Podsumowanie testów laboratoryjnych wytwarzania materiałów funkcjonalizowanych 165

W trakcie przeprowadzonych prac badawczych udało się zrealizować wszystkie założone cele testów wytwarzania materiałów funkcjonalizowanych w skali laboratoryjnej. W oparciu o wykonaną analizę zgromadzonych wyników można wnioskować, iż zaproponowana koncepcja wytwarzania materiałów zeolitowych z popiołów lotnych o niskiej jakości, w warunkach obniżonej podaży energii, stanowi obiecujący i możliwy do zastosowania kierunek recyclingu popiołów lotnych.

W zaproponowanym układzie uwzględniono zastosowanie temperatury procesu zeolityzacji możliwej do osiągnięcia na terenie dużych jednostek energetycznego spalania, poprzez wykorzystanie ciepła odpadowego procesu produkcji energii elektrycznej i ciepła. Źródłem podwyższonej temperatury może być np. temperatura własna ścieków oczyszczonych z IMOS i/lub spaliny z procesu.

Wytworzony materiał zeolitowy posiada dodatkowo potencjał wykorzystania w działalności własnej jednostek produkcyjnych, do doczyszczania ścieków oczyszczonych z IMOS przed ich zrzutem do odbiornika. Wykorzystanie ścieków oczyszczonych jako rozpuszczalnik w syntezie zeolitów stwarza również możliwość ograniczenia zużycia wody w procesie do minimum.

Zaproponowana koncepcja wytwarzania i wykorzystania powstających materiałów, znacząco wpływa na obniżenie kosztu produkcji kg gotowego materiału funkcjonalizowanego. Możliwość posadowienie reaktorów do syntezy na terenie zakładów produkcyjnych oraz wykorzystanie powstałych zeolitów w działalności własnej niweluje dodatkowo koszty związane z transportem substratów oraz produktów procesu. W celu wykonania szczegółowej oceny potencjału wdrożeniowego zaproponowanego układu konieczna jest kontynuacja prac badawczych. Dalsze działania powinny uwzględniać między innymi:

 doprecyzowanie optymalnych warunków syntezy materiałów funkcjonalizowanych oraz mechanizmów sorpcji zanieczyszczeń ze ścieków z IMOS,

 określenie kinetyki reakcji wytwarzania zeolitów oraz sorpcji zanieczyszczeń,

 w oparciu o kinetykę reakcji, obliczenie wymaganych rozmiarów reaktorów dostosowanych do wybranej lokalizacji produkcyjnej,

 przeprowadzenie doświadczeń regeneracji materiałów zeolitowych po sorpcji zanieczyszczeń ze ścieków z IMOS,

 rozpoznanie możliwych kierunków utylizacji zużytych mas zeolitowych np. w procesie wytwarzania odpornych chemicznie materiałów geopolimerowych, w których usunięte ze ścieków zanieczyszczenia byłyby związane w sposób trwały.

Przetestowane w skali laboratoryjnej rozwiązanie stanowi domknięcie zaproponowanego w niniejszej pracy modelu zagospodarowania stu procent wytwarzanego w jednostkach produkcyjnych popiołu lotnego. Stanowi potencjalny kierunek wykorzystania popiołu lotnego, który z powodu podwyższonej zawartości LOI i/lub amoniaku nie mógłby zostać wykorzystany w procesach separacji powietrznej.

6 PODSUMOWANIE I WNIOSKI

Popiół lotny powstający w dużych jednostkach energetycznego spalania, stanowi jeden z ubocznych produktów procesu wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. Ze względu na swoje właściwości fizykochemiczne, powinien być jednak traktowany przede wszystkim, jako cenny surowiec, możliwy do wykorzystania w wielu gałęziach przemysłu. Wysiłki w kierunku zwiększenia wolumenu recyklowanego popiołu lotnego prowadzone są na świecie od dziesięcioleci, w niektórych krajach osiągając poziom niemal 100%. W Polsce oraz części krajów Europy i świata, w dalszym ciągu istnieje jeszcze pole do poprawy sytuacji w kierunku optymalizacji gospodarczego wykorzystania UPS, a docelowo całkowitego odejścia od składowania popiołu lotnego na składowiskach ziemnych.

Istotnym aspektem związanym z możliwością zagospodarowania popiołu jest zachowanie jego wysokiej jakości, spełniającej wymagania branżowe w poszczególnych kierunkach zagospodarowania.

Jakość ta zagrożona jest szczególnie w starszych jednostkach produkcyjnych. W dalszym ciągu kluczowe jest również stałe poszukiwanie ekonomicznych kierunków wykorzystania UPS.

Powyższe kwestie poruszone zostały w niniejszej pracy doktorskiej. Literatura tematu bogata jest w opracowania dotyczące osobno: jakości popiołów lotnych oraz pojedynczych aspektów technicznych związanych z jakością; wpływu jakości PL na parametry użytkowe produktów do wytworzenia, których został użyty; przeglądowo możliwych kierunków zastosowania. Brakuje jednak opracowań uwzględniających aktualny stan wiedzy w odniesieniu do potrzeb oraz uwarunkowań wytwórców PL, w szczególności na terenie Polski. Literatura nie wskazuje również możliwych kompleksowych kombinacji dostępnych metod, celem przekształcania zakładów produkcyjnych w przedsiębiorstwa zero odpadowe. Niniejsza praca doktorska oraz przeprowadzone prace badawcze odpowiadają na to zapotrzebowanie. Wykonane zadania pozwoliły na wyselekcjonowanie możliwie najbardziej ekonomicznych metod waloryzacji jakości UPS, odpowiadających bieżącym potrzebom rynku. Wyniki uzyskane w pracy pozwoliły również na zaproponowanie modelu zarządzania popiołami lotnymi z węgla kamiennego z uwzględnieniem założeń gospodarki cyrkularnej. Model ten umożliwia jednocześnie zarządzanie ryzykiem związanym z obniżoną jakością UPS.

W pracy doktorskiej szczegółowo opisano pozyskane wyniki prac badawczych. Założone cele badawcze zostały zrealizowane, a postawione tezy zweryfikowane:

1. Przeprowadzono szczegółową inwentaryzację popiołów lotnych znajdujących się w dyspozycji Przedsiębiorcy. Określono parametry jakościowe dostępnych materiałów, odnotowano zależności jakości PL od czynników technologicznych.

2. Podsumowano możliwe kierunki zagospodarowania popiołów lotnych oraz wymagania jakościowe jakie są im stawiane.

3. Zidentyfikowano kluczowe ryzyka technologiczne oraz formalno-prawne związane z jakością i możliwością recyclingu popiołu lotnego.

4. Przeprowadzono ocenę dostępnych technologii poprawy jakości popiołu lotnego w odniesieniu do zaobserwowanych ryzyk i zależności. Wytypowano metody charakteryzujące się największym potencjałem technologicznym i ekonomicznym wdrożenia na terenie zakładów produkcyjnych Przedsiębiorcy. Wykonana analiza, po drobnych modyfikacjach, zaadaptowana może zostać do innych jednostek wytwórczych.

5. Przeprowadzono testy obiektowe wybranej metody waloryzacji jakości popiołu lotnego wraz z analizą właściwości fizyko-chemicznych pozyskanych materiałów oraz badaniami ich wpływu na parametry użytkowe produktów wytworzonych z ich udziałem.

6. Przeprowadzono testy laboratoryjne zaproponowanej metody recyclingu niejakościowego popiołu lotnego wraz z analizą właściwości fizyko-chemicznych pozyskanych materiałów oraz badaniami możliwości ich zastosowania do oczyszczania ścieków oczyszczonych z IMOS wytwarzanych w zakładach produkcyjnych Przedsiębiorcy.

7. W oparciu o pozyskane wyniki badań zaproponowano model zarządzania i recyclingu popiołu lotnego zapewniający możliwość jego stu procentowego zagospodarowania niezależnie od jakości surowego materiału powstającego w jednostkach wytwórczych.