dotyczące wymywalności zanieczyszczeń

W obydwu wyżej wymienionych przypadkach uznaje się, że stabilizat nie zawiera już frakcji ulegających biodegradacji o potencjale gazo twórczym

Kompostowanie powinno być prowadzone, jako:

1. Proces dwuetapowy

- pierwszy stopień w reaktorze zamkniętym lub w zamkniętej hali, o czasie prowadzenia procesu minimum 2 tygodnie (optymalnie 4 tygodnie) zalecany proces kompostowania dynamicznego lub quasi dynamicznego

- drugi stopień czas trwania kompostowania od 10 tygodni do 6 tygodni

1. łączny czas kompostowania w obydwu stopniach min 8 tygodni

2. napowietrzanie wymuszone w pierwszym stopniu z oczyszczaniem powietrza procesowego, otwarte pryzmy z mechanicznym przerzucaniem w drugim stopniu

W przypadku kompostowania wyłącznie odpadów zielonych lub ogrodowych dopuszcza się kompostowanie jednostopniowe w otwartych pryzmach bez wymuszonego napowietrzania, ale z mechanicznym przerzucaniem materiału.

SYSTEM DANO

SYSTEM tunelowy- Usypywane niewielkie pryzmy otoczone folią. W środku są rury do wymuszonego napowietrzania.