gospodarka odpadami Anna Król Politechnika Opolska

Transkrypt

1 Unieszkodliwianie odpadów poprzez ich zestalanie, gospodarka odpadami Anna Król Politechnika Opolska 1

2 Przemysł cementowy swoimi działaniami wpisuje się w filozofię zrównoważonego rozwoju Działania przemysłu utrzymane są w dążeniu do równowagi pomiędzy trzema obszarami działalności: - ekonomicznym, - ekologicznym, - społecznym. 2

3 Zakłady cementowe Modernizacja techniczna wyeliminowanie mokrej metody produkcji klinkieru cementowego mniejsze zużycie energii, obniżenie ilości emitowanych gazów odlotowych, ograniczenie emisji CO 2 - o około 40% na jednostkę wypalanego klinkieru. 3

4 Czym jest klinkier? Uzyskiwany przez wypał w piecu cementowym w wysokiej temperaturze takich surowców jak: wapień, wapień marglisty, margiel, glina czy iłołupek. Klinkier cementowy jest półproduktem do produkcji cementu. Podstawowe tlenki, z których zbudowany jest klinkier to: CaO, SiO 2, Al 2 O 3, Fe 2 O 3 - czyli powszechnie występujące w przyrodzie. 4

5 Czym jest cement? Cement portlandzki czysty uzyskuje się przez przemiał klinkieru cementowego z gipsem w młynach cementu. Dodatek gipsu reguluje czas wiązania (twardnienia) cementu, ponieważ bez obecności siarczanów podczas hydratacji (reakcje minerałów klinkierowych z wodą) twardnienie cementu odbywałoby się za szybko prawie natychmiast po zarobieniu cementu z wodą. 5

6 6

7 Piec obrotowy do produkcji klinkieru cementowego 7

8 Schemat pieca obrotowego do wypalania klinkieru cementowego 8

9 Odpady w przemyśle cementowym stosowane są jako: 1. Substytuty surowców naturalnych w produkcji klinkieru. 2. Substytuty paliw naturalnych paliwa alternatywne. 3. Aktywne dodatki mineralne w składzie cementu. 9

10 Schemat produkcji klinkieru Surowce naturalne Wapń Glina Dodatki żelazonośne Surowce odpadowe Popiół Żużel Dodatki żelazo- Nośne, łupki Naturalne dodatki do cementu Gips Pucolana Odpadowe dodatki do cementu Popiół Żużel Gips z odsiarczania spalin Zestaw surowcowy Wypalanie klinkieru Klinkier Produkcja cementu Paliwo naturalne Paliwo z odpadów 10

11 Stosowanie odpadów jako paliw w produkcji klinkieru Rozdrobniona, wyselekcjonowana frakcja odpadów komunalnych jako paliwo alternatywne Całe opony W 2004 roku europejski przemysł cementowy odzyskał energię z 6 mln ton odpadów, co zaoszczędziło 4 mln ton węgla!!! 11

12 Korzyści wynikające z unieszkodliwiania odpadów w piecach cementowych są dwojakiego rodzaju. Zmniejsza się masa gromadzonych odpadów niebezpiecznych, a jednocześnie producenci cementu uzyskują określone zyski związane z obniżeniem kosztów produkcji klinkieru. Cementownie coraz częściej więc przystosowują swoje rozwiązania technologiczne do możliwości spalania odpadów. 12

13 Ograniczenia technologiczne w stosowaniu paliw z odpadów Ograniczenia technologiczne Ograniczenia technologiczne wynikają z potrzeby zapewnienia prawidłowego przebiegu procesu wypalania klinkieru, a w związku z tym uzyskaniu klinkieru o dobrej jakości oraz dotrzymania obowiązujących norm emisyjnych. Ograniczenia technologiczne można rozpatrywać w kilku aspektach dotyczących: warunków termicznych panujących w piecu, jakości klinkieru, ograniczeń wynikających z bezpieczeństwa ekologicznego. 13

14 Kryteria stosowania paliw alternatywnych w piecu obrotowym do produkcji klinkieru: wartość opałowa > 16 MJ/kg, zawartość chloru < 0,2%, zawartość siarki < 2,5%, zawartość polichlorowanych bifenyli (PCB) < 50 ppm, zawartość metali ciężkich < 2500 ppm, w tym: zawartość rtęci < 10 ppm, zawartość kadmu, talu < 100 ppm. 14

15 Kontrola jakości paliw alternatywnych badania każdej dostawy odpadów w laboratoriach zakładowych oraz zewnętrznych ciągły monitoring emisji w procesie współspalania, wewnętrzne procedury wynikające z funkcjonowania systemu ISO

16 Stosowanie odpadów przemysłowych jako dodatków mineralnych w produkcji cementu Żużel wielkopiecowy Popiół lotny krzemionkowy Reagips 16

17 17

18 Zawartość metali ciężkich w składnikach betonu Rodzaj materiału Zawartość pierwiastka, mg/kg As Hg Cr Cd Pb Co Ni Mn V Cu Zn Tl CEM I 32,5 R , CEM II/B-V 32,5 R CEM III/A 32,5N 6 2,7 17 3,1 22 6, Żużel wielkopiecowy Popiół lotny krzemionkowy 5 3, <5 6 <2, Pył krzemionkowy 4,7 2, Popiół fluidalny n.b. n.b n.b. n.b. 402 n.b n.b. Kamień wapienny 38 1, <2,5 93 <0, <15 18

19 Zawartość metali ciężkich w cementach a wymagania niemieckie dla cementu stosowanego w budowie obiektów na wodę pitną (W347/2004) % wag. Zawartość, 0,0500 0,0450 0,0400 0,0350 0,0300 0,0250 0,0200 0,0150 0,0100 0,0050 0,0000 As Cd Cr Ni Pb Metale ciężkie w ymagania CEM I CEM II/B-V CEM III/A 19

20 Wymywalność metali ciężkich z prób betonu przy zmiennym ph cieczy wymywającej Beton na cementach: ph cieczy wymywającej Stężenie pierwiastka, mg/dm 3 As Cr Cd Pb Co Ni Cu Zn CEM III/A 32,5N CEM II/B-V 32,5R ph = 7 ph = 4 ph = 7 ph = 4 <0,01 0,008 0,002 0,045 0,007 0,005 0,001 0,028 <0,01 0,006 <0,001 0,075 0,005 0,005 0,001 0,010 <0,01 0,006 0,002 0,043 0,009 0,006 0,002 0,007 <0,01 0,008 <0,001 0,027 0,005 0,007 0,003 0,012 20

21 Porównanie stężenia metali ciężkich w wyciągach wodnych z betonów do dopuszczalnych wartości stężeń w wodach przeznaczonych do spożycia przez ludzi (Dz.U.Nr 203, poz.1718) Metal ciężki Wartości stężeń metali ciężkich, mg/dm 3 Wartość dopuszczalna wyciąg wodny z betonu na cemencie: CEM III/A 32,5 N CEM II/B- V 32,5 R Arsen (As) 0,01 <0,01 <0,01 Kadm (Cd) 0,003 0,002 0,002 Chrom (Cr) 0,05 0,008 0,006 Nikiel (Ni) 0,02 0,005 0,006 Ołów (Pb) 0,05 0,045 0,043 Rtęć (Hg) 0,001 0,0002 <0,0001 Miedź (Cu) 2,0 0,001 0,002 21

22 Poziom radioaktywności betonu i jego składników Norma: f 1 =1,2; f 2 =240 Bq/kg 120 Granulow any żużel w ielkopiecow y 100 Popiół lotny krzem ionkow y 80 CEM I 32,5R 60 CEM II/B-V 32,5R 40 CEM III/A 32,5N Beton na CEM I 32,5R 20 Beton na CEM II/B-V 32,5R 0 f 1 x 100 f 2 [Bq/kg] Beton na CEM III/A 32,5N 22

23 Beton na cementach z dodatkami mineralnymi używany jest w budowie oczyszczalni ścieków i systemów przesyłowych wody pitnej 23

24 Zestalanie odpadów niebezpiecznych w matrycach betonowych 24

25 Materiały używane w procesie zestalania odpadów lub osadów ściekowych Cementy CEM I CEM V (zgodne z PN-EN Cement - Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku) Specjalne spoiwa mineralne oparte na dodatkach mineralnych, takich jak: Granulowany żużel wielkopiecowy, Popioły lotne krzemionkowe, Popioły lotne z fluidalnego spalania paliw, Pył krzemionkowy. 25

26 Solidyfikacja Zmiana cech fizycznych odpadów (matryce zestalające o ograniczonej zawartości fazy ciekłej) Zmiana właściwości chemicznych odpadów metale ciężkie w wyniku procesów sorpcji, podstawienia i/lub strącania, przechodzą w postać nierozpuszczalną, co praktycznie uniemożliwia ich wymywanie do środowiska wodnego lub glebowego 26

27 Beton przepuszczalność wymywalność składników - trwałość w środowisku wodnym Beton nie uwalnia do otoczenia składników ciekłych; Zaczyn cementowy: zwarta mikrostruktura b.mała rozpuszczalność własności buforujące trwały w środowisku zasadowym i obojętnym 27

28 Rola produktów hydratacji spoiw w immobilizacji metali ciężkich faza C-S-H uwodnione gliniany i siarczanogliniany wapniowe 28

29 Osady ściekowe pogalwaniczne * 29

30 Metale ciężkie Osady ściekowe pogalwaniczne * W suchej masie osadów, mg/kg s.m W wyciągu wodnym z osadów, mg/kg s.m Wartość dopuszczalna dla wyciągów wodnych z odpadów*, mg/kg s.m. Cr ,7 3,04 0,5 Zn 1441,1 4,44 4,0 Ni 12789,6 8,86 0,4 Cu 38443,5 0,48 2,0 Cd 1133,5 0,71 0,04 Pb 545,8 0,017 0,5 As 20,5 0,015 0,5 Hg 31,8 0,0053 0,01 * Według Rozporządzenia Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 7 września 2005 r. w sprawie kryteriów oraz procedur dopuszczania odpadów do składowania na składowisku odpadów danego typu (Dz. U. Nr 186, poz. 1553) 30

31 Matryce zestalające Betony na cementach: CEM I 32,5R CEM II/B-V 32,5R Osady dodawano w ilości 10% suchej masy w stosunku do zawartości cementu w mieszance betonowej Beton o zawartości cementu 300 kg/m 3, przy w/c= 0,6 Mieszanki betonowe z dodatkiem osadu formowano w kostki o wymiarach 10x10x10 cm. 31

32 Wyciągi wodne Procedura zgodna z metodyką zawartą w EA NEN 7375:2004. Kostki betonu zalewa się odpowiednią ilością wody destylowanej (test przeprowadzono zalewając kostki 4 l wody). Wodę wymienia się w ściśle określonych odstępach czasowych (0.25, 1, 2.25, 4, 9, 16, 36, 64 dni). 32

33 Stężenie metali ciężkich w wyciągach wodnych z matryc zestalających osady pogalwaniczne 0,06 0,05 stężenie e, mg/l 0,04 0,03 0,02 0,01 CEM I CEM II/B-V Norma 0 Cr Ni Cu Cd Pb As norma-rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 27 listopada 2002 r. w sprawie wymagań, jakim powinny odpowiadać wody powierzchniowe wykorzystywane do zaopatrzenia ludności w wodę przeznaczoną do spożycia. Dz. U. nr 204/2002, poz

34 Stężenie metali ciężkich w wyciągach wodnych z matryc zestalających osady pogalwaniczne Stężenie, mg/l Zn Hg CEM I 32,5 R 0,0174 <0,001 CEM II/B-V 32,5 R 0,0083 <0,001 Dopuszczalne stężenie metali ciężkich w wodach 3,0 0,001 34

35 Wytrzymałość na ściskanie betonów na cementach CEM I i CEM II/B-V i betonów z dodatkiem osadów ściekowych pogalwanicznych Wytrzymałość na ściskanie, MP Pa CEM I CEM I +OŚP CEM II/B-V CEM II/B-V +OŚP 7 dni 28 dni 180 dni opis matrycy betonowej 35

36 36

37 Dziękuję za uwagę 37