Spalarnia odpadów czy jest się czego bać? prof. dr hab. inż. Grzegorz WIELGOSIŃSKI Politechnika Łódzka Wydział Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiska
Z czym się nam kojarzy spalarnia odpadów? Czarny dym z komina, Uciążliwy zapach fermentujących odpadów, Gryzonie, muchy, robactwo, Wzmożony ruch śmieciarek, Hałas, Zagrożenia dla zdrowia, Spadek cen nieruchomości, Dioksyny, metale ciężkie 2
Nowe polskie spalarnie (XII 2015?) Białystok 120 000 Mg/rok Kraków 220 000 Mg/rok Bydgoszcz 180 000 Mg/rok Poznań 200 000 Mg/rok Konin 94 000 Mg/rok Szczecin 150 000 Mg/rok 3
Jak działa spalarnia odpadów? 4
Spalarnia odpadów komunalnych Przyjęcie odpadów, Magazynowanie odpadów, Załadunek odpadów, Ruszt, Komora spalania, Odzysk ciepła, Oczyszczanie spalin, Wtórne odpady ze spalarni, Kontrola procesu, Kontrola emisji zanieczyszczeń 5
Przyjęcie odpadów 6
Przyjęcie odpadów 7
Magazyn na odpady tzw. fosa, bunkier 8
Załadunek odpadów do spalania 9
Załadunek odpadów do spalania MVA Pfaffenau 10
Komora spalania 11
Konstrukcja rusztów Ruch materiału spalanego na ruszcie 12
Temperatura na ruszcie 13
Doprowadzenie powietrza wtórnego do komory spalania 2 powietrze wtórne 1 powietrze pierwotne (pod ruszt) 14
Ruszt i komora spalania w spalarni odpadów 15
Ruszt i komora spalania w spalarni odpadów 16
Zanieczyszczenia powstające podczas procesu spalania: Tlenek i dwutlenek węgla (CO i CO 2 ) Pył (z zawartością metali ciężkich szczególnie Hg, Cd, Tl, As, Cu, Cr, Mn, Ni, Pb, Sb, Zn) Związki siarki (SO 2, SO 3, H 2 S, COS) Tlenki azotu (NO, NO 2, N 2 O) Chlorowodór bromowodór i fluorowodór (HCl, HBr i HF) Wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), Polichlorowane dibenzo-p-dioksyny i polichlorowane dibenzofurany (PCDD/Fs), Związki organiczne będące produktami częściowego rozkładu termicznego substancji 17
Ograniczanie emisji zanieczyszczeń podczas spalania odpadów Metody pierwotne Ingerencja w proces technologiczny termicznego przekształcania odpadów (spalania) i stworzenie takich warunków jego przebiegu, by ilość powstających zanieczyszczeń była możliwie najmniejsza. Metody wtórne Usuwanie zanieczyszczeń metodami fizycznymi, chemicznymi i fizykochemicznymi z gazów odlotowych. 18
Ograniczanie emisji zanieczyszczeń metody pierwotne Dobre warunki procesu spalania (niskie stężenie tlenku węgla), Właściwa temperatura w procesie spalania, jej wartość i rozkład temperatur w instalacji spalania, Duże szybkości przepływu spalin, wysoka turbulencja przepływu, Recyrkulacja spalin, Odpowiedni poziom natlenienia strefy spalania. 19
Tlenek węgla podczas spalania Wielkie elektrownie (np. Elektrownia Bełchatów), elektrociepłownie (Veolia Łódź), nowoczesne spalarnie odpadów komunalnych stężenie tlenku węgla 1-5 mg/m 3, Kotłownie osiedlowe i blokowe stężenie tlenku węgla 10-100 mg/m 3, Nowoczesne piece domowe stężenie tlenku węgla 100-500 mg/m 3, Stare piece domowe stężenie tlenku węgla 500-3000 mg/m 3, 20
Oczyszczanie gazów odlotowych metody wtórne Odpylanie: - usuwanie pyłu, - usuwanie metali ciężkich, - usuwanie zaadsorbowanych substancji organicznych, Usuwanie gazów kwaśnych: - związków siarki, - chlorowodoru, bromowodoru i fluorowodoru, Usuwanie tlenków azotu, Usuwanie zanieczyszczeń organicznych i lotnych metali ciężkich. 21
Oczyszczanie gazów odlotowych metody wtórne Odpylanie: - Elektrofiltr, - Filtr tkaninowy. Usuwanie gazów kwaśnych: - Metoda mokra, - Metoda półsucha, - Metoda sucha. Usuwanie tlenków azotu: - SCR (katalityczna redukcja), - SNCR (niekatalityczna redukcja). Usuwanie zanieczyszczeń organicznych i lotnych metali ciężkich: - adsorpcja na węglu aktywnym. 22
Stężenia zanieczyszczeń w gazie surowym i oczyszczonym [mg/m 3 ] Zanieczyszczenie Gaz nieoczyszczony Gaz oczyszczony Stopień oczyszczenia [%] Wymagania Pył 4700 3 99,94 10 Dwutlenek siarki (SO 2 ) 1500 5 99,67 50 Tlenki azotu (jako NO 2 ) 500 30 94,00 200 Chlorowodór (HCl) 1060 1.5 99,86 10 Fluorowodór (HF) 100 0.04 99,96 1 Substancje organiczne (jako TOC) 20 1.0 95,00 20 Rtęć (Hg) 1.0 0.01 99,00 0.05 Kadm + Tal (Cd + Tl) 1.0 0.0045 99,55 0.05 Pozostałe metale ciężkie 31 0.22 99,29 0.5 PCDD/PCDF [ng TEQ/m 3 ] 15 0.01 99,93 0.1 23
Oczyszczanie gazów odlotowych odpylanie Elektrofiltr Znajduje zastosowanie przede wszystkim w dużych spalarniach odpadów komunalnych. Skuteczność odpylania powyżej 99,5 %. Obecnie coraz rzadziej stosowany. 24
Oczyszczanie gazów odlotowych odpylanie Filtr tkaninowy Coraz częściej stosowany w ostatnich latach. Skuteczność odpylania powyżej 99 % Dzięki nowoczesnym tkaninom filtracyjnym (teflon) odporny na temperaturę do 250 o C oraz agresywne środowisko. 25
Kolumny absorpcyjne w układach oczyszczania spalin 26
Instalacje oczyszczania spalin 27
Instalacje oczyszczania gazów Adsorpcja zanieczyszczeń organicznych, w tym dioksyn i furanów oraz lotnych metali cięzkich (rtęci, kadmu, arsenu) na węglu aktywnym 28
Instalacje oczyszczania gazów Różne rozwiązania techniczne systemów SCR (DeNOx) 29
Emisja 30
Schemat spalarni Spittelau 31
Spittelau po modernizacji Modernizacja 2011-2015 - wydajność bez zmian - nowe kotły - nowy, większy ruszt - wyższe parametry pary - nowy system oczysz-czania spalin - suchy! 32
Kontrola procesu i emisji zanieczyszczeń Liberec Republika Czeska Brugia - Belgia 33
Kontrola procesu i emisji zanieczyszczeń 34
Monitoring w spalarni odpadów 35
Przykład monitoringu 36
Monitoring przykład urządzeń pomiarowych 37
Pomiar emisji PCDD/Fs (wg PN-EN-1948-1, -2, -3) 38
Społeczna kontrola emisji zanieczyszczeń Spalarnia Spittelau Wiedeń (Austria) 39
Społeczna kontrola emisji zanieczyszczeń Tablica wyników ciągłego monitoringu emisji zanieczyszczeń w warszawskiej spalarni odpadów komunalnych ZUSOK Widok od ul. Zabranieckiej 40
Bilans masy spalarni odpadów komunalnych 41
Odpady wtórne Rodzaj odpadu Żużel i popiół paleniskowy - Przeznaczenie - budowa dróg i elementów budowlanych Popioły lotne Pył z odpylania Placek filtracyjny - odpad niebezpieczny - składowisko odpadów niebezpiecznych Zużyty węgiel aktywny Odzyskany złom - spalenie w spalarni odpadów - odzysk w hucie 42
MVA Pfaffenau Wiedeń 250 000 Mg/rok 43
MVA Pfaffenau Wiedeń 250 000 Mg/rok 44
Spalarnie odpadów komunalnych w Europie rok 2010 L.p. Kraj Liczba Piec Piec obrotowy Piec Nowe technologie instalacji rusztowy lub oscylacyjny fluidalny - piroliza lub zgazowanie 1 Austria 12 11-1 - 2 Belgia 16 15-1 - 3 Dania 29 28-1 - 4 Finlandia 3 3 - - - 5 Francja 127 106 14 7-6 Holandia 13 13 - - - 7 Hiszpania 11 9-2 - 8 Irlandia 1 1 - - - 9 Luksemburg 1 1 - - - 10 Niemcy 69 63 1 4 1 11 Norwegia 15 8 1 1 5 12 Polska 1 1 - - - 13 Portugalia 3 3 - - - 14 Republika Czeska 3 3 - - 15 Słowacja 2 2 - - - 16 Szwajcaria 30 30 - - - 17 Szwecja 34 28 6-18 Węgry 1 1 - - - 19 Wielka Brytania 31 26 1 3 1 20 Włochy 52 44 2 6 - Suma 454 396 19 32 7 45
Odzysk energii podczas spalania odpadów 46
Spalarnia vs. elektrownie - emisja pyłu 47
Spalarnia vs. elektrownie - emisja NO x 48
Spalarnia vs. elektrownie - emisja SO 2 49
Spalarnia vs. elektrownie - emisja rtęci 50
Spalarnia vs. elektrownie - emisja kadmu 51
Spalarnia vs. elektrownie - emisja dioksyn i furanów 52
Emisja dioksyn Polska 2011 16,13% 4,57% 0,11% 6,28% 0,04% 0,30% 0,00% Procesy spalania w sektorze produkcji i transformacji energii Procesy spalania poza przemysłem Procesy spalania w przemyśle. Procesy produkcyjne. Zastosowanie rozpuszczalników Transport drogowy. Inne pojazdy i urządzenia 6,69% 15,72% 50,15% Zagospodarowanie odpadów Rolnictwo Inne źródła emisji. 53
Warunki spalania (węgla) a emisja dioksyn Stężenie PCDD/Fs w spalinach ng TEQ/m 3 u Masa spalanego węgla Mg/h Strumień gazów spalinowych m 3 /h Współczynnik emisji PCDD/Fs μg TEQ/Mg węgla Kotły energetyczne ze złożem fluidalnym 0,0012 16 330 000 0,025 Kotły energetyczne z paleniskiem pyłowym 0,0012 28 400 000 0,020 Kotły energetyczne z paleniskiem rusztowym 0,0022 12 360 000 0,070 0,0042 5 120 000 0,100 Małe piece do indywidualnego ogrzewania 9,2 0,05 1 500 276 4,1 0,02 700 144 Grochowalski A., Konieczyński J. - Chemosphere, 2008, 73, 97-103 54
Porównanie stężeń dioksyn podczas spalania Niekontrolowane spalanie w pojemniku na śmieci c PCDD 1 400 ng TEQ/m 3 Fot.: prof. A. Grochowalski Nowoczesna spalarnia odpadów komunalnych c PCDD < 0,1 ng TEQ/m 3 55
Znaczące źródła emisji dioksyn wokół nas Niekontrolowane spalanie odpadów, wypalanie traw itp. Fot.: prof. A. Grochowalski Pożary lasów, łąk, pól itp. 56
Toksyczność dioksyn Jest całkowicie jasne, że klasyfikacja TCDD dokonana przez IARC jako kancerogen I klasy nie znajduje potwierdzenia. W rzeczywistości wyniki badań wskazują, że TCDD nie jest związkiem kancerogennym dla człowieka w małych dawkach i prawdopodobnie nie jest również kancerogenem w dawkach dużych Cole P., Trchopoulos D., Pastides H., Starr T., Mandel J. S. Dioxin and cancers: a critical review Regulatory Toxicology and Pharmacology, 2003, 38, 378-388 57
Kilka faktów naukowych Wszelkie potencjalne zagrożenia rakiem wynikające z zamieszkania w pobliżu komunalnych spalarni odpadów stałych są niezwykle niskie i prawdopodobnie niemierzalne przy pomocy nawet najnowocześniejszych technik epidemiologicznych UK Medicines and Healthcare Products Regulatory Agency - Komisja ds. Rakotwórczości 2000 - Występowania raka w pobliżu komunalnych spalarni odpadów stałych w Wielkiej Brytanii - protokół COC/00/S1 - marzec 2000 58
Kilka faktów naukowych Ryzyko zachorowania na choroby nowotworowe oraz inne poważne choroby w wyniku zamieszkiwania w pobliżu składowiska odpadów jest ponad 5 razy wyższe niż w przypadku zamieszkiwania w pobliżu spalarni odpadów Moy P., Krishnan N., Ulloa P., Cohen S., Brandt-Raul P. W. Options form management of municipal solid waste in New York City: a preliminary comparison of health risk and policy implications Journal of Environmental Management, 2008, 87, 73-79 59
Kilka faktów naukowych Spalanie odpadów stałych nie wywiera wpływu na zawartości dioksyn w krwi populacji mieszkającej w pobliżu spalarni odpadów stałych" M. Fátima-Reis, J. Pereira-Miguel, C. Sampaio, P. Aguiar, J. Maurício-Melim, O. Päpke Determinants of dioxins and furans in blood of non-occupationally exposed populations living near Portuguese solid waste incinerators. - Chemosphere, 2007, 67 (9), S224-S230; M. Fátima-Reis, C. Sampaio, P. Aguiar, J. Maurício-Melim, J. Pereira-Miguel, O. Päpke Biomonitoring of PCDD/Fs in populations living near Portuguese solid waste incinerators: Levels in human milk. - Chemosphere, 2007, 67 (9), S231-S237; N. Ferre-Huguet, M. Nadal, M. Schumacher, J. L. Domingo Environmental impact and human health risk of polychlorinated dibenzo-p-dioxins and dibenzofurans in the vicinity of a new hazardous waste incinerator: a case study. Environmental Science and Technology, 2006, 40 (1), 61-66; 60
Kilka faktów naukowych Analiza oddziaływania na środowisko wskazuje, że spalarnia odpadów komunalnych nie jest głównym źródłem dioksyn w swoim otoczeniu i inne stacjonarne źródła emisji maja znacznie większe znaczenie Wang J. B., Wang M. S., Wu E. M. Y., Chang-Chien G. P., Lai Y. C. Approaches adopted to assess environmental impacts of PCDD/F emission from a municipal solid waste incinerator. Journal of Hazardous Materials, 2008, 152, 968-975 61
Spalarnia Maishima w Osace 62
Nowa spalarnia w Kopenhadze 63
Nowa spalarnia w Kopenhadze - trasy zjazdowe 64
Nowa spalarnia w Kopenhadze - puszcza kółka dymu 65
Dziękuję za uwagę! 66