Instytutu Ceramiki i Materiałów Budowlanych

Transkrypt

1 Instytutu Cermiki i Mteriłów Budowlnych Scientific Works of Institute of Cermics nd Building Mterils Nr 31 (pździernik grudzień) Prce są indeksowne w BzTech i Index Copernicus ISSN Rok X Wrszw Opole 2017

2 Prce ICiMB 2017 nr 31: ALFRED NOLEPA * GRZEGORZ SIEMIĄTKOWSKI ** Słow kluczowe: pliw lterntywne, suszenie pliw, emisj NH 3, emisj LZO. Przeprowdzono bdni dwóch próbek pliw lterntywnych wytworzonych n bzie odpdów przemysłowych innych niż niebezpieczne orz n bzie odpdów komunlnych pod kątem emisji moniku i lotnych związków orgnicznych z procesu ich suszeni. Bdni wykonno w suszrni lbortoryjnej dl różnych tempertur i ntężeń przepływu czynnik suszącego. Uzyskne wyniki odniesiono do wrtości dopuszczlnych zwrtych w BAT dl tego procesu. Wyniki bdń koncentrcji LZO i moniku w gzch odlotowych z suszrnią nie przekrczją wielkości emisji podnych w BAT. Pliw lterntywne są cennym źródłem energii cieplnej, ich z stosow nie pozw l n redukcję zużyci nieodn wi lnych p liw kop lnych i jednocześnie n bezpieczne unieszkodliwienie części powst jącego, w wyniku dzi ł lności przemysłowej i socj lno-bytowej, strumieni odp dów. Aby p liwo ltern tywne mogło być wykorzyst ne w pr ktyce, musi ono spełnić określone w runki, tj. nie może mieć neg tywnego wpływu n proces technologiczny, w którym jest stosow ne, nie może pog rsz ć j kości produktu końcowego or z nie może wpływ ć n st n środowisk n tur lnego w stopniu powodującym przekroczenie obowiązujących w tym z kresie st nd rdów. Z tego też względu wym g ni względem p liw ltern tywnych określ ją odbiorcy w z leżności od rodz ju stosow nych technologii i lok lnych uw runkow ń środowiskowych. * Inż., Instytut Cer miki i M teri łów Budowl nych w W rsz wie, Oddzi ł Inżynierii Procesowej M teri łów Budowl nych w ** Dr inż., Instytut Cer miki i M teri łów Budowl nych w W rsz wie, Oddzi ł Inżynierii Procesowej M teri łów Budowl nych w Opolu, g.siemi tkowski@icimb.pl

3 42 ALFRED NOLEPA, GRZEGORZ SIEMIĄTKOWSKI Litertur fchow dotycząc informcji n temt uwrunkowń w zkresie wykorzystni orz wymgń jkościowych w odniesieniu do pliw lterntywnych orz instlcji, w których mogą być stosowne jest brdzo obszern [3 6]. Ntomist brk jest informcji n temt emisji znieczyszczeń z procesu suszeni pliw lterntywnych wytworzonych n bzie odpdów stłych, co przyczyniło się do określeni celu prcy, tj.: określenie wielkości emisji NH 3 i LZO z procesu suszeni pliw lterntywnych, wytworzonych n bzie frkcji plnych wyselekcjonownych z odpdów innych niż niebezpieczne. Jednym z njwżniejszych prmetrów kżdego pliw jest jego wrtość opłow, któr jest uzleżnion oprócz innych czynników od wilgotności. Im wilgotność jest większ, tym więcej ciepł zostnie zużyte n jej odprownie i w konsekwencji mniej ciepł zostje do wykorzystni w procesie technologicznym. W celu zredukowni zwrtości wilgoci w odpdch przeznczonych do wytwrzni pliw lterntywnych nleży je poddć procesowi suszeni, który przebieg w rzeczywistych wrunkch przemysłowych w temperturze ok. 100 C. W trkcie procesu suszeni, rzem z prą wodną, uwlnine są między innymi lotne związki orgniczne (LZO) orz monik (NH 3 ). W czsie relizcji prc bdwczych między innymi korzystno z dokumentu BREF dotyczącego przetwrzni odpdów [2]. Przy czym informcje w nim zwrte dotyczą jedynie dopuszczlnych wrtości emisji znieczyszczeń do środowisk z szeroko rozuminego procesu obróbki odpdów bez szczegółowego odniesieni się do smego procesu suszeni. Informcje te zostły wykorzystne w niniejszym rtykule do porównni uzysknych wyników emisji w odniesieniu do wrtości njlepszych dostępnych technik w zkresie przetwrzni odpdów oddziływni tego procesu n środowisko nturlne. Bdni przeprowdzono w suszrni lbortoryjnej znjdującej się w hli technologicznej opolskiego Oddziłu Instytutu Cermiki i Mteriłów Budowlnych. N rycinie 1 przedstwiono schemt doświdczlnej suszrni fluidlnej (1). Suszrni jest podzielon n dwie części z pomocą dn sitowego (2). Pod dnem sitowym znjduje się komor gorącego powietrz (3), nd nim ntomist komor suszeni (4). N dnie sitowym w komorze suszeni umieszczon jest wrstw mteriłu do suszeni (5). Chłodne powietrze (6) pobierne jest z otoczeni do ngrzewnicy elektrycznej (7) o mocy 30 kw. Gorące powietrze jest trnsportowne rurociągiem (8) do dolnej komory suszrni, skąd poprzez cłą powierzchnię dn sitowego dostje się do wrstwy suszonego pliw. Przez wyminę ciepł pomiędzy gorącym powietrzem pliwem nstępuje odprownie wody i ostudzenie czynnik grzewczego. Miesznin powietrz, pry wodnej i odprownych znieczyszczeń (m.in. NH 3 i LZO) zwrtych w suszonym pliwie jest

4 ANALIZA POZIOMÓW EMISJI NH 3 I LZO W TRAKCIE DOŚWIADCZALNEGO SUSZENIU wyprowdzn z komory suszeni trzem rurociągmi rozmieszczonymi równomiernie n górnej części komory suszeni. Rurociągi te są nstępnie połączone w jeden rurociąg zbiorczy (10), n którym zostły złożone króćce pomirowe do zinstlowni sond i czujników wchodzących w skąd prtury pomirowej do bdni prmetrów gzów odlotowych i wielkości emisji. Gzy odlotowe są zsysne przez wentyltor wyciągowy (11) i wyprowdzne dlej emitorem (12) do tmosfery Ryc. 1. Doświdczln suszrni fluidln w hli technologicznej opolskiego Oddziłu Instytutu Cermiki i Mteriłów Budowlnych Dl mksymlnego ogrniczeni strt ciepł, knły zsiljące suszrnię gorącym powietrzem zostły dodtkowo zizolowne wełną minerlną. Strumień przepływu gzów odlotowych regulowny był ręcznie, z pomocą przepustnicy o regulownym stopniu otwrci. Pomiry wielkości emisji LZO i NH 3 wykonno przy pomocy prtury pomirowej opisnej poniżej. Wielkość emisji LZO określono zgodnie z normą PN-EN 12619:2013 przy pomocy urządzeni J.U.M. OVF 3000 prcującego z wykorzystniem metody ciągłego pomiru z detekcją płomieniowo-jonizcyjną. Dziłnie detektor FID opier się n zjwisku jonizcji tomów węgl orgnicznego w płomieniu wodorowym. Mierzony prąd jonizcji w tym detektorze zleży od ilości tomów węgl orgnicznego splnego w płomieniu detektor. Współczynnik odpowiedzi jest funkcją rozwiązń konstrukcyjnych detektor i dobrnych wrunków prcy. Zletą detektor FID jest to, że reguje on mocnym sygnłem n obecność węgl w związkch orgnicznych, słbszym n obecność nieorgnicznych skłdników węgl orgnicznego.

5 44 ALFRED NOLEPA, GRZEGORZ SIEMIĄTKOWSKI Emisję NH 3 określono zgodnie z normą PN-ISO 10396:2001 z wykorzystniem przenośnego n liz tor DX 4000 z czujnikiem FTIR. Przedmiotem b d ń było p liwo ltern tywne RDF o kodzie , wytworzone n b zie fr kcji p lnych w odp d ch innych niż niebezpieczne, obejmujących odp dy przemysłowe or z komun lne. Do b d ń wykorzyst no dwie p rtie p liw: pierwsz p rti to p liwo ltern tywne wytworzone n b zie odp dów przemysłowych innych niż niebezpieczne; drug p rti to p liwo ltern tywne wytworzone n b zie wysegregow nych fr kcji p lnych innych niż niebezpieczne z odp dów komun lnych. P liw te, ch r kteryzow ły się wilgotnością dochodzącą do 40% w g. W t beli 1 przedst wiono skł d morfologiczny b d nych p liw. T b e l 1 Skłd morfologiczny bdnych próbek pliw Fr kcj próbk nr 1 (p liwo n b zie odp dów przemysłowych) Udzi ł fr kcji [% w g.] próbk nr 2 (p liwo n b zie odp dów komun lnych) Drewno 11,3 5,0 P pier i tektur 5,7 8,9 Tworzyw 59,4 41,6 Tekstyli 1,9 7,9 Odp dy org niczne pozost łe 4,0 Kompozyty 1,9 4,0 Fr kcj < 10 mm 19,8 28,7 Ź r ó d ł o: T b. 1 4, 6 opr cow nie wł sne. Zgodnie z z łożeni mi proces suszeni prow dzony był dl p liw o wilgotności początkowej ok. 40% do wilgotności końcowej RDF odpowi d jącej poziomowi, w z leżności od skł du p liw, ok %. W istniejącym ukł dzie st nowisk doświ dcz lnego był możliwość wykon ni t kich doświ dczeń jedynie w procesie cyklicznego suszeni. Wym g ło to k żdor zowo prow dzeni wcześniejszego wygrzew ni re ktor do temper tury wyższej niż wym g n dl procesu suszeni, n stępnie wyłączeni ukł du grzewczego i wentyl tor wyciągowego, równomiernego usyp ni w rstwy p liw n dnie sitowym susz rni, z łączeni ukł du grzewczego i wentyl tor or z utrzym ni procesu suszeni w z d nej temper turze przez określony cz s. Po wyłączeniu ukł du grzewczego i wenty-

6 ANALIZA POZIOMÓW EMISJI NH 3 I LZO W TRAKCIE DOŚWIADCZALNEGO SUSZENIU ltor wyciągowego orz opróżnieniu wnętrz suszrni z wysuszonego pliw powtrzno cykl złdunku i suszeni. Tki sposób prowdzeni doświdczeni wymuszł zwykle ok min przerwy technologicznie związnej z wypróżnieniem suszrni, jej wyczyszczeniem i równomiernym rozłożeniem n ruszcie nowej prtii pliw RDF. W tym czsie rektor suszący uległ wychłodzeniu. Tempertur pod rusztem suszrni spdł do ok. 30 C. Po złdowniu rektor, włączno ukłd grzewczy orz wentyltor wyciągowy i doprowdzno instlcję do włściwej tempertury prcy (czs ngrzewni trwł przeciętnie 5 7 min). Od momentu uzyskni zdnej tempertury prcy liczono czs suszeni. Zkres bdń obejmowł wyznczenie stężeni moniku i TOC w nstępujących wrunkch temperturowych i powtórzeń procesu suszeni: próbk nr 1 bdni w temperturze: 90 i 105 C 1 seri pomirow, próbk nr 2 bdni w temperturze: 90 C 2 serie pomirowe i w 105 C 3 serie pomirowe. Wrunki w jkich prowdzono poszczególne testy bdwcze T b e l 2 Opis próbki Próbk nr 1 pliwo n bzie odpdów przemysłowych Próbk nr 2 pliwo n bzie odpdów komunlnych Nr serii pomirowej Ms próbki [kg] Czs trwni testu [min] Tempertur suszeni [ C] Strumień gzów wilgotnych w wrunkch umownych * [m 3 u /h] Wilgotność próbki pliw po suszeniu [% wg.] 1 15, , , , , , , , , , , , , ,90 * Wrunki umowne: P u = 1013 hp, t u = 0,1 C. Wyniki bdń stężeń moniku i LZO emitownych z procesu suszeni pliw lterntywnych, które uzyskno w poszczególnych testch, przedstwiono w poniższych tbelch 3 i 4.

7 46 ALFRED NOLEPA, GRZEGORZ SIEMIĄTKOWSKI T b e l 3 Wyniki bdń stężeni moniku w trkcie testów suszeni pliw lterntywnych n stnowisku bdwczym M sowe stężenie moni ku NH 3 [mg/m³ u ] Nr próbki Próbk nr 1 Próbk nr 2 W runki testu 90 C 105 C 90 C 90 C 105 C 105 C 105 C Seri 1 Seri 2 Seri 1 Seri 2 Seri 3 W rtość średni 0,66 0,37 3,09 4,47 4,72 3,59 2,99 Minimum 0,34 0,00 1,83 2,27 3,26 3,30 2,58 M ksimum 1,09 0,90 3,72 5,32 5,51 3,78 3,31 Odchylenie st nd rdowe ± 0,19 ± 0,22 ± 0,48 ± 0,79 ± 0,66 ± 0,12 ± 0,17 T b e l 4 Wyniki bdń stężeni TOC w trkcie testów suszeni pliw lterntywnych n stnowisku bdwczym M sowe stężenie LZO [mg/m³ u ] Nr próbki Próbk nr 1 Próbk nr 2 W runki testu 90 C 105 C 90 C 90 C 105 C 105 C 105 C Seri 1 Seri 2 Seri 1 Seri 2 Seri 3 W rtość średni 2,17 2,81 2,59 3,02 3,34 3,64 3,20 Minimum 1,79 2,30 2,25 2,45 2,94 3,04 2,70 M ksimum 2,58 3,27 3,14 4,50 4,96 5,52 4,83 Odchylenie st nd rdowe ± 0,19 ± 0,21 ± 0,18 ± 0,43 ± 0,41 ± 0,38 ± 0,40 Zgodnie z złożenimi bdwczymi proces suszeni pliw lterntywnych przebiegł w temperturze mksymlnie do 105 o C. W tych wrunkch monik nie powstje. Źródłem emisji moniku są resztkowe znieczyszczeni, które nie zostły wysegregowne z odpdów, zwłszcz komunlnych, będących bzą do produkcji pliw lterntywnych, stąd też wyższą emisję moniku stwierdzono w przypdku prób z pliwem wytworzonym n bzie odpdów komunlnych (próbk nr 2). Wyniki bdń emisji moniku przedstwiono w tbeli 3, nlizując wrtości pokzne w tej tbeli, możn stwierdzić, że stężenie moniku w gzch odlotowych jest brdziej zleżne od zwrtości tego znieczyszczeni w pliwie niżeli od tempertury suszeni. W fzie suszeni pliw lterntywnych emitowne są również lotne związki orgniczne zwne dlej LZO. Zgodnie z definicją LZO podną w Dyrektywie 2010/75/UE, wcześniej w Dyrektywie 1999/13/WE, LZO to kżdy związek orgniczny, który w temperturze 293,15 K m prężność pr nie mniejszą niż

8 ANALIZA POZIOMÓW EMISJI NH 3 I LZO W TRAKCIE DOŚWIADCZALNEGO SUSZENIU ,01 kp, względnie posid nlogiczną lotność w szczególnych wrunkch użytkowni. Wykorzystne do bdń urządzenie pomirowe mierzy emisję węglowodorów jko sumę węgl orgnicznego zwnego TOC. Zkres oznczeni TOC zwier w sobie również oznczenie lotnych związków orgnicznych. W trkcie pomirów pobiern był próbk gzów odlotowych, w których węglowodory znjdowły się tylko w postci gzowej, w związku z czym możn przyjąć, że pomierzone wrtości TOC odzwierciedlją poziomy emisji LZO. Emisj związków orgnicznych w procesie suszeni pliw lterntywnych m źródło podobne do źródł moniku, więc pochodzi od znieczyszczeń znjdujących się w odpdch. Poszczególne związki orgniczne tworzące LZO posidją różne prężności pr, stąd też ich intensywność prowni jest różn. Związki te znjdują się n powierzchni poszczególnych rodzjów odpdów, np. tkniny i ręczniki ppierowe nsycone tłuszczmi i olejmi spożywczymi itp. Ich udził w sumrycznym skłdzie pliw jest niewielki (tb. 1), przy czym nie wszystkie te odpdy są znieczyszczone związkmi orgnicznymi. Skłd chemiczny pliw lterntywnego jest związny z jego morfologią. Anlizując poszczególne wrtości w tbeli 1, możn zuwżyć, że w przypdku próbki nr 1 (pliwo z odpdów przemysłowych) więcej jest tworzyw sztucznych i drewn, ntomist w próbce nr 2 (pliwo z odpdów komunlnych) więcej jest ppieru, tekstyliów, frkcji < 10 mm orz pojwił się frkcj oznczon jko odpdy orgniczne pozostłe w postci liści. Bdni morfologii bdnych pliw lterntywnych wykzły, że różnice w ich skłdzie w odniesieniu do substncji źródłowych będących bzą do ich wytworzeni są niewielkie. Nturlnie odpdy przemysłowe nie będą zwierć tkiej ilości frkcji roślinnej orz frkcji < 10 mm jk odpdy komunlne. M to jednk wpływ n uzyskny stopień wysuszeni bdnego pliw w tych smych wrunkch. Pliwo wytworzone n bzie odpdów przemysłowych, po przeprowdzonym w określonych wrunkch teście, miło wilgotność n poziomie ok. 8 10%, ntomist pliwo wytworzone n bzie odpdów komunlnych, wysuszone w podobnych wrunkch, miło wilgotność n poziomie ok %. Biorąc po uwgę to, że wilgotność wyjściow obydwu rodzjów pliw ksztłtowł się n poziomie 40%, wrunki suszeni były podobne, wżnym czynnikiem w procesie suszeni pliw lterntywnych jest ich struktur, zwłszcz udził frkcji < 10 mm.

9 48 ALFRED NOLEPA, GRZEGORZ SIEMIĄTKOWSKI Ze względu n to, że pliw lterntywne dostrczne do odbiorcy muszą odpowidć normom jkościowym, które są przez niego wymgne, to on decyduje o wrtościch brzegowych dl skłdu jkościowo-ilościowego dnego pliw. Ozncz to również, że w skłd pliw nie mogą wchodzić odpdy zwierjące znieczyszczeni powodujące wzrost emisji pond dopuszczlne normtywy. Dokument BREF pt.: Zintegrowne zpobiegnie i kontrol znieczyszczeń dokument referencyjny nt. njlepszych dostępnych technik przemysł przetwrzni odpdów, sierpień 2006 zwier poniżej zprezentowną tbelę 5 z poziommi emisji z procesu wytwrzni pliw z odpdów. T b e l 5 Wielkość emisji dopuszczlnej w trkcie obróbki odpdów [2] Prmetr Wielkość emisji Jednostk LZO W przypdku niskich łdunków LZO, górną grnicę zkresu mg/m 3 n możn rozszerzyć do 50 NH 3 < 1 20 mg/m 3 n W celu przeprowdzeni nlizy porównwczej mjącej stwierdzić dotrzymnie wymgń BAT, w tbeli 6 zebrno mksymlne wrtości stężeń bdnych znieczyszczeń uzyskne w wyżej opisnych testch w odniesieniu do wrtości dopuszczlnych BAT. W Polsce nie obowiązują dopuszczlne stndrdy emisji dl procesu suszeni pliw lterntywnych, stąd też jko poziom odniesieni przyjęto wrtości podne w wyżej przywołnym dokumencie BREF. T b e l 6 Zbiorcze zestwienie mksymlnych wyników pomirów uzysknych w różnych wrunkch suszeni Tempertur NH 3 LZO jko TOC C mg/m 3 u mg/m 3 u mg/m 3 u mg/m 3 u mx. wrtość dopuszczln mx. wrtość dopuszczln 90 1,09 2, ,90 3, ,72 2, ,32 4,50 < ,51 4,96 < ,78 5, ,31 4, ,36 b.d.

10 ANALIZA POZIOMÓW EMISJI NH 3 I LZO W TRAKCIE DOŚWIADCZALNEGO SUSZENIU Anlizując tbelę 6 możn stwierdzić, że w żdnym przypdku nie miło miejsc przekroczenie wrtości uznwnej jko BAT. Uzyskne wrtości mksymlne ksztłtują się poziomie: NH 3 ok. 28% mksymlnej wrtości dopuszczlnej BAT, TOC ok. 28% mksymlnej wrtości dopuszczlnej BAT. W trkcie bdń wykorzystno dwie próbki pliw lterntywnych. Próbkę nr 1 stnowi pliwo wytworzone n bzie frkcji plnych odpdów przemysłowych innych niż niebezpieczne, ntomist próbkę nr 2 stnowi pliwo wytworzone n bzie frkcji plnych innych niż niebezpieczne odpdów komunlnych. Uzyskne wyniki bdń pozwlją stwierdzić, że próbk nr 1 (pliwo n bzie odpdów przemysłowych) jest źródłem mniejszej emisji moniku i TOC w porównniu do próbki nr 2 (pliwo n bzie odpdów komunlnych). Również stopień redukcji wilgotności był zdecydownie wyższy dl próbki nr 1 niż dl do próbki nr 2. Wielkości emisji moniku i LZO dl obydwu próbek nie przekrczją wrtości stężeń uznwnych, zgodnie z dokumentem BREF [2], jko wrtości BAT. Wymgni odbiorcy wobec jkości pliw lterntywnych stosownych w różnych procesch technologicznych pozwlją stwierdzić, że suszenie pliw nie będzie źródłem emisji moniku i LZO n poziomie powodującym przekroczeni wrtości uznwnych jko BAT. Tempertur gzów wykorzystywnych do suszeni pliw lterntywnych, zwłszcz w przemyśle cementowym, gdzie są one njczęściej wykorzystywne, mieści się w grnicch tempertury, w której prowdzono bdni. Stąd też wyniki uzyskne w poszczególnych testch powinny być porównywlne do wielkości emisji uzyskiwnej w wrunkch przemysłowych *. [1] Ustw z dni 14 grudni 2012 r. o odpdch tekst jednolity z dni 7 listopd 2016 r., Dz.U. z 2016 r. poz [2] Integrted Pollution Prevention nd Control Reference Document on Best Avilble Techniques for the Wste Tretments Industries, August 2006, eippeb.ec.europ.eu/reference/ BREF/wt_bref_0806.pdf ( ). [3] R h m n A., R s u l M.G., K h n M.M.K., S h r m S., Recent development on the uses of lterntive fuels in cement mnufcturing process, Fuel 2015, Vol. 145, s * Prc zostł sfinnsown ze środków n bdni włsne Instytutu Cermiki i Mteriłów Budowlnych.

11 50 ALFRED NOLEPA, GRZEGORZ SIEMIĄTKOWSKI [4] Słdeczek F., Wymgni njlepszych dostępnych technik (BAT) dl współsplni odpdów w przemyśle cementowym, Prce Instytutu Cermiki i Mteriłów Budowlnych 2012, nr 11, s [5] Dyrektyw Prlmentu Europejskiego i Rdy 2010/75/UE z dni 24 listopd 2010 r. w sprwie emisji przemysłowych, Dz.U. UE L 334/17. [6] B o e r d e n E., Jk zwiększyć kloryczność RDF?, ( ). ALFRED NOLEPA GRZEGORZ SIEMIĄTKOWSKI ANALYSIS OF NH 3 AND VOC EMISSION LEVELS DURING EXPERIMENTAL DRYING OF ALTERNATIVE FUELS FROM NON-HAZARDOUS WASTE Keywords: lterntive fuels, fuel drying, NH 3 emission, VOC emission. Two smples of lterntive fuels mde on the bsis of non-hzrdous industril wste nd bsed on municipl wste in terms of mmoni emissions nd voltile orgnic compounds from the drying process were tested. The tests were crried out for different conditions in terms of temperture nd flow rte of the drying gent. The results obtined were referred to the limit vlues included in BAT for this process. The test results showed tht in no cse do they exceed the vlues given in BAT.