U N I W E R S Y T E T Z I E L O N O G Ó R S K I. Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska

Transkrypt

1 U N I W E R S Y T E T Z I E L O N O G Ó R S K I OCZYSZCZANIE ŚCIEKÓW I PRZERÓBKA OSADÓW ŚCIEKOWYCH, 2009 Dr inż. Grażyna TOTCZYK, dr inż. Katarzyna KOŁECKA Uniwersytet Technologiczno-Przyrodniczy w Bydgoszczy, Wydział Budownictwa i Inżynierii Środowiska TERMICZNA UTYLIZACJA ODPADÓW MEDYCZNYCH NA PRZYKŁADZIE FUNKCJONOWANIA ZAKŁADU UTYLIZACJI OPADÓW MEDYCZNYCH W BYDGOSZCZY 1. Wprowadzenie Nadrzędnym aktem prawnym regulującym gospodarkę odpadami w Polsce była Ustawa o odpadach z dnia [1]. Ustawa ta w październiku 2005 r. została zmieniona m. in. w kwestii postępowania z odpadami medycznymi [2]. Ustawy te definiują odpady jako każdą substancję lub przedmiot, których posiadacz pozbywa się, zamierza pozbyć się lub do ich pozbycia się jest obowiązany. Natomiast odpady medyczne to odpady powstające w związku z udzielaniem świadczeń zdrowotnych oraz prowadzeniem badań i doświadczeń naukowych w zakresie medycyny. Wymienione ustawy określają także zasady postępowania z odpadami, a przede wszystkim mówią o tym jak: zapobiegać powstawaniu odpadów, minimalizować ich ilość, usuwać odpady z miejsc powstawania, a także odzyskiwać lub unieszkodliwiać odpady w sposób zapewniający ochronę życia i zdrowia ludzi oraz ochronę środowiska [3]. Podstawowy podział odpadów podano w Rozporządzeniu Ministra Środowiska w sprawie katalogu odpadów z dnia [4]. Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia w sprawie szczegółowego sposobu postępowania z odpadami medycznymi [5] określa podział odpadów na odpady zakaźne (odpady niebezpieczne, które zawierają żywe mikroorganizmy lub ich toksyny, o których wiadomo lub co do których istnieją wiarygodne podstawy do przyjęcia, że wywołują choroby zakaźne u ludzi lub innych żywych

2 organizmów), odpady specjalne (odpady niebezpieczne, które zawierają substancje chemiczne, o których wiadomo lub co do których istnieją wiarygodne podstawy do sądzenia, że wywołują choroby niezakaźne u ludzi lub innych żywych organizmów albo mogą być źródłem skażenia środowiska) oraz odpady pozostałe (odpady medyczne nieposiadające właściwości niebezpiecznych). Główny Inspektor Sanitarny podzielił odpady medyczne na 4 grupy: odpady bytowo-gospodarcze, odpady specyficzne przeznaczone do unieszkodliwiania, odpady specjalne oraz odpady wtórne [6]. 2. Charakterystyka odpadów medycznych i sposoby ich unieszkodliwiania Odpady medyczne generowane są przez ośrodki służby zdrowia, weterynaryjne, badawcze, laboratoria i zakłady farmakologiczne. Do tej grupy można również zaliczyć pozostałości z domowego leczenia (dializy, podawanie insuliny itp.) Odpady o charakterze szpitalnym zazwyczaj rozpatruje się jako bardziej niebezpieczne niż komunalne. Główne niebezpieczeństwo wiąże się z możliwością skażenia środowiska patogenami i bakteriami chorobotwórczymi takimi jak: bakterie, prątki, wirusy, grzyby i pasożyty. Z tego powodu odpady medyczne mogą stać się źródłem infekcji. Należy wymienić zakażenia takimi chorobami jak: cholera, trąd, wąglik, tyfus A, B, C, dżuma, ospa, choroba Heinego- Medina, czerwonka, wścieklizna, tularemia, tyfus, febra Q, nosacizna, gruźlica, czy HIV [7]. Problemy z unieszkodliwianiem odpadów medycznych wiążą się przede wszystkim z koniecznością przeciwdziałania skażeniom biologicznym (epidemiologicznym) potencjalnie przez nie wywoływanymi. W wielu badaniach [7] wykazano, że przy prawidłowo prowadzonym procesie segregacji, koncentracja substancji infekcyjnych w odpadach medycznych jest przeważnie niższa niż w odpadach pochodzenia domowego. Poza tym bardzo duża zawartość w odpadach szpitalnych środków dezynfekujących, przyczynia się do ograniczenia przetrwania drobnoustrojów. W 2004 r. w placówkach medycznych selektywnie zebrano około 20 tys. ton odpadów medycznych, które w całości przekazano do unieszkodliwienia. Odpady te były odbierane przez firmy i unieszkodliwiane głównie przez termiczne przekształcanie, dezynfekcję termiczną lub autoklawowane. Według stanu na dzień 31 października 2006 r. funkcjonowało 37 spalarni odpadów medycznych i weterynaryjnych o łącznej mocy przerobowej około 4 tys. kg/h, a ponadto 9 innych instalacji do termicznego przekształcania opadów przyjmowało do spalania odpady medyczne i weterynaryjne [8]. Przyjmując wzrost ilości udzielanych porad medycznych o około 1% rocznie, prognoza ilości powstających odpadów medycznych w lecznictwie otwartym (poradnie i praktyki lekarskie) przedstawia się następująco [8]: r. - 8,4 tys. ton odpadów, w tym 2,5 tys. ton odpadów niebezpiecznych; r. - 8,8 tys. ton odpadów, w tym 2,6 tys. ton odpadów niebezpiecznych;

3 r. - 9,2 tys. ton odpadów, w tym 2,7 tys. ton odpadów niebezpiecznych. Rozporządzenie Ministra Zdrowia w sprawie dopuszczalnych sposobów i warunków unieszkodliwiania odpadów medycznych z dnia [9] reguluje alternatywne w stosunku do spalania sposoby unieszkodliwiania odpadów medycznych. Są to takie metody jak: autoklawowanie, dezynfekcja termiczna, działanie mikrofalami oraz inną obróbkę fizycznochemiczną. Proces autoklawowania (sterylizowanie parowe) odpadów medycznych i weterynaryjnych prowadzi się w komorach ciśnieniowych nasyconych parą wodną z zachowaniem parametrów procesu zapewniających pozbawienie tych odpadów właściwości zakaźnych. Metoda ta jednak nie jest najlepsza, jeśli chodzi o unieszkodliwianie niektórych typów odpadów medycznych, w tym nisko radioaktywnych, rozpuszczalników organicznych i odczynników laboratoryjnych, odpadów chemoterapeutycznych i farmakologicznych [10]. Metoda dezynfekcji termicznej umożliwia 80% redukcję objętości odpadów i 20-35% redukcję masy. Metoda nadaje się do unieszkodliwiania odpadów infekcyjnych i przedmiotów ostrych. Jednak dezynfekcja termiczna nie powinna być stosowana do materiałów nisko radioaktywnych [10]. Bardzo ważnym zagadnieniem jest dezynfekcja chemiczna. W praktyce lekarskiej do dezynfekcji stosowane są chloramina T i dwuchloramina T pochodne chloru, bromu i jodu (podchloryny) używane są również jako silne środki bakteriobójcze. Wymienić należy również takie zawiązki jak: fenole, krezole, bezwodne alkohole i ich roztwory. Podstawowe działanie dezynfekcji chemicznej polega na nasycaniu odpadów chlorem i następnie fizycznym ich rozdrabnianiu przez młyny. Unieszkodliwianie odpadów medycznych za pomocą mikrofal wymaga, aby odpady posiadały odpowiednią wilgotność, były w sposób właściwy rozdrobnione i przygotowane oraz odpowiedni czas przebywały w strefie oddziaływania promieniowania mikrofalowego [10]. Proces działania mikrofalami składa się z kilku faz. Pierwszy etap to czyszczenie parą aby zmniejszyć zanieczyszczenie lotnymi patogenami. Kolejne stadium to mechaniczne kruszenie odpadów zanim zostaną zamoczone. Tak przetworzone odpady trafiają do urządzenia, gdzie poddawane są działaniu promieniowania mikrofalowego przez około 30 minut lub dłużej, w zależności od typu urządzenia i rodzaju odpadów. Gdy skończy się działanie promieniowania, odpady są przetrzymywane w temperaturze co najmniej 95 C, aby zagwarantować właściwą dezynfekcję. W październik 2005 r. została zmieniona ustawa o odpadach [1]. Zmiana ta polegała m.in. na wprowadzeniu nowego ustępu, w którym jest mowa o tym, że zakazuje się unieszkodliwiania zakaźnych odpadów medycznych w inny sposób niż spalanie w spalarniach odpadów. Warunki jakim muszą odpowiadać procesy termicznego przekształcania odpadów reguluje Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia [12].

4 Metoda termicznej utylizacji odpadów medycznych jest skuteczna w zwalczaniu mikroorganizmów obecnych w tych odpadach. Prowadzi do znacznego zmniejszenia objętości odpadów (do 90%) trafiających na wysypisko, co ma istotny wpływ na koszt składowania oraz powoduje redukcję masy o 60-70%. Dodatkowo poza utylizacją odpadów uzyskujemy możliwość wytwarzania energii elektrycznej lub cieplnej. Jednak w trakcie termicznej utylizacji następuje emisja substancji toksycznych (pył, dwutlenek siarki, tlenek węgla, chlorowodór, fluorowodór, metale ciężkie, dioksyny i furany). Pozostałości po procesie, takie jak popiół czy żużel, są nadal niebezpieczne. Dodatkowo w metodzie tej trzeba stosować bardzo kosztowne urządzenia kontrolne i filtrujące. Ze względu na parametry techniczne, a także sposób organizacji procesu termicznej utylizacji odpadów medycznych wyróżniamy: proces uwęglania oraz proces spopielania. Proces uwęglania [11] opiera się na zjawisku termicznego rozkładu substancji organicznej (nazywanego pirolizą) i przebiega w zakresie temperatur: C bez dostępu tlenu. Produktami procesu uwęglania (odgazowania) są m.in. karbonizat (koks procesowy), gaz zawierający różnorodne produkty chemiczne chlorowane i niechlorowane, WWA, a także ciecze, substancje smoliste i inne. Skład produktów uwęglania jest zależny od temperatury przebiegu reakcji. Produkty procesu pirolitycznego odgazowania zawierają ponadto takie składniki jak: H 2 0, C0 2, NH 3, HCI, H 2 S, CH 4 i węglowodory alifatyczne wyższego rzędu. Produkty te ze względu na swoje właściwości nie powinny trafić do środowiska. Kolejną grupę procesów termicznego przekształcania odpadów stanowią procesy w wyniku, których uzyskuje się produkt stały (substancję pozbawioną palnych związków organicznych, popiół). Procesy spopielania mogą przebiegać z ograniczonym dostępem tlenu, jak i przy jego nadmiarze. Zgazowanie i spalanie przebiegają z udziałem pirolizy. Piroliza ma decydującą przewagę nad utlenianiem w procesie zgazowania, odwrotnie niż w procesie spalania [11]. Proces zgazowania oparty jest na reakcjach egzotermicznych, czyli takich, w których wydziela się energia podnosząc temperaturę, aby podtrzymać reakcje endotermiczne, które pochłaniają energię (obniżają temperaturę) w celu tworzenia składników palnych. Produktami procesu zgazowania są: gaz palny, ciecze, oraz substancja mineralna, metale, szkło, itp. Procesy spalania można podzielić na: całkowite, zupełne, niecałkowite i niezupełne. Spalanie stałej substancji organicznej w postaci ziarna podzielić można na kilka faz, dlatego przy organizacji procesu spalania należy uwzględnić czas przebiegu każdej fazy. 3. Opis obiektu Zakład Utylizacji Odpadów Medycznych (ZUOM) w Bydgoszczy w 2004 roku został zmodernizowany. Oddana do eksploatacji nowa instalacja jest jedną z najnowocześniejszych w Polsce, której podstawę stanowi system wielostrefowego spalania odpadów niebezpiecznych w układzie 4. godzinnym typu 380/21 + LASH australijskiej firmy ENTECH Renewable Energy Technologies

5 na licencji firmy HOVAL, wykorzystujący technologię bezściekowego oczyszczania spalin. Praca instalacji oparta jest na współpracy z systemem dostawy odpadów, ich gromadzeniem oraz załadunkiem. Schemat technologiczny instalacji termicznej utylizacji odpadów medycznych oraz oczyszczania spalin wylotowych przedstawiono na rys. 1.

6 Gazy powstałe w komorze zgazowania odpadów przenoszone są przez tzw. premixer, do komory dopalania - termoreaktora. W tym urządzeniu zainstalowany jest dodatkowy wentylator, dzięki któremu proces dopalania odbywa się z udziałem nadmiaru tlenu dostarczanego z powietrza. Następuje redukcja zawartości tlenku węgla CO. Po przejściu gazów przez układ dopalania, wędrują one do układu retencyjnego termoreaktora, wyposażonego w dwa palniki gazowo - olejowe, których podstawowym zadaniem jest utrzymanie minimalnej temperatury procesu na poziomie 1100 C. Następnie gazy (o wysokiej temperaturze) przechodzą z termoreaktora do kotła odzysknicowego, gdzie następuje proces schładzania, przy jednoczesnym odzysku ciepła w postaci pary wodnej nasyconej. Schłodzone gazy pirolityczne wędrują do chłodnicy spalin, gdzie następuje dalszy spadek temperatury. Do spalin dozowany jest sorbent w postaci wodorotlenku wapnia Ca(OH) 2 i pylistego węgla aktywnego, który wiąże się z kwaśnymi składnikami spalin. Następnie gazy wędrują do układu oczyszczania - suchego filtra tkaninowego. Ostatni etap polega na oczyszczaniu mokrym przez tzw. płuczkę mokrą. Urządzenie składa się z kolumny schładzającej (zraszanej roztworem NaOH i wodą) oraz kolumny absorpcyjnej z dwiema warstwami fluidalnymi. Jest to końcowe oczyszczanie spalin z pozostałości SO 2 oraz innych niebezpiecznych związków. Cały proces kontrolowany jest przez komputery. 4. Metodyka badań Analiza efektywności procesu utylizacji odpadów w ZUOM w Bydgoszczy przeprowadzona została na podstawie ewidencji ilościowej odpadów z lat i dotyczyła masy odpadów utylizowanych oraz odpadów potechnologicznych. Na podstawie tych danych obliczono redukcje masy odpadów. Analizę spalin powstałych podczas termicznej utylizacji odpadów medycznych, przeprowadzono w oparciu o wyniki badań: gazów wylotowych analizowanych za pomocą urządzenia FT-IR GASMET CX-4000 firmy Gasmet Technologies Oy z Finlandii, lotnych związków organicznych analizowanych za pomocą urządzenia HFID niemieckiej firmy J.U.M Engineering GmbH oraz ilości pyłu mierzonych pyłomierzem DURAG D-R 800 niemieckiej firmy Durag GmbH [13]. 5. Wyniki i dyskusja W ZUOM unieszkodliwiane są głównie odpady wytwarzane przez Centrum Onkologii. W ostatnich latach wzrosła działalność obiektu, który zaczął współpracować z jednostkami ochrony zdrowia regionu kujawsko-pomorskiego. Obecnie zakład obsługuje około 500 klientów zewnętrznych, oferując kompleksową usługę unieszkodliwiania odpadów. Analizowany obiekt współpracuje z gabinetami lekarskimi i stomatologicznymi, gabinetami kosmetycznymi, przychodniami, zakładami opieki zdrowotnej, aptekami, hurtowniami farmaceutycznymi, laboratoriami i lecznicami weterynaryjnymi.

7 Zakład realizuje unieszkodliwianie produktów leczniczych podrobionych, zepsutych, sfałszowanych lub, którym upłynął termin ważności, zawierających środki odurzające czy substancje psychotropowe. Klasyfikację odpadów z podziałem na kategorie zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 27 września 2001 [14] unieszkodliwianych w ZUOM w latach przedstawiono na rys.2. Największą grupę odpadów medycznych (85%) stanowią odpady zawierające żywe drobnoustroje chorobotwórcze lub ich toksyny, które mogą wywoływać choroby u ludzi i zwierząt. Przyczyną tak dużej ilości tych odpadów jest wysoka liczba osób hospitalizowanych w Centrum Onkologii oraz wzrost ilości używanych przedmiotów jednorazowego użytku. Masę odpadów medycznych unieszkodliwianych w ZUOM w Bydgoszczy oraz masę odpadów potechnologicznych, które powstały po procesie spalania podano w tabeli 1. Tabela 1. Ilości utylizowanych odpadów medycznych oraz odpadów technologicznych, kg/rok Table 1. Amount of utilized medical wastes and wastes forming after process, kg/a Rok Unieszkodliwiane odpady medyczne Odpady technologiczne powstałe w wyniku unieszkodliwiania Redukcja masy odpadów. % ,4 86,9 89,4 89,7 91,1

8 Masa odpadów utylizowanych w kolejnych latach wyraźnie wzrasta: w roku 2004 wynosiła kg, natomiast w 2008 roku kg, czyli prawie dwukrotnie więcej. Coraz większa masa odpadów wynika ze wzrastającej liczby udzielanych świadczeń medycznych, ambulatoryjnych oraz liczby pacjentów hospitalizowanych. Drugim czynnikiem jest wzrost współpracujących z ZUOM jednostek ochrony zdrowia. Do odpadów technologicznych zaliczane są (zgodnie z Rozporządzeniem [14]) odpady stałe z oczyszczania gazów odlotowych oraz żużle i popioły paleniskowe. Na podstawie uzyskanych danych [13] stwierdzono, że masa odpadów poprocesowych wzrasta (tabela 1). Jest to spowodowane zwiększeniem przepustowości instalacji do termicznego unieszkodliwiania odpadów. Przeprowadzone w 2005 r. badania żużli i popiołów paleniskowych wykazały, że nie posiadają one właściwości niebezpiecznych [13]. Obecnie odpady te odbierane są przez Zakład Utylizacji Odpadów Sp. z o.o. w Koninie. Zestawione w tabeli 1 wartości redukcji masy odpadów mają tendencję wzrostową (od 86,9% w roku 2005 do 91,1% w roku 2008) i są wyższe od danych literaturowych [7]. Zgodnie z wymogami w ZUOM prowadzony jest ciągły monitoring jakości spalin. Dodatkowo raz na 2 lata wykonuje się szczegółowe badania kontrolne. Wyniki z przykładowych badań kontrolnych pomiarów emisyjnych zestawiono w tabeli 2. Tabela 2. Porównanie zmierzonych wartości stężeń zanieczyszczeń w spalinach z dopuszczalnymi [15] Table 2. The comparison of measured and permissible values of pollutants concentrations in combustion gases [15] Lp. Nazwa zanieczyszczenia Stężenie zmierzone w war. um. g.s. mg/m 3 Stężenie przeliczone na 11% O 2 mg/m 3 1 Pył 2,60 2, SO, 2,66 3, NOi 115,80 130, CO 1,30 1, chlorowodór 1,18 1, węgiel organiczny 0,14 0,16 20 Stężenie dopuszczalne mg/m 3 7 kadm+tal 0,003 0,002 0,05 8 Co, Sb, As, Pb, Cr. Cu, Mn, Ni, V 0,05 0,06 0,5 9 rtęć 0,0006 0,0007 0,05 10 fluorowodór 0,12 0,

9 W tabeli tej umieszczono również wartości dopuszczalnych stężeń określonych w Rozporządzeniu [15]. Zgodnie z Rozporządzeniem [15] stężenie zanieczyszczeń przeliczono na normatywną ilość tlenu wynoszącą 11%, podczas gdy rzeczywista średnia zawartość tlenu w spalinach wynosiła 11,48%. Podczas badań średnie natężenie przepływu spalin w warunkach umownych w przeliczeniu na gaz suchy i normatywną ilość tlenu wynosiło 1766,3 m 3 /h. Dokonywane pomiary emisyjne wykazują że poziom emisji wszystkich oznaczanych substancji jest znacznie niższy od określonych wartości normatywnych. Z tego względu można stwierdzić, że ZUOM w Bydgoszczy, z punktu widzenia ochrony powietrza, stanowi minimalną uciążliwość dla środowiska. 6. Wnioski Ze względu na obowiązujące przepisy prawne z dziedziny ochrony środowiska, odpady medyczne poddaje się głównie procesom termicznego unieszkodliwiania w spalarniach. Na podstawie przeprowadzonej analizy funkcjonowania ZUOM w Bydgoszczy w latach stwierdzono: - prawie dwukrotny wzrost masy utylizowanych odpadów medycznych; - redukcję masy odpadów medycznych wynoszącą od 86,9 do 94,4%; - jakość spalin spełnia wartości normatywne; - z punktu widzenia ochrony powietrza zakład nie stanowi zagrożenia dla środowiska. 7. Literatura [I ] Ustawa o odpadach z dnia Dz.U nr 62, poz [2] Ustawa z dnia o zmianie ustawy o odpadach oraz o zmianie niektórych innych ustaw - Dz.U nr 175, poz [3] Rosik-Dulewska C. - Podstawy gospodarki odpadami, 2005, Warszawa, PWN. [4] Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie katalogu odpadów z dnia Dz.U nr 112, poz [5] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia w sprawie szczegółowego sposobu postępowania z odpadami medycznymi - Dz.U nr 162, poz [6] Wytyczne Głównego Inspektora Sanitarnego w sprawie klasyfikacji odpadów medycznych. [7] Muszyński Z., Konieczny J. - Odpady medyczne zagrożenia i unieszkodliwianie, 1996, Poznań, Materiały Konferencyjne: Utylizacja odpadów medycznych, Wydawnictwo ABRYS. [8] Uchwała Rady Ministrów nr 233 z dnia w sprawie krajowego planu gospodarki odpadami M.P z dnia

10 [9] Rozporządzenie Ministra Zdrowia w sprawie dopuszczalnych sposobów i warunków unieszkodliwiania odpadów medycznych z dnia Dz.U nr 8, poz [10] [I I]Wandrasz J.W. - Gospodarka odpadami medycznymi, 2000, Poznań, Wyd. Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych. [12] Rozporządzenie Ministra Zdrowia z dnia Dz.U nr 200 poz [13]Źródłowe materiały Zakładu Utylizacji Odpadów Medycznych Centrum Onkologii w Bydgoszczy. [14] Rozporządzenie Ministra Środowiska w sprawie katalogu odpadów z dnia27 września Dz.U nr 112 poz [15] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia w sprawie standardów emisyjnych z instalacji - Dz.U nr 260 poz Streszczenie Odpady medyczne stanowią szczególnie niebezpieczną grupę odpadów. Z tego względu poddawane są one głównie procesom termicznego unieszkodliwiania w spalarniach. Zasadniczą zaletą tej metody jest wysoka redukcja masy i objętości odpadów, a wytwarzana podczas spalania energia może być wykorzystywana na terenie spalarni. Do wad tej metody należy emisja substancji toksycznych (tj. pyły, dwutlenek siarki, tlenek węgla, chlorowodór, fluorowodór, metale ciężkie), konieczność utylizacji pozostałości po spalaniu oraz wysokie koszty instalacji kontrolnych i filtrujących spalin. W artykule przedstawiono wyniki badań dotyczące redukcji masy odpadów oraz jakości powstających spalin z Zakładu Utylizacji Odpadów Medycznych w Bydgoszczy. Słowa kluczowe: utylizacja odpadów medycznych, spalania, spaliny Abstract Medical wastes are very dangerous. For that reason they are mainly thermal utilized in incinerating plants. The advantage of this method is high reduction of wastes mass and volume. Produced energy can be used in incinerating plant. The disadvantage of this method is emission of toxic substances (i.e. dust, sulfur dioxide, carbon monoxide, hydrogen chloride, hydrogen fluoride, heavy metals) the.necessity of utilization of residues after incineration as well as high cost of control and filter installations. In this paper results concerned reduction of waste mass and quality of combustion gases from Medical Wastes Utilization Plant in Bydgoszcz are presented. Key words: utilization of medical wastes, incinerating plant, combustion gases