.WYKORZYSTANIE ENERGII Z ODPADÓW – ASPEKTY TECHNICZNE I EKOLOGICZNE

prof. dr hab. inz Janusz W. Wandrasz

dr inŜ Andrzej J. Wandrasz Politechnika Śląska w Gliwicach

Streszczenie: Wieloletnie prace badawczo-projektowo-wdroŜeniowe, a takŜe moŜliwość poznania licznych zagranicznych technologii została zebrana w postaci skrótowej w niniejszym opracowaniu. Znaczna część polskich rozwiązań uległa fizycznemu zuŜyciu i pomimo ich aktualności w chwili obecnej nie znajduje zainteresowania inwestorów, a nieliczne pracują, np. Instalacja Spalania Osadów Oczyszczalni Ścieków w Dębogórzu k. Gdyni i pomimo zacnego wieku nadal spełnia zadania postawione dwadzieścia pięć lat temu. Wiele lat badań i zastosowań przemysłowych odeszło w zapomnienie, a nadszedł czas propagowania rozwiązań biznesowo-politycznych. W opracowaniu wychodząc od pojęcia odpadu zaprezentowano technologie i urządzenia pozwalające traktować potencjalne odpady jako źródło surowców i energii. Autorzy w całej rozciągłości uznają za słuszne propagować idee UE, a w szczególności postanowienia dyrektywy 2008/98 rewolucjonizującej spojrzenie na procesy i technologie zagospodarowania odpadów.

1. Odpady jako surowce – odzysk surowcowy

Dyrektywa unii europejskiej 2008/98 w sposób jednoznaczny określa hierarchię celów jakie stoją przed organizatorami gospodarki odpadów gdzie podstawowym celem jest zapobieganie ich powstawaniu ; przygotowywanie do ponownego uŜycia; recykling; inne metody odzysku, np. odzysk energii; oraz unieszkodliwianie. Państwa członkowskie mają podjąć środki sprzyjające rozwiązaniom, które dają najlepszy dla środowiska wynik całkowity. MoŜe to oznaczać dla niektórych strumieni odpadów odstąpienie od tej hierarchii, ale musi to być uzasadnione zastosowaniem metodologii myślenia o cyklu Ŝycia (LC), obejmującej całkowity wpływ związany z wytwarzaniem i gospodarowaniem takimi odpadami.

Substancja lub przedmioty, powstające w wyniku procesu produkcyjnego, którego podstawowym celem nie jest ich produkowanie, mogą być uznane za produkt uboczny, a nie za odpady, o których mowa w art. 3 pkt 1 dyrektywy [1], wyłącznie jeŜeli spełnione są następujące warunki ( a nie decyzja stosownego ministra lub jego urzędnika):

• dalsze wykorzystywanie danej substancji lub tego przedmiotu jest pewne Okresla wytwórca i odbiorca);

• b) dana substancja lub przedmiot mogą być wykorzystywane bezpośrednio bez jakiegokolwiek dalszego przetwarzania innego niŜ normalna praktyka przemysłowa ( określa odbiorca stosownymi certyfikatami);

• dana substancja lub przedmiot są produkowane jako integralna część procesu produkcyjnego ( określa wytwórca);

• dalsze wykorzystywanie jest zgodne z prawem, tzn. dana substancja lub przedmiot spełniają wszelkie istotne wymagania dla określonego zastosowania w zakresie produktu ( certyfikat ), ochrony środowiska i zdrowia ludzkiego, i nie doprowadzi do ogólnych niekorzystnych oddziaływań na środowisko lub zdrowie ludzkie (OOŚ).

„Przygotowanie do ponownego uŜycia” oznacza procesy odzysku polegające na sprawdzaniu, czyszczeniu lub naprawie, w ramach których produkty lub składniki produktów, które wcześniej stały się odpadami, są przygotowywane do tego, by mogły być ponownie

wykorzystywane bez jakichkolwiek innych czynności przetwarzania wstępnego. „Recykling” jest procesem odzysku, w ramach którego materiały odpadowe są ponownie przetwarzane w produkty, i jako materiały lub substancje wykorzystywane są w pierwotnym celu lub innych celach. Obejmuje on ponowne przetwarzanie materiału organicznego, ale nie obejmuje odzysku energii i ponownego przetwarzania na materiały, które mają być wykorzystane jako paliwa lub do celów wypełniania wyrobisk. „Odzysk” oznacza jakikolwiek proces, którego głównym wynikiem jest to, Ŝe odpady słuŜą uŜytecznemu zastosowaniu, poprzez zastąpienie innych materiałów, które w przeciwnym wypadku zostałyby uŜyte do spełnienia danej funkcji, lub w wyniku którego odpady są przygotowywane do spełnienia takiej funkcji w danym zakładzie lub w szerszej gospodarce ( np. paliwa wytworzone na bazie odpadów zastępują paliwo kopalnei proces tworzenia paliw nazywa się odzyskiem materiałowym). Załącznik II dyrektywy zawiera niewyczerpujący wykaz procesów odzysku gdzie R 1 jest wykorzystaniem głównie jako paliwa lub innego środka wytwarzania energii , przy czym pozycja ta obejmuje obiekty przekształcania termicznego przeznaczone wyłącznie do przetwarzania komunalnych odpadów stałych ( spalarnie), pod warunkiem, Ŝe ich efektywność energetyczna (EE) jest równa lub większa niŜ: — 0,60 dla działających instalacji, które otrzymały zezwolenie zgodnie ze stosowanymi przepisami wspólnotowymi obowiązującymi przed dniem 1 stycznia 2009 r., — 0,65 dla instalacji, które otrzymały zezwolenie po dniu 31 grudnia 2008 r., przy zastosowaniu następującego wzoru:

)EfEw(97,0)EiEf(Ep

EE++++⋅⋅⋅⋅++++−−−−==== ≥ 0,65 (0,6)

gdzie: EE- efektywność energetyczna; Ep oznacza ilość energii produkowanej rocznie jako energia cieplna lub elektryczna. Oblicza się ją przez pomnoŜenie ilości energii elektrycznej przez 2,6 a energii cieplnej wyprodukowanej w celach komercyjnych przez 1,1 (GJ/rok). Ef oznacza ilość energii wprowadzanej rocznie do systemu, pochodzącej ze spalania paliw biorących udział w wytwarzaniu pary (GJ/rok). Ew oznacza roczną ilość energii zawartej w przetwarzanych odpadach, obliczanej przy zastosowaniu wartości opałowej odpadów (GJ/rok). Ei oznacza roczną ilość energii wprowadzanej z zewnątrz z wyłączeniem Ew i Ef (GJ/rok). 0,97 jest współczynnikiem uwzględniającym straty energii przez popiół denny i promieniowanie. Wzór ten stosowany jest zgodnie z dokumentem referencyjnym dotyczącym najlepszych dostępnych technik dla termicznego przekształcania odpadów.

Dyrektywa Unii [1] przewiduje utrat ę statusu odpadu zakładając, Ŝe niektóre określone rodzaje odpadów przestają być odpadami w rozumieniu art. 3 pkt 1 dyrektywy, gdy zostały poddane procesowi odzysku, w tym recyklingu, i spełniają ścisłe kryteria, opracowane zgodnie z następującymi warunkami: a) dana substancja lub przedmiot jest powszechnie stosowana do konkretnych celów; b) istnieje rynek takich substancji lub przedmiotów bądź popyt na nie; c) dana substancja lub przedmiot spełniają wymagania techniczne dla konkretnych celów oraz wymagania obowiązujących przepisów i norm mających zastosowanie do produktów; oraz d) zastosowanie danej substancji lub przedmiotu nie prowadzi do ogólnych niekorzystnych skutków dla środowiska lub zdrowia ludzkiego.

Jak widać, istotne znaczenie ma rodzaj substancji i konieczność uzyskania stosownych certyfikatów potwierdzających jej właściwości oraz gwarancje stosowania do konkretnych celów, a nie decyzja urzędnika ministerstwa, jak przewiduje to projekt nowej ustawy w Polsce [2]. Substancje palne zaliczane jako odpady ( papier i tektura, drewno, tekstylia, organika, guma i ścier gumowy) w zastosowaniu do przetworzenia w nową substancję o określonych właściwościach winny utracić status odpadu, a produkt tego procesu w postaci paliwa, przeznaczonego do realizacji określonego procesu termicznego winien podlegać statusowi produktów – paliw. Warto równieŜ zwrócić uwagę na odpady medyczne, których

przynaleŜność do grupy odpadów niebezpiecznych wynika z potencjalnych zanieczyszczeń drobnoustrojami (H9 Załącznik III ) bez odpadów pooperacyjnych i tkanki ludzkiej. Odpady te, poddane procesowi sterylizacji tracą właściwości zakaźne oraz charakteryzują się odmiennymi właściwościami fizykochemicznymi, nierozpoznawalnym kształtem i zgodnie z art. 10 p.1 winny zostać poddane odzyskowi. Procesy unieszkodliwiania, w tym przypadku, mają zastosowanie tylko do grupy odpadów medycznych o określonych właściwościach nie zezwalających na realizację procesu sterylizacji ( odpady pooperacyjne i tkanka ludzka).

2. Procesy tworzenia paliw Na wstępie trzeba wyraźnie podkreślić istotną róŜnicę pomiędzy paliwem, a odpadem o nazwie „paliwo alternatywne” (Rys. 1 Tabela 1). Paliwem zgodnie z definicją prezentowaną w encyklopedii techniki jest materiał stosowany jako źródło ciepła ( lub pośrednio energii mechanicznej i elektrycznej), wykorzystywane do celów przemysłowych, technologicznych, transportowych i bytowych. W skład paliwa w zaleŜności od budowy wchodzi pojedyncza

Rys. 1 Widok substancji palnej odpadów komunalnych RDF ( BRAM) nazywanego paliwem alternatywnym

(fot. autora)

substancja palna lub róŜne substancje palne, a takŜe domieszki naturalne lub wprowadzone sztucznie uczestniczące w procesie wiązania niektórych związków lub pierwiastków, w fazie stałej lub katalizujące proces spalania. Pomimo upływu 40-tu lat definicja ta nie zdewaluowała się i moŜe być przydatna przy rozpatrywaniu procesów. Na rysunku 1 i 2 pokazano istotne róŜnice pomiędzy tym co nazywa się RDF –em 1 i RDF-em paliwem stosowanym do procesów ogrzewania osiedli miejskich. Zapewne dociekliwemu obserwatorowi widok ten wystarczy do określenia róŜnic, podczas gdy urzędnik musi mieć wyraźny przepis prawny co jest czym. Z tego względu za konieczność naleŜy przyjąć potrzebę opracowania Ustawy o paliwach tak jak istnieje ustawa o odpadach. Warto równieŜ stwierdzić, Ŝe „Nie ma złych paliw-są co najmniej niewłaściwe metody ich spalania .....” [3] ( rys.3). Z tego względu, biorąc pod uwagę róŜnorodność substancji palnych występujących w otaczającym nas świecie, postanowiono stworzyć teorię tworzenia

Rys. 2 Fotografia beli paliwa uzyskanego z odpadów komunalnych ( fot. autora. Instalacja w Helsinkach

Finlandia). paliw bazujących na róŜnych technologiach i metodach przetwarzania substancji palnych w paliwa. Paliwa te nazwano paliwami formowanymi [4] przy czym pod ich postacią rozumiemy substancje palne przeznaczone do realizacji określonego procesu termicznego, w określonych warunkach procesowych, utworzone w wyniku przemian fizycznych, fizyczno-chemicznych, biologicznych biochemicznych i biotermicznych oraz termicznych, na bazie paliw naturalnych, sztucznych, substancji palnej róŜnego pochodzenia w tym biologicznej pochodzenia roślinnego i zwierzęcego, produktów przetwarzania odpadów zarówno komunalnych, przemysłowych, odpadów medycznych i innych w tym niebezpiecznych, uzyskiwane na drodze formowania mechanicznego, chemicznego, biologicznego a takŜe wszystkich dostępnych środków i technologii. Kształt paliwa moŜe być zaleŜny od wielu czynników ( odległość transportu, gęstość masy, uziarnienie itp.).

Uzyskany produkt winien posiadać odpowiednie certyfikaty, stabilność składu, określone właściwości emisyjne i przeznaczenie. WaŜne dla dalszej analizy jest przyjęcie, Ŝe: • paliwa nie są odpadami i nie odnoszą się do nich definicje odpadów, • posiadają określoną strukturę i właściwości fizyczne, • substancje wchodzące w skład paliw posiadają określone właściwości chemiczne i skład, • znane jest zachowanie się substancji palnej w warunkach spalania i jej właściwości

emisyjne, • określone jest zastosowanie danego paliwa w warunkach przemysłowych ( rodzaj

paleniska, warunki spalania itp.), • paliwo posiada nazwę i atest ( certyfikat ) osoby posiadającej wiedzę i uprawnienia do

jego sporządzenia i biorącej na siebie odpowiedzialność za ewentualne skutki, • wartość ekonomiczna paliwa wynika z uzgodnień pomiędzy dostawcą i odbiorcą i

podlega prawom rynku. RóŜnice pomiędzy odpadem o nazwie „paliwo alternatywne” a paliwem formowanym przedstawiono w tabeli 1.

Rys. 3 Domowy piec kaflowy zasilany mazutem?. ( rys. autora) Tabela 1 Zestawienie istotnych róŜnic substancji palnej odpadów , paliwa formowanego i biopaliw.

Wielkość identyfikowana

Odpad –19 12 10 jako ”paliwo alternatywne”

Paliwo formowane Biopaliwo

Podstawy prawne traktowania odpadu jako „paliwa alterna- tywnego”

TAK o numerze 191210 katalogu odpadów, wymóg spełniania warunków dyrektywy 2000/76

NIE brak określenia konkretnych właściwości i rodzaju palenisk poza jedynym piecem cemento- wym

NIE brak kwalifikacji prawnych

Podstawy prawne paliw traktowanych jako „paliwa formowane”

NIE TAK TAK w przypadku spełnienia wymogów dyrektywy 2000/76

Podstawy prawne „biopaliw”

NIE TAK jako dodatek

TAK

Konieczność ścisłej identyfikacji właściwości fizyko chemicznych

NIE zbiór róŜnych odpadów o róŜnych nieidentyfiko- walnych właściwościach energetycznych

TAK podlega certyfikacji

TAK z uwagi na skład chemiczny i

zawartość siarki, chloru i popiołu

Kształt nieidentyfikowany często równieŜ w postaci materiału zbelowanego

zaleŜny od przezna- czenia, rodzaju paleniska, warunków transportu, w formie:

- płatków, - peletek, - pelet, - brykietów

Peletki, pelety, brykiety, bele

Właściwości palne przypadkowe, ściśle nie sprecyzowane

zdefiniowana i deklarowana stałość kaloryczności zgodnie z certyfika- tem wytwórcy

W zaleŜności od rodzaju biomasy i stanu jej dostarczenia.

Skład elementarny Trudny do ustalenia Określony jako podstawa formowa- nia

Na ogół uznawany za właściwy i nie badany.

Zawartość substancji kwasotwórczych Cl, S

Z uwagi na brak procesu formowania brak gwarancji

PoniŜej wartości dopuszczalnych Wielkości te stanowią jedno z kryteriów procesu formowania.

ZróŜnicowana w zaleŜności od gatunku. Uznawana za nieistotną chociaŜ np. słoma Ŝyta moŜe zawierać powyŜej 1% chloru, co winno być przedmiotem szcze- gólnej troski

Zawartość metali uciąŜliwych

W zaleŜności od rodzaju odpadów.

Ograniczenie do 60% zawartości pierwotnej w odpadach. Wielkość stanowiąca kryte- rium formowania

ZróŜnicowana w zaleŜności od gatunku.

Gwarancja emisji gazowych

Brak, warunki emisji określone dyrektywą 2000/67/WE

Nie podlega dyre -ktywom o spalaniu odpadów. Wielkości emisji zaleŜne od doboru parametrów procesu spalania. Wielkość certyfiko- wana.

Zgodnie z warunkami spalania biopaliw.

Rodzaj palenisk Niesegregowane odpady ( BRAM-1) spalane w paleniskach ruszto- wych kotłów spalających odpady. Uzdatnione w proce- sach segregacji mogą stanowić paliwo pieców cementowych.

Wszystkie, zgodnie z przeprowadzonymi badaniami certyfi- kującymi i odpowiednio dla kaŜdego badanego pieca.

Paleniska na biomasę np. fluidalne, piece komorowe spalania słomy i inne posiadające określony certyfikat.

Kontrola i monitorowanie procesu spalania

Art. 10 oraz Załą- cznik III- Dyrektywa 2000/67/WE

Zgodnie z wymo- gami dla procesów spalania paliw.

Jak dla paliw za wyjątkiem spalania słomy Ŝytniej. konieczność monitorowania węglowodorów chloro- wanych.

Spalanie łączne z innymi paliwami

Zgodnie z pozwo- leniem w oparciu o wymogi Dyrektywy 2000/67/WE punkt 26 i 27 preambuły.

Spalanie paliw zgodne z badaniami certyfikującymi.

Zgodnie z przepisami dla biopaliw.

Uzyskane w wyniku procesu formowania paliwa nie mogą podlegać przepisom emisyjnym odpadów ( dyrektywa 2000/76/WE) bowiem w wyniku procesu formowania w odniesieniu do powszechnie stosowanych paliw energetycznych paliwa formowane mogą charakteryzować się obniŜoną zawartością popiołu, siarki, chloru przy zachowaniu podobnej lub nieco mniejszej, a nawet większej wartości opałowej, a w odniesieniu do odpadów, z jakich zostały wytworzone, znacznym obniŜeniem zawartości metali z grupy metali uciąŜliwych dla środowiska ( 60 –80%)7, ale takŜe niepoŜądanych w danym procesie technologicznym.

3. Procesy biologiczno termiczne.

Do tej grupy procesów zaliczyć naleŜy metody takiego przetwarzania masy odpadów komunalnych w wyniku których pozyskuje się substancję biologiczną ( wilgotną) oraz produkt przetwarzania w postaci masy stałej łączonej następnie z biomasą . Pierwszy z produktów, w reaktorze biotermicznym, wraz z nieprzefermentowanymi osadami pościekowymi poddawany jest procesowi metanizacji biologicznej, podczas gdy drugi, po procesie separacji substancji inertnych ( metale, szkło, ceramika i inne mineralne), połączony ze zrąbkami drzewnymi stanowi paliwo w procesach spalania. Technologia taka o zdolności przerobu 40 000 Mg/rok ( pojedyncza nitka) z powodzeniem pracuje w Kaiserslautern ( Niemcy [6]. Zintegrowany zakład zagospodarowania odpadów pozwala w sposób kompleksowy zagospodarować zmieszane niesortowane odpady komunalne. W jego skład wchodzi linia technologiczna mechanicznego przetwarzania odpadów – odpady komunalne wysypywane są bezpośrednio z samochodów, w hali (wybetonowany boks przyjmowania odpadów), skąd podawane są mechanicznym czerpakiem bezpośrednio do zasypu praso-wyciskacza ( ekstrudera).

Rys.4 Schemat blokowy procesu technologicznego przetwarzania odpadów komunalnych zmieszanych w zakładzie zagospodarowania odpadów w Kaiserslautern

Rys. 5 Z lewej strony zdjęcie przedstawiające załadunek odpadów do leja zasypowego podającego odpady do praso-wyciskacza, w środkowej części widoczna jest kabina sterownicza operatora, z prawej strony zdjęcie przedstawia praso-wyciskacz. Praso-wyciskacz w wyniku wytłaczania, przy uŜyciu bardzo wysokiego ciśnienia rzędu (600 – 1000 bar), umoŜliwia rozdział strumienia odpadów komunalnych zmieszanych na frakcje mokrą i suchą. Frakcję mokrą stanowi około 40% wagi początkowej odpadów, głownie frakcja organiczna oraz woda, frakcja ta ze względu na swój skład doskonale nadaje się do procesu fermentacji. Frakcja sucha to około 60% wagi początkowej odpadów, o wartości opałowej (powyŜej 15 MJ/kg s.m.) przy zawartości frakcji organicznej: < 5% i wilgotności ok. 20%, MoŜna ją zagospodarować jako paliwo w spalarniach, cementowniach, do produkcji paliwa z odpadów, lub w energetyce.

Zastosowany w Kaiserslautern praso-wyciskacz o wydajności 30-35 Mg odpadów/godzinę jest technologią nowatorską godna uwzględnienia w planach gospodarki odpadami. Technologia ta po odpowiednim doposaŜeniu i po uwzględnieniu warunków krajowych moŜe znaleźć zastosowanie na rynku Polskim.

.

Rys. 6 Widok frakcji mokrej ( strona lewa) i suchej

Rys. 7 Na zdjęciu z lewej strony widoczny jest moment załadunku kontenera samochodu

cięŜarowego frakcją suchą. W głębi widoczna jest komora fermentacyjna. Z prawej strony widoczny jest budynek zakładu termicznego spalania frakcji suchej

4. Procesy termiczne wykorzystania paliw i odpadów Dla zrozumienia istoty procesu termicznego waŜne jest przyjęcie jego definicji jako

zjawiska polegającego na przebiegu zmian zarówno ciśnienia p, temperatury T, jak i objętości właściwej substancji, co związane jest ze zmianą jej właściwości fizyko chemicznych. procesy te mogą przebiegać w obecności katalizatorów ( procesy katalityczne, bezkatalityczne, biologiczne- biotermiczne i inne). Realizacja przemysłowego procesu termicznego średnio i wysokotemperaturowego moŜe opierać się na procesach odgazowania, zgazowania lub spalania. KaŜdy z tych procesów róŜni się parametrami i właściwościami jego prowadzenia i wymaga wiedzy specjalistycznej prowadzącego. Powszechnie stosowane są procesy spalania przebiegające przy określonym stosunku nadmiaru powietrza, w określonej temperaturze podgrzewu powietrza i odzysku energii powodującym schłodzenie spalin do określonej warunkami emisyjnymi temperatury. Sposób zasilania komory spalania paliwem

moŜe być zaleŜny od zastosowanej technologii i uwzględniać spalanie indywidualne, współspalanie lub spalanie równoległe. Spalanie indywidualne to proces spalania paliwa, w określonych warunkach, określonej komorze spalania paliwa ujednorodnionego o znanym składzie chemicznym i właściwościach paliwowych, wprowadzane do komory spalania za pomocą jednolitego systemu zasilającego z odpowiednim układem zasilania powietrzem.. Współspalanie jest procesem spalania, co najmniej dwu paliw w jednym palenisku, przy czym paliwa te podawane są równocześnie przez niezaleŜne systemy zasilania z jednolitym układem zasilania powietrzem, a do procesów tych zaliczyć naleŜy współspalanie odpadów medycznych z gazem lub olejem, odpadów weterynaryjnych, w paleniskach, w których podstawowym nośnikiem energii jest jakiekolwiek paliwo dodatkowe. Spalanie równoległe to spalanie niezaleŜne, co najmniej dwu paliw w dwu komorach spalania niezaleŜnych lub komorach połączonych z trzecią, przy czym kaŜdy z procesów przebiega indywidualnie, a łączą się jedynie ich produkty. MoŜna równieŜ zaprezentować układy spalania równoległego w komorach równoległych i szeregowych, spalania indywidualnego w komorach równoległych i wszelkie inne kombinacje.

4.1. Procesy odgazowania i zgazowania.

ierwszy z procesów proces odgazowania, przebiega bez dostępu tlenu , a w odniesieniu do paliw lub innych substancji palnych realizowany jest w temperaturach 500 – 9000C. Brak tlenu zewnętrznego oraz niska temperatura przebiegu procesu powoduje, Ŝe produktami jego są gaz wykorzystywany nazywany: syngaz- gaz syntezowy dla procesów chemicznych; procgaz-gaz procesowy, bezpośrednio z reaktora , niejednokrotnie, nie oczyszczany, stosowany jako gaz opałowy oraz koks pirolityczny często poddawany drugiemu procesowi ( zgazowania) lub stanowiący paliwo gazowe np. w silnikach, kotłach i innych reaktorach ). proces zgazowania realizowany jest z niedomiarem tlenu, a czynnikami zgazowującymi mogą być: tlen, ditlenek węgla, para wodna, powietrze). W zaleŜności od warunków wsadowych i parametrów technicznych uzyskuje się gaz o odmiennym składzie chemicznym uŜywany w procesach syntez chemicznych, a takŜe spalania w reaktorach. Schemat takich procesów w układzie zintegrowanym przedstawiono na rys.9. Na terenie Niemiec od 28 lat eksploatowana jest instalacja odgazowania odpadów komunalnych widocznych na zdjęciu rys. 8

Rys. 8 Widok niesortowanych odpadów komunalnych w zasobniku odpadów w Burgau (

Niemcy).

Rys. 9 Zintegrowany system przetwarzania odpadów z wykorzystaniem procesów

odgazowania ( piroliza), zgazowania (gazyfikacja)oraz spalania ( konwerter)( wg. Re Se Tec [x]).

W instalacji tej przetwarzane jest 40 000 Mg/a odpadów komunalnych, które poddaje się procesom wstępnej segregacji, a następnie wprowadzane są do obrotowego reaktora rurowego gdzie w wyniku procesu odgazowania powstaje gaz i karbonizat. Schemat blokowy instalacji przedstawiono na rysunku 10. NaleŜy wyjaśnić, Ŝe aktualnie instalacja w Burgau pracuje w układzie uproszczonym produkując gaz procesowy do spalania w kotle oraz koks pirolityczny spalany w elektrowni. RównieŜ i ta instalacja stanowiąca przykład zastosowanej myśli technicznej godna jest polecenia do zastosowania w warunkach krajowych po uwzględnieniu aktualnych potrzeb lokalnych. Dodatkowymi produktami instalacji jest ciepło grzewcze ( ogrzewanie zespołu cieplarń) oraz energia elektryczna produkowana w turbinie 2,2, MW. Na rysunkach 11, 12,13 pokazano propozycje wykorzystania gazu i elementy istniejącego obiektu przemysłowego.

Rys. 10 Schemat blokowy instalacji odgazowania odpadów komunalnych z moŜliwością produkcji gazu i koksu oraz produktu stałego w formie bazaltu.

Rys. 11 Schemat blokowy moŜliwości wykorzystania gazu ( spalanie w silnikach z produkcją energii

elektrycznej oraz wykorzystaniem spalin w obiegu siłowni lub elektrociepłowni – układ skojarzony) [8].

Rys. 12 Widok reaktorów odgazowania odpadów. ( fot. autorów)

Rys. 13 Zsyp koksu pirolitycznego na taśmociąg transportowy. ( fot. autorów)

Inną technologią wykorzystywaną do powtórnego podgrzewania wód geotermalnych jest instalacja zgazowania odpadów stosowana w Islandii [9]. Instalacja o działaniu okresowym wyposaŜona jest w dwa reaktory komorowe w których proces zgazowania przebiega w temperaturze 500-6000C, a uzyskany gaz spalany w dwukomorowym reaktorze spełniającym zarazem rolę komory dopalającej i kotła. Gazy są oczyszczane metodą adsorpcyjną.

Rys. 14 Widok instalacji spopielania odpadów komunalnych ( Na pierwszym planie komora zgazowania w głębi w części górnej komora spalania pod nią komora dopalania z kotłem.) (fot. własna)

Rys. 15 Widok magazynu odpadów oraz produktu po procesie spopielania. ( fot. własna) 4.2 Spalanie.

Technologie spalania odpadów komunalnych pojawiły się w okresie początkowych lat XX

wieku i nie jest waŜnym kto był prekursorem pierwszej instalacji spalania, w formie

zorganizowanego paleniska, wyposaŜonego w ruszt stały przygarniany specjalnymi gracami.

Spalarnie te w swojej prostocie konstrukcyjnej spełniały oczekiwania bowiem skład

morfologiczny odpadów i ich strumień zaspakajały potrzeby środowiskowe. Głównymi

substancjami spalanymi było drewno, tekstylia, tektura i papier, a częściowo odpady

pochodzenia biologicznego. W miarę jednak rozwoju techniki i wytwarzania coraz nowszych

produktów do grupy odpadów palnych zaczęły dołączać tworzywa sztuczne, a w

niesegregowanych odpadach pojawiło się szkło, ceramika, odpady mineralne i inne. Dla

osiągnięcia wymaganej skuteczności procesu (minimalizacja zawartości niespalonych części

stałych ) zrezygnowano z rusztów nieruchomych wprowadzając stopniowo procesy

mieszania.

Rys. 14 Konstrukcje rusztów taśmowych. A. Ruszt taśmowy. B. Ruszt taśmowy segmentowy, C. ruszt

walcowy.

I tak od stosowanego do dziś, dla paliw jednorodnych, rusztu płaskiego ( rys. 14)

modernizacja tych rusztów przez ruszty segmentowe powędrowała do rusztów walcowych.

Była to jednak jedna z dróg modernizacji rusztów, bowiem bazując na rusztach Martina

stosowanych w lokomotywach parowych, zaczęto wprowadzać ruchome elementy rusztowin.

uzyskując zarówno ruch posuwisty jak i posuwisto zwrotny ( rys.15) . Technika wykonania

rusztu , sposób jego przemieszczania właściwy jest róŜnym rozwiązaniom lansowanym przez

instytucje budujące paleniska, w róŜnych krajach. Istotą tych rozwiązań jest wprowadzenie do

procesu systemu intensywnego przegarniania materiału wsadowego i w miarę jego

przeobraŜaniaw procesie termicznym (suszenie, uwęglanie, zgazowanie, dopalanie)

ułatwianie kontaktu z podawanym powietrzem.

Sposób doprowadzania powietrza pod ruszt, nad ruszt i do komory spalania gazów jest

równieŜ zaleŜny od konstrukcji paleniska i jego rozwiązań technicznych, a takŜe sposobu

A.

B.

C.

prowadzenia procesu [11]. W tym zakresie prowadzone są do dziś prace poszukujące

optymalnego procesu ruchu masy stałej na ruszcie, gdzie funkcją optymalizacyjną jest

Rys. 15 Podstawowe funkcje ruchu rusztów przeganiających. A – posuwisty schodkowy, B – posuwisty, C – posuwisto zwrotny.

minimalizacja emisji produktów spalania [12]. Warto zaznaczyć, Ŝe jest to emisja

paleniskowa, zaleŜna od wielu parametrów termicznych prowadzenia procesu, a takŜe

konstrukcji komory paleniskowej, właściwości substancji palnych, w paliwie, temperatur

podgrzania powietrza wilgotności. Konstrukcja komory paleniskowej, w zaleŜności od

rodzaju spalanego wsadu,

Rys.16 Ukształtowane kierunków przepływu fazy stałej i gazowej w komorze spalania. A. – przepływ przeciwprądowy, B. – przepływ mieszany, C. – współprąd.

równieŜ wpływa decydująco na przebieg przemian w komorze. Z tego względu na rys. 16

pokazano trzy podstawowe kierunki przepływów w komorach spalania palenisk kotłowych.

Rodzaj stosowanego układu zaleŜny jest od koniecznej wymiany ciepła ( sklepienie suszące,

zapalające, dopalające, ) ale takŜe zachowania się masy stałej w komorze spalania ( szybki

zapłon i gwałtowny przyrost strumienia produktów gazowych). Zagadnienia te dominowały

pierwsze trzy generacje instalacji do momentu kiedy rozpoczęto walkę z zanieczyszczeniami

zarówno stałymi ( popioły i ŜuŜle oraz pyły) jak i gazowymi ( głównie chlorem i tlenkiem

A. B. C.

A. B. C.

Spaliny Spaliny Spaliny

Popiół, śuŜel Popiół, śuŜelPopiół, śuŜel

Odpady Odpady Odpady

węgla oraz węglowodorami). Wchodzą tu w grę ukształtowania komór spalania gazów, a

takŜe w generacji czwartej tworzenie wydzielonego fragmentu części konwekcyjnej kotła

stanowiącego komorę dopalającą. Strefa ta z uwagi na wymóg pracy komory dopalającej nie

jest ekranowana. Czwarta i piąta generacja instalacji to równieŜ wyposaŜenie układu w

instalacje oczyszczania spalin z zastosowaniem układów redukcji tlenków azotu tzw. układy

katalityczne ( CSR) lub niekatalityczne ( NSCR). RóŜnorodność rozwiązań i zastosowań nie

jest moŜliwa do zaprezentowania w jednej publikacji, a niestety w Polsce wiedza w tym

zakresie jest znikoma. Autorzy róŜnych publikacji mylą pojęcia nazywając odpady śmieciami,

a o konstrukcjach stosowanych układów termodynamicznych brak jest jakichkolwiek

informacji. Na rys. 17 zaprezentowano niemiecką instalację spalania odpadów tzw. szóstej

generacji tj. układu z zastosowaniem systemu segregacji odpadów (RMVA). Lewa strona to

trzy zasobniki odpadów ( odpadu gromadzonego, odpadu przetworzonego oraz popiołu i

ŜuŜla) z układem segregacji, część centralna to komora spalania z kotłem, a dalej system

odpylania i oczyszczania spalin (strona prawa).

Rys. 17 Schemat technologiczny instalacji spalania odpadów komunalnych w Kolonii ( Niemcy).

Wydajność procesu spalania 421 400 Mg/rok przy przerobie 432 500 Mg/rok odpadów ( zastosowano 4 kotły o mocy przerobowej 16,25 Mg/h)

Nie jest widoczna część energetyczna i jej wyposaŜenie bowiem ta, w stosowanych

rozwiązaniach ulega najmniejszym zmianom i nie róŜni się od wyposaŜenia elektrociepłowni.

RóŜnica obu obiektów ( spalarni i elektrociepłowni) wystąpi w sprawnościach termicznych

wykorzystania energii Autorzy róŜnych opracowań o zaletach instalacji spalania odpadów nie

informują o emisji gazu cieplarnianego tj. ditlenku węgla, którego np. spalarnia w Kolonii

jest w stanie wyemitować 769 476,4 Mg / rok ( c - 49,8%) lub 392 083 200 m3n/rok. i to

trudno rozpoznawalnego dla roślin z uwagi na pochodzenie ( z „węgla odnawialnego” czy

kopalnego). Opiniodawcy wielu technologii o zakładzie tym nie wspominają bowiem

podwaŜa on ideę budowy zakładów z liniami segregacyjnymi w dobie kiedy pozyskanie

odpadów staje się coraz trudniejsze (rys. 18). Za budową spalarni przemawia jednak jeden

Rys. 18 Widok wagonów kolejowych przystosowanych do dalekiego transportu odpadów. (Fot. autora) niezbity fakt: jest to obiekt gdzie na oczyszczenie pipiemowych ( milionowych części całości) udziałów składników produktów toksycznych powstających w procesie spalania niesortowanych odpadów) zuŜywa się tony stali kwasoodpornych, a takŜe innych materiałów najlepszej jakości. Ponadto jedynym paradoksem jest fakt, Ŝe za paliwo do pieca ( odpady) płaci wytwórca odpadów, potencjalny zanieczyszczający środowisko, podczas gdy jego obrońca – spalarnia musi otrzymać gratyfikacje i premie za to, Ŝe w ogóle chce spalać odpady, bo mogłaby ich nie spalać ( przez analogię naleŜy wprowadzić przepis, Ŝe winowajcą emisji i zagroŜenia dla środowiska jakie czyni elektrownia czy elektrociepłownia jest kopalnia i ją obciąŜyć na rzecz energetyki wszystkimi kosztami zanieczyszczeń). Ponadto dodatkowy zysk spalarni przynosi sprzedawana energia wytwórcy odpadów płacącemu po raz drugi. w proponowanych do realizacji obiektach na terenie Polski brak jest podstawowych informacji o wskaźniku EE

5. Odpady medyczne ich unieszkodliwianie i spalanie.

Gospodarka odpadami medycznymi to całokształt działań zmierzających do minimalizacji, wykorzystania lub unieszkodliwienia odpadów medycznych oraz weterynaryjnych, polegających na całościowym i kompleksowym objęciu źródeł ich powstawania, sposobów gromadzenia, identyfikacji, organizacji transportu, technik i technologii przetwarzania, z procesami degradacji oraz oceny zanieczyszczenia środowiska , pomiarami emisji w fazie stałej ciekłej i gazowej wraz z analizą kosztów działania. Podział odpadów medycznych - w zaleŜności od potrzeb naleŜy wyróŜnić podział warunkujący albo identyfikowalność substancji lub jej przynaleŜność do technologii przetwarzania ( np. substancja niebezpieczna z uwagi na: obecność związków chemicznych - Ustawa o substancjach i preparatach niebezpiecznych; zanieczyszczenie bakteriologiczne organizmami Ŝywymi z grup identyfikowalnych lub przewidywanych).

Neutralizacja odpadów medycznych – procesy polegająca na pozbawieniu odpadów cech toksyczności zarówno chemicznej jak i biologicznej ( odpad pozostaje odpadem). W przypadku zmiany ich struktury i właściwości przestają być odpadem medycznym, a stają się produktem ( dyrektywa 2008/98/WE). na rysunku 19 pokazano schemat instalacji do sanitacji odpadów medycznych. Sanitacja odpadów medycznych to proces lub procesy wyjaławiania rozdrobnionej masy odpadów metodami fizycznymi, chemicznymi lub biologicznymi ( np. biotermicznymi).

Rys 19. Schemat instalacji do procesu sanitacji ( sterylizacji) odpadów medycznych. 1-

waga, 2- pojemnik z odpadami, 3- wytwornica pary, 4- komora zasypowa, 5- rozdrabniacz, 6- podajnik ślimakowy, 8- komora sterylizacji parowej, 9 podajnik odbioru produktu, 10- śluza odbioru produktu, 11- filtr gazów poprocesowych.

Rys. 20 Widok instalacji do mechanicznej obróbki odpadów medycznych w procesie sanitacji.( technologia NEWSTER).

1 2

2

3

45

67

8

9

10

11

Rys. 21 Widok odpadów medycznych i nietoksycznego produktu moŜliwego do wykorzystania jako paliwo.

Badania prowadzone na kotle OR-16 nad spalaniem mieszaniny produktu pokazanego na rysunku 21 z węglem potwierdziły celowość realizacji takiego procesu i jego przydatność. PoniewaŜ w Polsce jedynie słusznym procesem jest proces współspalania odpadów z paliwami gazowymi lub ciekłymi warto zacytować art.3 Dyrektywy 2000/76/EC Ŝe współspalarnia to kaŜda stacjonarna lub przejezdna jednostka techniczna oraz wyposaŜenie przeznaczone do termicznej obróbki odpadów, którego celem jest produkcja energii lub produkcja materiałowa i w której: -uŜywane są odpady jako podstawowe lub dodatkowe paliwo, -odpady są przerabiane termicznie w celu likwidacji. Jak więc w świetle tej dyrektywy ma się zakaz współspalania odpadów medycznych w warunkach krajowych?. Jak zamierza się realizować procesy spalania w instalacjach budowanych?. Warto zwrócić uwagę, Ŝe tzw. „opiniodawcy” ministerstwa, w tym względzie wykazują daleko idąca postawę merkantylna posiadając podstawowe braki wykształcenia jak i wiedzy o procesach. Autorzy zdają sobie sprawę z fragmentaryczności opracowania starali się jednak pokazać Ŝe nie tylko rozpowszechniane poglądy o jedynie słusznej koncepcji budowy spalarni w Polsce są godne uwagi. Istniejące i funkcjonujące w Europie technologie ich zróŜnicowanie opart na rachunku ekonomicznym i względach środowiskowych winno decydować o wyborze technologii. Warto równieŜ zwrócić uwagę na fakt, Ŝe ze spalonego 1 kg odpadów do atmosfery emitujemy 1,32 kg CO2 nie licząc innych gazów oraz 0,3 kg popiołu i ŜuŜla wcale nie obojętnego dla środowiska. Trzeba jeszcze doliczyć produkty oczyszczania gazów w postaci ciekłej i stałej.

LITERATURA 1. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/98/WE z dnia 19 listopada 2008 r. w

sprawie odpadów oraz uchylająca niektóre dyrektywy. 2. ZałoŜenia do projektu ustawy o odpadach stanowiącej transpozycję dyrektywy parlamentu

europejskiego i rady 2008/98/WE z dnia 19 listopada 2008 r. w sprawie odpadów oraz uchylającej niektóre dyrektywy (dz. u. l 312 z 22.11.2008, str. 3) Warszawa, lipiec 2009.

3. Przegląd komunalny 3/2006 4. Wandrasz J.W. Wandrasz A.J.- Paliwa formowane. Wyd. Seidel-Przywecki. W-wa

2006. 5. Wandrasz J.W. Energetische Aspekte der Termischen Ausnutzung von Abfällen.. Mat.

Procedings. 3th Internationak Symposium. Edit. A. Buekens, M. Tels Antwerp Belgium 1986. s.3.115

6. VM 2000 – Waste to energy. VM Press srl via Rebba, 2/a 15076 Ovada (AL) Italy. ( Technologia “ECOON”).

7. ReSeTec – prezentacje dostarczone autorom oraz wizyta w Burgau 10-11.09.09 8. Technologia CLYVIA materiały firmowe z prezentacja na CD. 9. Sadulak J., Wandrasz J.W., Gaska K.: „Odpady komunalne w procesie zgazowania”,

VI Mi ędzynarodowa Konferencja „Paliwa z Odpadów 2007”, Krynica, 2007, s. 339-344.

10. Wandrasz J.W. : Krajowe moŜliwości produkcji i zagospodarowania paliw. Referat. KIG Warszawa czerwiec 2009.

11. Thomé-Kozmiensky K.J.: Thermische Abfallbehandlung. EF-Verlag für Energie- und Umwelttechnik GMBH. Berlin 1994.

12. Jaworski T..J. Wandrasz J.W. Gehrmann H. Kolb T.: Charakterystyka rozkładu czasu przebywania materiału odpadów w urządzeniu do spalania w skali półtechnicznej. Praca Zb. pod red Wandrasz J.W. Termiczne unieszkodliwianie odpadów. Restrukturyzacja procesów termicznych. Wyd. PZITS Poznań 2007. s. 157 –168

13. Balcewicz J.: Nowa polska wojna. Kto chce zabrać energetyce śmieci?. „Energia Gigawat Nr 6/2009

14. Ekologiczna Spalarnia Odpadów w Krakowie. Informacja ZTPO 2009.03. 05. 15. Hölter H.: Palenisko satelitarne. Systemowa technika spalania węgla i śmieci. System

Prof. DR.Dr. H. Höltera. Gladbeck 2000. 16. Wandrasz A. J.: Badania i ocena właściwości wykorzystania wydzielonych

składników odpadów komunalnych oraz innych odpadowych substancji organicznych do prefabrykacji paliw. Rozprawa doktorska dost. Bibl. Pol. Śl.. Gliwice 2001.

17. Wandrasz J.W., Hryb W.: Symulacja rozdziału poszczególnych frakcji odpadów w róŜnych typoszeregach urządzeń oraz ocena skuteczności procesów. Wydawnictwo SGGW ,,Problemy Recyklingu“ V Międzynarodowa Konferencja Naukowo –Techniczna; Warszawa, 26-27 września 2007; str. 415÷422.

18. Hryb W., Wandrasz J.W , Mentel l.., Dec O.: Sposób zagospodarowania odpadów. Patent 201657 B1 2008.