Odpady mineralne

Badania związane z zagospodarowaniem odpadów mineralnych i publikacje z tego zakresu były wykonane już w początkowych latach dwudziestego wieku.

W przypadku odpadów mineralnych takich, jak popioły energetyczne lub karbońskie odpady powęglowe, problemy związane z ich wykorzystaniem znane są od czasów wzmożonej eksploatacji węgla kamiennego i brunatnego, wynikającej z gwałtownego wzrostu zapotrzebowania na energię elektryczną. Spośród innych omawianych odpadów mineralnych odpady poformierskie, powstające podczas wytwarzania form do odlewania elementów żeliwa i staliwa, znane są od połowy dziewiętnastego wieku.

Natomiast odpady z metody półsuchego odsiarczania spalin to produkty nowoczesnych technologii, służących ochronie powietrza, wdrażanych z końcem dwudziestego wieku.

Gliny piaszczyste stanowiące odpady, pochodzą najczęściej z wykopów budowlanych.

Gliny te są zaklasyfikowane jako odpady na podstawie klasyfikacji odpadów ustanowionej w latach dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku i zmienionej w 2001 roku (Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 r. o odpadach, Dz. U. nr 62, poz. 628).

3.2.1. P o p i o ł y e n e r g e t y c z n e

Popioły energetyczne nierozerwalnie są związane ze spalaniem w elektrociepłowniach i elektrowniach węgla kamiennego oraz brunatnego. Duże zawartości substancji mineralnych w spalanych węglach powodują, że polska energetyka wytwarza około 20 mln ton popiołów rocznie. Zagospodarowanie tych popiołów jest jednym z najważniejszych zadań realizowanych w ramach ochrony środowiska. Polega ono na (Rosik-Dulewska 1999):

I – przemysłowym wykorzystaniu jako surowca wtórnego,

II – wykorzystaniu do niwelacji terenów, rekultywacji, wypełniania podziemnych wyrobisk itp.

III – wykorzystaniu do składowania skojarzonego, np. składowanie odpadów powęglowych wspólnie z odpadami energetycznymi itd.

Podstawowym sposobem wykorzystania popiołów energetycznych jest ich przemysłowe zagospodarowanie. Dotyczy to przede wszystkim produkcji cementu (Uchikawa 1993, Syrek, Nowak 1993, Giergiczny 1996, Bzowska i in. 1997, Kozłowska 1997, Koprowski i in. 2001) oraz materiałów budowlanych i ceramicznych (Dhir i in. 1988, Dhir, Byars 1993, Stolecki 1993, Miastkiewicz 1994, Temini i in.

1994, Kozłowska 1997, Brylska i in. 2001).

Ważnym sposobem wykorzystywania popiołów jest ich stosowanie do podsadzania podziemnych wyrobisk górniczych (Surman, Falger 1986, Gałeczka, Skupnik 1989, Król 1992, Brożyna 1994, Palarski 1995). Szczególnie istotne w tym przypadku jest bezpieczeństwo ekologiczne, co pokazują wyniki badań dla ocen wpływu tego procesu na środowisko (Mazurkiewicz 1990, Mazurkiewicz, Piotrowski 1995, Palarski, Plewa 1999, Plewa i in. 1999).

Kolejnym ważnym sposobem wykorzystania popiołów energetycznych są prace inżynieryjno-techniczne (Kozłowska 1997, Książak i in. 1997). Wśród takich prac wymienić należy przede wszystkim budowę dróg (Korytkowski 1996, Wileński, Wójcicki 1996, Kozłowska 1997) oraz rekultywację terenów (Cichy 1997, Łączny i in.

1999). Ponadto, spotykane jest stosowanie popiołów energetycznych do prac inżynierskich na składowiskach odpadów komunalnych (Niedźwiecki i in. 1997).

Równie znaczącym sposobem wykorzystania popiołów do składowania skojarzonego jest ich użycie do prewencji pożarowej na składowiskach karbońskich odpadów powęglowych (Durczyński, Urbański 1996, Wang, Sweigard 1996, Lewandowski 1997, Bzowski, Chaber 2003).

Inny sposób wykorzystania popiołów energetycznych dotyczy rolniczego ich zagospodarowania, na przykład do melioracji oraz poprawy struktury gleb i gruntów (Maciak 1981, Koter i in. 1993, 1984, Góra 1989, 1994, Ciećko i in. 1993, Meller 1996).

Wśród sposobów zagospodarowania popiołów, o ograniczonym znaczeniu, można wymienić wykorzystanie ich do syntezy polimerów (Cooper, Davies 1994, Davies 1994) i zeolitów (Michalik, Wilczyńska-Michalik 1998, Derkowski 2001), rekultywacji wyrobisk górniczych siarki (Kirejczyk i in. 1996) lub innych odpadów górniczych oraz przemysłowych (Van der Nest, Coetzee 1994, Rosik-Dulewska 1999).

Wszystkie wymienione sposoby zagospodarowania popiołów energetycznych nie zapewniają utylizacji całości wytworzonych odpadów, co w praktyce zmusza elektrownie i elektrociepłownie do składowania popiołów na wydzielonych składowiskach (Antończyk 1996, Kołodziej-Nowakowska 1996, Kuziemska i in. 1997, Rosik-Dulewska 1999). Unieszkodliwianie popiołów przez ich składowanie jest uciążliwe dla środowiska (Żak 1994, Kuziemska i in. 1997, Niedźwiedzki, Meller 2001), dlatego poszukuje się coraz nowszych sposobów ich wykorzystania. Zaliczyć do nich można zastosowanie popiołów do uszczelniania gruntów pod składowiskami odpadów komunalnych (Ewertowska-Madej 1992, Quant 1994, Pawlicki i in. 1997) oraz w mieszaninach z osadami ściekowymi na składowiskach odpadów komunalnych (Zawiślak, Bzowski 1996, Cossu i in. 1997, Oleszkiewicz 1998).

3.2.2. O d p a d y ( p r o d u k t y ) z p ó ł s u c h e g o o d s i a r c z a n i a s p a l i n Półsucha metoda odsiarczania spalin ze wstępnym odpylaniem, jest stosowana między innymi w elektrociepłowniach i elektrowniach opalanych węglem kamiennym.

Polega ona na usuwaniu dwutlenku siarki, z pozbawionych popiołu spalin, przez absorpcję w płynnej zawiesinie wodorotlenku wapniowego rozpylonego, w specjalnie do tego celu skonstruowanym reaktorze. W wyniku kontaktu gorących spalin oraz ciekłego sorbenta, następuje absorpcja SO2 w wodzie, reakcja z Ca(OH)2 i odparowanie wody.

Reaktor opuszcza ochłodzony strumień spalin z zawieszonymi cząstkami produktów odsiarczania oraz pozostałości nieprzereagowanego sorbenta. Zawieszone cząstki są odpylane i usuwane w różny sposób, najczęściej przez system filtrów oraz elektrofiltrów.

Badania nad możliwością wykorzystania odpadów z półsuchego odsiarczania spalin były prowadzone równocześnie z wdrażaniem omawianej technologii odsiarczania spalin. Ciągle jednak poszukiwano i poszukuje się nadal sposobów zagospodarowania odpadów z półsuchego odsiarczania spalin (Barański 1994, Syrek 1994, Graham, Robl 1994, Hycnar 1999). Często wykorzystuje się odpady z odsiarczania spalin oraz ich mieszaniny z popiołami energetycznymi w przemyśle materiałów wiążących (Gawlicki i in.

1997, Garbacik, Spyrka 2000, Gawlicki, Roszczynialski 2001). Jednak niewiele opisanych sposobów znalazło zastosowanie na skalę przemysłową. Prowadzono również badania nad wykorzystaniem odpadów z półsuchego odsiarczania spalin w rolnictwie (Ritchey i in.

1995). Obecnie odpady te są najczęściej unieszkodliwiane przez ich składowanie w pobliżu elektrowni lub elektrociepłowni. W związku z tym możliwość gospodarczego wykorzystania (nieskładowania) odpadów z półsuchego odsiarczania spalin w mieszaninach z osadami ściekowymi, na składowiskach odpadów komunalnych, być może ograniczy ilości lokowane na składowiskach (Bzowski i in. 1999).

3.2.3. K a r b o ń s k i e o d p a d y p o w ę g l o w e

Problem zagospodarowania karbońskich odpadów powęglowych nieodłącznie towarzyszy wydobyciu węgla kamiennego. Najczęściej odpady te są wykorzystywane w pracach inżynieryjnych i do rekultywacji terenów przeobrażonych działalnością kopalń (tereny osiadań) lub unieszkodliwiane przez składowanie. Odpady powęglowe ulokowane na składowiskach zostały pod względem właściwości fizykochemicznych rozpoznane wcześniejszymi badaniami (Szczerbiński, Smolińska 1968, Cebulak, Kozłowski 1978, Trela, Tabor 1984, Kozłowski 1985, Gazda i in. 1988). Badania odpadów powęglowych w celu ich wykorzystania w pracach inżynieryjno-technicznych dotyczą najczęściej ich technicznej i ekologicznej przydatności do rekultywacji terenów zdegradowanych (Gentcheva-Kostadinova, Haigh 1988, Girczys 1996, Łyszczarz 1996, Tabor 1996). Ponadto, badania prowadzone są w celu oceny możliwości rekultywacji biologicznej tych terenów oraz już istniejących i budowanych składowisk (Strzyszcz, Aldag 1979, Williamson i in. 1982, Strzyszcz 1985, Haigh 1992, 2000, Bzowski 1993, 1995, 1997, 1998, Evangelou 1996, Bojarska, Bzowski 1997, Bzowski, Gwoździewicz 2000, Bzowski, Zawiślak 2000, Flege 2000). Tematyka badań odpadów powęglowych związana jest również z zagrożeniami środowiska wynikającymi ze składowania (Twardowska 1981, Taylor 1987, Renton i in. 1988, Twardowska i in. 1988, Kalin i in. 1991, Smuszkiewicz 1995, Bzowski 2000).

Innym sposobem wykorzystania karbońskich odpadów powęglowych jest ich lokowanie w podziemnych wyrobiskach górniczych. Odpady lokuje się w wyrobiskach ścianowych (Włoszek 1993, Dolipski i in. 1995) lub wykorzystuje jako materiał podsadzkowy. Badania przydatności w tym drugim przypadku zapoczątkowano na etapie masowego podsadzania podziemnych wyrobisk górniczych (Doyle 1976, Mazurkiewicz 1990, Borycz, Włoszek 1995, Krysik, Wiklik 1996). Obecnie badania prowadzone są zgodnie z normą PN-93/G-11010.

Kolejnymi kierunkami wykorzystania karbońskich odpadów powęglowych w formie surowcowej są ceramika oraz przemysł cementowy. Przez wiele lat prowadzono badania z tym związane (Kałwa 1968, Ryncarz, Białas 1995, Izak i in.

1995). W praktyce zarówno w latach minionych, jak i obecnie przemysł ceramiczny oraz cementowy wykorzystują niewielkie ilości odpadów karbońskich.

Wykorzystane ilości karbońskich odpadów powęglowych w 1990 roku stanowiły 44,9% wytworzonych ilości, a w roku 2000 już 79,9% (Chaber, Bzowski 2002). W 2000 roku na powierzchni ziemi składowano w Polsce 4,82 mln ton odpadów karbońskich (13,3% wytworzonych odpadów). W następnym roku wytworzono 38,499 mln ton karbońskich odpadów powęglowych, z których 2,88 mln ton składowano na powierzchni ziemi (7,5%) i dla tych ilości poszukiwać należy kolejnych sposobów zagospodarowania.

Prace nad nowymi sposobami wykorzystania odpadów karbońskich są prowadzone od kilku lat. Wyróżnić można zagospodarowanie w podziemnych wyrobiskach górniczych bez transportu odpadów na powierzchnię (Włoszek 1993, Krysik,Wiklik 1996). Nowym sposobem jest także wykorzystanie odpadów

powęglowych do budowy lokalnych obwałowań rzek Śląska oraz kształtowania krajobrazu starych składowisk często formowanych bezładnie (Girczys, Trela 1993, Paquette i in. 1993, Milczyńska 1995, Patrzałek 1996). Ponadto odpady powęglowe są wykorzystywane także do budowy dróg terenowych na obszarach eksploatacji torfu i kształtowania krajobrazu w województwie lubelskim (J. Zawiślak − informacja ustna). Poszukiwania kolejnych sposobów zagospodarowania karbońskich odpadów powęglowych wskazują na konieczność przeprowadzenia badań i oceny wpływu na środowisko wykorzystania (nieskładowania) na składowiskach odpadów komunalnych.

3.2.4. O d p a d y p o f o r m i e r s k i e

Odpady poformierskie to zużyta masa formierska wykorzystywana w odlewniach. Najpopularniejsze masy formierskie to: masa z cementem, z żywicą alkidową lub z bentonitem (Holtzer i in. 1996). W odlewniach stosuje się pneumatyczną, mechaniczną lub/i cieplną regenerację zużytych mas formierskich (Dańko, Łucarz 1994). Jednak ze względu na znaczne ilości odpadów poformierskich część z nich jest składowana. Pod względem szkodliwości dla środowiska znane i opisane są uwalniane ze składowanych odpadów poformierskich, składniki gazowe, tj. CO, NH₃, SO₂ oraz zanieczyszczenia organiczne – fenol, benzen i toluen (Lewandowski 1994, Lewandowski i in. 1994). Rozpoznane i opisane zostało również oddziaływanie składowisk odpadów poformierskich na wody podziemne rejonu składowania (Żygadło, Kapusta 1999).

Wyniki badań toksyczności odpadów poformierskich oraz wpływ ich składowania na środowisko wodne doprowadziły do wniosku, że konieczne jest ich zagospodarowanie sposobami ograniczającymi do minimum oddziaływanie na środowisko. W modelowym przypadku odlewni wykonującej rocznie 15 tys. ton odlewów powstaje 400 ton odpadów poformierskich (Graf, Kunze 1998). Odlewnie zagospodarowują część zużytej masy poformierskiej do budowy dróg i utwardzania podłoża, ale przede wszystkim intensyfikują prace zmierzające do ograniczenia ilości powstawania tego typu odpadu (Holtzer i in. 1996, Kowalski 1998). Jednak ciągle poszukuje się możliwości wykorzystania odpadów poformierskich zarówno tych zalegających na składowiskach, jak i powstających w odlewniach. Gospodarcze wykorzystanie (nieskładowanie) odpadów poformierskich w mieszaninach z osadami ściekowymi na składowiskach odpadów komunalnych umożliwia zmniejszenie składowanych ilości tego odpadu (Bzowski i in. 1997).