Dioksyny, furany i dl-pcb. - problemy gospodarki komunalnej. dr hab. inż. Grzegorz Wielgosiński

Transkrypt

1

2 dr hab. inż. Grzegorz Wielgosiński Politechnika Łódzka, Wydział Inżynierii procesowej i Ochrony Środowiska Dioksyny, furany i dl-pcb - problemy gospodarki komunalnej

3 Dioksyny Polichlorowane dibenzo-p-dioksyny Cl O Cl Cl O Cl (75 kongenerów) Polichlorowane dibenzofurany Cl Cl Cl O Cl (135 kongenerów)

4 Dioksyny i furany - aktywność biologiczna

5 PCDDs, PCDFs, PCBs, PCNs

6 Źródła emsji Trace chemistry of fire Bumb R. R. et al. - Science, 1980, 210, Baker J. I., Hites R. A. Environmental Science and Technology, 2000, 34 (14),

7 Powstawanie

8 Źródła a powstawania dioksyn Reakcje chemiczne powodujące zanieczyszczenie produktów organicznych synteza pestycydów, barwników, chlorofenoli, PCB itp. Procesy (reakcje) termiczne spalanie paliw, spalanie odpadów, procesy metalurgiczne, przeróbka złomu, produkcja koksu itp. Reakcje fotochemiczne (pod wpływem światła słonecznego UV), Reakcje enzymatyczne (pod wpływem peroksydaz), Procesy naturalne - wybuchy wulkanów, pożary lasów). Rappe C. - Chemosphere, 1992, 25, 1-2, 41-44

9 Krajowa emisja PCDD/Fs Źródło emisji Procesy spalania w sektorze produkcji energii 7,20 7,37 7,21 7,36 7,29 7,25 8,73 9,13 9,61 10,75 Procesy spalania w gospodarce komunalnej 227,67 207,17 200,64 188,77 189,03 204,21 201,29 191,55 201,25 201,50 Procesy spalania w przemyśle 50,14 44,99 45,74 31,33 37,60 33,63 37,99 42,57 37,30 31,85 Procesy produkcyjne 34,07 33,08 31,81 14,01 16,40 14,88 17,70 18,60 18,77 15,70 Transport drogowy 1,45 0,88 0,64 0,63 0,64 0,63 0,67 0,69 0,75 0,72 Inne pojazdy i urządzenia 0,21 0,06 0,08 0,07 0,07 0,08 0,11 0,08 0,08 0,08 Zagospodarowanie odpadów 12,69 41,09 35,58 32,32 25,12 44,03 71,04 22,26 20,45 21,31 Rolnictwo - 0,61 0,64 1,97 0,71 0,65 0,52 0,07 0,08 0,35 Inne - 112,24 111,03 205,94 110,14 111,00 111,20 110,56 110,99 110,99 Razem 333,43 447,49 433,37 482,40 387,00 416,36 449,26 395,51 399,28 393,26 źródło: KCIE

10 Spalanie węgla a emisja dioksyn Stężenie PCDD/Fs w spalinach ng I-TEQ/m 3 u Masa spalanego węgla t/h Strumień gazów spalinowych m 3 /h Współczynnik emisji PCDD/Fs µg I-TEQ/Mg węgla Kotły energetyczne ze złożem fluidalnym 0, ,025 0, ,033 Małe piece do indywidualnego ogrzewania 9,2 0, ,1 0,

11 Spalarnie w Europie Lokalizacja spalarni odpadów komunalnych w Europie (stan - rok 2008)

12 Spalarnia odpadów 5 Ruszt 4 Lej zasypowy 3 Suwnica z chwytakiem 2 Bunkier 8 Kocioł parowy 9 Ekonomizer 10 Reaktor pół-suchego systemu oczyszczania spalin 11 Stacja przygotowania mleczka wapiennego 14 Komin 1 Hala wyładunkowa 15 Odżużlacz 12 Filtr workowy 16 Przenośniki żużla 6, 7 Wentylator powietrza pierwotnego 13 Wentylator ciągu

13 Spalarnia odpadów Nowa spalarnia odpadów komunalnych Pfaffenau w Wiedniu: - wydajność ok Mg/rok - rozpoczęła pracę w październiku 2008

14 Spalarnia vs.. elektrownie - emisja dioksyn i furanów

15 Mechanizm powstawania dioksyn w PCDDs, PCDFs, procesie spalania WWA, PCBs, PCNs Dalsza synteza Odgazowanie Etylen, acetylen Rodniki: CH 3, CHCl Gazy palne: CH 4, CO Synteza wysokotemperaturowa O 2 Dopalanie Węglowodory aromatyczne: benzeny, chlorobenzeny, fenole, chlorofenole, naftaleny, Węglowodory alifatyczne: metan, etan, chlorometany, chloroetany, aldehydy, alkohole i kwasy karboksylowe CO 2, H O 2 Substancja palna: paliwo, odpady, itp. C, H, O, N, S, Cl O 2 Spalanie Gazy niepalne: CO 2, H2O, HCl, NO, NO 2, N2O, SO, SO, H S Chemizm spalania Uwęglanie Grafit, sadza C H O 2 Zgazowanie CO, H 2 Spalanie O 2 CO, 2 H O 2

16 Jakość spalania

17 Jakość spalania

18 Tlenek węgla podczas spalania Wielkie elektrownie (np. Elektrownia Bełchatów), elektrociepłownie (ZEC Łódź), nowoczesne spalarnie odpadów komunalnych stężenie tlenku węgla 1-5 mg/m 3, Kotłownie osiedlowe i blokowe stężenie tlenku węgla mg/m 3, Nowoczesne piece domowe stężenie tlenku węgla mg/m 3, Stare piece domowe stężenie tlenku węgla mg/m 3,

19 Jakość spalania stężenie CO

20 Wpływ parametrów spalania na bilans powstających dioksyn Parametry spalania Żużel Popioły lotne Pył z elektrofiltru Emisja do atmosfery T = 830 o C CO = 25 ppm 0,33 µg/mg 0,14 µg/mg 21,2 mg/mg 11,2 µg/mg T = 850 o C CO = 1 ppm 0,35 µg/mg 0,22 µg/mg 12,3 mg/mg 1,6 µg/mg

21 Emisja dioksyn pył w spalinach

22 Metody ograniczania emisji dioksyn Adsorpcja na węglu aktywnym (na złożu stałym, przesypującym się, bądź też metoda strumieniowa), Katalityczny rozkład dioksyn na katalizatorze wanadowym lub platynowo-wanadowym, Metoda filtracyjno-katalityczna (REMEDIA firmy W.L. GORE Associates) Metoda absorpcyjno-adsorpcyjna (ADIOX firmy Götaverken Miljö)

23 Metody ograniczania emisji dioksyn Metoda radiacyjna (z wiązką elektronów), Metoda wyładowań koronowych, Adsorpcja w nanorurkach węglowych, Nanokataliza (V 2 O 5, WO 3, MnO 2, CrO 2 ), Wtrysk inhibitorów (związki siarki oraz azotu) blokowanie centrów aktywnych katalizatora (Cu/CuCl 2 ) syntezy de novo.

24 Ograniczanie emisji PCDD/Fs co wybrać?

25 Zmiany stężeń zanieczyszczeń w spalinach na przestrzeni lat Lata Pył mg/m 3 SO 2 mg/m 3 NO x mg/m 3 CO mg/m 3 HCl mg/m 3 Hg mg/m 3 PCDD/Fs ng- TEQ/m 3 ok ? < ? ? > 1990 < 10 < 50 < 100 < 10 < 10 < 0.05 < 0.1

26 Plazma emisja dioksyn

27 Nowa spalarnia w Kopenhadze

28 Nowa spalarnia w Kopenhadze - trasy zjazdowe

29 Spalarnia Maishima w Osace

30 Warte przemyślenia Według Brytyjskiej Agencji Ochrony Środowiska (DEFRA) 15 minutowe sztuczne ognie odpalone na cześć nowego tysiąclecia w Londynie w 2000 roku (ok. 35 Mg materiałów pirotechnicznych) doprowadziły do powstania większej ilości dioksyn niż 120 lat funkcjonowania zakładu przetwarzającego odpady na energię (spalarni odpadów komunalnych) w południowo-wschodnim Londynie (spalarnia SELCHP wydajność Mg/rok). Brytyjska Agencja Ochrony Środowisko 2000, nota sprawozdawcza od APSWG (Stowarzyszona Grupa Parlamentarna ds. Odpadów Utylizacyjnych) autorstwa Neila Carrigana i Prof. Chrisa Cogginsa

31 Podsumowanie Powstawanie dioksyn w procesie spalania jest nie do uniknięcia. Praktycznie wszystkie paliwa zawierają nawet śladowe ilości chloru, co powoduje, że źródło chloru zawsze istnieje, podobnie jak źródło tlenu, zaś źródło węgla można jedynie zminimalizować. Zachowanie prawidłowych warunków spalania - niskiego stężenia tlenku węgla, maksymalnego dopalenia związków organicznych zawartych w spalinach, maksymalnego wypalenia węgla zawartego w po-piele lotnym daje jedynie szanse na minimalizacje powstawania dioksyn i znaczące ograniczenie ich emisji. Im proces spalania jest bliższy termodynamicznego ideału - spalania całkowitego i zupełnego - tym mniej dioksyn ma szanse powstać w tym procesie.