POLITECHNIKA WARSZAWSKA

WYDZIAŁ INŻYNIERII ŚRODOWISKA

Sprawozdanie z laboratorium z przedmiotu:

GOSPODARKA ODPADAMI

Prowadząca:

mgr inż.  Irena Roszczyńska

Wykonały:

Odziemczyk Małgorzata

Presnarowicz Monika

Sadowiak Katarzyna

Grupa IOŚ

Badana próbka:

Miejsce poboru próbki: Warszawa, Praga Północ

Data poboru próbki: 13.10.2005

Nr próbki: 12/B

1. Cel badań

Określenie właściwości technologicznych odpadów i wybór metody ich unieszkodliwiania.

2. Zakres badań

W celu wyboru metody unieszkodliwiania odpadów należy uprzednio przeprowadzić szereg badań stwierdzających ich przydatność do poszczególnych procesów unieszkodliwiania. Do najbardziej popularnych należy kompostowanie i spalanie odpadów.

Wskaźniki charakteryzujące właściwości nawozowe odpadów komunalnych:

• Zawartość ogólnej substancji organicznej

• Zawartość węgla organicznego

• Zawartość azotu organicznego

• Zawartość fosforu

• Zawartość potasu

Wskaźniki charakteryzujące właściwości paliwowe odpadów:

• Zawartość wilgoci

• Zawartość składników palnych

• Zawartość składników niepalnych

• Zawartość składników lotnych

• Ciepło spalania

• Wartość opałowa robocza

• Zawartość składników agresywnych

• Skład elementarny (pierwiastkowy) części palnych

3. Wprowadzenie teoretyczne

Zawartość ogólnej substancji organicznej i zawartość węgla organicznego

- Zawartość ogólnej substancji organicznej obliczamy ze wzoru:

[% s.m.]

gdzie:

m₁ - masa próbki przed prażeniem

m₂ - masa próbki po prażeniu

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

[%C_org s.m.]

gdzie:

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

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

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

m - masa próbki odpadów [g]

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

Zawartość składników palnych, niepalnych i lotnych

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

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

%s. m. ????

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

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

[%]

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

[%]

[%]

gdzie:

W_c - zawartość wilgoci

- Zawartość części lotnych przyjęto jako 83% części palnych obliczono ze wzoru:

X_L = X₁ · 83 %

Ciepło spalania i wartość opałowa

- Ciepło spalania odpadów obliczamy ze wzoru wyjściowego:

[J/g s. m.]

gdzie:

K - stała kalorymetru [J/ºC]

D_t - ogólny przyrost temperatury okresu głównego [ºC]

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

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

m - odważka odpadów

q₁ - ciepło spalania drucika

m₁ - masa drucika

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

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

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

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

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

Po uproszczeniu przybiera on postać:

[J/g s. m.]

[°C]

[°C]

gdzie:

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

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

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

n - czas trwania głównego okresu pomiarowego [min]

- Wartość opałowa odpadów wysuszonych obliczana jest ze wzoru:

[J/g s. m.]

gdzie:

W - wartość opałowa [J/g]

Q_c - ciepło spalania odpadów [J/g]

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

H - zawartość wodoru w związkach organicznych [%]

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

8,9 - współczynnik przeliczeniowy wodoru na wodę

- Wartość opałowa robocza odpadów surowych ze wzoru (o wilgotności w stanie surowym):

[J/g]

Analiza elementarna

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

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

• Wagowym oznaczeniu powstałych produktów spalania

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

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

[% s. m.]

gdzie:

m_C - przyrost masy U-rurki do absorpcji CO₂

m - masa próbki odpadów

0,2727 - współczynnik przeliczeniowy masy molowej CO₂ na węgiel

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

[% s. m.]

gdzie:

m_H - przyrost masy U-rurki do absorpcji H₂O

m - masa próbki odpadów

0,1119 - współczynnik przeliczeniowy masy molowej H₂O na wodór

- Zawartość substancji organicznej w badanej próbce:

[% s.m.]

gdzie:

m - masa próbki odpadów przed spaleniem [g]

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

- Zawartość węgla w substancji organicznej:

[% cz.p.]

- Zawartość wodoru w substancji organicznej:

[% cz.p.]

Zawartość składników agresywnych

- Oznaczenie zawartości chlorków metodą Volharda:

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

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

[mgHCl /kg s.m.]

gdzie:

n₁ - normalność roztworu AgNO3

V₁ - objętość roztworu AgNO3 [ml]

n₂ - normalność roztworu KSCN

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

36,457 - milirównoważnik HCl [mg]

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

V_p - objętość próbki pobranej do badania [ml]

m - masa pastylki

- Spektrofotometryczne oznaczenie azotanów (III) metodą Griessa

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

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

[mgNO₂ /kg s.m.]

gdzie:

m - masa pastylki [g]

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

V_p - objętość próbki pobranej do badania [ml]

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

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

- Spektrofotometryczne oznaczenie azotanów(V) metodą fenolodisulfonową

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

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

[mgNO₂ /kg s.m.]

gdzie:

m - masa pastylki [g]

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

V_p - objętość próbki pobranej do badania [ml]

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

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

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

[mgNO₂ /kg s.m.]

- Oznaczenie siarczanów metoda bezpośredniego miareczkowania wobec arsenazo (III)

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

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

[mgSO₂ /kg s.m.]

gdzie:

m - masa pastylki [g]

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

V_p - objętość próbki pobranej do badania [ml]

n - normalność Ba(CH₃COO)₂

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

32 - miligramorównoważnik SO₂ [mg]

f - empiryczny współczynnik przeliczeniowy

Skład elementarny części palnych

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

- Chlor

Zawartość chloru w częściach palnych obliczono ze wzoru:

[% cz.p.]

gdzie:

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

0,97 - współczynnik przeliczeniowy mas molowych HCl na Cl

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

- Azot

Zawartość azotu w częściach palnych obliczono ze wzoru:

[% cz.p.]

gdzie:

X_NO2 - zawartość składnika agresywnego w postaci mg NO₂ / kg s.m.

0,3 - współczynnik przeliczeniowy mas molowych NO₂ na N

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

- Siarka

Zawartość siarki w częściach palnych obliczono ze wzoru:

[% cz.p.]

gdzie:

X_SO2 - zawartość składnika agresywnego w postaci mg S/g s.m.

0,5 - współczynnik przeliczeniowy mas molowych SO₂ na S

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

- Tlen

Zawartość tlenu w częściach palnych obliczono ze wzoru:

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

gdzie:

H_o - zawartość wodoru w substancji organicznej (w cz.p.)

C_o - zawartość węgla w substancji organicznej (w cz.p.)

S_cz.p.- Zawartość siarki w częściach palnych

N_cz.p.- Zawartość azotu w częściach palnych

Cl_cz.p- Zawartość chloru w częściach palnych

4. Wyniki i obliczenia

Zawartość ogólnej substancji organicznej i zawartość węgla organicznego

- Zawartość ogólnej substancji organicznej

m₁ = 21,2690g - 20,2673g = 1,0017g

m₂ = 20,6344g - 20,2673g = 0,3671g

- Zawartość węgla organicznego w badanej próbce w stosunku do suchej masy odpadów

a = 52,8 ml

b = 24,6 ml

f = 1

m = 10,2402 - 10,1902 = 0,05g

Zawartość składników palnych, niepalnych i lotnych

- Zawartość składników palnych obliczamy w stosunku do suchej masy odpadów

m₁ = 21,2690g - 20,2673g = 1,0017g

m₂ = 20,6344g - 20,2673g = 0,3671g

- Zawartość składników niepalnych obliczamy w stosunku do suchej masy odpadów

- Zawartość składników palnych i niepalnych w przeliczeniu na odpady w stanie surowym

W_c = 46,2

- Zawartość części lotnych przyjęto jako 83% części palnych obliczono ze wzoru:

X_L = X₁ · 83 % = 64,6 · 83 % = 51,7 [%]

=

Ciepło spalania i wartość opałowa

Okres pomiaru	Odczytana temperatura	Przyrost temperatury w okresie	Średni przyrost temperatury na minutę
Początkowy	23,64	dh = 23,64- 23,64 = 0,0
				23,64
				23,64
				23,64
				23,64
	Główny			23,68	Dt = 24,01 - 23,68 = 0,32
				23,83
				23,88
				24,00
				24,01
	Końcowy			24,03	dk =24,03 - 24,03 = 0,0
				24,03
				24,03
				24,03
				24,03

[°C]

Masa pastylki: 8,20835 - 7,81465 = 0,3937 [g]

K = 3177 cal/ºC = 13302 J/ºC

Wartość opałowa odpadów wysuszonych

Q_c = 10812J/g s.m.

W_c = 0 %

H = 9,79%

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

W_c = 46,2%

Analiza elementarna

Przed spaleniem:

Masa łódeczki: 2,5221 g

Masa łódeczki z próbką odpadów: 2,5781 g

Po spaleniu:

Masa łódeczki: 2,5222 g

Masa łódeczki z próbką odpadów po spaleniu: 2,54215 g

Masa U-rurek przed pochłonięciem:

H₂O - 41,4113 g

CO₂ - 41,9581 g

Masa U-rurek po pochłonięciu:

H₂O - 41,3798g

CO₂ - 41,8676 g

- Zawartość węgla w badanej próbce (w procentach w stosunku do suchej masy odpadów)

m_C = 41,9581 - 41,8676 = 0,0905 g

m = 2,5781 - 2,5221 = 0,056 g

- Zawartość wodoru w próbce w procentach w stosunku do suchej masy odpadów

m_H = 41,4113 - 41,3798 = 0,0315g

m = 2,5781 - 2,5221 = 0,056 g

- Zawartość substancji organicznej w badanej próbce

m = 2,5781 - 2,5221 = 0,056 g

m₁ = 2,54215 - 2,5222 =0,01995 g

- Zawartość węgla w substancji organicznej

- Zawartość wodoru w substancji organicznej:

Zawartość składników agresywnych

Oznaczenie zawartości chlorków metodą Volharda

- Zawartość składnika agresywnego w przeliczeniu na sucha masę odpadów

n₁ = 0,01

n₂ = 0,01

V₁ = 25 ml

V₂ = 18,5 ml

V = 250 ml

V_p = 100 ml

m = 8,2724 - 7,8251 = 0,4473 g

Spektrofotometryczne oznaczenie azotanów (III) metodą Griessa

- Zawartość składnika agresywnego oznaczonego w postaci azotu azotanowego (III) w stosunku do suchej masy odpadu

m = 8,2724 - 7,8251 = 0,4473 g

m_N = 4,828 µg/25 ml

V = 250 ml

V_p = 25 ml

Spektrofotometryczne oznaczenie azotanów metodą fenolodisulfonową

- Zawartość składnika agresywnego oznaczonego w postaci azotu azotanowego (V) w stosunku do suchej masy odpadu

m_N = 26,89 µg/10ml

m = 8,2724 - 7,8251 = 0,4473 g

V = 250 ml

V_p = 10 ml

- Ogólna zawartość składnika agresywnego w postaci NO₂ w [mgNO₂/kg] badanych odpadów

239,96 + 4938,12 = 5178

Oznaczenie siarczanów metoda bezpośredniego miareczkowania wobec arsenazo III

- Zawartość składnika agresywnego oznaczonego w postaci siarczanów w stosunku do suchej masy odpadu

m = 8,2724 - 7,8251 = 0,4473 g

V = 250 ml

V_p = 5 ml

n = 0,01

v = 0,26 - 0,07 = 0,19 ml

f = 1

Skład elementarny części palnych

- Chlor

X_HCl = 13957,66 mgHCl/kg s.m.

X₁ = 63,35%

- Azot

X_NO2 = 239,96 mgNO₂/kg s.m.

X₁ = 63,35%

- Siarka

X_SO2 = 6796,33 mgSO₂/kg s.m.

X₁ = 63,35%

- Tlen

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

H_o = 9,79%

C_o = 68,50%

S_cz.p = 0,54%

N_cz.p.= 0,01%

Cl_cz.p = 2,14%

100 - (9,79+68,5+0,54+0,01+2,14) =19,02 [% cz.p.]

Wyniki oznaczeń właściwości nawozowych i paliwowych próbki odpadów komunalnych

Lp	Wskaźnik	Jednostka	Wartość	Dane normowe
Właściwości nawozowe:
1	Ogólne substancje organiczne	% s. m.	63,35	>20 % s. m.
2	Węgiel organiczny	% s. m.	33,84	>10 % s. m.
3	Azot organiczny	% s. m.	0,87	>0,3 % s. m.
4	P2O5	% s. m.	0,77	>0,3 % s. m.
5	K2O	% s. m.	0,11	.>0,1 % s. m.
Właściwości paliwowe:
1	Zawartość wilgoci	%	46,2	<50 %
2	Zawartość części palnych	%	34,7	>25 %
3	Zawartość części niepalnych	%	19,0	<60 %
4	Zawartość części lotnych	% cz. p.	80
5	Ciepło spalania	kJ/kg s. m.	10812
6	Wartość opałowa robocza	kJ/kg	2561	>6000 kJ/kg
Składniki agresywne:
1	SO2	mg/kg s. m.	6796
2	HCl	mg/kg s. m.	13958
3	NO2	mg/kg s. m.	5178
Skład elementarny części palnych:
1	C	% cz. p	68,50
2	H	% cz. p	9,79
3	S	% cz. p	0,54
4	Cl	% cz. p	2,14
5	N	% cz. p	0,01
6	O	% cz. p	19,02

5. Wnioski

Badana na ćwiczeniach laboratoryjnych próbka odpadów komunalnych z Pragi Północ wykazuje się dobrymi właściwościami nawozowymi. Możemy z tego wywnioskować, że badane odpady będą nadawały się do unieszkodliwiania metodą kompostowania.

Kompostowanie jest jedną z najkorzystniejszych form usuwania odpadów organicznych. Każda z otrzymanych przez nas wartości spełnia warunki normowe zawarte w powyższej tabeli.

Próbka natomiast nie nadaje się do spalenia, ponieważ jej właściwości paliwowe nie są w pełni zgodne z wartościami dopuszczalnymi z normy. Biorąc je pod uwagę, można zauważyć, że wartość opałowa robocza naszych odpadów jest dużo mniejsza od żądanej. Wynika stąd, że podczas spalania odpadów niezbędne będzie korzystanie z paliwa dodatkowego. Pozostałe wartości są zgodne z wymogami określonymi w tabeli.

Łatwo da się zauważyć, że unieszkodliwienie odpadów metodą spalania nie znajduje w przypadku naszej próbki większego zastosowania. Wadą tej metody jest również koszt jej zastosowania i wpływ na środowisko. Dużo lepszym sposobem unieszkodliwienia naszych odpadów jest kompostowanie. Niewątpliwą zaletą tej metody jest fakt iż jest ona bardziej przyjazna dla środowiska i zdrowsza dla człowieka. Zapewnia ona unieszkodliwianie mikroorganizmów chorobotwórczych przy wzroście temperatury związanym z mineralizacją. Kompostowanie jest kontrolowanym rozkładem materii organicznej, czyli wykorzystujemy tu procesy zachodzące naturalnie w przyrodzie.

17

---