4. Model systemu gospodarki odpadami
4.1. Określenie obiektów SGO na podstawie przykładowej huty stali
Huta stali – HS, rozpatrywana w systemie globalnym jest elementem negatywnie oddziaływującym na ekosystem. Sposób zagospodarowania odpadów hutniczych w ostatnich latach uległ przekształceniu. Znacznie większy nacisk kładzie się na maksymalizacje odzysku materiałów odpadowych niŜ w ubiegłych latach. Istotne znaczenie na pracę systemu mają wpływy nowoczesnych rozwiązań technicznych zaimplementowanych w strukturze HS. W latach dziewięćdziesiątych Rząd Polski podjął przygotowania programu restrukturyzacji Hutnictwa śelaza i Stali, którego celem jest przekształcenie tego sektora w nowoczesną i konkurencyjną z zagranicznymi przedsiębiorstwami gałąź przemysłu. Podstawowymi elementami programu jest modernizacja techniczno – technologiczna istniejących linii produkcyjnych oraz budowa nowoczesnych ciągów technologicznych z zastosowaniem najnowszych urządzeń metalurgiczno – hutniczych. Działania te wpłynęły na wzrost poziomu jakości wytwarzanych wyrobów stalowych i efektywność ekonomiczną hutnictwa, przy jednoczesnym ograniczeniu szkodliwego oddziaływania na środowisko. W latach 1992 – 1997 zredukowano zdolności produkcyjne wydziałów surowcowych. W efekcie zmniejszenia ilości produkowanego koksu, spieku, surówki oraz stali, ograniczono ilość emisji pyłów i gazów do atmosfery.
Rozpoznanie struktury systemu recyrkulacji odpadów i ustalenie występujących relacji między elementami, pozwala na określenie moŜliwie najbardziej dokładnych modeli pracy. Kwalifikowanie obiektów jako elementów systemu wymaga przeprowadzenia analizy:
- istniejących obiektów – ich aktualny stan techniczny, moŜliwości rozbudowy i ewentualnej modernizacji, ograniczenia infrastruktury terenowej i komunikacyjnej; - warunków dojazdu – wymagania inwestycji w zakresie rozbudowy, remontów
i modernizacji jezdni, natęŜenie i bezpieczeństwo ruchu, układ komunikacyjny – ronda, wiadukty, objazdy;
- warunków geotechnicznych – rodzaj podłoŜa i przesiąkliwość gruntu, poziom wód gruntowych, wymagania fundamentowania, strefy ochronne;
- warunków terenowych – liczba i wielkość działek, moŜliwość ich łączenia, warunki uzyskania własności terenu, rozwoju zagospodarowania obszaru;
- warunków środowiskowych – walory estetyczne, zagroŜenia zanieczyszczenia gleby, powietrza i wód, dane archeologiczne;
- warunków urbanistycznych – połoŜenie geograficzne, wysokość i wielkość obiektów, charakter zagospodarowania terenów sąsiadujących;
- warunków eksploatacji urządzeń i obiektów – „czas Ŝycia” urządzeń, okres uŜytkowania wysypisk (składowisk), zmiany lokalizacji;
- zakłóceń działania systemu – awaryjne składowiska, rezerwowe środki transportowe, trasy awaryjne;
- zamierzenia rozwojowe – modernizacja obiektów systemu, wymiana urządzeń i środków transportowych, zastosowanie innowacyjnych technologii, rozbudowa terenów składowania, itp.
Wymienione czynniki gospodarki odpadami ściśle związane są z warunkami naturalnymi i specyfiką regionu. Oznacza to, Ŝe kaŜdy SGO danego przedsiębiorstwa ma swój indywidualny stan, strukturę i charakterystykę pracy.
Zagospodarowanie pozostałości z HS polega na zarządzaniu nimi zgodnie z przytoczoną wcześniej triadą „zapobieganie – wykorzystanie – unieszkodliwianie”. Eliminowanie zagroŜeń jakie niosą za sobą odpady, musi uwzględniać:
- istniejące rozwiązania technologiczne, - obowiązujące normy i ustawy,
- rodzaj i ilość odpadu.
Opracowanie kompleksowego systemu gospodarki odpadami hutniczymi, obejmuje dwuetapowe działania:
- opracowanie koncepcji podsystemów ich składowych ogniw, o indywidualnej dla kaŜdego z nich strukturze i charakterystycznych cechach,
- analizę wariantów skuteczności działania sytemu gospodarki odpadami hutniczymi jako całości z określeniem efektywnego wykorzystania pozostałości.
PowyŜsze działania prowadzą do traktowania procesów w obrębie systemu gospodarki odpadami hutniczymi jako projektów planowania taktycznego i strategicznego w długim okresie czasu. Wówczas podejmowane decyzje dotyczą struktury i intensywności rozwiązań proekologicznych. Na tym poziomie definiowane są wymagania i uwarunkowania, zgodne z prawem, dotyczące procesów zagospodarowywania odpadów. Produkty wytwarzane w HS, nie będące wyrobami celowymi, uznaje się za odpady. W strukturze kaŜdego przedsiębiorstwa produkcyjnego, w tym równieŜ w HS, powstają odpady stałe, ciekłe i gazowe. [19] Klasyfikacja to pozwala wyodrębnić:
- podsystem zagospodarowania odpadów stałych, (odpady przemysłowe stałe z ciągów technologicznych, odpady komunalne stałe) – SGOS,
- podsystem zagospodarowania odpadów ciekłych, (odpady przemysłowe ciekłe z ciągów technologicznych, odpady komunalne ciekłe) – SGOC,
- podsystem zagospodarowania odpadów gazowych, (spaliny, gazy przemysłowe, wyziewy komunalne) – SGOG, rys.4.8.
SGOP = < SGOS, SGOC, SGOG, RP> gdzie:
SGOS – podsystem zagospodarowania odpadów stałych,
SGOC – podsystem zagospodarowania odpadów ciekłych,
SGOG – podsystem zagospodarowania odpadów gazowych,
RP – relacje zachodzące w obrębie SGOP .
Podstawowym celem realizacji podsystemów SGOS, SGOC, SGOG jest ochrona określonego elementu środowiska naturalnego (powietrza, wody, gleby), związana z fizykochemiczną postacią odpadu powstającego w HS. Ilość i typy podsystemów SGO w przedsiębiorstwie zaleŜne są od określonego w danym momencie sposobu rozpatrywania modelu jako całości. Podział jest zawsze niejednoznaczny i w duŜym stopniu umowny, zaleŜny od sposobu prowadzonych badań i obserwacji pracy całego układu.
Huty stali o pełnym cyklu produkcyjnym są zakładami o szeroko rozbudowanej strukturze funkcjonalno – organizacyjnej. W skład przykładowej HS wchodzą wydziały bezpośrednio związane z procesami produkcyjnymi oraz jednostki wspomagające funkcje produkcyjne przedsiębiorstwa rys.4.9. Odpady generowane w HS zgodnie z ustawą klasyfikowane wg ich składu morfologicznego tj. na odpady komunalne oraz odpady przemysłowe, rys.4.1. Odpady powstałe w HS posiadające podobieństwo co do charakteru i składu, do odpadów wytworzonych w gospodarstwach domowych uznawane są za odpady komunalne. Warunki zagospodarowania odpadów komunalnych z HS, na mocy art. 16a
Dz. U. 2007 r. Nr 39, poz. 251, nie powinny się róŜnić od sposobu postępowania z pozostałościami wytworzonymi w gospodarstwach domowych. [7, 43] Odpady przemysłowe w pierwszej kolejności poddawane są procesom odzysku energii i surowców wtórnych na terenie HS, kolejnym etapem jest optymalne zagospodarowanie odpadów, uwzględniając aspekt ekonomiczno – ekologicznym.
Pierwszym etapem opracowania systemu gospodarki odpadami jest określenie charakteru działań z wyszczególnieniem obiektów głównych wchodzących w skład SGO. Obiekty naleŜące do systemu gospodarki odpadami hutniczymi moŜna klasyfikować wg róŜnych kryteriów, np.:
- indywidualnie lub skojarzone w odpowiedni ciąg technologiczny, - wg charakteru procesów przeróbczych,
- wg spełnianych funkcji w systemie, itp. [26]
Wyszczególnienie obiektów głównych, nowo definiowanego systemu gospodarki odpadami hutniczymi polega na:
- wydzieleniu z całej struktury huty podsystemu gospodarki odpadami i rozpatrywaniu go jako osobny system złoŜony, [23] nazywany systemem gospodarki odpadami huty stali (SGOHS),
- wydzieleniu jednostek organizacyjnych bezpośrednio związanych z produkcją i uwzględnianiu tylko tych ich elementów,[23] które generują odpady określone wg ustawy jako przemysłowe, rys.4.10.
Uwzględniając podział odpadów powstałych w HS na grupę komunalną i przemysłową, „nowo” zdefiniowanymi podsystemami SGOHS są:
SGOHSP – podsystem gospodarki odpadami przemysłowymi powstałymi w HS, SGOHSK – podsystem gospodarki odpadami komunalnymi powstałymi w HS,
gdzie: RPK – relacje zachodzące w obrębie SGOHS , więc:
SGOHS = < SGOHSP, SGOHSK, RPK >
Dowolny zestaw elementów SGOHS wraz z relacjami między nimi moŜe być rozpatrywany jako jego podsystem. [23] Wykorzystanie tej zaleŜności jest pomocne gdy „nowymi” podsystemami SGOHS są samodzielnie funkcjonujące części systemu. Podsystemy SGOHSP i SGOHSK wchodzące w skład złoŜonego systemu SGOHS, są równieŜ systemami złoŜonymi, które moŜna podzielić na odpowiednie podsystemy.
SGOHSP rozpatrywany jako osobny złoŜony system zawiera zespół elementów generujących tylko odpady przemysłowe zarówno z systemu produkcyjnego HS (SP’) jak teŜ z systemów wspomagających wytwarzanie wyrobów stalowych (SX’) oraz zespoły elementów związane z zagospodarowaniem odpadów poprodukcyjnych HS, rys.4.11.
SGOHSP = < SP’, SX’, OZ, OI, OMS, ORP, OTZ, RP > gdzie:
SP’ – podsystem produkcyjny generujący odpady przemysłowe,
SX’ – podsystem pomocniczy generujący odpady przemysłowe,
OZ – podsystem zarządzający SGOHSP,
OI – podsystem informacyjny SGOHSP,
OMS – podsystem magazynowania i składowania odpadów przemysłowych,
ORP – podsystem procesów przetwórczych odpady przemysłowe,
OTZ – podsystem transportu i zaopatrzenia odpadów przemysłowych
Konstruowany model SGO w celu racjonalnego planowania, organizowania i zarządzania odpadami z HS, moŜe mieć ujęcie:
- statyczne – opis systemu wyłącznie dla określonego momentu,
- dynamiczne – opis przewiduje zmiany stanów w określonym przedziale czasu. Dynamiczny model SGO hutniczymi, uwzględnia:
- zmiany powstawania odpadów w funkcji czasu, - zmiany zagospodarowania przestrzennego regionu, - rozwój gospodarczy i demograficzny,
- ograniczenia chłonności i przepustowości obiektów przyjmujących odpady, - zmiany procesów przeróbczych na skutek rozwoju technologii,
- planowanie uruchomienia nowych linii technologicznych w juŜ istniejących obiektach zagospodarowania pozostałościami,
- planowanie uruchomienia nowych obiektów eliminacji odpadów. [67]
SGOHS moŜe być rozpatrywany jako obiekt zamknięty, gdzie przedmiotem i celem działań jest dobór optymalnych stanów pracy sytemu, zapewniając najwyŜszy poziom efektywności jego funkcjonowania. Dopuszczenie do uŜytkowania systemów zamkniętych jest moŜliwe za zezwoleniem odpowiednich władz, na bazie ustawy z dnia 4 września 1999 r.
O działach administracji rządowej (Dz. U. 1999 r. Nr 82 poz. 928).
Odpady z rozpatrywanej HS kierowane są na składowisko „P”, odpowiednio na hałdę odpadów stałych bądź do osadników odpadów uwodnionych. HS od początku swojej działalności, znaczną część swoich odpadów przekazywała do składowania. Na terenie huty istnieje stare nieczynne składowisko odpadów stałych – składowisko to nosi nazwę „STARA
HAŁDA”. Powierzchnia hałdy wynosi około 26 ha i zlokalizowana jest na terenie naleŜącycm
do HS, rys.4.12. Firma „Recycling I” zarządza odpadami stałymi znajdującymi się na składowisku „STARA HAŁDA”.
Rys.4.12. Schemat przepływu odpadów na składowiska
Składowisko „P” o powierzchni około 156 ha, podzielone jest na trzy sektory: B, C, D połoŜone bezpośrednio obok siebie.
Sektor B – składowisko ŜuŜli stalowniczych.
Powierzchnia sektora B wynosi około 8 ha. Składowisko to jest magazynem surowca z Oddziału Przerobu śuŜli Stalowniczych. śuŜel stalowniczy dostarczany jest na teren składowiska w kadziach przechylnych.
Sektor C – składowisko ŜuŜli wielkopiecowych.
Powierzchnia sektora C wynosi około 90 ha. Na składowisku tym gromadzony jest ŜuŜel wielkopiecowy będący odpadem po procesie granulacji ŜuŜla płynnego. Pozostałości te dostarczane są na teren składowiska taborem kolejowym z Oddziału Granulacji śuŜla.
Sektor D – składowisko odpadów pozaŜuŜlowych.
Składowisko D ma powierzchnie około 58 ha, znajduje się w sąsiedztwie wyrobiska ŜuŜli wielkopiecowych. Na składowisku zdeponowane są: ŜuŜle z pieców wgłębnych, odpadowe masy formierskie, zuŜyte materiały ogniotrwałe, gruz poremontowy, odpady izolacji budowlanych, odpady gumowo tkaninowe, odpady o składzie zbliŜonym do odpadów komunalnych. Na składowisko odpady dostarczane są transportem samochodowym lub kolejowym.
Przykładowo w roku 1998 w sektorze B i C zgromadzonych było około 20 mln Mg ŜuŜli a w sektorze D około 21 mln Mg odpadów. Od 1998 r. firma „Recycling II” zarządza odpadami stałymi składowanymi na składowisku „P”. Firma ta została utworzona w celu zintensyfikowania procesów przetwarzania odpadów hutniczych. Przedsiębiorstwo „Recycling II” posiada specjalistyczny sprzęt do obsługi hałdy oraz linie technologiczne do produkcji kruszyw.
Tab. 4.3 Grupa składowisk odpadów stałych
Składowisko odpadów stałych
Sektory Sektor B Sektor C Sektor D
Wielkość sektora 8 ha 90 ha 58 ha
Rodzaj składowanych odpadów poprodukcyjnych
śuŜle stalownicze śuŜle wielkopiecowe Odpady stałe pozaŜuŜlowe
Składowisko uwodnionych popiołów i szlamów
Składowisko uwodnionych pozostałości o łącznej powierzchni około 112 ha. Składowisko powstało w 1952 roku, od tamtego okresu obwałowania osadników były czterokrotnie podwyŜszane kaŜdorazowo o około 3,5 m. W 1989 roku dodatkowo do eksploatacji oddano działkę o powierzchni 9,1 ha – działka 1N. Transport odpadów na stawy osadowe odbywa się w sposób hydrauliczny.
UŜytkowanie składowisk odpadów uwodnionych odbywa się na podstawie aktualnych pozwoleń wodno – prawnych oraz instrukcję eksploatacji popiołów i szlamów. Instrukcja ta określa częstotliwość wykonywania analiz fizykochemicznych odcieków i wód nasadowych oraz zawiera: charakterystykę składowiska, przeglądy okresowe, remonty kapitalne i bieŜące, kontrole i obserwacje stanu składowiska, zasady postępowania w przypadkach awarii oraz zasady BHP.
Składowisko popiołów i szlamów składa się z następujących komór osadczych nazywanych działkami: działka II, działka II a, działka III, działka 1, działka 2, działka 3, działka 1N.
Składowisko popiołów i ŜuŜli z Siłowni
Działki nr II, II a, III, w tym sektorze składowane są ŜuŜle i popioły z procesów zachodzących w Wydziale Siłownia (DTE/E1). Korony wałów i nasypy obsiane są mieszanką traw a miejscami krzewiastą roślinnością.
Dane techniczne sektorów składowiska popiołów i ŜuŜli z Siłowni są następujące: Działka nr II;
- całkowita powierzchnia – 16 ha,
- rzędna korony obwałowań – 211 m npm, - powierzchnia składowiska – 160 000 2
m , - pojemność całkowita – 690 000 m3. Działka nr II a;
- całkowita powierzchnia – 15 ha,
- rzędna korony obwałowań – 211 m npm, - powierzchnia składowiska – 150 000 2
m , - pojemność całkowita – 678 000 m3. Działka nr III;
- całkowita powierzchnia – 14,2 ha, - rzędna korony obwałowań – 211 m npm, - powierzchnia składowiska – 142 000 m2, - pojemność całkowita – 642 000 m3.
Składowisko odpadów Ŝelazonośnych
W tym sektorze składowane są szlamy Ŝelazonośne z mokrego odpylania spalin po procesach zachodzących w Stalowni Konwertorowej. W sytuacjach awaryjnych do tego sektora dostarczane są równieŜ szlamy Ŝelazonośne ze Spiekalni. Korony wałów i nasypów obsiane są mieszaniną traw i niską krzewiastą roślinnością. W skład wchodzą działki nr 1, 2, 3. Dane techniczne sektorów składowiska odpadów Ŝelazonośnych są następujące:
Działka nr 1;
- całkowita powierzchnia – 4,9 ha,
- rzędna korony obwałowań – 203 m npm, - powierzchnia składowiska – 49 000 m2, - pojemność całkowita – 132 300 m3. Działka nr 2;
- całkowita powierzchnia – 6,5 ha,
- rzędna korony obwałowań – 207 m npm, - powierzchnia składowiska – 65 000 m2, - pojemność całkowita – 260 000 m3. Działka nr 3;
- całkowita powierzchnia – 4,7 ha,
- rzędna korony obwałowań – 207 m npm, - powierzchnia składowiska – 47 000 m2, - pojemność całkowita – 190 000 m3.
Składowisko odpadów gromadzonych nieselektywnie
Działka 1N, na której składowane są:
- szlamy z końcowych oczyszczalni ścieków przemysłowych, - pozostałości po neutralizacji ścieków potrawiennych,
- szlamy z płukania dolomitu i czyszczenia wlewnic z pisaków formierskich, - szlamy z chemicznego oczyszczania wody grzewczej stosowanej w produkcji, - szlamy z mokrego oczyszczania gazu wielkopiecowego.
Odpady na składowisko dostarczane są nieseletywnie, transportem hydraulicznym w sposób ciągły. Korona wałów i nasypów obsiane są mieszaniną traw.
Dane techniczne działki 1N są następujące: - całkowita powierzchnia – 9,1 ha,
- rzędna korony obwałowań – 204 m npm, - powierzchnia składowiska – 109 000 m2, - pojemność całkowita – 780 000 m3.
Tab. 4.4 Grupa składowisk odpadów uwodnionych
Składowisko odpadów uwodnionych
Nazwa działki II IIa III 1 2 3 1N
Wielkość działki 16 15 14,2 4,9 6,5 4,7 9,1 Rodzaj składowanych odpadów Uwodnione popioły i ŜuŜle z Siłowni Uwodnione odpady Ŝelazonośne Uwodnione odpady gromadzone nieselektywnie
Działania w zakresie zmniejszenia negatywnego wpływu odpadów na środowisko naturalne, organizowane i prowadzone z inicjatywy organów zarządzających HS, prowadzone są w zakresie utylizacji pozostałości ŜuŜlowych, szczególnie tych nagromadzonych przez ubiegłe lata na składowisku „P”. W ramach realizacji tego celu został uruchomiony Wydział Przerobu śuŜla, który odpowiedzialny jest równieŜ za gospodarcze wykorzystanie odpadów ŜuŜlowych, powstających w bieŜących procesach produkcyjnych. Oddział śuŜla kawałkowego, organizacyjnie przynaleŜny do w/w wydziału, odpowiedzialny jest za przerób ŜuŜla wielkopiecowego, skrzepowego, zalegającego na hałdzie. Przetwarzany ŜuŜel podlega dwustopniowemu kruszeniu, trzystopniowej separacji elektromagnetycznej i przesiewaniu na cztery frakcje ziarnowe. Po takiej separacji nadaję się do wykorzystania na tworzywo drogowe i budowlane.
Oddział Przerobu śuŜli Stalowniczych odpowiedzialny jest za przerób ŜuŜli stalowniczych zalegających na hałdzie oraz przetwarzanie ŜuŜli z bieŜących procesów produkcyjnych, po wcześniejszym leŜakowaniu przez okres od 6 do 36 miesięcy. Procesy przerobu to: kruszenie, sortowanie, oddzielanie skrzepów stalowych, wtrąceń metalicznych i innych odpadów. Przerobiony ŜuŜel wykorzystywany jest na kruszywo drogowe, a frakcja posiadająca właściwości magnetyczne jako wsad do wielkich pieców. [19] Utylizacja odpadów uwodnionych gromadzonych w osadnikach, obejmuje technologia brykietowania szlamów Ŝelazonośnych. W celu ograniczenia ilości odpadów uwodnionych, huta podjęła rozbudowę instalacji suchego odbioru popiołów lotnych np. z Siłowni, które następnie wykorzystywane są na potrzeby cementowni. W przypadku braku moŜliwości częściowego lub całkowitego wykorzystania odpadów takich, jak: szlam Ŝelazonośny, pył i ŜuŜel z siłowni, siarka odpadowa, prowadzone jest selektywne gromadzenie pozostałości, z moŜliwością późniejszego ich zagospodarowania. [59, 60]