ITPO a środowisko, czyli gospodarka odpadami wpływająca na nasze życie

Wraz z galopującym rozwojem gospodarczym oraz technologicznym w wielu państwach świata dochodzi do intensyfikacji postępu, poprawy komfortu życia oraz znacznej ilości innych, często pobocznych i pomijanych w ostatecznym rozrachunku czynników. Wpływają one w mniejszym lub większym stopniu na wizerunek otaczającej nas codzienności. Dwa z nich to zapotrzebowanie energetyczne oraz ilość generowanych odpadów. Owe czynniki łączą się i wzajemnie przeplatają, co zostanie pokazane w dalszej części artykułu.

Rozważania zacznijmy od ustawowej definicji odpadów komunalnych, która mówi, iż są to odpady powstające w gospodarstwach domowych, z wyłączeniem pojazdów wycofanych z eksploatacji, a także odpady niezawierające odpadów niebezpiecznych pochodzące od innych wytwórców odpadów, które ze względu na swój charakter lub skład są podobne do odpadów powstających w gospodarstwach domowych¹. W związku z tym, jak łatwo się domyślić, do odpadów komunalnych będzie należała ogromna ilość produktów.

Do podstawowych technologii zagospodarowania odpadów, a w tym ich termicznego przekształcania, zalicza się:

– tworzenie wysypisk i odbieranie z nich gazu wysypiskowego wykorzystywanego następnie do generowania energii,

– budowanie spalarni odpadów opartej na prostych systemach spalania,

– tworzenie bloków wielopaliwowych,

– wykorzystywanie gazyfikacji plazmowej,

– zastosowanie połączonych procesów gazyfikacji oraz pirolizy,

– stosowanie fermentacji beztlenowej odpadów organicznych dla uzyskania biogazu.

Jak każdy proces, tak i wskazane powyżej rozwiązania techniczne posiadają swoje wady i zalety. Bez wątpienia do korzyści można zaliczyć:

• zmniejszenie ilości odpadów,
• uzyskanie produktów ubocznych bezpiecznych dla środowiska oraz możliwych do zagospodarowania – np. żużel,
• odzysk energii (elektrycznej oraz cieplnej) – włożonej wcześniej w proces wytwarzania danego dobra materialnego,
• obniżenie wpływu oraz ilości substancji szkodliwych zawartych w odpadach.

Termiczne przekształcanie odpadów bez wątpienia ma w określonym stopniu wpływ na skład ilościowy oraz jakościowy atmosfery, jakość wód, stan gleby, jak również takie czynniki jak emisja hałasu.

Szkodliwe emisje

Biorąc pod uwagę pierwszy z wymienionych obszarów, czyli atmosferę, najbardziej istotna jest emisja szkodliwych gazów w postaci spalin. Obecnie wielkości ekwiwalentów emitowanych spalin są restrykcyjnie reglamentowane przez dyrektywy unijne. Ilości uwalnianych gazów zależą w dużym stopniu od zastosowanej technologii, jak również rodzaju i jakości wykorzystywanych odpadów. Podstawowymi elementami tworzącymi unos zanieczyszczeń kierowanych z zakładu energetycznego do atmosfery są pyły, tlenki węgla, siarki i azotu, pochodne halogenków (HCl oraz HF), jak również organiczne związki z furanami i dioksynami na czele.

W przypadku tlenków siarki ich emisje zależą przede wszystkim od zawartości tego pierwiastka w paliwie, jak również od wielkości unosu. Dzieje się tak, gdyż ponad połowa tworzonych związków siarki pozostaje w żużlu. Pozostała część ulega syntezie do dwutlenku siarki. Duże znaczenie dla ochrony środowiska w tym aspekcie odgrywa rodzaj stosowanej metody odsiarczania spalin.

Tlenki azotu pochodzą w tym wypadku przede wszystkim z procesu utleniania tegoż pierwiastka zawartego w powietrzu. Innym z czynników, wpływających na ich zwiększone generowanie, jest termiczna degradacja struktur odpadów naturalnych.

Pochodne halogenków to przede wszystkim kwas solny powstały w wyniku reakcji gazowego chloru z parą wodną. Źródłem chloru są w tym wypadku przede wszystkim związki organiczne zawarte w paliwach odpadowych. Poza nim pojawiać się może także kwas fluorowodorowy (HF), który jest konsekwencją utylizacji teflonu.

Ilość uwalnianych pyłów zależy w dużej mierze od wielkości nagromadzonego popiołu lotnego w materiale spalanym. Inną kwestią jest przebieg procesu przekształcania termicznego. Należy wziąć pod uwagę, iż zdecydowana część odpadów pochodzenia nieorganicznego nie ulega spalaniu i zostaje przeniesiona do popiołu. W jego skład wchodzi w takim razie cała gama różnych związków, łącznie z metalami toksycznymi – kadm, ołów, rtęć, arsen. Duża ilość pyłów uwalniana jest także już z samego żużlu.

Furany oraz dioksyny mogą być emitowane w wyniku uwalniania ich z odpadów, które nie uległy degradacji lub na skutek niewłaściwie prowadzonego procesu. Innym sposobem na ich powstawanie jest zajście reakcji syntezy w trakcie przekształcania termicznego (utylizacji). Możliwe jest także powstawanie wtórne, np. w układzie chłodzenia spalin.

Wybór technologii termicznego przekształcania jest niezwykle istotny dla ilości emitowanych do atmosfery substancji. Im bardziej proces będzie dostosowany do charakteru odpadów, tym większa ich część ulegnie rozkładowi. Charakter oraz wielkość emisji zależą też w dużej mierze od rodzaju odpadów (komunalne, przemysłowe, szpitalne).

Zobacz też:

Przyszłość dostaw energii w Polsce – zdecentralizowany system czy duzi producenci?

Ścieki

Bazową grupą są ścieki sanitarne, utylizowane najczęściej przez małe oczyszczalnie obecne na terenach zakładów energetycznych. Druga frakcja to ścieki technologiczne, do których często zaliczane są te powstające w wyniku czyszczenia urządzeń ciągu procesowego (zawierają one zwykle detergenty, smary, oleje i/lub resztki paliw) oraz wody opadowe. Kolejną grupę stanowią odpady ciekłe powstałe w wyniku odsiarczania spalin metodą mokrą. Mogą być one zasobne w metale ciężkie oraz w znacznym stopniu zasolone.

Również proces chłodzenia żużla generuje pewne ilości ścieków. Poza metalami ciężkimi oraz zasoleniem, charakteryzują się one także obecnością zawiesin, które należy usunąć. Służą do tego najczęściej zakładowe oczyszczalnie ścieków.

Ostatnia znacząca grupa dotyczy wody kotłowej. Wymaga ona uzyskania odpowiednich, bardzo ścisłych warunków jakościowych, aby mogła być wykorzystywana w procesie. Niezbędne jest w tym celu przeprowadzenie jej przez instalacje demineralizacji oraz dekarbonizacji. Oba wskazane etapy intensyfikują ilości powstających ścieków. Zarówno wody z gaszenia żużla, jak i woda kotłowa mogą krążyć w układzie zamkniętym. Zabezpiecza to w dużym stopniu środowisko przed skażeniem.

Odpady stałe

Bez wątpienia termiczne przekształcanie pozwala na zmniejszenie zarówno masy, jak i objętości składowanych odpadów. Dzięki temu przepełnione dotychczas wysypiska mogą zostać „odchudzone”, a to daje sposobność na ich dłuższe wykorzystywanie.

Podstawowymi odpadami występującymi w formie stałej są żużel, pyły oraz pozostałości z procesów oczyszczenia gazów. W przypadku tego rodzaju odpadów istotna jest zawartość metali ciężkich oraz związków organicznych, które to mogą reagować ze środowiskiem zewnętrznym i tworzyć szkodliwe dla otoczenia oraz zdrowia organizmów związki chemiczne.

Pierwiastkiem szczególnie groźnym, który pojawiać może się w żużlu jest arsen. W przypadku popiołu lotnego ich różnorodność jest zdecydowanie bardziej znacząca. Dotyczy to między innymi wspomnianego arsenu, jak również kadmu czy rtęci. Trudno jednak stwierdzić jaka jest realna skala zagrożenia dla środowiska ze strony odpadów stałych, gdyż ich agresywność zależy od składu spalanego wsadu, jak również od metody przeprowadzania procesu.

Co z tym zrobić?

Istnieje wiele sposobów na zmniejszenie zagrożenia ze strony odpadów generowanych podczas termicznego przekształcania. Zacząć można już na etapie sortowania odpadów. Usuwać z nich należy przede wszystkim te zawierające polichlorki winylu oraz polichlorowane bifenyle, które doprowadzać mogą do powstawania między innymi dioksyn i furanów. Wsad powinien odznaczać się także odpowiednią wartością opałową, niską wilgotnością, niewielką zawartością popiołu lotnego oraz właściwym rozdrobnieniem.  Istotne jest również utrzymywanie ustalonej w instrukcji eksploatacji instalacji temperatury, w której zachodzić ma proces, jak również czasu obecności cząstek odpadów w komorze spalania – pozwoli to na kontrolę stężenia powstających tlenków azotu.

Kolejne aspekty dotyczą zwiększenia skuteczności działania instalacji odpylania, odazotowania oraz odsiarczania spalin. Efektywność pracy tych układów znajduje się obecnie na bardzo satysfakcjonującym poziomie, jednak należy skorelować wybór metody oczyszczania spalin z technologią termicznego przekształcania.

Optymalizacja gospodarki ściekowej powinna polegać na zwiększaniu wykorzystywania obiegów zamkniętych, a odseparowane osady, po wysuszeniu, również poddawać spalaniu. W przypadku odpadów stałych należy dokonywać ich selekcji na podstawie stopnia oraz charakteru oddziaływania na środowisko.

Na wykresie (rys. 1) przedstawione zostały prawdopodobne nakłady finansowe, jakie przeznaczane będą na rozwój technologii dotyczących termicznego przekształcania odpadów aż do roku 2025. Widoczny jest stały wzrost funduszy, które bez wątpienia pozwolą na poprawę wydajności poszczególnych rozwiązań technicznych, a być może przyczynią się też do opracowania nowych technik radzenia sobie z odpadami oraz odzyskiwania z nich energii.

Biorąc pod uwagę wszelkie możliwe zagrożenia wymienione powyżej, a zauważyć należy, iż nie jest to ich pełen zbiór. Termiczne przekształcanie odpadów nie stanowi znacznego zagrożenia dla środowiska, o ile proces ten jest właściwie przeprowadzany, a ewentualne odpady zagospodarowywane zgodnie z przyjętymi normami. Technologie tego rodzaju wykorzystywane są w rozwiniętych krajach już od dziesiątek lat, dzięki czemu większość z nich unika postępującego rozrastania się składowisk odpadów, a przy okazji czerpie zyski z uwagi na generowaną energię. Zauważyć można jednak obfitą gamę substancji chemicznych, którymi trują siebie oraz środowisko naturalne wszyscy ci, którzy spalają odpady w kotłach centralnego ogrzewania, czy nawet w przydomowym ognisku.

Kluczowe dla właściwego funkcjonowania ludzkości pośród środowiska naturalnego jest wprowadzenie pewnych zasad, służących wydłużeniu oraz załagodzeniu wyrządzonych krzywd w tym niestety nadszarpniętym sojuszu. Pomijając kwestię spotykanego już każdym kroku recyklingu, należy zwrócić uwagę na coraz częściej proklamowane hasła, takie jak regeneracja, odnawianie i ponowny użytek dóbr materialnych. Nie wszystkie urządzenia przestające działać trzeba koniecznie wyrzucać. Czasami wystarczy niewielka ingerencja w jego wnętrze, by ponownie tchnąć w nie życie. Z drugiej strony wiele odpadów może posłużyć nam za materiał do wytwarzania innych dóbr.

Podążając jednak tropem tego, co zostało zapisane we wstępie, należy stwierdzić, iż duża ilość odpadów wpływa bezpośrednio na rozrastanie się punktów ich magazynowania (również tych „dzikich”). Doprowadza to do pojawiania się głosów ze strony społeczeństwa w kontekście konieczności sprostania temu problemowi. Z drugiej jednak strony te same grupy społeczne kategorycznie wzbraniają się przed budową zakładów termicznej przeróbki odpadów w ich okolicy, motywując to brzydkim zapachem, pogorszeniem estetyki krajobrazu, zatruciem środowiska oraz zdrowia ich samych.

Literatura

[1]       Art. 3 ust. 1 pkt 7 ustawy z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach (Dz. U. z 2013 r. poz. 21, z późn. zm.).

[2]       World Energy Council, World Energy Resources – Waste to Energy 2016.

[3]       Scottish Environment Protection Agency, Thermal Treatment of Waste Guidelines          2014, maj 2014.

Artykuł ukazał się w magazynie “Energetyka Cieplna i Zawodowa” nr 7/2018. Tematyka publikacji poruszana jest na konferencji Ochrona Środowiska. Energetyka. Ciepłownictwo. Przemysł. 19-20 lutego w Katowicach.

Autor: mgr inż. Wojciech Sikorski, niezależny ekspert