Raport o oddziaływaniu na środowisko – I wersja – maj 2010

5. OPIS ANALIZOWANYCH WARIANTÓW

5.1 WARIANT POLEGAJĄCY NA NIEPODEJMOWANIU PRZEDSIĘWZIĘCIA

Wariant polegający na niepodejmowaniu przedsięwzięcia polega na braku podejmowania wszelkich działań mających na celu modernizacje i przebudowę systemu gospodarki odpadami. Wariant ten wiąże się, w związku z tym, z zaniechaniem budowy Zakładu Termicznego Przekształcania Odpadów dla Metropolii Silesia jak i innych instalacji gwarantujących odpowiedni odzysk i unieszkodliwianie odpadów na terenie objętym przedsięwzięciem.

W Polsce obowiązują zasady, przyjęte także w innych krajach Unii Europejskiej, które definiują dopuszczalną ilość odpadów komunalnych podlegających procesom biodegradacji, które mogą być składowane. Za przykład może posłużyć art. 16a ustawy o odpadach, według którego wymagana jest redukcja ilości odpadów ulegających biodegradacji kierowanych do składowania. Mianowicie:

  • Do 31 grudnia 2010 roku – do nie więcej niż 75% całkowitej masy odpadów ulegających biodegradacji,
  • Do 31 grudnia 2013 roku – do nie więcej niż 50% całkowitej masy odpadów ulegających biodegradacji,
  • Do 31 grudnia 2020 roku – 35% całkowitej masy odpadów ulegających biodegradacji

Ponadto od 1 stycznia 2013 roku zacznie obowiązywać Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 7 września 2005 roku, w sprawie kryteriów oraz procedur dopuszczania odpadów do składowania na składowisku odpadów danego typu (DZ.U. 05.186.1553), które ogranicza możliwość deponowania odpadów komunalnych przetworzonych i nieprzetworzonych w niewielkim stopniu.

Reasumując, wariant ten należy definitywnie odrzucić, ponieważ jest niewydolny technologicznie i niezgodny z obecnie obowiązującym prawem. Pozostawienie tego wariantu wiązałoby się z brakiem miejsca na składowanie odpadów, wzrostem kosztów dotyczących segregacji odpadów, a z uwagi na brak wywiązania się uwarunkowań prawnych, Polsce grozi nałożenie sankcji w postaci sankcji finansowych. Wariant ten należy odrzucić ze względu na uwarunkowania:

  • ekologiczne,
  • ekonomiczne,
  • prawne.

Ponadto zastosowanie najnowocześniejszych rozwiązań technicznych i technologicznych, w tym BAT, zapewni inwestor, który posiada niezbędną wiedzę, środki ekonomiczne i doświadczenie w prowadzeniu gospodarki komunalnej. Natomiast niepodejmowanie żadnych działań będzie skutkowało uniemożliwieniem redukcji deponowanych odpadów ulegających biodegradacji, zgodnie z obowiązującym prawem.

5.2 WARIANTY LOKALIZACYJNE

5.2.1 Potencjalne lokalizacje ZTPOK

Jednym z istotniejszych warunków realizacji inwestycji budowy ZTPOK jest wybór jej odpowiedniej lokalizacji. Wybór ten jest uwarunkowany od czynników technologicznych, techniczno-prawnych, ekologicznych i społeczno-politycznych. W tym celu ustalone zostały tzw. warunki brzegowe, które każda rozpatrywana lokalizacja powinna spełniać, tj.:

  • nie powinna graniczyć ze zwartą zabudową mieszkaniową – odległość działki od zabudowy mieszkaniowej powinna wynosić nie mniej niż 100 m,
  • powinna mieć wielkość co najmniej 3 ha,
  • powinna kształtem zapewnić swobodne posadowienie infrastruktury budowlanej i technicznej ZTPO, której docelową przepustowość określono na min. 250 tys. Mg/rok (z możliwością rozbudowy do 500 tys. Mg/rok),
  • wskazana lokalizacja nie może być sprzeczna z przeznaczeniem określonym w miejscowym planie zagospodarowania przestrzennego – przyjętym lub będącym na etapie opracowania lub uzgadniania, a jeżeli nie to należy uwzględniać zapisy zawarte w Studium Uwarunkowań i Zagospodarowania Przestrzennego.

Analizę potencjalnych lokalizacji ZTPOK dla Górnośląskiego Związku Metropolitalnego przeprowadzono dla następujących wskazanych miejsc:

  • Teren Miejskiego Zakładu Przetwarzania Odpadów Komunalnych „Lipówka II” w Dąbrowie Górniczej,
  • Teren w rejonie ul. Grenadierów w Sosnowcu,
  • Teren po północnej stronie drogi DK 94 w rejonie ul. Piotrkowskiej, Sosnowiec Środula Północ,
  • Teren leżący w granicach miast Katowice i Mysłowice w rejonie ul. Krakowskiej w Katowicach-Szopienicach oraz w rejonie ul. Katowickiej w Mysłowicach,
  • Teren w południowo-wschodniej części Mysłowic pomiędzy autostradą A4 a rzeką Przemszą,
  • Teren w Rudzie Śląskiej – dzielnica Halemba – przy ulicy P. Skargi na działce PKE S.A. Elektrowni Halemba,
  • Teren w Rudzie Śląskiej – dzielnica Ruda – przy ulicy Szyb Walenty, na działce obok Zespołu Ciepłowni Przemysłowych „Carbo-Energia” Sp. z o.o.,
  • Teren w Zabrzu przy ulicy Wolności, na działce Elektrociepłowni Zabrze S.A.

5.2.2 Analiza lokalizacji ZTPOK wraz z wyborem optymalnego rozwiązania

Wybór optymalnej lokalizacji inwestycji wyznaczono korzystając z trzech metod analizy zazwyczaj stosowanych w tego rodzaju przypadkach:

  • analizę SWOT,
  • analizę wielokryterialną.

Analiza wielokryterialna

Dla sformułowania analizy wielokryterialnej rozpatrywanych lokalizacji ZTPO przyjęte zostały identyczne kryteria dla każdej potencjalnej lokalizacji, które biorą pod uwagę wszystkie w/w uwarunkowania. Oprócz tego kryteria zostały wybrane w taki sposób, aby całościowo przedstawiały ocenę analizowanego zagadnienia i możliwie w jak najwyższym stopniu wykluczyły subiektywizm oceny.

Obrane kryteria analizy:

  • techniczno-prawne,
  • terenowe,
  • ekologiczne,
  • komunikacyjne i logistyczne,
  • społeczne,
  • ekonomiczne.

Do oceny lokalizacji przyjęto powyższe kryteria dla których rozpatrzono wszystkie możliwe uwarunkowania, które mogłyby wpłynąć na wybór optymalnej lokalizacji. Każde z kryteriów było oceniane na podstawie przyjętych uwarunkowań według analizy punktowej od 0 do 3 punktów.

Przyjęto oceny:

0 – niedostateczną,

1 – ocena dostateczną,

2 – ocenę dobrą,

3 – ocenę bardzo dobrą.

Według tej analizy otrzymano następującą ocenę:

  • Lokalizacja nr 8. Ruda Śląska – działka obok Carbo-Energia” Sp. z o.o. (58 punktów) z liczbą ocen bardzo dobrych (15) i dobrych (6),
  • Lokalizacja nr 9. EC Zabrze S.A. (48 punktów), z liczbą ocen bardzo dobrych (9) i ocen dobrych (6),
  • Lokalizacja nr 5. – Mysłowice północ ul. Katowicka (48 punktów), z liczbą ocen bardzo dobrych (4) i dobrych (16),
  • Lokalizacja nr 4. – Katowice – Szopienice, ul. Krakowska (48 punktów), z liczbą ocen bardzo dobrych (4) i dobrych (16),
  • Lokalizacja nr 3. – Sosnowiec Środula Północ (47 punktów), z liczbą ocen bardzo dobrych (7) i dobrych (10),
  • Lokalizacja nr 1. Lipówka II – Dąbrowa Górnicza (44 punktów) , z liczbą ocen bardzo dobrych (4) i dobrych (13),
  • Lokalizacja nr 7. Elektrownia Halemba (43 punktów), z liczbą ocen bardzo dobrych (6) i ocen dobrych (7),
  • Lokalizacja nr 2. – Sosnowiec, okolice ul. Grenadierów (40 punktów), z liczbą ocen bardzo dobrych (3) i dobrych (11).
  • Lokalizacja nr 6. – Mysłowice południowy wschód (39 punktów), z liczbą ocen bardzo dobrych (2) i dobrych (12),

Konstruowanie systemu gospodarki odpadami jest rzeczą trudną i skomplikowaną. Ponadto znalezienie lokalizacji elementów tego systemu powoduje wiele problemów technicznych, ekonomicznych, a przede wszystkim społecznych. Znalezienie lokalizacji dla tego typu obiektów jest długotrwałym i trudnym procesem, którego wynikiem jest kompromis. Dlatego też, w takiej sytuacji pozostaje wiele wątpliwości, zwłaszcza w najbliższym otoczeniu planowanej lokalizacji. W związku z tym rozwiązanie wynika z matematycznych analiz, które w sposób obiektywny wskazują najkorzystniejsza lokalizację. Dokonane obliczenia (modelowanie matematyczne) w ramach analizy wielokryterialnej wskazały jako optymalną lokalizację Ruda Śląska – działka obok Carbo-Energia” Sp. z o.o.

W niniejszym opracowaniu przedstawiono tylko założenia i wyniki poszczególnych analiz. Pełną analizę wraz z wyborem lokalizacji pod ZTPO przedstawia załącznik nr 3.

Analiza SWOT

Analiza SWOT wykorzystywana jest przede wszystkim w zarządzaniu przedsiębiorstwami, ale może być również zastosować jako narzędzie pomocnicze przy ocenie porównawczej rozwiązania planistycznego, w tym przypadku lokalizacji ZTPO dla Rudy Śląskiej.

Analiza SWOT na segregacji posiadanych informacji dla każdej z analizowanych lokalizacji, następnie ocenie i określeniu w obszarze czterech grup czynników strategicznych.

Dla każdej z podanych ocen lokalizacji sprecyzowano:

  • Mocne strony (Strenghts) S: czynniki wewnętrzne: wszystkie fakty, okoliczności, które stanowią atut, przewagę, zaletę realizacji zakładu w analizowanej lokalizacji,
  • Słabe strony (Weaknessses) W: czynniki wewnętrzne: okoliczności, które aktualnie stanowią słabość, wadę, barierę dla realizacji w opisywanej lokalizacji,
  • Szanse (Opportunities) O: czynniki zewnętrzne: pozytywne: zjawiska i tendencje, które odpowiednio wykorzystane przy realizacji inwestycji staną się impulsem dla rozwoju miasta, w szczególności dzielnicy, na której znajduje się lokalizacji,
  • Zagrożenia (Treats) T: czynniki zewnętrzne: negatywne natury społecznej, ekologicznej lub technicznej, które mogą utrudnić, opóźnić a nawet uniemożliwić realizację inwestycji w danej lokalizacji.

Według przeprowadzonej analizy optymalnym rozwiązaniem byłoby wykorzystanie działki inwestycyjnej – Lokalizacja nr 8. Ruda Śląska – działka obok Carbo-Energia” Sp. z o.o.

Tabela 5.1 Opisowa analiza SWOT dla lokalizacji – Lipówka II – Dąbrowa Górnicza

Mocne strony lokalizacji

Słabe strony lokalizacji

  • bliskość wysypiska odpadów – możliwość składowania odpadów z ZTPO po wcześniejszej adaptacji składowiska,
  • możliwość składowania produktów

    poprocesowych i żużla,

  • swobodna lokalizacja ZTPOK,
  • możliwość rozbudowy instalacji,
  • zgodność lokalizacji ZTPOK ze Studium Uwarunkowań i Kierunków Zagospodarowania Przestrzennego
  • działka jest już częściowo zagospodarowana co zmniejsza możliwości rozwoju ZTPO,
  • dojazd częściowo przez tereny o zabudowie mieszkaniowej,
  • brak Miejscowego Planu Zagospodarowania Przestrzennego.

Szanse

Zagrożenia

  • dogodne położenie ze względu na transport kolejowy,
  • znaczna ilość potencjalnych odbiorców i dystrybutorów energii cieplnej i elektrycznej
  • brak naturalnych przeszkód terenowych,
  • możliwe konflikty społeczne ze względu na przebieg części trasy transportu przez tereny zamieszkane

Tabela 5.2 Opisowa analiza SWOT dla lokalizacji – Teren, okolice ul. Grenadierów

Sosnowiec

Mocne strony lokalizacji

Słabe strony lokalizacji

  • położenie w sąsiedztwie linii kolejowych
  • duża działka
  • położenie satelitarne względem GZM
  • trzech właścicieli terenu
  • położenie 300 od terenów mieszkalnych, możliwość wystąpienia konfliktów społecznych.
  • brak infrastruktury przesyłu energii cieplnej
  • brak bezpośredniego wskazania w planie zagospodarowania przestrzennego dla możliwości lokalizacji ZTPOK – wymagane zmiany w planie.

Szanse

Zagrożenia

  • uchwalony plan zagospodarowania przestrzennego – teren przemysłowy
  • możliwy konflikt społeczny
  • dojazd na odcinku 10 km drogami zbiorczymi.
  • brak przedsiębiorstw w okolicy zajmujących się produkcją energii
  • brak odpowiednich drogowych rozwiązań komunikacyjnych,

Tabela 5.3 Opisowa analiza SWOT dla lokalizacji – Sosnowiec Środula Północ

Mocne strony lokalizacji

Słabe strony lokalizacji

  • W sąsiedztwie dobrze rozwinięta infrastruktura kolejowa,
  • duża działka
  • położenie satelitarne względem GZM
  • złożona sytuacja własnościowa terenu
  • położenie 100 od terenów mieszkalnych,
  • brak infrastruktury przesyłu energii cieplnej
  • brak zgodności z miejscowym planem zagospodarowania terenu,
  • brak możliwości składowania odpadów poprocesowych na miejscu.

Szanse

Zagrożenia

  • możliwy potencjalny odbiór energii elektrycznej i ciepła przez EC Będzin,
  • możliwy konflikt społeczny
  • dojazd na odcinku 10 km drogami zbiorczymi.
  • brak odpowiednich drogowych rozwiązań komunikacyjnych,

Tabela 5.4 Opisowa analiza SWOT dla lokalizacji – Katowice – Szopienice ul. Krakowska

Mocne strony lokalizacji

Słabe strony lokalizacji

  • Odpowiednia wielkość działki,
  • znaczne oddalenie lokalizacji od terenów zabudowy mieszkaniowej,
  • zgodność lokalizacji z planem zagospodarowania przestrzennego,
  • w pobliżu rozbudowana infrastruktura kolejowa,
  • dojazd do terenu bezpośrednio z drogi krajowej DK 79,
  • najbliższa zabudowa mieszkaniowa w odległości ok. 400 m
  • brak infrastruktury technicznej działki,
  • brak doprowadzenia mediów do terenu inwestycyjnego,
  • utrudniony dojazd drogowy ze względu na wiadukt kolejowy przy ul. Wiosny Ludów,
  • brak możliwości składowania odpadów podprocesowych.

Szanse

Zagrożenia

  • położenie w centrum obszaru,
  • teren o przeznaczeniu przemysłowym,
  • możliwy potencjalny odbiór energii elektrycznej i ciepła przez EC Szopienice.
  • możliwe konflikty społeczne.

Tabela 5.5 Opisowa analiza SWOT dla lokalizacji – Mysłowice północ ul. Katowicka

Mocne strony lokalizacji

Słabe strony lokalizacji

  • powierzchnia wystarczająca na potrzeby zakładu,
  • teren o charakterze przemysłowym,
  • lokalizacja ZTPOK możliwa po uzyskaniu decyzji o lokalizacji inwestycji celu publicznego,
  • w pobliżu rozbudowana infrastruktura kolejowa,
  • dobra infrastruktura drogowa,
  • najbliższa zabudowa mieszkaniowa w odległości ok. 600 m.
  • nie uchwalony plan zagospodarowania przestrzennego,

Szanse

Zagrożenia

  • bliskość infrastruktury technicznej niezbędnej do odbioru energii,
  • brak znacznych przeszkód terenowych,
  • rozbudowa infrastruktury drogowej w pobliżu działki,
  • możliwość składowania odpadów poprocesowych.
  • możliwy konflikt społeczny.

Tabela 5.6 Opisowa analiza SWOT dla lokalizacji – Mysłowice południowy wschód

Mocne strony lokalizacji

Słabe strony lokalizacji

  • bliskość do autostrady,
  • duży teren – ok. 200 ha
  • obecność w pobliżu instalacji odbioru energii,
  • najbliższa zabudowa mieszkaniowa w odległości 300 m,
  • bliskość rzeki – zagrożenie powodziowe
  • brak planu zagospodarowania przestrzennego – konieczność uzyskania decyzji lokalizacyjnej,
  • brak możliwości składowania odpadów poprocesowych,
  • w pobliżu słabo rozwinięta infrastruktura kolejowa.


Szanse

Zagrożenia

  • brak znaczących przeszkód terenowych,
  • teren o charakterze przemysłowym,
  • możliwość budowy wszystkich instalacji ZTPO,
  • konieczność uzyskania decyzji lokalizacyjnej

Tabela 5.7 Opisowa analiza SWOT dla lokalizacji – Elektrownia Halemba Ruda Śląska

Mocne strony lokalizacji

Słabe strony lokalizacji

  • Możliwość energetycznego i procesowego zintegrowania z planowaną elektrownią systemową Halemba II i osiągnięcia maksymalnej efektywności energetycznej,
  • Wykształcona branżowo załoga
  • Istniejąca stacja wyprowadzenia mocy elektrycznej (110 kV)
  • Jedyny dostawca ciepła dla wyspowego systemu ciepłowniczego dzielnicy Halemba w Rudzie Śląskiej
  • Wystarczające możliwości terenowe do preparowania na miejscu żużli po spalaniu odpadów
  • Dysponowalna wielkość działki – możliwość buforowego składowania odpadów w okresie przerwy eksploatacyjnej
  • Teren dostępny do zabudowy w zasadzie bez konieczności dokonywania wyburzeń
  • Konieczność dokonania wyburzeń istniejących obiektów pod budowę obiektów instalacji TPOK

Szanse

Zagrożenia

  • Możliwość dostarczania części strumienia odpadów przy pomocy transportu kolejowego
  • Lokalizacja nie stanowi zagrożenia dla elementów przyrody
  • Istniejący Miejscowy Plan Zagospodarowania Przestrzennego z adekwatnym zapisem dotyczącym przeznaczenia terenu na obiekty ciepłownicze, w tym produkcji energii z odpadów
  • Możliwość rozliczenia części wytworzonej i przekazanej na sieć energii elektrycznej jako energii z odnawialnego źródła
  • Możliwość realizowania projektu jako obiektu z kogeneracją
  • Konieczność zastąpienia do roku 2015 istniejącego źródła ciepła dla miasta
  • Dogodne możliwości wykorzystania transportu samochodowego przy dostawach odpadów
  • Możliwość wybudowania kwatery do składowania produktów oczyszczania spalin i kwatery do składowania produktów spalania
  • Sytuacja właścicielska (prawna) działki
  • Trudna sytuacja prawna dla uzyskania subwencji
  • Możliwość protestów społecznych

Tabela 5.8 Opisowa analiza SWOT dla lokalizacji – obok Carbo-Energia Ruda Śląska

Mocne strony lokalizacji

Słabe strony lokalizacji

  • Dysponowalna wielkość działki,
  • Wykształcona branżowo załoga,
  • Możliwości terenowe do preparowania na miejscu żużli po spalaniu odpadów,
  • Teren przemysłowy,
  • Istniejąca infrastruktura elektroenergetyczna,
  • Uregulowana sytuacja własnościowa
  • Teren działki objęty strefą ścisłej (częściowo) ochrony architekMgicznej i pośredniej ochrony architekMgicznej,
  • Brak możliwości dowozu części odpadów drogą kolejową

Szanse

Zagrożenia

  • Możliwość realizowania projektu jako obiektu z kogeneracją,
  • Lokalizacja nie stanowi bezpośredniego zagrożenia dla elementów przyrody
  • Potencjalni odbiorcy ciepła i pary technologicznej na terenie tworzonego Śląskiego Parku Przemysłowego
  • Istniejący Miejscowy Plan Zagospodarowania Przestrzennego z adekwatnym zapisem dotyczącym przeznaczenia terenu na obiekty ciepłownicze, w tym produkcji energii z odpadów
  • Możliwość rozliczenia części wytworzonej i przekazanej na sieć energii elektrycznej jako energii z odnawialnego źródła
  • Dogodne możliwości transportu samochodowego odpadów do unieszkodliwiania z perspektywą dalszego poprawienia – budowa Trasy Północ-Południe w bezpośrednim sąsiedztwie planowanej lokalizacji
  • Małe prawdopodobieństwo protestów społecznych
  • Konieczność modernizacji lub zastąpienia do roku 2015 istniejącego źródła ciepła dla miasta
  • Możliwe protesty społeczne

Tabela 5.9 Opisowa analiza SWOT dla lokalizacji Zabrze – EC Zabrze

Mocne strony lokalizacji

Słabe strony lokalizacji

  • Dysponowalna wielkość działki – możliwość buforowego składowania odpadów w okresie przerwy eksploatacyjnej
  • Teren dostępny do zabudowy w zasadzie bez konieczności dokonywania wyburzeń
  • Wystarczające możliwości terenowe do preparowania na miejscu żużli po spalaniu odpadów
  • Dominujący dostawca ciepła dla miasta Zabrza, dysponujący na terenie potencjalnej lokalizacji infrastrukturą do wyprowadzenia ciepła do sieci.
  • Funkcjonujący w pobliżu zakład sortowania i kompostowania możliwość zintegrowania terytorialnego
  • Istniejąca stacja wyprowadzenia mocy elektrycznej (110 kVA)
  • Teren potencjalnej lokalizacji wyposażony w potrzebną infrastrukturę – woda, zasilanie en. elektryczną, kanalizacja ogólnospławna,
  • Lokalizacja dysponująca bocznicą kolejową na terenie działki
  • Istniejące drogi dojazdowe do działki – na terenie planowanej lokalizacji – dla transportu samochodowego odpadów do spalania
  • Konieczność budowy własnej stacji oczyszczania ścieków przed odprowadzeniem do kanalizacji
  • Konieczność dokonania wyburzeń pod obiekty instalacji TPOK

Szanse

Zagrożenia

  • Możliwość dostarczania części strumienia odpadów przy pomocy transportu kolejowego
  • Lokalizacja nie stanowi bezpośredniego zagrożenia dla elementów przyrody
  • Odbiorcy pary technologicznej (POWEN, Browar, Zakłady Gumowe)
  • Bezpośrednie sąsiedztwo składowiska odpadów. Łatwiejszy transport produktów spalania i produktów oczyszczania spalin na składowisko
  • Możliwość rozliczenia części wytworzonej i przekazanej na sieć energii elektrycznej jako energii z odnawialnego źródła
  • Możliwość realizowania projektu jako obiektu z kogeneracją
  • Konieczność zastąpienia istniejącego źródła ciepła dla miasta do roku 2017
  • Niekorzystny układ komunikacyjny dla samochodowego transportu całego strumienia odpadów do spalania
  • Sytuacja właścicielska (prawna) działki
  • Trudna sytuacja prawna dla uzyskania subwencji
  • Bezpośrednia zabudowa mieszkalna w pobliżu – możliwość protestów społecznych
  • Brak Miejscowego Planu Zagospodarowania Przestrzennego z adekwatnym zapisem (umożliwiającym budowę obiektu ciepłowniczego z produkcją energii z odpadów).

5.3 WARIANTY ANALIZY ROZWIĄZAŃ TECHNOLOGICZNYCH DLA PLANOWANEGO PRZEDSIĘWZIĘCIA

5.3.1 Zakres analizy

Analizie poddane zostały dwie poniższe technologie przetwarzania odpadów:

  • termiczne przekształcanie odpadów,
  • mechaniczno-biologiczne przekształcanie odpadów (MBT).

Dla każdej z podanych wyżej technologii istnieją różne rozwiązania. Dla technologii termicznego przekształcania odpadów do analizy przyjęto cztery różne propozycje rozwiązań.

W technologii mechaniczno-biologicznego przekształcania porównane zostały metody beztlenowe i tlenowe. W analizie ocenione zostały poszczególne rozwiązania zarówno pod względem spełnienia standardów środowiskowych, jak i spełnienia standardów najlepszych dostępnych technik (BAT). Wynikiem przeprowadzonej analizy jest wybór konkretnego rozwiązania, które odpowiada na pytanie – jak optymalnie przekształcać odpady komunalne w miastach Górnośląskiego Związku Metropolitalnego.

5.3.2 Analiza technologiczna – metody termicznego przekształcania odpadów

Jednym z etapów procedury oceny oddziaływania na środowisko jest stwierdzenie, w jaki sposób dana instalacja może wpływać na środowisko oraz jakie korzyści czy zagrożenia mogą wynikać z jej realizacji.

W analizie tej rozważone zostały cztery technologie termicznego przekształcania odpadów komunalnych i frakcji energetycznej z odpadów pod kątem oddziaływania na środowisko.

Do technologii tych należą:

  • technologia termicznego przekształcania odpadów w piecach rusztowych,
  • technologia termicznego przekształcania odpadów w kotłach fluidalnych,
  • technologia termicznego przekształcania odpadów z wykorzystaniem procesu pirolizy.

W poniższej tabeli przedstawione zostało zestawienie metod termicznej obróbki odpadów stosowanych do nieprzerobionych odpadów komunalnych oraz RDF.

Tabela 5.10 Zestawienie technologii termicznej obróbki odpadów stosowanych do odpadów komunalnych

Technologia

Nieprzerobione odpady komunalne

Wstępnie obrobione odpady komunalne i RDF

Ruszt przesuwno-zwrotny

Szeroko stosowany

Szeroko stosowany

Ruszt ruchomy (taśmowy)

Stosowany

Stosowany

Ruszt wahadłowy

Stosowany

Stosowany

Ruszt walcowy

Stosowany

Szeroko stosowany

Ruszt chłodzony wodą

Stosowany

Stosowany

Ruszt plus piec obrotowy

Stosowany

Zwykle niestosowany

Piec obrotowy

Zwykle niestosowany

Stosowany

Piec obrotowy chłodzony wodą

Zwykle niestosowany

Stosowany

Piec statyczny trzonowy

Zwykle niestosowany

Zwykle niestosowany

Piec statyczny

Zwykle niestosowany

Zwykle niestosowany

Pęcherzowe złoże fluidalne

Rzadko stosowany

Stosowany

Cyrkulacyjne złoże fluidalne

Rzadko stosowany

Stosowany

Rotacyjne złoże fluidalne

Rzadko stosowany

Stosowany

Piroliza

Rzadko stosowany

Rzadko stosowany

Zgazowanie

Rzadko stosowany

Rzadko stosowany

Źródło: BREF

5.3.2.1. Technologia termicznego przekształcania odpadów w piecach rusztowych

Dla termicznego przekształcania odpadów komunalnych najczęściej wykorzystywaną technologią jest wykorzystywanie instalacji z paleniskami rusztowymi. Obecnie jest to najchętniej i najczęściej stosowane rozwiązanie w krajach Unii Europejskiej. Według danych BREF –
w Europie około 90% instalacji przeznaczonych do obróbki odpadów komunalnych wyposażone jest w ruszt. Technologia rusztowa jest technologią o znanych parametrach ekonomicznych budowy i eksploatacji, daje możliwość przekształcania wszystkich rodzajów stałych odpadów komunalnych.

System spalania na ruszcie zwykle składa się z elementów:

  • układ podawania odpadów (zasilanie),
  • ruszt paleniskowy,
  • układ usuwania popiołów dennych,
  • system podawania powietrza do spalania,
  • komora spalania,
  • palniki wspomagające.

Podawanie odpadów

Wyładunek odpadów odbywa się do bunkra w hali bunkra lub również poprzez drzwi wyładowcze. Następnie podawane są do śluzy podawczej przy pomocy suwnicy, dalej przekazywane są do pieca poprzez rampę hydrauliczną lub inny system transportujący. Ruszt przesuwa odpady poprzez poszczególne strefy komory spalania. Lej zasypowy jest stosowany do ciągłego podawania odpadów i jest napełniany partiami przy pomocy suwnicy i chwytaka. Systemy rusztowe dają możliwość spalania odpadów bez potrzeby ich wstępnego przygotowania. Jeśli chodzi o ograniczenia dotyczące rozmiarów gabarytowych odpadów kierowanych do spalania, to są rezultatem gabarytów leja dozowania odpadów na ruszt. Aby ujednolicić wartości opałowe odpadów prowadzi się proces homogenizowania odpadów w obszarze bunkra odpadów, przy pomocy chwytaka łupinowego suwnicy, co jest standardowym zabiegiem wykonywanym przez operatora suwnicy. W rusztowych systemach spalania odpady na ruszt dozowane są właściwie porcjami. Jeżeli dostarczane odpady nie podlegają procesowi obróbki wstępnej, są zazwyczaj bardzo heterogeniczne, zarówno, jeśli chodzi o rozmiary jak i charakter. Lej załadowczy skonstruowany jest tak, aby odpady gabarytowe przeszły przez niego, oraz aby nie tworzyły się mostki i nie następowała blokada. Tworzenie się blokad może powodować, iż zasilanie odpadami jest nierównomierne, a powietrze dostaje się do pieca w sposób niekontrolowany.

Typy rusztów.

Ruszty muszą spełniać konkretne wymagania dotyczące sposobu dostarczania powietrza pierwotnego pod ruszt, możliwości jego dodatkowego chłodzenia (wodą, gdy kaloryczność odpadów jest wysoka i chłodzenie powietrzem jest niewystarczające) oraz szybkości przemieszczania się, jak i mieszania odpadów. Czas przebywania odpadów na ruszcie wynosi zwykle nie więcej niż 60 minut.

Najczęściej stosowanym rozwiązaniem do spalania zmieszanych odpadów komunalnych jest ruszt posuwisto-zwrotny. Związane jest to z jego niezawodnością i bardzo dobrymi parametrami technicznymi, a jakość wypalenia odpadów jest bardzo wysoka. Ruszt posuwisto-zwrotny składa się z ułożonych schodkowo rusztowin w sekcjach rozpiętych na szerokość pieca. Odpowiednie ruchy rusztowin dają wymagany poziom wymieszania odpadów oraz oczyszczanie szczelin doprowadzających powietrze do procesu spalania (powietrze pierwotne, które spełnia także role czynnika chłodzącego ruszt). Występuje wiele odmian tego typu rusztów z dodatkowo poruszającymi się sekcjami i innymi kombinacjami (np.: forward feed grate – rusztowiny tworzą szereg stopni, które oscylują poziomo i przesuwają odpady w kierunku systemu odżużlania; reverse feed grate – rusztowiny oscylują w kierunku przeciwnym do przesuwu odpadów). W każdym przypadku jednak musi być zapewnione właściwe podawanie powietrza do spalania, odpowiednia prędkość przesuwu odpadów na ruszcie, odpowiednie wstrząsanie i przemieszanie odpadów na ruszcie. Sporadycznie w spalarniach odpadów komunalnych stosowany jest ruszt walcowy.

Ruszt walcowy składa się z kilku (najczęściej 5-6) walców, pochylonych do poziomu pod pewnym kątem (np. 20°). Poszczególne walce działają niezależnie pod względem prędkości obrotowej, a więc i posuwu odpadów na ruszcie. Takie rozwiązanie umożliwia stosunkowo prostą i niezawodną regulację procesu spalania w poszczególnych strefach (dopływ powietrza, prędkość przesuwu). Ze względu na ograniczoną możliwość mieszania (wstrząsania) odpadów, w nowoczesnych spalarniach rzadko stosuje się natomiast ruszty ruchome, taśmowe (odpady są mieszane jedynie przy przejściu z jednej taśmy na drugą).

Ruszty (niezależnie od konstrukcji) najczęściej są chłodzone powietrzem, choć stosuje się też ruszty chłodzone wodą (lub inną cieczą). Przepływ medium chłodzącego odbywa się od stref chłodniejszych do stopniowo coraz gorętszych, aby zmaksymalizować wymianę ciepła. Chłodzenie wodą stosuje się najczęściej, jeżeli wartość opałowa odpadów jest wyższa np. ponad 12 – 15 MJ/kg dla odpadów komunalnych. Konstrukcja systemów chłodzenia wodą jest nieco bardziej złożona niż w przypadku zastosowania powietrza. Dodatek wody chłodzącej pozwala w sposób bardziej niezależny od podawania powietrza pierwotnego regulować temperaturę rusztu oraz miejscową temperaturę spalania. To z kolei pozwala zoptymalizować temperaturę i podawanie powietrza (tlenu) w sposób odpowiadający specyficznym wymaganiom spalania na ruszcie, a w ten sposób – poprawiać jakość procesu spalania. Większy zakres regulacji (kontroli) temperatury rusztu pozwala spalać odpady z wyższą wartością kaloryczną bez występujących w takim przypadku zwykle większych problemów eksploatacyjnych oraz konserwacyjnych.

Komora paleniskowa.

Proces spalania odbywa się powyżej rusztu w komorze zwanej komorą paleniskową. Jako całość komora paleniskowa składa się z rusztu usytuowanego w jej dolnej części, chłodzonych i niechłodzonych bocznych ścian pieca oraz stropu górnego. Gazy generowane przy spalaniu odpadów komunalnych mają dużą lotność, dlatego sam proces spalania odbywa się ponad rusztem, a tylko niewielka jego część na samym ruszcie.

Przy projektowaniu komory paleniskowej zwraca się szczególną uwagę na:

  • kształt, rozmiar i dopuszczalne obciążenie cieplne rusztu – decydują o wielkości przekroju komory paleniskowej,
  • wysoką turbulencję spalin – efektywne wymieszanie spalin jest istotne dla dobrego ich dopalenia,
  • wystarczającą objętość dla zapewnienia wymaganego czasu przebywania spalin w gorącej części pieca, o temperaturze tak dobranej, aby, przez co najmniej 2 sec. nie spadła poniżej 850°C,
  • częściowe schładzanie spalin, aby uniknąć osadzania się gorącego, rozmiękłego lotnego popiołu na powierzchniach ogrzewalnych kotła; temperatura spalin nie może przekroczyć górnego limitu przy wyjściu z komory paleniskowej.

Konstrukcja komory paleniskowej związana jest zwykle z typem rusztu i wymaga przy projektowaniu uwzględnienia pewnych kompromisów, jako że wymagania procesowe zmieniają się wraz z charakterystyką odpadów. Dostawcy posiadają własne kombinacje rusztu i komory paleniskowej, których konstrukcja uwarunkowana jest osiągnięciem określonych parametrów właściwych dla ich systemów oraz opiera się na ich indywidualnych doświadczeniach – know-how. Zgodnie z BREF Europejscy operatorzy nie stwierdzili zasadniczych korzyści lub wad związanych z różnymi konstrukcjami komory paleniskowej. Wyróżnia się trzy układy komory paleniskowej zależne od kierunku przepływu spalin w stosunku do strumienia odpadów na ruszcie: współprądowy, przeciwprądowy i środkowy (pośredni). Współprądowy układ komory paleniskowej – powietrze pierwotne kierowane jest współprądowo względem kierunku przesuwu odpadów na ruszcie, tak, więc wylot spalin znajduje się przy końcu rusztu. W tym układzie następuje wymiana stosunkowo niewielkiej ilości energii pomiędzy spalinami oraz odpadami na ruszcie. Zaletą tego rozwiązania jest, że spaliny mają najdłuższy czas przebywania w obszarze zapłonu oraz że muszą przejść przez obszar maksymalnej temperatury. Przy niskich wartościach opałowych powietrze pierwotne musi być wstępnie podgrzane, aby ułatwić zapłon odpadów.

Przeciwprądowy układ komory paleniskowej – powietrze pierwotne i odpady na ruszcie przemieszczają się w przeciwnych kierunkach., tak, więc wylot spalin znajduje się przy początku rusztu. Gorące spaliny ułatwiają podsuszenie i zapłon odpadów. W układzie tym należy jednak zwrócić uwagę, aby z pieca nie wydostawały się niedopalone gazy. Dlatego też, w układzie tym wymaga się większej ilości powietrza wtórnego lub górnego. Środkowy (centralnym) układ komory paleniskowej – rozwiązanie pośrednie w stosunku do dwóch wymienionych powyżej. Charakterystyka odpadów komunalnych zmienia się, bowiem znacznie w czasie, stąd układ centralny komory paleniskowej stanowi kompromis pozwalający na zasilanie odpadami o szerokim zakresie wartości opałowej. Należy zapewnić dobre wymieszanie wszystkich częściowych strumieni spalin poprzez odpowiednie profile i kierownice i/lub wtrysk powietrza wtórnego. W układzie tym wylot spalin znajduje się nad środkową częścią rusztu.

Technologia termicznego przekształcania odpadów w piecach rusztowych:

Silne strony:

  • zastosowanie urządzeń zapewniających wydajny system oczyszczania spalin redukujący poziom emisji do zgodnego z wymaganiami dyrektywy w sprawie spalania odpadów lub znacznie poniżej dopuszczalnego poziomu emisji,
  • powstają niewielkie ilości odpadów stałych do składowania (do 5% masy dostarczanych odpadów), przy zastosowaniu procesu immobilizacji (chemicznej stabilizacji) możliwość składowania na składowisku odpadów innych niż niebezpieczne i obojętne,
  • odzysk metali żelaznych i nieżelaznych,
  • odzysk znacznej większości żużla (95%), który po rozdrobnieniu i frakcjonowaniu może być wykorzystany w budownictwie, a nieskładowany,
  • może być bezściekowe (przy zastosowaniu pół-suchego bądź suchego systemu oczyszczania spalin),
  • minimalizacja oddziaływania substancji złowonnych poprzez zasysanie odorów i podawanie ich do instalacji w formie powietrza pierwotnego,
  • bezpieczne warunki pracy, duża automatyka procesów (bezawaryjność), zweryfikowana i bezpieczna technologia,
  • zapewniona redukcja objętości wprowadzanych odpadów >90%,
  • możliwość zagospodarowania dużych ilości odpadów, co stanowi rozwiązanie problemów obecnych systemów gospodarki odpadami, przy kończącej się pojemności składowisk i uwarunkowaniach limitujących składowanie określonych typów odpadów,
  • nie wymaga dostarczania energii (z wyjątkiem rozruchu), a zatem umożliwia ograniczenie zużywania zasobów surowców energetycznych.

Słabe strony:

  • znaczny strumień spalin do oczyszczenia, zawierających m.in. NOx, dioksyny, furany i metale ciężkie. W celu redukcji NOx trzeba np. dokonać recyrkulacji i dopalenia spalin.

Podsumowanie możliwości zastosowania technologii rusztowej.

Technologia oparta na spalaniu odpadów komunalnych w piecu rusztowym (w różnych możliwych konfiguracjach rusztu i komory spalania) jest najbardziej sprawdzoną
i najczęściej stosowaną w Europie. Stąd też w ramach niniejszego opracowania, została ona zarekomendowana do zastosowania w ZTPO.

5.3.2.2. Technologia termicznego przekształcania odpadów w kotłach fluidalnych

Termiczne piece fluidalne stosowane są przede wszystkim do spalania homogenicznych (jednorodnych) paliw. Wśród nich są: węgiel kamienny, węgiel brunatny, osady ściekowe
i biomasa (np. drewno). Spalarnie oparte na złożu fluidalnym są najczęściej zaprojektowane do spopielania rozdrobnionych i wstępnie przygotowanych odpadów np. RDF lub osadów ściekowych. Piec fluidalny jest to wyłożona wykładziną ogniotrwałą komora spalania w formie pionowego cylindra. Na dole cylindra znajduje się złoże materiału inertnego (np. piasek lub popiół), leżącego na ruszcie lub rozdzielaczu powietrznym. Złoże inertne ulega fluidyzacji przy pomocy powietrza. Odpady do spalania są podawane w sposób ciągły do złoża piaskowego od góry lub z boku. Odpady są podawane do reaktora przez pompę lub podajnik ślimakowy. Podgrzane wstępnie powietrze jest wprowadzane do komory spalania poprzez otwory w płycie dennej, tworzącej złoże fluidalne z piasku znajdującego się w komorze spalania.

W złożu fluidalnym zachodzi suszenie, odgazowanie (wydzielenie części lotnych), zapłon oraz spalanie. Temperatura w wolnej przestrzeni ponad złożem (tzw. „freeboard”) zwykle wynosi pomiędzy 850 i 950°C. Przestrzeń ponad złożem jest zaprojektowana tak, aby zapewnić zatrzymanie gazów w strefie spalania. W samym złożu temperatura jest niższa i może wynosi około 650°C. Reaktor zapewnia dobre mieszanie, w konsekwencji systemy spalania fluidalnego cechują się generalnie równomiernym rozkładem temperatur i tlenu, co z kolei zapewnia stabilną pracę.

Przy niejednorodnych odpadach, a takich należy się spodziewać, spalanie fluidalne wymaga procesu wstępnego przygotowania odpadów, tak, aby spełniały one wymagania odnośnie wymiarów cząstek. Dla niektórych odpadów można to osiągnąć poprzez połączenie selektywnej zbiórki i/lub wstępną obróbkę, np. rozdrabnianie. Niektóre typy złóż fluidalnych (np. obrotowe złoża fluidalne) mogą przyjmować większe cząstki odpadów niż inne. Jeżeli mamy taki przypadek odpady mogą wymagać jedynie zgrubnego rozdrobnienia. Obróbka wstępna składa się z sortowania, kruszenia większych części inertnych oraz rozdrabniania. Wymagane jest usunięcie metali żelaznych i nieżelaznych. Wymiary cząstek paliwa muszą być małe, często o średnicy maksymalnej 50 mm. Jedynie w złożach obrotowych dopuszcza się części o wymiarach 200 – 300 mm.

Stosunkowo wysoki koszt obróbki wstępnej wymaganej dla niektórych odpadów ograniczył ekonomiczne zastosowanie tych systemów do dużych projektów.

W oparciu o prędkość gazu oraz konstrukcję dna dyszowego (dystrybutor powietrza) wyróżnia się następujące odmiany technologii pieca fluidalnego:

  • złoże fluidalne stacjonarne (lub pęcherzowe) – pracujące na ciśnieniu atmosferycznym lub na nadciśnieniu: materiał interny jest mieszany, ale wynikający
    z tego ruch cząstek stałych do góry nie jest znaczący,
  • złoże fluidalne obrotowe – jest wersją złoża pęcherzowego; w tym przypadku złoże fluidalne obraca się w komorze spalania (spopielania), skutkuje to dłuższym czasem przetrzymania w komorze spalania,
  • złoże fluidalne cyrkulacyjne: wyższe prędkości gazu w komorze spalania powodują częściowe wynoszenie paliwa i materiału złoża, które są następnie zawracane do komory spalania poprzez kanał recyrkulacyjny.

Proces spalania może zostać rozpoczęty, gdy złoże fluidalne jest podgrzane, do co najmniej temperatury zapłonu dozowanych odpadów (lub wyższej, jeżeli wymagają tego przepisy). Osiąga się to poprzez wstępny podgrzew powietrza przy pomocy palnika gazowego lub olejowego, który pozostaje włączony do momentu, od którego spalanie (spopielanie) zachodzi niezależnie. Odpady spadają do złoża fluidalnego, gdzie ulegają dezintegracji poprzez abrazję oraz spalanie. Zwykle większość popiołów jest unoszona wraz z gazami spalinowymi i wymaga wyłapania w instalacji oczyszczania spalin, aczkolwiek rzeczywista proporcja między popiołami dennymi (usuniętymi z podstawy złoża) oraz popiołami lotnymi zależy od rodzaju złoża fluidalnego oraz samych odpadów.

Złoże fluidalne stacjonarne (pęcherzowe).

Złoże stacjonarne lub pęcherzowe składa się z komory spalania o kształcie cylindrycznym lub prostopadłościennym, dna dyszowego oraz palnika rozruchowego usytuowanego poniżej. Podgrzane wstępnie powietrze przepływa przez dno dystrybucyjne (rozdzielacz) oraz doprowadza materiał złoża do fluidyzacji. Zależnie od przeznaczenia instalacji stosuje się różny materiał (piasek kwarcowy, bazalt, mulit itp.) oraz różny rozmiar ziaren (około 0,5 – 3,0 mm).

Odpady mogą być podawane od góry – w głowicy pieca, z boku – urządzeniem podającym lub wstrzyknięte bezpośrednio do złoża. W złożu odpady ulegają dezintegracji oraz wymieszaniu z gorącym materiałem złoża. Następnie są osuszone i częściowo spopielone. Pozostałe frakcje (lotne oraz drobne cząstki) są spopielone powyżej złoża – w tzw. „freeboard” (wolna przestrzeń nad złożem). Pozostały popiół i pyły są usuwane razem ze spalinami w głowicy pieca. Piec jest wstępnie podgrzewany do temperatury roboczej zanim rozpocznie się podawanie odpadów. W tym celu stosuje się komorę rozruchową (powietrzną) poniżej płyty dystrybutora (dna złoża). Jest to korzystniejsze w stosunku do palnika umieszczonego nad złożem, ponieważ ciepło jest w tym przypadku wprowadzone bezpośrednio do złoża fluidalnego. Dodatkowy podgrzew wstępny można zrealizować poprzez lance gazowe, które wystają ponad dnem złoża (dystrybutorem) i są zanurzone w piasku.

Odpady są dozowane, jeżeli piec osiągnie temperaturę roboczą, tj. 850°C. Podgrzew wstępny powietrza może być wyeliminowany całkowicie, jeżeli spalane są odpady o wysokiej wartości opałowej (np. wysuszone osady ściekowe, drewno, odpady zwierzęce).

Cyrkulacyjne złoże fluidalne.

Złoże fluidalne cyrkulacyjne jest szczególnie właściwe dla spopielania osuszonych osadów ściekowych o wysokiej kaloryczności. Pracuje przy drobnym uziarnieniu materiału złoża oraz przy wysokich prędkościach gazu, który usuwa większość cząstek stałych z komory fluidalnej wraz ze spalinami. Następnie cząstki te są wyłapywane w cyklonie współprądowym oraz zawracane do komory spalania.

Zaletą tego procesu jest fakt, że wysokie obciążenie cieplne oraz równomierny rozkład temperatur na wysokości pieca może być osiągnięty przy małej objętości komory reakcyjnej.

Wielkość instalacji jest zwykle większa niż przy złożach stacjonarnych oraz można obrabiać większy zakres odpadów. Odpady są podawane z boku komory spalania oraz są spopielane w temperaturze 850-950°C. Skraplacz fluidalny znajduje się pomiędzy cyklonami oraz cyrkulacyjnym złożem fluidalnym i chłodzi on zawracane popioły. Przy zastosowaniu tej metody można kontrolować ewakuację ciepła z układu.

Obrotowe złoże fluidalne.

Obrotowe złoże fluidalne jest konstrukcją złoża pęcherzowego rozwiniętą dla spalania odpadów komunalnych. Pochylone dno dyszowe, szerokie śluzy do usuwania popiołów ze złoża oraz ślimaki do podawania odpadów i usuwania pozostałości są charakterystycznymi cechami tego systemu, pozwalającymi na obróbkę odpadów stałych.

Regulacja temperatury w obrębie komory spalania wyłożonej wymurówką (złoże oraz „freeboard’) odbywa się poprzez recyrkulację spalin. Pozwala to na obróbkę odpadów
o szerokim zakresie wartości opałowej, np. współspalanie osadów i RDF.

Technologia termicznego przekształcania odpadów w kotłach fluidalnych;

Silne strony:

  • powstaje mniejsza ilość NOx w spalinach (w porównaniu z piecem rusztowym), ze względu na niskie temperatury spalania,
  • umożliwia odzysk metali żelaznych i nieżelaznych,
  • umożliwia odzysk żużla (jednak o 50% mniej niż w piecu rusztowym), który po rozdrobnieniu i frakcjonowaniu może być wykorzystany w budownictwie,
  • może być bezściekowe (przy zastosowaniu pół-suchego bądź suchego systemu oczyszczania spalin),
  • minimalizacja oddziaływania substancji złowonnych poprzez zasysanie odorów i podawanie ich do instalacji w formie powietrza pierwotnego,
  • bezpieczne warunki pracy, duża automatyka procesów (bezawaryjność),
  • zapewnia redukcję objętości wprowadzanych odpadów >90%,
  • możliwość zagospodarowania dużych ilości odpadów, co stanowi rozwiązanie problemów obecnych systemów gospodarki odpadami, przy kończącej się pojemności składowisk i uwarunkowaniach limitujących składowanie określonych typów odpadów,
  • nie wymaga dostarczania energii (z wyjątkiem rozruchu), a zatem umożliwia ograniczenie zużywania zasobów surowców energetycznych.

Słabe strony:

  • znaczny strumień spalin do oczyszczenia, zawierających m.in. NOx, dioksyny, furany, metale ciężkie,
  • znaczne ilości odpadów stałych (ok. 17% masy dostarczanych odpadów) do składowania,
  • konieczność przeprowadzenia kosztownej homogenizacji odpadów – zapotrzebowanie na energię do przygotowania (rozdrobnienia) paliwa,
  • trudności z dotrzymaniem temperatury 850oC w komorze dopalania, co jest konieczne dla spełnienia środowiskowych norm prawnych określonych Dyrektywą w sprawie spalania odpadów,

Podsumowanie możliwości zastosowania technologii fluidalnej.

Złoża fluidalne dla dobrego prowadzenia procesu spalania wymagają kontrolowanego i ciągłego dozowania „paliwa” i jego specjalistycznego przygotowania (homogenizacja), dlatego też można tę technologię wykorzystywać dla szczególnych przypadków, tam gdzie względy ekonomiczne są uzasadnione. Dla zmieszanych odpadów komunalnych, wykorzystywanie technologii spalania w piecach fluidalnych jest stosowane Europie zdecydowanie rzadziej niż przy zastosowaniu technologii rusztowej.

Systemy fluidalne z powodzeniem wykorzystywane są dla jednorodnych odpadów, których przygotowanie do spalenia nie jest zbyt kosztowne np.:

  • Systemy spalania ze stacjonarnym złożem fluidalnym stosowane są – już od dłuższego czasu – do spalania szlamów przemysłowych z oczyszczania instalacji przemysłowych, a także do spalania osadów z oczyszczalni ścieków komunalnych.
  • Systemy spalania z cyrkulacyjnym złożem fluidalnym wykorzystywane są w instalacjach spalania stałych odpadów, odpowiednio dobrze przygotowanych – spreparowanych do postaci tzw. paliw z odpadów (paliw zastępczych, paliw formowanych, paliw wtórnych, RDF). Paliwa z odpadów charakteryzują się wyższą wartością opałową i niższą wilgotnością, są bardziej homogeniczne, niż „surowe” zmieszane odpady komunalne.

W tym zakresie dostępne rozwiązania określane są, jako „stan techniki”, co sytuuje je tylko i wyłącznie w bardzo konkretnym obszarze zastosowań.

Spalanie w złożu fluidalnym odpadów komunalnych, jest mało rozpowszechnione w krajach Unii Europejskiej ze względu na następujące problemy:

  • trudność sterowania procesem,
  • problemy związane z oczyszczaniem spalin,
  • duże ilości produkowanych popiołów (popioły nienadające się do wykorzystania),
  • kosztowny cykl wstępnego przygotowania odpadów do spalenia,
  • zapychanie się kotła (wymagana ciągła kontrola jakości odpadów).

Z uwagi na powyższe zrezygnowano z rekomendacji zastosowania technologii termicznego przekształcania odpadów komunalnych dla omawianej inwestycji

5.3.2.3 Technologia termicznego przekształcania odpadów z wykorzystaniem pirolizy

Piroliza to proces chemiczny, endotermicznego rozkładu substancji organicznych, bogatych w węgiel, w temperaturach podwyższonych, w środowisku całkowicie pozbawionym tlenu, bądź przy niewielkiej jego obecności. Wszystkie odpady, które można kompostować i/lub spalać mogą być również poddawane procesowi pirolizy. Ilość i skład produktów pirolizy zależy od składu odpadów i temperatury procesu.

W procesie pirolizy uzyskuje się:

  • fazę gazową, tzw. gaz pirolityczny, który zawiera przede wszystkim parę wodną, wodór, metan, etan i ich homologi, wyższe węglowodory alifatyczne (C2-C4), tlenek i dwutlenek węgla oraz inne związki gazowe jak: H2S, NH3, HCl, HF, HCN,
  • fazę stałą, tzw. koks pirolityczny, substancje obojętne oraz pyły ze znaczną zawartością metali ciężkich itp.,
  • fazę płynną, którą stanowią kondensaty wodne i oleiste, składające się z mieszaniny olejów i smół, wody oraz składników organicznych.

Produkty ciekłe są złożoną miksturą węglowodorów i wymagają dalszego przetwarzania przed wykorzystaniem. Ilość i skład powstających produktów zależy głównie od rodzaju i składu odpadów, górnego zakresu stosowanych temperatur oraz czasu przebywania w reaktorze pirolitycznym. W zależności od temperatury prowadzenia procesu wyróżnia się pirolizę niskotemperaturową (450-700°C) i wysokotemperaturową (900-1100°C).

Proces pirolizy można podzielić również na:

  • pirolizę powolną (slow pyrolysis) – proces prowadzony w niskich temperaturach z dużym uzyskiem fazy stałej,
  • pirolizę szybką (fast pyrolysis) – proces optymalizowany pod kątem uzysku dużej ilości ciekłych i gazowych produktów.

Piroliza może być prowadzona w:

  • reaktorach szybowych i ze złożem fluidalnym, w których ruch masy odbywa się pionowo,
  • reaktorach obrotowych oraz piecach przepychowych i innych piecach dwukomorowych z kontrolowanym powietrzem, w których ruch masy odbywa się poziomo lub wsad się nie przemieszcza.

Reaktory pirolityczne mogą pracować pod ciśnieniem atmosferycznym albo pod obniżonym lub zwiększonym ciśnieniem. W termicznym przetwarzaniu odpadów piroliza jest wykorzystywana do:

  • unieszkodliwiania odpadów z bezpośrednim spaleniem (dopaleniem) powstałego gazu procesowego (pirolitycznego) oraz uzyskaniem mało toksycznej fazy stałej (popiołu lub żużla albo bogatego w węgiel koksu pirolitycznego),
  • wytworzenie z odpadów gazu opałowego i ewentualnie także paliwa stałego lub płynnego, nadających się do spalania w urządzeniach energetycznych,
  • wydzielenie z odpadów cennych związków chemicznych, możliwych do zastosowania w różnych procesach przemysłowych.

Technologia termicznego przekształcania odpadów z wykorzystaniem procesu pirolizy:

Silne strony:

  • umożliwia odzysk metali żelaznych i nieżelaznych,
  • brak spalin z procesu (proces beztlenowy) chyba, że niewielka ilość powstanie później przy spalaniu powstałego gazu i koksu,
  • praktycznie brak formowania dioksyn i furanów,
  • bezpieczne warunki pracy, duża automatyka procesów.

Słabe strony:

  • technologia na etapie pilotażu, brak długo eksploatowanych instalacji. Proces złożony pod względem chemicznym, co zwiększa ryzyko awaryjności i możliwego negatywnego oddziaływania na środowisko,
  • brak doświadczenia w zagospodarowaniu dużych ilości odpadów, istnieje ryzyko wystąpienia okresowych zastojów i nadmiernego gromadzenia nieprzetworzonych odpadów, co powodować będzie niekorzystne oddziaływanie na środowisko i konieczność szybkiego zagospodarowania zalegających odpadów w inny sposób,
  • powstawanie bardzo dużych ilości odpadów stałych (do 40% masy dostarczanych odpadów), przy czym koks pirolityczny nie może być kierowany bezpośrednio do składowania ze względu na znaczną zawartość węgla,
  • konieczne jest unieszkodliwienie koksu pirolitycznego, które może być dokonane poprzez współspalanie w dużych elektrociepłowniach, w zakładach termicznego przekształcania odpadów komunalnych (piece rusztowe/fluidalne) lub w piecach cementowych, z czym wiążą się dodatkowe emisje,
  • powstaje duża ilość pozostałości ciekłych: oleje, smoły i zanieczyszczona woda. Każdy z tych odpadów wymaga niezależnego zagospodarowania, zgodnie ze swoją specyfiką,
  • z powodu dużego zanieczyszczania powstającego w efekcie pirolizy gazu syntetycznego (mieszanina gazów takich jak wodór, metan, tlenek węgla oraz składników organicznych) olejami i smołami, konieczne jest poddanie go kondensacji w celu wytrącenia zanieczyszczeń i oczyszczenia,
  • wymaga dostarczania energii (ciepła) na potrzeby prowadzenia procesu oraz rozdrabniania odpadów,
  • następuje jedynie niewielki odzysk energii elektrycznej (tylko, jeśli spali się gaz),
  • możliwe oddziaływanie odorowe, konieczność oczyszczania powietrza znad bunkra, w którym składowane są odpady przed pirolizą (chyba, że jednocześnie spalany jest gaz syntetyczny i wykorzystane zostanie powietrze pierwotne z odorami).

Z uwagi na niezadowalające próby z instalacjami pirolizy odpadów komunalnych (realne zagrożenie niedotrzymania założeń technologicznych), wykluczono zastosowanie technologii pirolizy odpadów oraz wykorzystania gazów generatorowych do skojarzonej produkcji energii elektrycznej i ciepła. Technologia ta w odniesieniu do odpadów komunalnych nie jest, bowiem wystarczająco, rozpowszechniona i sprawdzona w praktyce eksploatacyjnej, aby rekomendować ją dla termicznego przekształcania odpadów komunalnych w ZTPOK.

5.3.2.4 Referencje omawianych technologii i ich oddziaływanie na środowisko

Przeważnie stosowanym rozwiązaniem technologicznym jest termiczne przekształcanie odpadów z odzyskiem zawartej w nich energii. Wszystkie wielkie aglomeracje zachodnioeuropejskie stosują w swoich systemach gospodarki termiczne przekształcanie, jako wiodącą metodę. Przykładem może być aglomeracja paryska, gdzie pracuje 9 instalacji termicznego przekształcania odpadów, w kopenhaskiej 4, w wiedeńskiej 3 etc. Najbardziej rozpowszechnionymi technologiami termicznego przekształcania odpadów są technologie oparte na spalaniu odpadów w piecach rusztowych, rzadziej w kotłach fluidalnych. Bardzo rzadko stosowane są (ze względu na problemy techniczne) instalacje pracujące przy wykorzystaniu procesu pirolizy.

Poniżej w tabeli przedstawiono referencje dla instalacji funkcjonujących w krajach europejskich.

Tabela 5.11 Wykaz referencji dla poszczególnych rodzajów technologii termicznego przekształcania odpadów

Termiczne przekształcanie odpadów w piecach rusztowych

Termiczne przekształcanie odpadów w piecach fluidalnych

Termiczne przekształcanie odpadów w wykorzystaniem procesu pirolizy

Corteolona (Włochy) – 1 linia – przepustowość – 37 400 Mg/rok;

Livorno (Włochy) – 2 linie – przepustowość – 44 806 Mg/rok;

Pietrasanta (Włochy) – 2 linie – przepustowość – 46 849 Mg/rok;

Trezzo Sul (Włochy) – 2 linie – przepustowość – 152 540 Mg/rok;

Weurt (Holandia) – 2 linie – przepustowość 269 585 Mg/rok

Arnoldstein (Austria) – 1 linia – przepustowość – 40 644 Mg/rok;

Zwentendorf (Austria) – 2 linie – przepustowość – 323 000 Mg/rok;

Doel-Beveren (Belgia) – 3 linie – przepustowość – 397 029 Mg/rok;

Praga (Czechy) – 4 linie – przepustowość – 211 383 Mg/rok;

Liberec (Czechy) – 1 linia – przepustowość – 92 260 Mg/rok;

Horsens (Dania) – 2 linie – przepustowość – 70 713 Mg/rok;

Esbjerg (Dania) – 1 linia – przepustowość – 181 635 Mg/rok;

Bessieres (Francja) – 2 linie – przepustowość 155 000 Mg/rok;

Blois (Francja) – 2 linie – przepustowość 89 700 Mg/rok;

Fourchambault (Francja) – 1 linia – 20 650 mg/rok;

Guichainville (Francja) – 2 linie – przepustowość 90 000 Mg/rok;

Halluin (Francja) – 3 linie – przepustowość – 332 976 Mg/rok;

La Veuve (Francja) – 1 linia – przepustowość – 97 500 Mg/rok;

Lasse (Francja) – 1 linia – przepustowość – 97 500 Mg/rok;

Frankfurt (Niemcy) – 4 linie – przepustowość – 211 000 mg/rok;

Lauta (Niemcy) – 2 linie – przepustowość – 225 000 Mg/rok;

Schweinfurt (Niemcy) – 3 linie – przepustowość – 155 000 Mg/rok;

Weißenfels (Niemcy) – 2 linie – przepustowość – 300 000 Mg/rok

Sheffield (Wlk. Brytania) – 1 linia – przepustowość – 226 200 Mg/rok;

Portsmouth (Wlk. Brytania) – 1 linia – przepustowość – 171 600 Mg/rok;

Marchwood (Wlk. Brytania) – 1 linia – przepustowość – 171 600 Mg/rok;

Budapeszt (Węgry) – 4 linie – przepustowość – 160 054 Mg/rok;

Bergen (Norwegia) – 1 linia – przepustowość – 105 000 Mg/rok;

Oslo (Norwegia) – 2 linie – przepustowość – 148 161 Mg/rok;

Funchal (Portugalia) – 2 linie – przepustowość – 113 823 Mg/rok;

S. Joao de Talha (Portugalia) – 5 linii – przepustowość – 534 640 Mg/rok;

Bilbao (Hiszpania) – 1 linia – przepustowość – 157 808 Mg/rok;

Melilla (Hiszpania) – 1 linia – przepustowość – 46 227 Mg/rok;

Palma De Mallorca (Hiszpania) – 2 linie – przepustowość – 328 747 Mg/rok;

Jönköping (Szwecja) – 1 linia – przepustowość – 156 000 Mg/rok;

Uddevalla (Szwecja) – 1 linia – przepustowość – 85 800 Mg/rok;

Uppsala (Szwecja) – 4 linie – przepustowość – 273 000 Mg/rok;

Lausanne (Szwajcaria) – 1 linia – przepustowość – 44 117 Mg/rok;

Posieux (Szwajcaria) – 1 linia – przepustowość – 88 401 Mg/rok;

Weinfelden (Szwajcaria) – 2 linie – przepustowość – 113 097 Mg/rok.

Arrabloy (Francja) – 2 linie – przepustowość – 10 Mg/h;

Guerville (Francja) – 3 linie – przepustowość – 10 Mg/h;

Monthyon (Francja) – 3 linie – przepustowość – 18 Mg/h;

Sausheim (Francja) – 2 linie – przepustowość – 23 Mg/h;

Greppin (Niemcy) – 1 linia – przepustowość – 2 Mg/h;

Stuttgart (Niemcy) – 1 linia – przepustowość – 3 Mg/h;

Stuttgart (Niemcy) – 2 linie – przepustowość – 8 Mg/h;

Dundee (Wlk. Brytania) – 2 linie – przepustowość – 16 Mg/h;

Bergamo (Wochy) – 1 linia – przepustowość – 9 Mg/h;

Gioia tauro (Włochy) – 2 linie – przepustowość – 17,28 Mg/h;

Macomer (Włochy) – 2 linie – przepustowość 6 Mg/h;

Ravenna (Włochy) – 1 linia – przepustowość – 11 Mg/h;

Scarlino (Włochy) – 3 linie – 1 przepustowość – 7,1 Mg/h;

Verona (Włochy) – 2 linie – przepustowość – 11 Mg/h;

Oslo (Viken) (Norwegia) – 1 linia – przepustowość – 7,3 Mg/h;

Cerceda (Hiszpania) – 2 linie – przepustowość – 26 Mg/h;

Madrid (Hiszpania) – 3 linie – przepustowość – 27,5 Mg/h;

Bollnas (Szwecja) – 2 linie – przepustowość – 10 Mg/h;

Lidkoping (Szwecja) – 2 linie – przepustowość – 12 Mg/h;

Norrkoping (Szwecja) – 1 linia – przepustowość – 24 Mg/h;

Sztockholm (Szwecja) – 5 (w tym 1 fluidalna) – przepustowość – 34 Mg/h;

Sundsvall (Szwecja) – 1 linia – przepustowość – 6 Mg/h.

Burgau (Niemcy) – 2 linie – przepustowość 48 000 Mg/rok;

Hamm (Niemcy) – 1 linia – przepustowość 100 000 Mg/rok;

Islandia – 1 linia – przepustowość 12 000 Mg/rok;

Karlsruhe (zamknięta) (Niemcy) – 3 linie – przepustowość 225 000 Mg/rok;

Dreux (Niemcy) – 1 linia – przepustowość 6 400 mg/rok;

Freiberg (Niemcy) – 1 linia – 17 760 Mg/rok;

Avonmouth (Wlk. Brytania) – 1 linia – przepustowość 8 000 Mg/rok;

Arras (Francja) – 1 linia – przepustowość 50 000 Mg/rok.

Źródło: opracowanie własne

Ogólne porównanie technologii termicznego przekształcania odpadów pod kątem ich oddziaływania na środowisko i wykorzystywania zasobów środowiska zestawiono w tabeli poniżej.

Tabela 5.12. Porównanie technologii termicznego przekształcania odpadów pod kątem oddziaływania na środowisko i wykorzystywania zasobów środowiska

Spalanie w piecach rusztowych i fluidalnych

Piroliza

Strumień spalin do oczyszczenia

Duży

4-7 tys. m3/Mg odpadów

Brak lub mały

(tylko, gdy spalany gaz pirolityczny i koks)

Szkodliwe związki / substancje, z których należy oczyścić spaliny

NOx

dioksyny, furany

NOx (emisja, gdy spalany jest gaz pirolityczny)

Praktycznie brak formowania dioksyn i furanów

Jakość powietrza po oczyszczeniu spalin

Wysoka

Wysoka

Ilość wartościowych frakcji do odzysku (odzysk w % masy dostarczanych odpadów)

Duża

20-30% żużel (w piecu rusztowym), 10-15% żużel (w kotle fluidalnym) 3% metale

Mała

3% metale

Jakość pozostałości stałych

Wysoka

Niska

Ilość pozostałości do składowania lub wymagających dalszego zagospodarowania (w % masy dostarczanych odpadów)

Mała / średnia

2-3% pył (w piecu rusztowym), 15% pył + popiół (w kotle fluidalnym)

2% pozostałości po oczyszczaniu spalin

Duża

30-40% koks pirolityczny o dużej zawartości węgla

2% pozostałości po oczyszczaniu spalin

Ilość pozostałości ciekłych

Brak / średnia

(opcjonalnie, gdy mokry system oczyszczania spalin; woda do ponownego użycia w systemie po oczyszczeniu

Duża

40-60% woda,
15% oleje i smoły

Zawartość węgla organicznego
(% masowy) w pozostałościach stałych

Niska

0,5 – 3 %,reszta do powietrza głównie w postaci neutralnego CO2

Duża

Do 40 % (koks) – wymaga dalszej obróbki np. spalenia, jako odpad

Hałas

Porównywalny (możliwe zapewnienie spełnienia norm dot. emisji hałasu)

Porównywalny (możliwe zapewnienie spełnienia norm dot. emisji hałasu)

Kontrola emisji odorów

Dobra

Dobra

Środowisko pracy

Dobre

Dobre

Bezawaryjność, rozie i zweryfikowanie technologii itp., co może wpłynąć na pojawienie się oddziaływań na środowisko

Bardzo dobra

Technologia od dawna sprawdzona, łącznie z syst. zabezpieczeń i oczyszczania, szczególnie spalanie w piecu

Niepewna

Technologia na etapie pilotażu, brak długo eksploatowanych instalacji. Proces złożony chemicznie, co zwiększa ryzyko awaryjności

Zapotrzebowanie na energię

Brak

Proces autotermiczny

Konieczne dostarczanie energii w postaci ciepła. Proces autotermiczny, o ile ciepło pochodzi ze spalania gazu syntetycznego

Odzysk energii

Duży

do 85% przy pracy instalacji w trybie skojarzonym

Średni

ok. 70% spalanej masy + produkt o potencjale energetycznym

Źródło: opracowanie własne

Powyższa tabela pokazuje, że w etapie eksploatacji każdej z instalacji wystąpi kilka rodzajów oddziaływań. Będzie to emisja do powietrza, emisja hałasu, wytwarzane będą ścieki i odcieki, powstaną odpady technologiczne i eksploatacyjne. Jako oddziaływanie na środowisko należy również rozpatrzeć zapotrzebowanie na wodę i energię (w tym energię do przygotowania odpadów) oraz pośrednio – ilość wytwarzanej energii, która umożliwi zaoszczędzenie zasobów klasycznych surowców energetycznych.

Rezultatem zastosowania technologii spalania (piece rusztowe i fluidalne) jest powstawanie dużego strumienia spalin, (które trzeba oczyścić), przy braku ścieków (opcjonalnie), dużej ilości materiałów do odzysku o wysokiej jakości i dużej ilości wytwarzanej energii.

Rezultatem zastosowania pirolizy jest powstawanie niewielkiego strumienia spalin lub jego brak, przy dużej ilości odpadów stałych i ciekłych wymagających dalszego zagospodarowania, symbolicznej ilości materiałów do odzysku i średniej ilości wytwarzanej energii.

Kluczowym punktem przy wyborze odpowiedniej technologii jest jej dojrzałość oraz bogate doświadczenia z dotychczasowej pracy. Instalacje oparte na procesie pirolizy i zgazowania są młodymi technologiami w zakresie unieszkodliwiania odpadów. W krajach Unii Europejskiej działa niewiele takich zakładów i w większości są to instalacje o małych przepustowościach. Ze względu na małą ilość termicznie przekształcanych odpadów metodamą pirolizy
z uwagi na wysokie nakłady inwestycyjne, zbliżone do technologii rusztowych czy fluidalnych, koszty za przyjęcie jednej tony odpadów do zakładu (piroliza) są bardzo duże. Technologia pizolityczna są niesprawdzona i niepoparta wieloletnią bezawaryjną pracą.

Termiczne przekształcanie odpadów w kotłach fluidalnych jest stale rozwijającą się gałęzią, w przyszłości mogącą stanowić istotną rolę w przekształcaniu odpadów. W krajach UE pracuje aktualnie około 22 takich zakładów, głównie we Włoszech oraz Szwecji.

Najbardziej rozpowszechniona grupę zakładów stanowią zakłady oparte na technologii rusztowej będącej najchętniej wykorzystywanym rozwiązaniem do termicznego przekształcania odpadów zarówno komunalnych jak wysokoenergetycznej frakcji. W krajach UE pracuje z powodzeniem około 350 tego typu instalacji.

Mając na uwadze powyższe argumenty rekomenduje się wariant polegający na realizacji instalacji do unieszkodliwiania odpadów technologią termicznego przekształcania odpadów w piecach rusztowych.

5.3.3. Analiza technologiczna – metody oczyszczania spalin

Wszystkie technologie spalania wiążą się z oczyszczaniem spalin. Wielostopniowe systemy oczyszczania spalin, które są wykorzystywane w nowoczesnych zakładach termicznego przekształcania odpadów komunalnych pozwalają na usunięcie ze strumienia spalin większości zanieczyszczeń. Skuteczność oczyszczania wynosi od 95 do 99%.

W skład instalacji oczyszczania spalin w nowoczesnych zakładach wchodzą systemy:

  • redukcji kwaśnych zanieczyszczeń,
  • odpylania spalin,
  • systemy redukcji metali ciężkich oraz dioksyn i furanów,
  • systemy usuwania tlenków azotu.

5.3.3.1. System redukcji kwaśnych zanieczyszczeń

System redukcji kwaśnych zanieczyszczeń polega na usuwaniu ze spalin kwaśnych substancji (HCL, HF i SO2) przy wykorzystaniu zasadowych reagentów. Kwaśne gazy, głównie HCI, HF SO2, są neutralizowane w kontakcie z odczynnikiem, jakim jest Ca(OH)2 powstający z tlenku wapnia (CaO) i, zgodnie z poniższymi reakcjami:

2 HCl + Ca (OH)2 › Ca Cl2 + 2 H2O

2 HF + Ca (OH)2 › Ca F2 + 2 H2O

SO2 + 1/2 O2 + Ca (OH)2 › Ca SO4 + H2O

Stosuje się następujące metody oczyszczania spalin:

  • Suchą – do strumienia spalin dodawany jest suchy reagent (wapno, dwuwęglan sodu). Proces zachodzi w temperaturze około 140oC. Produkt reakcji jest suchy, charakteryzuje się dużym współczynnikiem wymywalności oraz zawiera dużą ilość skoncentrowanych metali ciężkich.
  • Pół-suchą – reagent dodawany do strumienia spalin jest oparty na wodnym roztworze lub zawiesinie. Wodny roztwór odparowuje, w wyniku, czego produkty reakcji są suche.
  • Mokrą – strumień spalin przepuszczany jest przez wodę, nadtlenek wodoru lub mieszaninę zawierającą odczynnik (nadtlenek sodowy). Produkt reakcji jest w uwodnionej postaci.

System suchego oczyszczania spalin.

Metoda oczyszczania spalin oparta jest na analogicznych reakcjach, jak metoda półsucha, przy czym reagenty wprowadzane są w postaci suchego proszku (zwykle wapno lub kwaśny węglan sodu). Odpowiednia dawka reagenta zależy od składu spalin, temperatury oraz jego typu. Przy zastosowaniu wapna jego dawka przekracza zwykle 2-3 razy ilość stechiometryczną. Przy użyciu kwaśnego węglanu wapnia jego ilość jest znacznie niższa. Zwiększona w stosunku do ilości stechiometrycznej dawka reagentu prowadzi do odpowiednio większej ilości pozostałości po-procesowej, chyba, że stosuje się jego recyrkulację. Dodanie do reagentów węgla aktywnego pozwala na zwiększenie redukcji ciężkich metali, a także wychwycenie dioksyn i furanów.

Reakcja przebiega mniej wydajnie niż w pozostałych metodach. Z tego względu zalety tej metody przeciwważone są zwiększeniem zużycia sorbentu dla dotrzymania norm emisyjnych, chyba, że jako reagent stosuje się kwaśny węglan sodu. Z jednej strony należy pamiętać, że jego koszt jest istotnie wyższy niż wapna. Z drugiej strony proces stabilizacji produktów reakcji jest znacznie bardziej problematyczny. Produkty reakcji generowane są w postaci stałej i oddzielane są ze strumienia spalin w urządzeniu filtrującym, najczęściej filtrze workowym.

Proces składa się, więc z następujących faz:

  • wprowadzenie reagenta do komory reakcyjnej (czasem do kanałów spalin bezpośrednio przed drugim stopniem odpylania), gdzie będzie on mieszany ze spalinami, w wyniku, czego dojdzie do reakcji neutralizacji kwaśnych gazów (reakcja absorpcyjna),
  • wtrysk węgla aktywnego – umożliwia adsorpcję gazowych zanieczyszczeń na jego powierzchni,
  • oczyszczanie spalin w filtrze workowym oraz przetrzymywanie na powierzchni filtracyjnej reagentów.

Dla lepszego wykorzystania reagentów czasem stosuje się recyrkulację części strumienia pyłu do komory reakcyjnej.

System półsuchego oczyszczania spalin.

Ciepło spalin wykorzystywane jest w tej metodzie do odparowania części rozpuszczalnika, w którym znajduje się reagent, czyli wody. Produkty reakcji mają, więc postać stałą i są wydzielane ze strumienia spalin w urządzeniu filtrującym, najczęściej filtrze workowym. Metale ciężkie w formie gazowej, jak rtęć i frakcja kadmu adsorbowane są częściowo na powierzchni cząstek wapna. Można zwiększyć redukcji ciężkich metali, a także wychwycenie dioksyn i furanów poprzez dodanie węgla aktywnego. Wydajna redukcja kwaśnych składników spalin (HCI, HF, SO2), metali ciężkich, pyłów, dioksyn i furanów zawartych w spalinach, powstających w trakcie procesu termicznego unieszkodliwiania odpadów komunalnych, pozwala na dotrzymanie norm emisyjnych.

Przykładowy proces składa się z takich faz jak:

  • schładzania spalin przez wtrysk wody,
  • wprowadzenie reagenta (CaO) do komory reakcyjnej z wodą chłodząca, gdzie będzie mieszany on ze spalinami, w wyniku, czego dojdzie do reakcji neutralizacji kwaśnych gazów (reakcja absorpcyjna),
  • ewentualny wtrysk węgla aktywnego – umożliwia adsorpcję gazowych zanieczyszczeń na jego powierzchni,
  • oczyszczanie spalin w filtrze workowym oraz przetrzymywanie na powierzchni filtracyjnej reagentów.
  • Półsucha metoda może być również stosowana poprzez wtrysk tzw. mleka wapiennego, czyli przygotowanego wcześniej wodnego roztworu lub zawiesiny CaO. Rozwiązanie takie nierzadko powoduje jednak trudności eksploatacyjne związane z zapychaniem tzw. atomizerów, czyli dysz rozpryskujących roztwór do komory reakcyjnej. Wtrysk rozpuszczonych reagentów umożliwia zmniejszenie ich ilości poprzez zawrócenie i ponowne rozpuszczenie części nieprzereagowanego reagenta. Współczynnik stechiometryczny zwykle mieści się w granicach 1,5-2,0.

Należy zwrócić uwagę na to, że metoda półsucha oczyszczania spalin łączy kilka bardzo istotnych pozytywnych czynników mających znaczenie ekonomiczne w fazie inwestycji i eksploatacji:

  • Brak ścieków, które wymagają oczyszczenia –zmniejszone koszty funkcjonowania.
  • Brak konieczności budowy oczyszczalni ścieków – brak kosztów inwestycyjnych.
  • Niskie zużycie wody.
  • Lepsze efekty energetyczne instalacji z uwagi brak strat ciepła wynikających
    z użytkowaniem dużych ilości wody, tak jak ma to miejsce w systemie mokrym.
  • Metoda wydajna w pełnym zakresie dotrzymania stosownych norm eliminacji emisji.

Z tych też względów proponuje się zastosowanie tego systemu (metody) do redukcji zanieczyszczeń kwaśnych zawartych w spalinach z procesu termicznego przekształcania odpadów.

System mokrego oczyszczania spalin.

Możliwe jest rozdzielenie procesu oddzielania poszczególnych grup składników zanieczyszczeń w metodzie mokrej na kolejne poziomy (stopnie) lub odrębne płuczki. Podczas procesu oczyszczania istnieje możliwość ingerencji i optymalnego sterowania procesem oczyszczania spalin, we wszystkich jego fazach. Liczba stopni płukania wynosi od 1 do 4, najczęściej minimum 2 (płuczka kwaśna o pH w zakresie 0-1,0 do usuwania HCl i HF oraz płuczka obojętna lub alkaliczna, zasilana wapnem lub wodorotlenkiem sodu, na ogół pH w zakresie 6,0-8,0 do usuwania SO2).

Rozwiązanie (wykorzystanie mokrej technologii oczyszczania spalin) umożliwia również warunki procesowe do zapewnienia bezpiecznego ekologicznie procesu obróbki technologicznej (preparowania) popiołów lotnych i pyłów z odpylania spalin. Wykorzystanie części kwaśnych ścieków płuczkowych do ekstrahowania popiołów lotnych i pyłów – z kotła i z zespołu odpylania za kotłem (zazwyczaj najbardziej zanieczyszczonych związkami metali ciężkich) – pozwala, bowiem na ich spreparowanie do postaci pozwalającej na ich bezpośrednie deponowanie, jako odpad nie-niebezpieczny. Produkt ekstrahowania tych popiołów, w postaci szlamu bogatego przede wszystkim w Pb, Zn i Cd, może ewentualnie podlegać recyklingowi.

W przypadku zastosowania mokrej metody oczyszczania spalin, z uwagi na mniejszą w porównaniu z metodą suchą i półsuchą – skuteczność tej metody w zakresie usuwania dioksyn i furanów oraz metali ciężkich, a zwłaszcza rtęci, przy wyborze SCR (katalitycznej metody redukcji tlenków azotu) można rozbudować moduł katalizatora, tak, aby oprócz NOx, redukował on również emisje dioksyn i furanów.

Metoda mokra wymaga instalacji podczyszczającej ścieki z instalacji oczyszczania spalin przed ich zrzutem do systemu kanalizacyjnego. Istnieją rozwiązania technologiczne pozwalające ograniczyć lub nawet wyeliminować zrzut ścieków (odparowanie), ale pogarszają one znacznie wskaźniki efektywności energetycznej.

Ocena omawianych systemów oczyszczania spalin

Niezwykle istotne w ocenie ww. metod są poziomy zużycia materiałów i energii dla systemu redukcji kwaśnych zanieczyszczeń. Dla zaprezentowanych metod poziomy przedstawiają się następująco:

Tabela 5.13. Zużycie materiałów i energii dla systemu redukcji kwaśnych zanieczyszczeń

Ilość

Metoda sucha

Metoda pół – sucha

Metoda mokra

Zapotrzebowanie na energię

[kWh/Mgok*]

bd

6 -13

19

Konsumpcja reagentowa

[kg/Mgok]

10 – 15

12 – 20 (wapno)

2-3 NaOH,

10 CaO,

5-10 wapno, wapień

Ilość pozostałości

[kg/Mgok]

7 – 25

25 – 50

Mokre 10-15 kg/Mgok

Suche 3-5 kg/Mgok

Konsumpcja wody

[l/Mgok]

brak

bd.

100 – 500

Ścieki

[l/Mgok]

brak

brak

250 – 500

* Mgok – Mg odpadów komunalnych

Źródło: Reference Document on the Best Available Techniques for Waste Incineration August 2006

Poniżej przedstawiono zalety i wady metod redukcji kwaśnych zanieczyszczeń.

Tabela 5.14. Zalety i wady metod redukcji kwaśnych zanieczyszczeń

Metoda sucha

Metoda pół – sucha

Metoda mokra

Zalety

  • nie jest wymagana instalacja przygotowania odczynnika
  • niższe koszty inwestycyjne
    w porównaniu z mokrym systemem oczyszczania spalin,
  • mniejsze koszty eksploatacyjne ze względu na mniejszą złożoność urządzeń.
  • nie wymaga dostarczania dużych ilości wody w porównaniu z metodą mokrą
  • najniższa konsumpcja reagentów,
  • najniższa ilość powstających stałych pozostałości,
  • powstający gips nie jest odpadem niebezpiecznym i nadaje się do przemysłowego wykorzystania.

Wady

  • większy filtr tkaninowy niż w przypadku pół-suchej metody oczyszczania spalin,
  • wyższe koszty składowania dużych ilości stałych pozostałości,
  • bardzo duża ilość powstających stałych pozostałości poprocesowych wymagających zagospodarowania.
  • wyższe koszty składowania dużych ilości stałych pozostałości w porównaniu do metody mokrej,
  • wysoki koszt reagentów,
  • duża ilość powstających stałych pozostałości poprocesowych wymagających zagospodarowania.
  • najwyższa ze wszystkich metod konsumpcja wody,
  • konieczność wstępnego odpylenia gazów odlotowych,
  • produkcja stałych i ciekłych pozostałości wymagających zagospodarowania,
  • wysokie koszty inwestycyjne w porównaniu z innymi systemami związane z koniecznością budowy oczyszczalni ścieków oraz skomplikowanego systemu oczyszczania.
  • duża ilość pary wodnej wydostającej się z komina ZTPO stwarza negatywne odczucia społeczeństwa i sprawia wrażenie, że zakład jest „nieekologiczny”

Źródło: opracowanie własne

5.3.3.2. System odpylania spalin

System odpylania spalin może składać się z:

  • elektrofiltrów,
  • filtrów tkaninowych,
  • cyklonów.

Tabela 5.15. Porównanie różnych systemów odpylania spalin

Systemy usuwania pyłu

Typowe koncentracje emisji

Zalety

Wady

Cyklony i multicyklony

cyklony:

200-300 mg/m3

multicyklony:

100-150 mg/m3

  • Solidne, stosunkowo prosta konstrukcja, niezawodne
  • Stosowane w przypadku spalania odpadów
  • Stosowane jedynie w przypadku odpylania wstępnego
  • Stosunkowo wysoka konsumpcja energii
    (w odniesieniu do elektrofiltrów)

Filtr elektrostatyczny – suchy

<5 – 25 mg/m3

  • Stosunkowo niskie wymagania dot. mocy
  • Temperatura gazu w zakresie 150-350°C
  • Szeroko stosowane w przypadku spalania odpadów
  • Ryzyko tworzenia się PCDD/F, jeżeli stosowane w zakresie temperatur 200-450°C

Filtr elektrostatyczny – mokry

<5 – 20 mg/m3

  • Możliwe osiągnięcie niskiej koncentracji emisji – czasem stosowane w przypadku spalania odpadów
  • Niewielkie doświadczenie
    w przypadku spalania odpadów
  • Stosowane głównie, jako odpylanie wtórne
  • Powstawanie ścieków procesowych
  • Zwiększona widoczność pióropusza

Filtr workowy

<5 mg/m3

  • Szeroko stosowane
    w przypadku spalania odpadów
  • Warstwa osadów występuje w roli dodatkowego filtra i jako reaktor adsorpcyjny
  • Stosunkowo wysoka konsumpcja energii
    (w porównaniu do filtra elektrostatycznego)
  • Wrażliwe na kondensację wody
    i korozję

Źródło: BREF

5.3.3.3. System redukcji metali ciężkich oraz dioksyn i furanów

Redukcja dioksyn i furanów w pierwszej kolejności realizowana będzie metodami pierwotnymi, a więc m.in. przez:

  • odpowiednią temperaturę i dużą turbulencję strumienia spalin w komorze spalania celem uzyskania jak najniższej zawartości CO w spalinach,
  • odpowiednio niską, (ale powyżej granicznej) zawartość O2 w spalinach (recyrkulacja spalin daje pozytywne efekty zarówno przy obniżaniu emisji NOx jak i tworzeniu się dioksyn w procesie tzw. syntezy „de nuovo”, można osiągnąć pewne ograniczenie emisji PCDD/PCDF. W praktyce tymi metodami można doprowadzić do ograniczenia emisji dioksyn i furanów na poziomie 1,0 ¸ 2,0 ng TE/m3N
    .

Dodatkowo, w zależności od wybranego systemu oczyszczania spalin zostanie zastosowana jedna z metod usuwania dioksyn i furanów z gazów spalinowych:

  • adsorpcja dioksyn i furanów na powierzchni węgla aktywnego (metoda strumieniowo-pyłowa);
  • adsorber ze złożem węgla/koksu aktywnego.

Proces adsorpcji organicznych związków, spośród których limitowana jest obecnie emisja PCDD i PCDF, zachodzi w temperaturze 110÷115 0C, jako adsorbent wykorzystywany jest monomorficzny węgiel aktywny lub amorficzny koks aktywny z węgla brunatnego.

Adsorbent zmieszany może być w niektórych rozwiązaniach procesowych – w zależności od decyzji firmy, która będzie wybrana do realizacji projektu budowy instalacji ZTPO – z inertnym dodatkiem – zmielonym wapnem lub wodorotlenkiem wapnia. Mieszanina gazowo – pyłowa wychwytywana jest następnie na rękawach filtra workowego. W warstwie węgla aktywnego na powierzchniach rękawów adsorbowane są zarówno związki organiczne (PCDD/PCDF, WWA, PCB) jak i zawarte jeszcze w spalinach resztkowe ilości kwaśnych zanieczyszczeń nieorganicznych oraz gazowych związków metali ciężkich
(np. rtęci metalicznej).

W metodzie strumieniowo-pyłowej redukowania emisji dioksyn i furanów będzie monitorowany i porównywana zawartość CO na wlocie i wylocie spalin z filtra workowego, jako sposób na uniknięcie zjawiska zażarzenia się nasyconego adsorbenta. W tym samym celu mierzona również będzie temperatura nasyconego adsorbentu i temperatura na lejach popiołowych filtra tkaninowego. Dla bezpiecznego przebiegu procesu można również zalecić konieczność zobojętniania atmosfery w zbiornikach zawierających zarówno świeży jak również nasycony i recyrkulowany adsorbent.

5.3.3.4. System usuwania tlenków azotu

Dla usuwania tlenków azotu, bez względu na wybór technologii spalania w pierwszej kolejności stosowane są tzw. pierwotne techniki redukcji NOx. Obejmują one odpowiednie zaprojektowanie i kontrolę warunków prowadzenia procesu, tak aby zapobiegać zbyt dużemu nadmiarowi powietrza (a więc również – azotu), jak również zbyt wysokim temperaturom (łącznie z tzw. hot-spots).

W szczególności następujące techniki należą do pierwotnych metod redukcji emisji NOx,

  • Odpowiednia dystrybucja powietrza, mieszanie spalin i regulacja temperatury,
  • Recyrkulacja spalin – zwykle polega na zastąpieniu 10-20% powietrza wtórnego recyrkulowanymi spalinami,
  • Spalanie strefowe,
  • Wtrysk wody do pieca – pozwala zredukować miejscowe przegrzania (hot-spots).

W celu sprostania wymagań Dyrektywy 2000/76/WE i rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 20 grudnia 2005 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji (Dz. U. Nr 260, poz. 2181), tj. osiągnąć wartości średnie dobowe NOx (jako NO2) poniżej 200 mg/Nm3, konieczne jest zastosowanie metod wtórnych, wśród których wyróżniamy:

  • Metodę katalityczną – tzw. SCR (Selective Catalytic Reduction).
  • Metodę niekatalityczną – tzw. SNCR (Selective Non-Catalytic Reduction).

W obydwu rozwiązaniach, jako czynnik redukcyjny stosuje się amoniak lub jego pochodne (np. mocznik w postaci stałej, lub jako roztwór), przy czym amoniak ze względów bezpieczeństwa dostarcza się zwykle, jako roztwór 25%-owy. Tlenki azotu w spalinach składają się przede wszystkim z NO oraz NO2, które w procesie oczyszczania są one redukowane do N2 oraz pary wodnej.

Reakcja przebiega według następujących równań chemicznych:

– w przypadku zastosowania wody amoniakalnej

4 NO + 4 NH3 + O2
? 4 N2 + 6 H2O

2 NO2 + 4 NH3 + O2
? 3 N2 + 6 H2O,

– w przypadku zastosowania mocznika:

CO(NH2)2 + H2O ? CO2 + 2 NH3

4 NO + 4 NH3 + O2
? 4 N2 + 6 H2O

Reakcją inicjującą w tym procesie jest tworzenie się rodników NH2, które w przypadku stosowania amoniaku powstają wskutek reakcji z tlenem lub rodnikami OH, a w przypadku stosowania mocznika wskutek jego termicznego rozpadu. Dopiero w drugiej fazie dochodzi do reakcji wymiany z molekułami tlenku azotu:

NH2 + NO ? N2 + H2O

NH2 + NO ? N2 + H2O

System usuwania tlenków azotu – SNCR (Non Selective Catalytic Reduction) – selektywna redukcja niekatalityczna.

W metodzie niekatalitycznej czynnik redukujący jest wtryskiwany bezpośrednio do pieca, w którym w temperaturze pomiędzy 850 i 1000°C zachodzi reakcja z tlenkami azotu. Poziom redukcji powyżej 60-80%, według BREF wymaga jednak wyższego nadmiaru reagenta. To z kolei może prowadzić do wtórnej emisji amoniaku, określanej jako tzw. ammonia slip. Im wyższa temperatura procesu, tym wyższa procentowa redukcja NOx oraz niższa emisja amoniaku resztkowego z jednej strony, lecz z drugiej strony – wyższa produkcja NOx z amoniaku.

Jak wspomniano na wstępie reagentem (czynnikiem redukującym) może być amoniak lub jego pochodna w formie mocznika. W drugim przypadku reagent może być podawany do komory paleniskowej w formie ciekłej, (jako roztwór) lub suchej – jako proszek. Wprowadzenie mocznika w postaci roztworu zmniejsza o około 1% ilość możliwej do odzyskania energii.

Zastosowanie mocznika zamiast amoniaku powoduje stosunkowo wyższe emisje N2O, który obecnie nie jest wprawdzie limitowany, ale nie wyklucza się wprowadzenia stosownych ograniczeń w tym zakresie w przyszłości. W tym wariancie będzie kilka, (co najmniej dwa) poziomy dysz umożliwiające wtrysk czynnika redukującego, niezależnie od obciążenia kotła w optymalnym zakresie temperatur.

Rozwiązanie takie pozwala zminimalizować ryzyko, że przy temperaturach niższych niż optymalne, proces redukcji tlenków azotu nie będzie odpowiednio wydajny, natomiast
w wyższych temperaturach – mocznik będzie się spalał, powodując zwiększenie emisji NOx.

Przy zastosowaniu mokrych metod oczyszczania spalin, nadmiar amoniaku może być usunięty w płuczce, a następnie odzyskany w procesie odpędzania (stripping)
i zawrócony do procesu DeNOx.

System usuwania tlenków azotu – SCR (Selective Catalytic Reduction) – selektywna katalityczna redukcja.

Metoda Selektywnej Redukcji Katalitycznej (SCR) opiera się na procesie katalitycznym, podczas którego amoniak zmieszany z powietrzem podawany jest do strumienia spalin
i przechodzi przez katalizator, reagując z NOx. Katalizator działa efektywnie w zakresie temperatury roboczej w zakresie 180 – 450°C. Większość będących w eksploatacji systemów działa w zakresie temperatur 230-300°C. Poniżej 250°C konieczna jest większa objętość katalizatora oraz istnieje większe ryzyko jego zapchania i zatrucia.

Metoda SCR pozwala osiągnąć wysoką skuteczność redukcji (zwykle ponad 90%) przy ilości czynnika redukującego bliskim ilości stechiometrycznej. W spalarniach odpadów komunalnych SCR stosuje się zwykle po oczyszczeniu spalin, tj. po odpyleniu i usunięciu gazów kwaśnych. Stąd też spaliny zwykle wymagają ponownego podgrzania do efektywnej temperatury reakcji dla systemu SCR. Realizowane jest to przez zastosowanie regeneracyjnego wymiennika ciepła „spaliny/spaliny” (wykorzystującego ciepło spalin opuszczających katalizator, oraz dodatkowo (uzupełniająco) – przy pomocy palnika kanałowego o niewielkiej mocy, zabudowanego w kanale spalin, bezpośrednio przed kolumną reaktora katalitycznego). Zwiększa to zapotrzebowanie energii do oczyszczania spalin. Jednakże, jeżeli poziom SOx w spalinach został już zredukowany do bardzo niskich wartości na wlocie do systemu SCR, można istotnie zredukować podgrzew, lub nawet z niego zrezygnować. Niskotemperaturowe systemy SCR wymagają jednak regeneracji katalizatora na skutek odkładania się soli (zwłaszcza chlorku amonu oraz siarczku amonu). Regeneracja taka może być krytyczna, jako że może one prowadzić do przekroczenia wartości granicznych emisji dla pewnych zanieczyszczeń np. HCl, SO2, NOx.

Czasami system SCR zlokalizowany jest bezpośrednio po filtrze elektrostatycznym, aby zredukować lub wyeliminować konieczność podgrzewu spalin. W takim przypadku należy jednak mieć na względzie ryzyko formowania się dioksyn i furanów w elektrofiltrze, (który działa zwykle przy temperaturach powyżej 220-250°C).

System SCR po zabudowaniu w kolumnie reaktora dodatkowych pakietów katalizatorów może zapewnić również dodatkowo redukcję emisji dioksyn i furanów. Osiąga się przy tym skuteczności destrukcji PCDD/F na poziomie 98-99,9%. System SCR jest również korzystny z uwagi, że nie generuje N2O, jak to ma miejsce w wyniku procesów chemicznych zachodzących w przypadku zastosowania metody niekatalitycznej. (SNCR).

5.3.3.5. Referencje systemu oczyszczania spalin

System oczyszczania spalin powinien generalnie zapewnić efektywną realizację następujących procesów oczyszczania strumienia surowych spalin poprzez:

  • Usuwanie zanieczyszczeń pyłowych,
  • Usuwanie kwaśnych, nieorganicznych składników zanieczyszczeń, (metoda mokra, półsucha, sucha)
  • Redukcja związków metali ciężkich w postaci gazowej i pyłów,
  • Redukcja emisji związków organicznych, spośród których limitowana jest zawartość dioksyn i furanów,
  • Redukcja emisji tlenków azotu (SNCR, SCR).

Instalacje oczyszczania spalin mogą występować w różnych konfiguracjach, gwarantując spełnienie standardów emisyjnych z instalacji. Wybór optymalnego wariantu i zastosowanie konkretnej konfiguracji uwarunkowane winno być zawsze specyfiką danego projektu. Wszystkie emitowane substancje do powietrza atmosferycznego nie mogą przekroczyć standardów emisyjnych narzuconych przez:

  • Dyrektywę 2000/76/EC z dnia 4 grudnia 2000 r. (Dz. Urz. WE L 332 z 28.12.2000, str. 91) w sprawie spalania odpadów,
  • rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 grudnia 2005 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji (Dz. U. Nr 260, poz. 2181).

Standardy emisyjne wg. załącznika nr 5 do ww rozporządzenia Ministra Środowiska zestawiono w tabeli 5.16.

Tabela 5.16. Dopuszczalne wartości emisji do powietrza

Dopuszczalne wartości emisji do powietrza (1)

Zanieczyszczenia

Jednostki

średnie wartości dobowe

średnie wartości półgodzinne

97% średnie wartości półgodzinne

Pył całkowity

mg/m3u

10

30

10

HCl

mg/m3u

10

60

10

SO2

mg/m3u

50

200

50

HF

mg/m3u

1

4

2

NO + NO2 jako NO2

mg/m3u

200

400

200

CO

mg/m3u

50

100 lub 150 dla średniej wartości 10 minutowej

Substancje organiczne w postaci gazów i par, w przeliczeniu na całkowity węgiel organiczny

mg/m3u

10

20

10

Wartości średnie dotyczące minimum 30 minutowego
i maksymalnie 8 godzinnego okresu pobierania próbek

Cd+Tl

mg/m3u

0,05

Hg

mg/m3u

0,05

Sb+As+Pb+Cr+Co +Cu+Mn+Ni+V

mg/m3u

0,5

Wartości średnie mierzone w minimum 6 godzinnym
i maksimum 8 godzinnym okresie pobierania próbek

Dioksyny i furany

ng/m3u

0,1

Warunki odniesienia – 1013 mbar ; 0 °C ; 11 % O2 gaz suchy.

Źródło: Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 grudnia 2005 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji (Dz. U. Nr 260, poz. 2181)

Tabela 5.17. Osiągane poziomy emisji dla systemu redukcji kwaśnych zanieczyszczeń

Metoda

oczyszczania

spalin

Substancja

Średnia wartość półgodzinna (mg/mn3)*

Średnia wartość dobowa (mg/mn3)*

osiągane

dopuszczalne

osiągane

dopuszczalne

sucha

przy wykorzystaniu

wapna

HCI

<60

60

<10

10

HF

<4

4

<1

1

SO2

<200

200

<50

50

przy wykorzystaniu

dwuwęglanu sodu

HCI

<20

60

<5

10

HF

<1

4

<1

1

SO2

<30

200

<20

50

półsucha

HCI

<50

60

3-10

10

HF

<2

4

<1

1

SO2

<50

200

<20

50

mokra

HCI

0,1-10

60

<5

10

HF

<1

4

<0,5

1

SO2

<50

200

<20

50

* według Reference Document on the Best Available Techniques for Waste Incineration August 2006

Zaprezentowane powyżej metody oczyszczania spalin mają swoje zalety i wady omówione w niniejszym rozdziale.

Wszystkie systemy oczyszczania spalin muszą i w praktyce spełniają ostre normy emisji zanieczyszczeń wyrażone w standardach emisyjnych.

Dla całości przedsięwzięcia zarekomendowano następujący system oczyszczania spalin:

  • Odpylanie spalin z zastosowaniem filtra tkaninowego,
  • Oczyszczanie kwaśnych zanieczyszczeń metodą półsuchą w celu redukcji kwaśnych związków SO2, HF, HCl, połączoną z metodą strumieniowo-pyłową z wykorzystaniem węgla aktywnego w celu redukcji metali ciężkich, dioksyn i furanów,
  • Odazotowania spalin metodami pierwotnymi oraz wtórną redukcją emisji NOx metodą SNCR przy wykorzystaniu mocznika.

Rekomendowany system jest systemem sprawdzonym i powszechnie stosowanym. Gwarantuje stosunkowo niskie zużycie wody, w porównaniu z mokrą metodą redukcji zanieczyszczeń kwaśnych, co w konsekwencji wyeliminuje powstawanie znacznych ilości ścieków technologicznych i realizacji rozbudowanych systemów ujmowania i oczyszczania ścieków technologicznych.

5.4. ANALIZA TECHNOLOGII – METODY MECHANICZNO – BIOLOGICZNE PRZEKSZTAŁCANIA ODPADÓW POD KĄTEM WPŁYWU NA ŚRODOWISKO

Mechaniczno-biologiczne przekształcanie, polega na przetwarzaniu odpadów komunalnych poprzez obróbkę mechaniczną (tj. procesy rozdrabniania, przesiewania, sortowania, homogenizacji, separacji metali żelaznych i nieżelaznych, wydzielania frakcji palnej) na frakcje dające się w całości lub w częściowo wykorzystać materiałowo lub/i na frakcję ulegającą biodegradacji przeznaczoną do biologicznej stabilizacji.

Wyróżnia się dwa rozwiązania mechaniczno – biologicznego przekształcania odpadów:

  • Mechaniczno – biologiczne przekształcanie odpadów, jako technologia ich przygotowania do składowania;
  • Mechaniczno – biologiczne przetwarzanie odpadów przed właściwym przetworzeniem termicznym.

Systemy MBT są reprezentowane zarówno przez bardzo proste instalacje oparte na pojedynczych urządzeniach, jak i rozbudowanych, kompleksowych technologiach.

Stabilizacja tlenowa

Metody tlenowe można umownie podzielić, w zależności od stopnia zaawansowana na:

  • ekstensywne (wykorzystujące generalnie zjawiska zachodzące w sposób naturalny),
  • progresywne, (w których stabilizację osiąga się w krótszym czasie poprzez zastosowanie różnego rodzaju reaktorów wyposażonych w systemy wymuszonego przepływu powietrza oraz kontroli procesu).

Stabilizacja beztlenowa.

Spośród dostępnych metod metanizacji można wymienić jej dwie podstawowe odmiany stosowane do unieszkodliwiania odpadów stałych:

  • Fermentacja mokra – najczęściej mezofilowa,
  • Fermentacja sucha lub półsucha – najczęściej termofilowa.

Procesy biologicznego przetwarzania odpadów zgodnie z ustawą o odpadach klasyfikowane są w następujący sposób:

  • Procesy odzysku (R):
    • R3 – recykling lub regeneracja substancji organicznych, które nie są stosowane, jako rozpuszczalniki (włączając kompostowanie i inne biologiczne procesy przekształcania).
  • Procesy unieszkodliwiania (D):
    • D8 – obróbka biologiczna niewymieniona w innym punkcie niniejszego załącznika, w wyniku, której powstają odpady, unieszkodliwiane za pomocą któregokolwiek z procesów wymienionych w punktach od D1 do D12 (np. fermentacja).

Zgodnie z definicją zawartą w ustawie o odpadach przez odzysk rozumie się wszelkie działania polegające na wykorzystaniu odpadów w całości lub części lub prowadzące do odzyskania z odpadów substancji, materiałów lub energii i ich wykorzystania.

Mając na uwadze powyższą definicję, jeśli jakość produktu procesu R3 nie odpowiada wymaganiom dla nawozów lub środków wspomagających uprawę roślin należy uznać, że proces taki powinien być klasyfikowany, jako D8, czyli proces unieszkodliwiania.

W zależności od użytej techniki otrzymywane są nowe produkty: kompost, biogaz, paliwo alternatywne, surowce wtórne do recyklingu, części stabilizowane biologicznie (kompost), nawóz organiczny, wreszcie balast przeznaczony do składowania.

Poniżej przedstawiono wykaz produktów i odpadów powstających w procesach mechaniczno – biologicznego przekształcania odpadów.

Tabela 5.18 Produkty i odpady powstające w procesach mechaniczno-biologicznego przekształcania odpadów

Rodzaj produktu

Kod odpadu

Frakcja drobna < 20 mm*

19 12 12 – inne odpady (w tym zmieszane substancje i przedmioty) z mechanicznej obróbki odpadów inne niż wymienione w 19 12 11

Stabilizat

Proces tlenowy

19 05 99 – inne niewymienione odpady

Proces beztlenowy

19 06 04 – przefermentowane odpady z beztlenowego rozkładu odpadów komunalnych

Frakcja gruba > 80 mm*

19 12 12 – inne odpady (w tym zmniejszane substancje i przedmioty) z mechanicznej obróbki odpadów inne niż wymienione w 19 12 11

Zanieczyszczenia z oczyszczania stabilizatu

Proces tlenowy

19 05 01 – nieprzekompostowane frakcje odpadów komunalnych i podobnych

Proces beztlenowy

19 06 99 – inne niewymienione odpady

Oczyszczony stabilizat

19 05 03 – kompost nieodpowiadający wymaganiom (nienadający się do wykorzystania)

*w rozwiązaniach technologicznych stosowanych przez producentów mogą być zastosowane różne wielkości sit.

Źródło: na podstawie Jędrczak, Szpadt „Wytyczne dotyczące wymagań dla procesów kompostowania, fermentacji i mechaniczno-biologicznego przekształcania odpadów”

Pod względem prawnym produkty te częściowo zachowują swój status odpadów. Niesie to za sobą jednak problem z zagospodarowaniem powstałych produktów, a więc konieczne jest przewidzenie w planach inwestycyjnych stałych rynków zbytu dla produktów otrzymanych z MBT.

Technologie MBT nie stanowią również ostatecznego rozwiązania dla przetwarzania odpadów. Pozostający odpad balastowy musi być składowany. Ilość zagospodarowanej materii organicznej zmniejsza się tylko częściowo, więc korzyści dla środowiska są także ograniczone.

Należy jednak wskazać na pewne korzyści stosowania metod MBT, które odnoszą się generalnie do globalnego systemu zarządzania odpadami. Polegają one na zmniejszeniu negatywnego wpływu na środowisko, poprzez ogólne zmniejszenie ilości składowanych odpadów oraz na możliwości ostatecznego przeznaczenia powstałych produktów końcowych, poprzez zmianę ich statutu z „odpadów na surowce” (nie w sensie prawnym) możliwych do dalszego wykorzystania. Polega to na dodaniu wartości początkowemu odpadowi dzięki oddzieleniu zawartej w nim energii i materiałów. Praktyczne zastosowanie metod MBT powinno być jednak poprzedzone refleksją w kontekście miejsca, a zwłaszcza możliwych rynków zbytu dla produktów końcowych.

Podsumowanie

Metody tlenowe charakteryzują się następującymi cechami:

  • Są to procesy wymagające stosunkowo dużych powierzchni zabudowy oraz kubatur, w przypadku metod progresywnych. Nawet w metodach reaktorowych stosuje się ekstensywną drugą fazę procesu.
  • Bilans energetyczny kompostowania jest zawsze ujemny. W prawdzie proces jest egzotermiczny, ale możliwości odzysku ciepła są ograniczone i w praktyce sprowadzają się do jego recyrkulacji wewnątrz obiegu.
  • W trakcie procesu nie jest wytwarzany biogaz, który zgodnie z polskim prawodawstwem w całości może być traktowany, jako paliwo ze źródeł odnawialnych, a jednocześnie generuje energię, której sprzedaż lub wykorzystanie na terenie instalacji obniża koszty jej eksploatowania.
  • Proces jest trudniejszy w kontroli i automatyzacji niż proces beztlenowy.
  • Potencjalne uciążliwości dla środowiska są większe i trudniejsze do kontrolowania niż w przypadku metod beztlenowych.
  • Nakłady na realizacje instalacji tlenowych w przypadku dużych wydajności (powyżej 30 000 Mg/rok), jak wynika z doświadczeń członków zespołu opracowującego raport, są wyższe (w przeliczeniu na przepustowość instalacji) niż w metodach beztlenowych.

W ostatnich latach zmienia się rola oraz miejsce kompostowania zmieszanych odpadów komunalnych w systemie gospodarki odpadami. Generalnie odstępuje się od tradycyjnych technologii kompostowania całej masy odpadów komunalnych, z których otrzymuje się kompost nieodpowiedniej jakości, i które prowadzą do wytwarzania kompostu nieprzydatnego do wykorzystania gospodarczego, gdyż zawiera on przeważnie nadmierne ilości szkła, tworzyw sztucznych oraz metali ciężkich.

Prowadzi to w konsekwencji do produkowania nowych odpadów wymagających dalszego unieszkodliwiania. Zawartość metali ciężkich jest oprócz kryteriów sanitarnych, najważniejszym czynnikiem determinującym możliwość wykorzystania produktu po procesie biologicznego ich unieszkodliwiania. W związku z powyższym kompost produkowany ze zmieszanych odpadów komunalnych nie spełnia wymagań środowiskowych oraz wymagań rynku i w większości przypadków jest składowany na składowisku.

Recykling organiczny odpadów zielonych jest najłatwiejszy do realizacji pod względem organizacyjnym i technicznym, jednak nie wystarczy do osiągnięcia założonych celów ograniczenia ilości składowanych odpadów ulegających biodegradacji.

Technologia unieszkodliwiania odpadów komunalnych z zastosowaniem fermentacji metanowej zyskuje coraz większe grono zwolenników dzięki temu, że proces ten może dotyczyć zarówno wysegregowanej frakcji organicznej ze strumienia odpadów komunalnych jak i odpadów zmieszanych. Stabilizacja odpadów zmieszanych zapobiega przyszłym problemom z emisją biogazu na składowisku.

Obie odmiany stabilizacji beztlenowej ww. występują w Europie w podobnych proporcjach i posiadają wiele skutecznych wdrożeń. Z polskich doświadczeń wynika, że metody mokre, charakteryzujące się większą kubaturą reaktorów oraz zużyciem wody i produkcją ścieków procesowych, korzystniej jest lokalizować w pobliżu oczyszczalni ścieków, co pozwala na wykorzystanie ich infrastruktury zwłaszcza w zakresie odwadniania osadów pofermentacyjnych.

Technologia przetwarzania odpadów komunalnych z zastosowaniem metanizacji stanowi bez wątpienia nowoczesne rozwiązanie problemu unieszkodliwiania odpadów komunalnych.

Na przykładzie pracujących instalacji można stwierdzić, że zakłady pracujące w oparciu o proces fermentacji nie tylko wypełniają zobowiązania ustawowe w zakresie gospodarki odpadami i chronią środowisko naturalne, ale również osiągają określone korzyści materialne.

Ważną zaletą instalacji jest brak konieczności wcześniejszego wysortowywania z odpadów komunalnych frakcji „bio”. Do przeróbki trafiają odpady zmieszane, z których we wstępnej fazie obróbki wydziela się i następnie sprzedaje surowce wtórne nadające się do recyklingu, takie jak: metale, stłuczka szklana czy papier. W procesie metanizacji powstaje biogaz, który jako paliwo może być spalany dla pozyskania energii, choćby na potrzeby własne zakładu, a jej nadmiar może być sprzedawany na zewnątrz.

Do ograniczeń metody należy zaliczyć fakt, że nie stanowi ona ostatecznego rozwiązania dla przetwarzania odpadów, nie eliminuje konieczności składowania pozostającego odpadu balastowego. Również ilość zagospodarowanej materii organicznej zmniejsza się, choć zasadniczo to jednak tylko częściowo, więc korzyści dla środowiska są także ograniczone.

Przy analizie możliwości praktycznego zastosowania technologii opartej na fermentacji należy rozważyć problemy wynikające z konieczności zagospodarowania odpadu balastowego oraz zapewnienia wysokiej jakości produktów końcowych, co jest trudne i bezpośrednio przekłada się na potencjał rynków zbytu dla tych produktów.

Koszty inwestycyjne i eksploatacyjne zakładu fermentacji są zależne od jego przepustowości oraz zastosowanej technologii. Duża rozpiętość kosztów instalacji o tej samej wydajności wynika z zastosowanej technologii. Podstawowym założeniem, warunkującym optymalne rozwiązania gospodarki odpadami ulegającymi biodegradacji, jest dokładne rozeznanie i zbadanie dostępności rynku dla produktów początkowych (odpady) i końcowych, czyli zidentyfikowanie potencjalnych odbiorców i chłonności rynku na produkt.

Jako elementy ryzyka inwestycji instalacji biologicznego unieszkodliwiania odpadów zarówno w przypadku kompostowania czy metanizacji należy wymienić:

  • brak jasno sprecyzowanych zaleceń w celu poprawnego zarządzania odpadami ulegającymi biodegradacji, metod ich zbierania, standardów przetwarzania oraz wykorzystania powstałych produktów,
  • ciągła dbałość o materiał wsadowy,
  • ograniczony i niepewny rynek dla produktów procesu.

Poniżej przedstawiono syntetyczne porównanie technologii do mechaniczno – biologicznego przekształcania odpadów .

Tabela 5.19. Porównanie metod przeróbki frakcji organicznej odpadów

Wyszczególnienie

Metoda tlenowa

Metoda beztlenowa

Emisje do powietrza,
odcieki

Regulowane, biofiltry do oczyszczania powietrza, zawracanie odcieków do obiegu

Nieduża objętość powietrza, powietrze jest oczyszczane, duża ilość odcieków

Zapotrzebowanie
miejsca

Duże, ok. 4 ha dla obiektu
20 000 Mg/rok

Nieduże, przy dojrzewaniu w pryzmach ok. 2ha dla obiektu 20 000Mg/rok

Jakość
kompostu

Dobra, zależy od wsadu

Często problematyczna jakość wsadu, różna jakość kompostu

Higienizacja

Temperatura ponad 65oC, dobre efekty higienizacji

Faza termofilna wymaga doprowadzenia energii z zewnątrz, najczęściej konieczne dojrzewanie w pryzmach

Bilans
energetyczny

Produkowane ciepło nie znajduje zastosowania

Uzysk metanu, wykorzystanie
w elektrociepłowniach, produkcja prądu

Źródło: Wewetzer D.: „Biotechnologiczny” pomysł dla Łodzi. Przegląd Komunalny. Gospodarka Odpadami 10(109)/2000, s.32-33.

5.5 WARIANT PROPONOWANY DO REALIZACJI – NAJKORZYSTNIEJSZY DLA ŚRODOWISKA

W niniejszym rozdziale przedstawiono szereg wariantów dotyczących technologii przetwarzania odpadów (przekształcanie termiczne i mechaniczno – biologiczne), technologii oczyszczania spalin pochodzących z termicznego przekształcania odpadów komunalnych, przedstawiono charakterystykę potencjalnych lokalizacji ZTPO i zaproponowano najkorzystniejszą lokalizację tej instalacji.

Zgodnie z wieloletnim doświadczeniem oraz wnioskami wynikającymi przedstawionej analizy wariantów najkorzystniejszym rozwiązaniem dla Górnośląskiego Związku Metropolitalnego jest realizacja przedsięwzięcia polegającego na budowie instalacji do termicznego przekształcania zmieszanych odpadów komunalnych, jako integralnego elementu systemu gospodarki odpadami.

Przy wyborze technologii spalania zdecydowano się na spalanie rusztowe, z założeniem, że w instalacji zostanie wykorzystany jeden z powszechnie stosowanych rusztów (np. odmiany rusztów posuwisto-zwrotnych lub walcowych).

W Europie około 90% instalacji przeznaczonych do obróbki odpadów komunalnych wyposażone jest w technologie rusztowe, najczęściej z rusztem posuwisto-zwrotnym.

Uwzględniając dodatkowe kryteria wynikające z uwarunkowań lokalnych, dla ZTPOK zostały zaproponowane następujące systemy oczyszczania spalin:

  • usunięcie pyłów przy zastosowaniu filtrów tkaninowych,
  • oczyszczanie spalin metodą półsuchą w celu redukcji kwaśnych związków SO2, HF, HCl, połączonej z metodą strumieniowo-pyłową z wykorzystaniem węgla aktywnego w celu redukcji metali ciężkich, dioksyn i furanów,
  • odazotowania spalin metodami pierwotnymi oraz wtórną redukcji emisji NOx metodą SNCR przy wykorzystaniu mocznika.

Należy podkreślić, że nieodzownym produktem procesu termicznego przekształcania odpadów będzie produkcja energii elektrycznej i cieplnej. Wytwarzanie energii pochodzącej ze spalania frakcji resztkowej odpadów komunalnych oraz suchych osadów ściekowych pozwala na uniknięcie zamiennej emisji pochodzącej ze spalania paliw konwencjonalnych. Dodatkowy odzysk energii z odpadów, takich z których już nic nie da się odzyskać, jest przejawem racjonalnego działania w zakresie gospodarki odpadami i oszczędności energetycznej, związanej z pozyskaniem znaczącego źródła energii obecnie zaliczanego przez UE do odnawialnych źródeł energii.

Proponowana konfiguracja instalacji ZTPOK pozwala na przestrzeganie wszystkich rygorystycznych wymagań dotyczących warunków termicznego przekształcania odpadów, standardów emisji, efektywności energetycznej itp. zawartych w dyrektywie 2000/76/WE z dnia 4 grudnia 2000 r. (Dz. Urz. WE L 332 z 28.12.2000) w sprawie spalania odpadów oraz jej odpowiednikach w polskim prawie.

Strony: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16