Development directions of modern installations in waste management plants system

Transkrypt

1 Archives of Waste Management and Environmental Protection Archiwum Gospodarki Odpadami ISSN , Vol. 11 (2009), Issue 2 p Kierunki rozwoju nowoczesnych instalacji w systemie Zakładów Zagospodarowania Odpadów Wandrasz J. W., Hryb W., Katedra Technologii i Urządzeń Zagospodarowania Odpadów Politechnika Śląska ul. Konarskiego 18A Gliwice; tel. ( ), fax (+48 32) , janusz.wandrasz@polsl.pl wojciech.hryb@polsl.pl Streszczenie W artykule przedstawiono rolę i znaczenie jakie mają do spełnienia Zakłady Zagospodarowania Odpadów (ZZO) w nowoczesnym systemie gospodarki odpadami. Pokazano metodykę oceny efektywności Zakładów Zagospodarowania Odpadów, jak również opisano założenia nowej technologii - rekultywacji czynnej składowisk. Abstract Development directions of modern installations in waste management plants system The role and the significance of waste sorting plants in the modern waste management system are presented. The methods of assessing the effectiveness of waste sorting plants are discussed together with the assumption of new technology concerning landfill active reclamation. 1. Wstęp Realizacja przepisów prawa polskiego, odnoszących się do obowiązkowych poziomów odzysku i recyklingu odpadów opakowaniowych i poużytkowych (Dz. U. nr 109, poz. 752), czy dyrektyw Unii Europejskiej, np. składowiskowej ograniczającej ilość biofrakcji trafiającej na składowiska (dyrektywa w sprawie składowisk odpadów - 99/31/WE) wymaga budowy nowoczesnych zintegrowanych ZZO (Zakładów Zagospodarowania Odpadów). W celu ograniczenia składowania odpadów podlegających biodegradacji państwa członkowskie powinny opracować narodowe strategie redukcji ilości tych odpadów

2 74 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 nr 2 (2009) trafiających na składowiska. W planie tym należy przewidzieć środki służące wspieraniu recyklingu, kompostowania, odzyskiwania energii i surowców oraz produkcji biogazu. Wzrost opłaty marszałkowskiej za składowanie niesegregowanych odpadów komunalnych z 15,91 zł do 75 zł za tonę w 2008 roku przyczyni się do rozwoju selektywnej zbiórki odpadów, a przede wszystkim wymusi konieczność budowy nowoczesnych ZZO pozwalających na znaczne ograniczenie strumienia niesegregowanych odpadów komunalnych kierowanych na składowiska. Wiele miast i gmin stoi obecnie przed problemem budowy tego typu zakładów. Niespełnienie Unijnych Dyrektyw w zakresie gospodarki odpadami skutkować może w najbliższym czasie wysokimi karami nałożonymi przez Unię Europejską. 2. Rola i znaczenie zintegrowanych Zakładów Zagospodarowania Odpadów (ZZO) w systemie gospodarki odpadami. Odpady w systemie ich zagospodarowania stanowić winny źródło odnawialnych surowców, jak i energii. Możliwość właściwego ich wykorzystania ma być realizowana w ZZO w powiązaniu z selektywną zbiórką, procesami sortowania i przetwarzania odpadów. Działania te prowadzą do zwiększenia odzysku surowców wtórnych, pozyskania produktów, takich jak paliwo formowane czy kompost. Argumenty przemawiające za budową ZZO w Polsce: konieczność realizacji przepisów prawa polskiego odnoszących się do obowiązkowych poziomów odzysku i recyklingu odpadów opakowaniowych i poużytkowych (Dz. U. nr 109, poz. 752), jak również dyrektyw Unii Europejskiej np.,,składowiskowej ograniczającej ilość biofrakcji trafiającej na składowiska (dyrektywa w sprawie składowisk odpadów - 99/31/WE), zgodnie z rozporządzeniem z dnia 12 czerwca 2007 r. zmieniającym rozporządzenie w sprawie kryteriów oraz procedur dopuszczania odpadów do składowania na składowisku danego typu obowiązuje zapis, że należy unikać składowania odpadów komunalnych, których ciepło spalania wynosi powyżej 6 MJ/kg suchej masy (Dz. U nr 121 poz. 832), wzrost opłaty marszałkowskiej za składowanie niesegregowanych odpadów komunalnych (w ostatnim okresie z 15,91 zł do 75 zł za tonę). Tak radykalny wzrost opłaty składowiskowej przyczyni się do rozwoju selektywnej zbiórki odpadów, a przede wszystkim wpłynie na konieczność budowy nowoczesnych ZZO pozwalających na znaczne ograniczenie strumienia niesegregowanych odpadów komunalnych kierowanych na składowiska. Ministerstwo Środowiska przygotowało projekt nowelizacji ustawy o odpadach, gdzie przewiduje się możliwość odmowy wydania zezwolenia na prowadzenie działalności polegającej wyłącznie na odbieraniu odpadów komunalnych. Ma to być instrument dla gmin, które będą mogły udzielać zezwoleń tym przedsiębiorcom, którzy zapewnią nie tylko transport odpadów, ale także ich przetwarzanie. Ma to być dodatkowy instrument ograniczający ilość odpadów komunalnych kierowanych na wysypiska.

3 Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol.11, issue 2 (2009) 75 ZZO wymagają nieporównywalnie niższych nakładów inwestycyjnych w porównaniu ze spalarniami odpadów. Inwestycje tego typu są również akceptowane przez społeczeństwo. Spełniają ponadto wymogi o ograniczeniu strumienia odpadów i ich odzysku surowcowym i energetycznym (pozyskanie paliwa formowanego). Kluczowym elementem prawidłowego funkcjonowania tego typu zakładów jest właściwa identyfikacja wsadu, która winna być podstawą organizacji procesu przetwarzania. Instalacje takie mogą różnić się ilością i rodzajem zastosowanych urządzeń, kolejnością ich umiejscowienia w linii technologicznej, a tym samym sposobem realizacji procesu sortowania, co decyduje o jego efektywności. Przy doborze instalacji należy kierować się wielkością strumienia odpadów na wejściu i oczekiwaną przepustowością. W zależności od ilości odpadów i od dalszej koncepcji wykorzystywania wydzielonych z nich frakcji stosowane są różne warianty sortowni. W pracy [1] przedstawiono przykłady instalacji sortowania pochodzących zarówno z Europy, jak i Stanów Zjednoczonych skonstruowanych specjalnie pod kątem rozdziału różnych rodzajów odpadów (makulatury z odpadów domowych, odpadów biurowych, odpadów z supermarketów, odpadów komunalnych). Nowoczesne kompleksowe systemy gospodarki odpadami komunalnymi wdrażane są w krajach wysoko rozwiniętych i tworzone na zasadzie ich segregacji i przetwarzania, która powinna objąć swym zasięgiem odpady z gospodarstw domowych, drobnego przemysłu, usług i handlu. Stosowanie technologii odzysku surowców wtórnych ma swoje uzasadnienie z gospodarczego, a także środowiskowego punktu widzenia. Dyrektywa Rady nr 99/31 z 26 kwietnia 1999 r. w sprawie składowania odpadów (OJ L 182 z 16 lipca 1999 r. s. 1), definiuje pojęcie przetwarzania (obróbki) i dodatkowo określa zasady umieszczania odpadów na składowiskach. Wymaga przyjęcia krajowych strategii, zmierzających do ograniczenia ilości odpadów biodegradowalnych przeznaczonych do składowania. Ograniczenie powinno być osiągane poprzez zastępowanie składowania recyklingiem surowców wtórnych, kompostowaniem, produkcją paliw formowanych, biogazu i innymi działaniami zmierzającymi do odzysku materiałów i energii. Składowane mogą być wyłącznie odpady poddane uprzedniemu przekształceniu (przeróbce) z wyjątkiem odpadów obojętnych w stosunku, do których przekształcenie jest technicznie niemożliwe, przy czym każda z partii trafiająca na składowisko winna mieć swój atest. System gospodarki odpadami obejmuje swoim zakresem zbiórkę, transport, sortowanie i przetwarzanie odpadów oraz docelowe miejsca wykorzystania uzyskanych surowców i produktów. Zaliczyć do nich należy: huty szkła, huty żelaza i stali, huty metali nieżelaznych, przemysł papierniczy, zakłady tworzyw sztucznych, kompostownie, rolnictwo, budownictwo oraz elektrociepłownie i cementownie - czyli potencjalni odbiorcy paliwa formowanego. W celu poprawienia działania systemu gospodarki odpadami należy przeanalizować czynniki mające decydujący wpływ na jego efektywność. Czynnikami tymi są np. regulacje prawne, edukacja społeczeństwa, rozwój systemu selektywnej zbiórki odpadów i

4 76 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 nr 2 (2009) poszerzenie asortymentu zbieranych selektywnie frakcji o odpady kuchenne i zielone, a przede wszystkim budowa nowych zintegrowanych ZZO i rozbudowa istniejących. Celem instalacji sortowania jest uzyskanie frakcji o jak największym stopniu czystości tak, by odbiorca otrzymał produkt o gwarantowanej jakości. Rys.2.1. Sposób organizacji systemu gospodarki odpadami w powiązaniu z ZZO [3]. Optymalizacja procesów powinna być poprzedzona oceną poszczególnych instalacji z uwagi na skuteczność sortowania (wskaźniki odzysku dla poszczególnych frakcji i urządzeń), stopień czystości otrzymywanych frakcji, właściwość doboru urządzeń sortujących i określenie optymalnych parametrów ich pracy. Należy także ocenić lokalny rynek pod kątem odbiorców na odzyskane surowce i produkty, by nie zalegały one na terenie instalacji sortowania, lub trafiały na składowiska. Z instalacji ZZO na składowisko powinny trafiać jedynie te frakcje, które ze względu na swoje właściwości czy wysokie koszty przetwarzania w danym miejscu i czasie nie znajdują zastosowania i nie będą negatywnie oddziaływać na środowisko [2].

5 Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol.11, issue 2 (2009) 77 Rolę i miejsce ZZO w systemie gospodarki odpadami przedstawiono na rys Na rysunku tym pokazano także wzajemne powiązania między poszczególnymi elementami systemu gospodarki odpadami, gwarantujące właściwe działanie całej struktury. Brak jednego z elementów systemu bądź jego złe funkcjonowanie wpływa negatywnie na skuteczność całego systemu [3]. 3. Oszacowanie efektywności ZZO W pracy [3] poddano ocenie różnego rodzaju typoszeregi urządzeń (instalacje sortowania). Analizie poddano siedem różnych instalacji począwszy od prostych instalacji sortowania typowych dla warunków polskich, składających z przesiewacza i kabiny sortowania ręcznego, aż po rozwinięte systemy przetwarzania odpadów pozwalające na otrzymanie paliw formowanych. Dla każdego z typoszeregów przeprowadzono symulację rozdziału próbki odpadów o tej samej masie 10 Mg i tym samym przyjętym składzie morfologicznym. Skład morfologiczny został tak dobrany, aby odzwierciedlał skład morfologiczny odpadów komunalnych typowych dla warunków polskich. Przedstawiona analiza symulacyjna rozdziału próbki odpadów komunalnych w ZZO [3], z oceną skuteczności procesu segregacji realizowanego w różnych typoszeregach urządzeń, w oparciu o znane wskaźniki odzysku i czystości poszczególnych frakcji w rzeczywistych urządzeniach ZZO, tworzy model pozwalający na symulację rozdziału zadanej masy odpadów o znanym składzie morfologicznym. Głównym wyznacznikiem efektywności ZZO jest masowy wskaźnik wykorzystania odpadów, który przedstawia jego zdolność do maksymalnego przetworzenia masy odpadów w użyteczne i zbywalne surowce i produkty, a tym samym ogranicza strumień odpadów kierowanych na składowisko. Masowy wskaźnik wykorzystania odpadów komunalnych dla rozpatrywanych typoszeregów urządzeń można przedstawić wzorem: Gdzie: m = p X1 n 100% X W (3.1) W m - masowy wskaźnik wykorzystania odpadów komunalnych ZZO, %; X p całkowita masa odpadów komunalnych na wejściu do ZZO, Mg; X 1-n całkowita masa wysortowanych surowców przeznaczonych do wykorzystania energetycznego, materiałowego, biologicznego uwzględniająca masę zanieczyszczeń znajdujących się w poszczególnych wydzielonych surowcach i uzyskanych produktach, Mg (przy założeniu, że udział zanieczyszczeń nie dyskwalifikuje możliwości ich dalszego przetworzenia czy wykorzystania spełniony jest warunek zbytu wysortowanych frakcji tzn.: XZ XZ graniczne gdzie: XZ masa zanieczyszczeń w wysortowanej frakcji X; XZ graniczne maksymalny udział zanieczyszczeń w danej frakcji pozwalający jeszcze na jej materiałowe wykorzystanie.)

6 78 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 nr 2 (2009) Rezultaty uzyskane z przeprowadzonych symulacji pozwalają dobrać optymalne, dla danych warunków rozwiązanie i oszacować ilość produktów i surowców otrzymywanych z konkretnego typoszeregu urządzeń. Przykład symulacji rozdziału odpadów dla jednej z analizowanych instalacji przedstawiono na rys.3.1. Wykorzystane w symulacjach wskaźniki sortowalności i czystości zostały wyznaczone na instalacji sortowania w Rybniku, jak również na instalacji sortownia w Turku (Finlandia). Zostały one wyznaczone na podstawie pracy rzeczywistych urządzeń, takich jak: przesiewacze bębnowe, rusztowe, rozdrabniacze, separatory metali magnetycznych, niemagnetycznych, separator powietrzny, itp.. W wyniku przeprowadzonych symulacji rozdziału próbki opadów możliwe było określenie masowego wskaźnika wykorzystania odpadów dla każdego z typoszeregów. Wskaźnik ten pozwala na ocenę efektywności zakładu i prowadzonych procesów. Im wyższy wskaźnik tym mniejszy strumień odpadów trafia na składowisko i wyższe dochody ze sprzedaży surowców i produktów generuje zakład. Rys.3.1. Bilans procesu przetwarzania odpadów dla wybranego typoszeregu urządzeń (symulacja rozdziału poszczególnych składników) [3]. Zastosowane na rysunku oznaczenia: P.B. przesiewacz bębnowy, K.S.R. kabina sortowania ręcznego, R. rozdrabniacz, S.M.M. separator metali magnetycznych, S.M.N.- separator metali niemagnetycznych, S.P. separator powietrzny.

7 Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol.11, issue 2 (2009) 79 Dla danych analizowanych w pracy ZZO dla przyjętego na wejściu składu morfologicznego odpadów otrzymano wskaźniki wykorzystania odpadów w zakresie 21 83%. Najwyższy masowy wskaźnik wykorzystania odpadów (83%) mogą osiągnąć tylko duże nowoczesne i zintegrowane Zakłady Zagospodarowania Odpadów, które nastawione są jednocześnie na formowanie paliw, pozyskanie wartościowych surowców wtórnych, jak również przetwarzanie frakcji biologicznej i mineralnej [3]. 4. Rekultywacja czynna składowisk jako ogniwo systemu Zakłady Zagospodarowania Odpadów (ZZO) najczęściej lokalizowane są przy składowiskach odpadów, dlatego dodatkową funkcją takiego zakładu może być technologia rekultywacji czynnej. Pozwala ona na rzeczywistą rekultywację składowisk szczególnie tych, które nie posiadają odpowiednich zabezpieczeń i stanowią zagrożenie dla środowiska. Technologia ta umożliwia przetworzenie odpadów ze składowiska i wykorzystanie zawartych w nich części palnych jako składników paliwa formowanego. Na składowisku pozostaje jedynie frakcja mineralna odpadów. W 2004 r. w Polsce eksploatowano 1049 składowisk odpadów innych niż niebezpieczne i obojętne (GUS). Do roku 2009 wszystkie składowiska odpadów innych niż niebezpieczne i obojętne muszą spełniać wymogi dyrektywy 1999/31/WE i polskiego prawa. Składowiska niespełniające tych wymogów muszą być do 2009 roku zamknięte. Dlatego kluczową rolę przy ich modernizacji i rekultywacji odegrać może nowa technologia rekultywacji czynnej. Obecnie użytkowane będą jedynie składowiska duże posiadające odpowiednie techniczne standardy, małe składowiska nie posiadające odpowiednich zabezpieczeń są i będą zamykane, ponieważ stanowią zagrożenie dla środowiska, a pośrednio także dla ludzi skażenie wód gruntowych, emisja gazów, itp. Tego typu niebezpieczne miejsca należy poddawać rekultywacji czynnej, która pozwoli na wyeliminowanie zagrożenia dla środowiska. Pomimo tego, że inżynieria składowisk odpadów rozwinęła się do poziomu aktualnie stosowanej koncepcji wielu zabezpieczeń, dzięki którym prawdopodobieństwo zagrożenia człowieka i środowiska zostało znacznie zredukowane, to długoterminowa szczelność stosowanych systemów składowisk nie jest gwarantowana [4]. Rekultywację czynną składowiska przewidziano realizować przy pomocy koparkoładowarki i mobilnego przesiewacza bębnowego w powiązaniu z ZZO. Przesiewacz w normalnym trybie pracy może być wykorzystywany w linii technologicznej hali ZZO a w przypadku prac na składowisku, kierowany w określony jego sektor, co umożliwi odsianie z wybranej masy odpadów frakcję balastową (frakcja podsitowa). Balast masa inertna pozostaje na składowisku, zaś frakcja nadsitowa transportowana jest do ZZO. Pozostałość podsitową gromadzi się wraz z innymi materiałami inertnymi w wyeksploatowanym miejscu składowiska, tworząc wypełnienie górotworu możliwe do dalszej biologicznej aktywności. Obszar eksploatacji wysypiska chroniony jest przed opadami specjalnym systemem ruchomego zadaszenia oraz opcjonalnie wraz z systemem nawiewu powietrza.

8 80 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 nr 2 (2009) Frakcja nadsitowa podawana jest na terenie ZZO do instalacji podawczej kierującej odpady do urządzenia rozdrabniającego i innych urządzeń w celu odzyskania metali magnetycznych, niemagnetycznych, a w efekcie do wytworzenia paliwa formowanego. Znalezienie terenu pod nowe składowiska jest obecnie bardzo trudne głównie ze względów społecznych. Biorąc pod uwagę tempo zapełniania się składowisk i dopiero rozwijający się w naszym kraju system zagospodarowania odpadów, nie wyklucza się że już wkrótce może zabraknąć miejsc na składowanie odpadów i dlatego rekultywacja czynna składowisk wydaje się być jedynym rozwiązaniem. Jej największą zaletą oprócz stworzenia nowych miejsc składowych jest rozwiązanie problemu, jaki stanowią niezabezpieczone stare składowiska dla środowiska, szczególnie w rejonach przyrodniczo cennych. Obecnie eksploatowane składowiska są zapełniane w bardzo szybkim tempie. Trafiają na nie najczęściej odpady komunalne zmieszane nieprzetworzone, bogate są one w wysoko kaloryczną frakcję (np. folie, tekstylia, tektura, itp.) nadającą się jako komponent paliwa formowanego. Dlatego rekultywacja czynna składowiska pozwoli na przetworzenie tych odpadów i pozyskanie nowej powierzchni do składowania, co znacznie wydłuży żywotność składowiska. ZZO będzie pełnił dwie funkcje w czasie jednej zmiany przetwarzane będą odpady przywożone z miasta, natomiast w czasie drugiej zmiany przetwarzane będą odpady pochodzące ze składowiska odpadów komunalnych. Ogólną zasadę technologii rekultywacji czynnej przedstawia rys i 4.2.

9 Archives of Waste Management and Environmental Protection, vol.11, issue 2 (2009) 81 Rys Schemat blokowy z wykorzystaniem sortowni i pozyskaniem paliwa formowanego w systemie rekultywacji czynnej składowisk [3]. Technologia zagospodarowania odpadów wraz z rekultywacją czynną składowisk zostały zgłoszone do opatentowania w roku 2005 pt.,,sposób zagospodarowania odpadów numer P i spotkały się z dużym zainteresowaniem oraz zostały uznane jako nowość międzynarodowych targów ekologicznych Poleko 2005 w Poznaniu [5]. Rys Główna idea rekultywacji czynnej składowisk z pozyskaniem paliwa formowanego [3]. Argumenty, przemawiające za wprowadzeniem technologii rekultywacji czynnej składowisk w powiązaniu z zakładami zagospodarowania odpadów: przetworzenie odpadów komunalnych ze składowiska pozwoli na odzyskanie i wykorzystanie frakcji palnej. Paliwo formowane wytwarzane będzie w ZZO przylegającym do składowiska, przetworzenie odpadów komunalnych ze składowiska, na którym pozostanie jedynie masa inertna (przesiew z mobilnego przesiewacza bębnowego, jak i część frakcji ciężkiej wyseparowanej w ZZO nienadającej się jako komponent paliwa). Rekultywacja czynna składowiska pozwoli na odzyskanie powierzchni do składowania, co umożliwi jego modernizację i dalszą eksploatację, zgodnie z wymogami UE. część z funkcjonujących obecnie składowisk odpadów komunalnych jest pozbawiona jakichkolwiek rozwiązań technicznych zabezpieczających środowisko przed infiltracją odcieków do gruntu. Dlatego rekultywacja czynna spowoduje także pozytywny efekt

10 82 Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska, vol. 11 nr 2 (2009) środowiskowy polegający na tym, że na składowisku pozostanie jedynie masa inertna, która nie będzie miała negatywnego wpływu na środowisko wodno glebowe, rekultywacja czynna składowiska jest pierwszym tego typu przedsięwzięciem w rejonie Europy środkowo-wschodniej i może zrewolucjonizować dotychczasowe poglądy na temat rekultywacji składowisk odpadów komunalnych. Nowy i efektywny sposób rekultywacji czynnej składowisk pozwoli na przedłużenie okresu ich eksploatacji i zmniejszenie przez to konieczności powstania nowych tego typu obiektów. Rekultywacja czynna składowiska charakteryzuje się także tym, że przerywa procesy metanogenezy niezorganizowanej i emisję gazów cieplarnianych. 5. Wnioski Przetwarzanie odpadów komunalnych wymaga budowy nowoczesnych zintegrowanych ZZO rozwiązujących w sposób kompleksowy problem gospodarki odpadami danego regionu oraz rekultywacji czynnej istniejących składowisk. Głównym wyznacznikiem efektywności ZZO jest masowy wskaźnik wykorzystania odpadów, który przedstawia jego zdolność do maksymalnego przetworzenia masy odpadów w użyteczne i zbywalne surowce i produkty, a tym samym ogranicza strumień odpadów kierowanych na składowisko. Najwyższy masowy wskaźnik wykorzystania odpadów mogą osiągnąć tylko duże nowoczesne i zintegrowane ZZO, które nastawione są jednocześnie na formowanie paliw, pozyskanie wartościowych surowców wtórnych jak również frakcji biologicznej i mineralnej z odpadów komunalnych. Rekultywacja czynna składowisk w powiązaniu z ZZO jest technologią pozwalającą na przetworzenie odpadów ze składowiska i wykorzystaniu zalegającej tam wysoko kalorycznej frakcji jako komponentu paliwa formowanego.,,praca naukowa finansowana ze środków na naukę w latach jako projekt badawczy Literatura [1] Wandrasz J.W., Wandrasz A. J.: Paliwa formowane, biopaliwa i paliwa z odpadów w procesach termicznych, Wyd.,,Seidel-Przywecki Sp. z o. o., Warszawa 2006 [2] Wandrasz J.W., Hryb W.:,,Rola i znaczenie instalacji sortowania w systemie gospodarki odpadami Czystsza Produkcja w Polsce, wyd. Simpress 6/2003, s. 18. [3] Hryb W.:,, Analiza optymalizacyjna procesów segregowania i sortowania odpadów Rozprawa doktorska, maszynopis dostępny w bibliotece Katedry Technologii i Urządzeń Zagospodarowania Odpadów, Gliwice, [4] Bilitewski B., Hardtle G., Marek K.:,, Podręcznik Gospodarki Odpadami, wyd. Seidel Przywecki Sp. z o.o., Warszawa 2003 [5] Wandrasz J. W., Hryb W., Dec O.: Zgłoszenie patentowe; pt. Sposób zagospodarowania odpadów, numer zgłoszenia: P ; 2005 rok