Termiczna utylizacja odpadów.pdf

Termiczna utylizacja odpadów

Tadeusz Piecuch

Politechnika Koszali ń ska

Recenzent: poseł Seweryn Jurgielaniec

Sejmowa Komisja Zdrowia Sejmu RP Warszawa

1. Wst ę p

Obecnie sprawa budowy spalarni odpadów stała się przedmiotem licz-

nych dyskusji i sporów pomiędzy zwolennikami a przeciwnikami takiej inwe-

stycji. Za tymi sporami kryją się często duŜe pieniądze inwestora, ambicje poli-

tyczne działaczy partyjnych oraz pretekst do demonstracji ruchów ekologicz-

nych. Strona pozostającą w opozycji do aktualnie sprawujących władzę partii

politycznych, nawołuje często do referendum - co oznacza stawianie na popu-

lizm, szermowanie hasłami demagogicznymi i odwoływanie się do głosu tłumu,

który to tłum jako zbiór osób nie jest kompetentny do ferowania opinii meryto-

rycznej w tak skomplikowanej sprawie techniczno-ekonomiczno-

organizacyjnej. Bywa odwrotnie i tak, Ŝe władza lokalna jest niekompetentna

i forsuje budowę spalarni - która akurat na danym terenie ze wszystkich powo-

dów jest inwestycją nie do przyjęcia.

Autor był wielokrotnie zapraszany na takie spotkania - zarówno z rad-

nymi gmin i miast a takŜe z tłumem zwołanym na wiecowanie do lokalnych kin,

domów kultury itp.

Dlatego niniejszy artykuł Autor dedykuje właśnie parlamentarzystom,

pracownikom Ministerstwa Ochrony Środowiska, Państwowej Inspekcji

Ochrony Środowiska i wszelkim władzom lokalnym, samorządowcom oraz

róŜnego rodzaju ruchom ekologicznym a takŜe pewnym ustosunkowanym cwa-

niakom, którzy na tego typu inwestycjach chcą zbić prywatny kapitał - bacząc

jedynie na szybki zysk.

Jest teŜ sprawą niesłychanie przykrą i to, Ŝe w tej kwestii wypowiadają

się róŜni ludzie, mieniąc się autorytetami - a tymczasem nie znają kompleksowo

tego zagadnienia spalania odpadów. Nieszczęściem jest i to, iŜ robią to czasem

osoby z tytułem profesora. OtóŜ, nie tak dawno w prasie (dzienniku) ukazał się

wywiad, w którym taki profesor nawoływał ogólnie do spalania plastyków -

Tadeusz Piecuch

potem próbował to prostować, niby uściślać ale informacja poszła w świat ro-

biąc wiele szkody społecznej.

Dlatego niniejsze kompendium wiedzy na ten temat przedstawione

poniŜej wydaje się być konieczne ku przestrodze.

2. Spaliny

Problem zanieczyszczenia powietrza spalinami w wyniku termicznej likwi-

dacji i utylizacji odpadów organicznych jest od strony analizy skutków skaŜenia

powietrza takimi spalinami, zbliŜony do tegoŜ problemu wynikającego

z normalnego funkcjonowania szeroko rozumianej energetyki, która zresztą

w Polsce dalej w duŜej mierze oparta jest na węglu kamiennym a takŜe brunatnym.

Dopiero jednak od początku lat dziewięćdziesiątych w Polsce dzięki

m.in. głównie pracom i publikacjom Adama Grochowalskiego z Politechniki

Krakowskiej m.in. [1

polichlorowane dibenzodioksyny, PCDD,

polichlorowane dibenzofurany, PCDF.

Wcześniej, przez wiele lat - określając zanieczyszczenie organiczne

powietrza, odnoszono je ogólnie najczęściej do sumy węglowodorów lub teŜ

sumy węglowodorów aromatycznych, nie wyodrębniano w nich jednak, wyŜej

wymienionych z nazwy tych niezwykle toksycznych związków, zwanych skró-

towo dioksynami i furanami.

Te najbardziej toksyczne związki, naleŜące do grupy węglowodorów

aromatycznych a dalej do podgrupy zwanej węglowodorami chlorowanymi są

zbudowane z czterech pierwiastków:

- w ę giel - wodór - tlen - chlor -

które mogą być połączone jednym

(dioksyny) lub dwoma (furany) mostkami tlenowymi, przy równoczesnym pod-

stawieniu chloru.

MoŜliwe miejsca podstawień chloru we wzorze strukturalnym dioksyn

i furanów (naroŜa wzoru w zapisie strukturalnym) zostały ponumerowane cyframi

1,2,3,4 (w pierwszym pierścieniu benzenowym I)

1 2

Ś rodkowo-Pomorskie Towarzystwo Naukowe Ochrony Ś rodowiska

6] oraz Mieczysława Sokołowskiego z Wojskowego

Instytutu Chemii i Radiometrii m.in. [1,28] a w świecie dzięki publikacjom

wielu autorów, lecz głównie badaczom japońskim m.in. [29,30] - w sposób

znaczący, zaczęto brać pod uwagę i wyodrębniać niezwykle toksyczne zanie-

czyszczenia występujące w spalinach a mianowicie

na bazie dwóch pierścieni benzenowych C 6 H 6 ,

Termiczna utylizacja odpadów

oraz 6,7,8,9 (w drugim pierścieniu benzenowy II)

most tlenowy

tlen

most tlenowy

Rys. 1. Ogólne uproszczone schematy wzorów strukturalnych połączeń dwóch pierścieni

benzenowych będących podstawą do tworzenia: a) – polichlorowanych lub poli-

bromowanych dibenzodioksyn, b) – polichlorowanych lub polibromowanych

dibenzofuranów

Fig. 1. General simplified diagrams of structural formulas of two benzene rings connec-

tions which are base for formation of: a) – polichlorinated or polibrominated

dibenzodioxins, b) – polichlorinated or polibrominated dibenzofurans

Rys. 2. Ogólny schemat wzoru struk-

turalnego

2,3,7,8

chlorodibenzo(para)dioksyny

Fig. 2. General diagram of structural

formula of 2,3,7,8 - chlorodi-

benzo(para)dioxine

tworząc określone polichlorowane dibenzodioksyny lub polichlorowane diben-

zo-furany. Tych podstawień chloru do struktury dwupierścieniowej benzenu

połączonej dwoma lub jednym mostkiem tlenowym moŜe być wiele rozmaitych

kombinacji - moŜna podstawić chlor tylko jeden, oraz więcej niŜ jeden i to

w róŜne miejsca.

W wyniku takich kombinacji podstawień chloru, otrzymujemy aŜ 75

róŜnych typów tzw. izomerów polichlorowanych dibenzodioksyn oraz 135 róŜ-

nych typów czyli izomerów polichlorowanych dibenzofuranów.

Badania wykazały, Ŝe największą trucizną spośród znanych dioksyn jest

2,3,7,8 - chlorodibenzo(para)dioksyna, której działanie trujące jest 10.000 razy

Ś rodkowo-Pomorskie Towarzystwo Naukowe Ochrony Ś rodowiska

1 3

Tadeusz Piecuch

silniejsze niŜ przykładowo cyjanku potasu [28]. Takie porównanie wg Grocho-

walskiego jest jednak dyskusyjne, gdyŜ cyjanki działają szybko a dioksyny

i furany stopniowo i długo [7].

Właśnie ta dioksyna stała się pewną umowną bazą do tzw. oznaczeń

sum polichlorowanychdibenzodioksyn i polichlorowanychdibenzofuranów jako

tzw. toksyczność ekwiwalentna danej analizowanej próbki (wskaźnik ITEQ -

International Toxic Equivalent).

Ten ekwiwalenty wskaźnik dla ww. izomeru najbardziej toksycznej diok-

syny przyjęto umownie równy 1 i stanowi ta wartość 1 poziom odniesienia dla

wszystkich pozostałych znanych izomerów. Chemicy organicy analitycy ustalili

jaki ułamek toksyczności reprezentuje więc kaŜdy inny izomer w stosunku do

wartości 1. Chemicy analitycy (np. A. Grochowalski) sumują najczęściej tylko

ekwiwalentnie 17 najbardziej toksycznych dioksyn i furanów [7].

Przykładowo najmniej toksycznym izomerem a więc najmniej toksycz-

ną polichlorodibenzodioksyną jest, 1,2,3,4,6,7,8,9 - chlorodibenzodioksyna; tu

poniewaŜ chlor jest podstawiony do wszystkich 8 miejsc (naroŜy) wzoru struk-

turalnego - zwana takŜe oktachlorodibenzodioksyną.

Jej toksyczność to 0,001 toksyczności tej najbardziej trującej dioksyny, tzn.

2,3,7,8 - chlorodibenzo(para)dioksyny (zwanej teŜ tetrachlorodibenzodioksyną).

Wreszcie trzeba zaznaczyć, Ŝe negatywną funkcję chloru w tworzeniu

dioksyn i furanów moŜe przejąć jako wymiennik chloru inny pierwiastek

a mianowicie brom.

W związku z tym mamy odpowiednio analogiczne polibromowane di-

benzodioksyny i polibromowane dibenzofurany (PBDD oraz PBDF).

Rozliczne badania wykonane w laboratoriach całego świata nad moŜli-

wością zniszczenia czyli destrukcji tych dioksyn wykazały, Ŝe najwaŜniejszymi

parametrami, które przy ich odpowiedniej wartości niszczą strukturę tych

związków są:

wysoka temperatura procesu spalania (w odniesieniu głównie do temperatu-

ry tzw. dopalania spalin),

dostatecznie długi czas działania wysokiej temperatury.

W związku z powyŜszym, producenci spalarni zaczęli z róŜnym lecz na

dzisiaj raczej miernym skutkiem podnosić temperaturę procesu i wydłuŜać czas

jego trwania.

Podnoszenie temperatury procesu nie jest łatwe, gdyŜ uzaleŜniona jest

temperatura wprost od wartości opałowej paliwa czyli tutaj odpadów a więc

z góry narzucona rodzajem odpadów. Aby natomiast wydłuŜyć czas dopalania

spalin dobudowuje się w spalarniach tuŜ za komorą paleniska (moŜe być ono

komorowe lub bębnowe), tzw. komory dopalania. Zatem im są większe te ko-

1 4

Ś rodkowo-Pomorskie Towarzystwo Naukowe Ochrony Ś rodowiska

Termiczna utylizacja odpadów

mory tym dłuŜszy jest czas przebywania w nich spalin, lecz takŜe im są więk-

sze, tym bardziej rosną koszty inwestycyjne spalarni (konieczne jest tu drogie

zabezpieczenie Ŝaroodporne).

OtóŜ w istniejących spalarniach, nawet tych, które nazywa się najno-

wocześniejszymi, wielkość komór jest taka, Ŝe realny czas przebywania w nich

spalin prawie nie przekracza 2,5 sekundy a temperatura procesu prawie nie

przekracza 1150°C - chociaŜ w celach marketingowych często katalogi produ-

centów podają temperaturę 1200°C - i do tej wartości 1200°C naleŜy podcho-

dzić z duŜą nieufnością.

W związku z powyŜszym naleŜy zauwaŜyć, Ŝe dobre warunki do de-

strukcji dioksyn i furanów mają miejsce w piecach cementownianych, ogrom-

nych urządzeniach energetycznych o średnicach kilku metrów i długości bęb-

nów dochodzących nawet do 240 m - a więc urządzeniach, które powodują, iŜ

czas przebywania w nich spalin jest rzędu 8,5 do około 10 sekund

a równocześnie temperatura jest rzędu około 1600°C do około 1750°C

[9,11,12,13].

Takich warunków oczywiście klasyczne spalarnie nie mają.

Problem jednak polega na tym, Ŝe celem pracy pieców cementownia-

nych jest produkcja klinkieru a dosypywanie odpadów organicznych do wsadu

moŜe mieć miejsce w zakresie ograniczonym tak, aby nie zakłócić głównego

celu pracy pieca - którym jest produkcja dobrego jakościowo klinkieru.

Powszechne zastosowanie na maksymalną skalę pieców cementownia-

nych do utylizacji odpadów miało miejsce juŜ w Stanach Zjednoczonych na

początku lat 90-tych. RównieŜ tam przeprowadzono na szeroką skalę badania

skuteczności takiej likwidacji odpadów takŜe, pod kątem oceny stopnia de-

strukcji dioksyn i furanów w piecach cementownianych. Wyniki okazały się

bardzo dobre i pracując w trakcie badań na najgorszym jakościowo wsadzie

odpadów do tych pieców, otrzymano stopień destrukcji tych związków powyŜej

99,99975%, m.in. [10].

W Polsce w drugiej połowie lat 90-tych z dobrym skutkiem próby li-

kwidacji znacznej ilości odpadów w piecach cementownianych przy stymulo-

waniu całością procesu i bieŜącą jego kontrolą prowadził zespół badaczy z Poli-

techniki Lubelskiej m.in. [11,12,13] oraz takŜe niezaleŜnie Przedsiębiorstwo

Gospodarki Odpadami SANSERW z Gdańska.

Niestety kłopot polega jednak na tym, Ŝe nie wszędzie znajdują się

cementownie, natomiast budowa pieców cementowych dla samej tylko likwi-

dacji odpadów, na dzisiaj jest przedsięwzięciem niemoŜliwym ze względów

ekonomicznych.

Ś rodkowo-Pomorskie Towarzystwo Naukowe Ochrony Ś rodowiska

1 5

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: