Termiczna utylizacja odpadów

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
1
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
most tlenowy
9
1
9
1
8
tlen
2
8
tlen
2
II
I
II
I
7
3
7
tlen
3
6
a)
4
6
b)
4
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
Cl
O
Cl
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
Cl
Cl
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
[ Pobierz całość w formacie PDF ]