Index of /rozprawy2/11428

Pełen tekst

(1)Akademia Górniczo-Hutnicza im. Stanisława Staszica Wydział Górnictwa i Geoinżynierii Katedra Inżynierii Środowiska i Przeróbki Surowców. Rozprawa doktorska „ANALIZA MOŻLIWOŚCI WYKORZYSTANIA ODPADÓW Z TERMICZNEGO PRZEKSZTAŁCANIA KOMUNALNYCH OSADÓW ŚCIEKOWYCH” Mgr inż. Jacek Pietrzyk PROMOTOR Dr hab. inż. Alicja Uliasz-Bocheńczyk, prof. nadzw. PROMOTOR POMOCNICZY Dr inż. Waldemar Kępys. Kraków 2018 1.

(2) Tym co odeszli, za wytyczenie ścieżek, Tym co po ścieżkach przeprowadzili, Rodzinie za cierpliwość i wsparcie, dziękuję.. 2.

(3) Słownik skrótów .................................................................................................................... 7 Wykaz stosowanych oznaczeń .............................................................................................. 7 1.. WSTĘP .................................................................................................................. 9. 2.. Cel i teza pracy .................................................................................................... 12. 3.. Odpady z komunalnych oczyszczalni ścieków – charakterystyka i kierunki. zagospodarowania ........................................................................................................... 13 Komunalne osady ściekowe .......................................................................... 14. 3.1. 3.1.1.. Wpływ źródeł powstawania ścieków na charakterystykę osadów ............ 14. 3.1.2.. Charakterystyka. metod. zagospodarowania. komunalnych. osadów. ściekowych .............................................................................................................. 16 3.1.2.1. Rolnictwo ............................................................................................. 17 3.1.2.2. Rekultywacja ....................................................................................... 18 3.1.2.3. Kompostowanie z odpadami komunalnymi ........................................ 19 3.1.2.4. Procesy termicznego przekształcania KOŚ ......................................... 19 3.1.2.4.1. Suszenie ........................................................................................ 20 3.1.2.4.2. Zgazowanie i odgazowanie osadów ściekowych .......................... 21 3.1.2.4.3. Technologie spalania .................................................................... 21 3.1.3. 3.2.. Komunalne osady ściekowe w Polsce ....................................................... 33 Skratki............................................................................................................ 36. Definicje i klasyfikacja popiołów ........................................................................ 37. 4. 4.1.. Popioły lotne w obowiązującym systemie prawnym .................................... 39. 4.2.. Źródła i ilości popiołów................................................................................. 40. 4.3.. Charakterystyka metod zagospodarowania popiołów ................................... 41. 4.3.1.. Popioły w górnictwie ................................................................................. 41. 4.3.2.. Popioły lotne w produkcji materiałów budowlanych ................................ 43. 4.3.3.. Inne zastosowania popiołów ...................................................................... 46. 4.3.4.. Podsumowanie ........................................................................................... 46 3.

(4) Doświadczenia światowe w badaniach nad zastosowaniem popiołów. 4.4.. z monospalania KOŚ ................................................................................................... 47 Metodyka badań .................................................................................................. 50. 5.. Badania właściwości odpadów z termicznego przekształcania KOŚ ............ 50. 5.1. 5.1.1.. Materiał do badań – charakterystyka prób ................................................. 51. 5.1.2.. Metody i zakres badań podstawowych właściwości odpadów z termicznego. przekształcania KOŚ................................................................................................ 54 5.1.2.1. Wilgotność ........................................................................................... 54 5.1.2.2. Gęstość ................................................................................................. 54 5.1.2.3. Powierzchnia właściwa ........................................................................ 56 5.1.2.4. Skład ziarnowy .................................................................................... 57 5.1.2.5. Badania radiologiczne .......................................................................... 57 5.1.2.6. Skład chemiczny .................................................................................. 58 5.1.2.7. Skład fazowy........................................................................................ 58 5.1.2.8. Wymywalność zanieczyszczeń ............................................................ 59 Metodyka badań w zakresie zastosowania popiołów w technologiach. 5.2.. górnictwa podziemnego ............................................................................................... 59 5.2.1.. Gęstość materiału ....................................................................................... 60. 5.2.2.. Skład ziarnowy .......................................................................................... 60. 5.2.3.. Gęstość pozorna ......................................................................................... 60. 5.2.4.. Rozlewność ................................................................................................ 61. 5.2.5.. Ilość wody nadosadowej (odstój) .............................................................. 61. 5.2.6.. Czas wiązania/tężenia ................................................................................ 62. 5.2.7.. Wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie .................................................. 63. 5.2.8.. Rozmakalność ............................................................................................ 63. 5.2.9.. Wymywalność zanieczyszczeń chemicznych ............................................ 63. Charakterystyka i właściwości popiołów z KOŚ ................................................ 64. 6. 6.1.. Wilgotność ..................................................................................................... 65 4.

(5) 6.2.. Gęstość .......................................................................................................... 65. 6.3.. Powierzchnia właściwa.................................................................................. 66. 6.4.. Skład ziarnowy .............................................................................................. 67. 6.5.. Badania radiologiczne ................................................................................... 69. 6.6.. Skład chemiczny ............................................................................................ 70. 6.7.. Skład fazowy ................................................................................................. 78. 6.8.. Wymywalność zanieczyszczeń ..................................................................... 80 Badania popiołów z KOŚ w zakresie możliwości wykorzystania w technologiach. 7.. górnictwa podziemnego – wyniki i wnioski .................................................................... 85 7.1.. Ogólna charakterystyka zawiesin .................................................................. 85. 7.2.. Możliwość samodzielnego zastosowania popiołów z KOŚ w technologiach. górniczych ................................................................................................................... 85 7.2.1.. Gęstość materiału ....................................................................................... 86. 7.2.2.. Skład ziarnowy .......................................................................................... 86. 7.2.3.. Gęstość pozorna ......................................................................................... 87. 7.2.4.. Rozlewność ................................................................................................ 87. 7.2.5.. Ilość wody nadosadowej (odstój) .............................................................. 89. 7.2.6.. Czas wiązania/tężenia ................................................................................ 91. 7.2.7.. Wytrzymałość na jednoosiowe ściskanie .................................................. 94. 7.2.8.. Rozmakalność ............................................................................................ 96. 7.2.9.. Wymywalność zanieczyszczeń chemicznych ............................................ 96. 7.3.. Podsumowanie ............................................................................................... 96. 7.4.. Badania popiołów z KOŚ z dodatkiem cementu ........................................... 98. 7.5.. Popioły z KOŚ jako dodatek do popiołu z energetyki................................. 103. 7.6.. Podsumowanie ............................................................................................. 109. 8.. Możliwości zastosowania popiołów z KOŚ w zaprawach i betonach............... 111. 9.. Podsumowanie i wnioski ................................................................................... 117. Spis tabel ........................................................................................................................... 122 5.

(6) Spis rysunków ................................................................................................................... 123 Spis fotografii .................................................................................................................... 124 Literatura ……………………………………………………………………………… 124. 6.

(7) Słownik skrótów GUS – Główny Urząd Statystyczny KIŚiPS – Katedra Inżynierii Środowiska i Przeróbki Surowców AGH KOŚ – komunalne osady ściekowe KPGO – Krajowy Plan Gospodarki Odpadami KPOŚK – Krajowy Program Oczyszczania Ścieków Komunalnych OOŚ – ocena oddziaływania na środowisko p.p. – punkt procentowy RLM – równoważna liczba mieszkańców s.m. – sucha masa Wykaz stosowanych oznaczeń B – stopień porowatości, % ρn – gęstość nasypowa, Mg/m3 ρp – gęstość pozorna, Mg/m3 s – gęstość rzeczywista, Mg/m3 H0 – poziom zajęty w menzurce miarowej przez hydromieszaninę, m3 H1– poziom zajęty przez sedymentujący materiał po 1 godz. i 24 godz., m3 F – powierzchnia podstawy próbki, na którą wywierana jest siła, m2 K – rozmakalność podsadzki zestalanej, % m1 – masa pustej płytki szklanej, g m2 – masa płytki z popiołem, g m3 – masa płytki z popiołem po 24 godz. suszenia, g O – odstój, % P – wartość siły niszczącej próbkę, N Q – masa próbki, Mg Rc – wytrzymałość próbki na jednoosiowe ściskanie, Pa Rcw – wytrzymałość próbek podsadzki zestalanej, po nasączeniu wodą, Pa T – temperatura, oC t – czas, godz. Vn – objętość nasypowa, m3 Vp – objętość, m3 7.

(8) Vs – objętość „absolutna”, m3 W – wilgotność, %. 8.

(9) 1. WSTĘP. Tales z Miletu mawiał, iż „początkiem wszechrzeczy jest woda”. Stanowi ona podstawowy, niezbędny do przeżycia składnik pokarmowy. Jest też surowcem używanym do prowadzenia wielu procesów produkcyjnych. Oczyszczanie wody użytej w przemyśle i gospodarstwach domowych zapewnia jej bezpieczny obieg w przyrodzie. Krajowy Program Oczyszczania Ścieków Komunalnych (KPOŚK) [1] przewiduje dynamiczny przyrost długości sieci kanalizacyjnej, budowę, rozbudowę i modernizację oczyszczalni ścieków celem wypełnienia do 2021 oraz 2027 r. założeń Ramowej Dyrektywy Wodnej [2]. Według danych GUS w końcu 2016 r. w Polsce funkcjonowały 3253 oczyszczalnie ścieków komunalnych o łącznej przepustowości bliskiej 9 mln m3/dobę dostosowanych dla ponad 49 mln RLM (równoważna liczba mieszkańców) [3,4,5]. W 2016 r. ilość ścieków komunalnych w Polsce wymagających oczyszczania potroiła się w stosunku do 1960 r. W okresie tym rozwijano technologie oczyszczania ścieków, rozbudowywano sieci kanalizacyjne, stąd obecnie nieoczyszczone ścieki stanowią około 5% całego strumienia [4,3,74]. Wraz ze wzrostem ilości oczyszczonych ścieków zaczął narastać problem powstających odpadów w postaci osadów ściekowych [6]. Dotychczas najpopularniejsze metody zagospodarowania komunalnych osadów ściekowych (KOŚ) nie pozwalają na ich pełne i bezpieczne zagospodarowanie. Obowiązuje zakaz składowania ustabilizowanych komunalnych osadów ściekowych (19 08 05) [7] z powodu realizacji zadania jakim jest ograniczanie składowania odpadów ulegających biodegradacji oraz tych o cieple spalania powyżej 6 MJ/kg suchej masy [200]. Sposobem rozwiązania problemu jest termiczne przekształcenie komunalnych osadów ściekowych powodujące około 90% redukcję masy tych odpadów [11]. Systematycznie wzrastająca ilość odpadów z termicznego przekształcania komunalnych osadów ściekowych stała się kolejnym zagadnieniem badawczym, którego próbę rozwiązania podjęto w ramach niniejszej rozprawy. Praca prezentuje przebieg i efekty badań nad możliwością wykorzystania odpadów z termicznego przekształcania. komunalnych. osadów ściekowych. w technologiach. górniczych oraz wybranych działach produkcji materiałów budowlanych. Przedmiotem kompleksowych badań były popioły ujmowane w instalacjach spalających komunalne osady ściekowe w technologii fluidalnej, zaklasyfikowane kodem 19 01 14 [7], tj. popioły lotne 9.

(10) inne niż wymienione w 19 01 13* [7]. Badania wstępne dotyczyły także odpadów powstających. w drugim. etapie. oczyszczania. gazów. odlotowych,. które. według. Rozporządzenia Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów są odpadem niebezpiecznym 19 01 07* ‒ odpady stałe z oczyszczania gazów odlotowych [7]. W wyniku wstępnych wniosków do dalszych prac brano pod uwagę wyłącznie odpady o kodzie 19 01 14. Do badań używano popiołów z instalacji fluidalnych w Gdyni, Warszawie, Krakowie, Kielcach i Łodzi. Za wyjątkiem instalacji w Gdyni i Krakowie wszystkie pozostałe były uruchamiane w trakcie prowadzenia prac badawczych (2011– 2015). W praktyce odpady z tego typu instalacji są w Polsce nowością z prognozą zwiększania ich ilości. Instalacje wytwarzające tego typu odpady zostały uruchomione jeszcze m.in. w Gdańsku, Bydgoszczy i Zielonej Górze [77]. Cel i tezę pracy przedstawiono w rozdziale 2. Rozdział 3 charakteryzuje odpady powstające w oczyszczalniach ścieków komunalnych, które poddawane termicznemu przekształcaniu generują wytworzenie odpadu będącego przedmiotem rozprawy. Rozdział 4 ukazuje różnorodność odpadów drobnoziarnistych, ich klasyfikację w obowiązującym systemie prawnym oraz przegląd metod odzysku tego typu odpadów. W kolejnych rozdziałach przedstawiono metody badań, wyniki i wnioski. W związku z tym, iż badany odpad jest nowy i nie jest powszechnie odzyskiwany, wszelkie badania prowadzono w analogii do popiołów ze spalania węgla, w której to dziedzinie powstały liczne publikacje wykazujące zastosowanie popiołów lotnych z węgla w różnych dziedzinach gospodarki. Rozdział 7 prezentuje zakres i wyniki prac badawczych realizowanych na potrzeby weryfikacji możliwości zastosowania odpadu o kodzie 19 01 14 w technologiach górniczych. Jest to najobszerniejszy i najdłużej realizowany zakres badań wykonanych w toku dowodzenia postawionej tezy. Badania realizowane były w laboratoriach Katedry Inżynierii Środowiska i Przeróbki Surowców, Wydziału Górnictwa i Geoinżynierii, Akademii Górniczo-Hutniczej w Krakowie. W związku z brakiem właściwości wiążących popiołów z KOŚ w kolejnym etapie badań zastosowano dodatek cementu CEM I 42,5. Zastosowano różne proporcje mieszanki cementowo-popiołowej z wodą, a następnie dokonano równorzędnych badań, takich jak dla samych popiołów. Sposób dobierania proporcji i wnioski z badań przedstawiono w rozdziale 7.4. Popioły ze spalania węgla są często cennym na rynku materiałem, dlatego w myśl zasad zasobooszczędnej gospodarki zaplanowano zastępowanie części popiołów z węgla popiołem z KOŚ. Tym sposobem przygotowano z wybranymi popiołami z KOŚ 10.

(11) zawiesiny, których właściwości określono tak samo jak dla popiołów z węgla pochodzących z elektrowni Jaworzno. Składy mieszanin oraz wyniki zawiera rozdział 7.5. Wnioski płynące z analiz właściwości hydromieszanin i zawiesin z samych popiołów z KOŚ, a także z dodatkami, jak i w roli dodatku, znacząco ograniczyły planowany zakres badań w kierunku zastosowań w budownictwie. Rozdział 8 przedstawia wyniki wpływu dodatku popiołów z KOŚ na właściwości zapraw i betonów, które są potwierdzeniem i uzupełnieniem wniosków wysuwanych na etapie badań w kierunku zastosowania w górnictwie. Badania w zakresie zastosowania popiołów z KOŚ w betonach i zaprawach wykonano w ramach 3-miesięcznych praktyk w firmie budowlanej Budromal sp. z o.o. w 2014 r. Część badawcza pracy realizowana była w ramach grantu dziekańskiego finansowanego ze środków MNiSW 15.11.100.710 w latach 2012–2014.. 11.

(12) 2. Cel i teza pracy. Rozwój a w konsekwencji. infrastruktury. komunalnej. obserwowany. związanej. i prognozowany. z oczyszczaniem. przyrost. ilości. ścieków,. wytwarzanych. komunalnych osadów ściekowych (KOŚ), wymagał podjęcia decyzji określającej kierunki ich odzysku i unieszkodliwiania. Jak wynika z KPGO [77], preferowanym kierunkiem unieszkodliwiania komunalnych osadów ściekowych jest ich termiczne przekształcanie. W związku z powyższym pojawiły się w Polsce stosunkowo nowe i mało rozpoznane odpady w postaci pozostałości z termicznego przekształcania KOŚ. Przedmiotem badań w niniejszej pracy jest najliczniej występujący odpad klasyfikowany według katalogu odpadów pod kodem 19 01 14 jako popioły lotne inne niż wymienione w 19 01 13* [7]. Autor podjął pracę nad poszukiwaniem możliwości odzysku popiołów z pięciu wybranych instalacji termicznego przekształcania KOŚ w Polsce. Celem pracy było zbadanie wybranych właściwości fizykochemicznych popiołów z instalacji fluidalnych termicznie przekształcających komunalne osady ściekowe oraz określenie możliwości ich zastosowania w technologiach górniczych i wybranych działach produkcji materiałów budowlanych. Postawiono następującą tezę pracy:. Istnieje możliwość odzysku popiołów ze spalania komunalnych osadów ściekowych w górnictwie i w wybranych działach budownictwa. Dla weryfikacji postawionej tezy przystąpiono do studiów literaturowych tematu oraz badań laboratoryjnych. Metodykę i wyniki badań przedstawiono w dalszych rozdziałach rozprawy.. 12.

(13) 3. Odpady z komunalnych oczyszczalni ścieków – charakterystyka i kierunki zagospodarowania. W wyniku oczyszczania ścieków powstają: oczyszczona woda odprowadzana do środowiska oraz odpady stałe, z których największą część stanowią komunalne osady ściekowe o kodzie 19 08 05 [7]. Są one definiowane jako pochodzący z oczyszczalni ścieków osad z komór fermentacyjnych oraz innych instalacji służących do oczyszczania ścieków komunalnych oraz innych ścieków o składzie zbliżonym do składu ścieków komunalnych [8]. Osady powstające w fizycznych, fizyczno-chemicznych i biologicznych procesach oczyszczania stanowią zawiesinę organiczno-mineralną, która jest układem dyspersyjnym. W układzie tym fazę dyspersyjną stanowi woda wraz z rozpuszczonymi w niej. substancjami,. a zdyspergowaną. ‒. faza. stała. (utworzona. przez. cząstki. nierozpuszczalne, mikroorganizmy) oraz faza gazowa [9,10]. Struktura osadu, charakterystyka sedymentacyjna, zawartość wilgoci, podatność na mineralizację i zdolność do oddawania wody to podstawowe cechy decydujące o sposobach dalszego postępowania z osadami [9]. Udział wody to (poza ewentualnym przekroczeniem zawartości niepożądanych związków i pierwiastków chemicznych) największy problem w dalszym postępowaniu z KOŚ [11]. Osad zawierający co najmniej 75% masowych wody uznawany jest za płynny [145]. Po skutecznym odwodnieniu zawiera on jeszcze ponad 50% wody, której usunięcie jest trudne i kosztowne. Biorąc pod uwagę budowę ziaren osadów występujących w ściekach, można je podzielić w zależności od właściwości na cztery grupy [12]: • osady pochodzące z procesu sedymentacji zawierające składniki organiczne i nieorganiczne; • osady z procesów biologicznych o dużej zawartości składników organicznych i niewielkim udziale suchej masy; • osady kłaczkowate o dużej zawartości metali w postaci wodorotlenków; • osady zawierające oleje, tłuszcze i inne substancje organiczne przy równocześnie dużym udziale substancji mineralnych.. 13.

(14) 3.1. Komunalne osady ściekowe Komunalne osady ściekowe (kod 19 08 05) są głównym odpadem powstającym w procesie oczyszczania ścieków [13]. W doborze metod ich zagospodarowania znaczenie ma hierarchia postępowania z odpadami [8], która wskazuje, że każdy odpad należy maksymalnie wykorzystać (poddać odzyskowi) w granicach ekonomicznie i ekologicznie dopuszczalnych możliwości pozwalających chronić środowisko przed kontaktem z osadami, wykorzystać wartość energetyczną materii organicznej oraz pozbyć się w sposób racjonalny opisywanego odpadu poprzez unieszkodliwienie [13,14].. 3.1.1. Wpływ źródeł powstawania ścieków na charakterystykę osadów. Przy doborze metod odzysku lub unieszkodliwiania komunalnych osadów ściekowych należy zwrócić uwagę na ich skład chemiczny. Jest on bardzo zróżnicowany i uzależniony m.in. od źródeł pochodzenia ścieków, którymi są [3,12,13]: • zabudowa mieszkaniowa: ‒. wiejska;. ‒. miejska;. • zabudowa mieszkaniowo-przemysłowa: ‒. drobne zakłady podłączone do sieci komunalnej;. ‒. rolnictwo;. • kanalizacja ogólnospławna (wody opadowe odprowadzane wraz ze ściekami komunalnymi). W tabeli 1 przedstawiono przykładowy skład komunalnych osadów ściekowych z kilku oczyszczalni w Polsce. Decyzja o konkretnym przeznaczeniu osadów powinna zostać poprzedzona badaniami ich składu według stosownych rozporządzeń właściwych dla planowanych metod odzysku lub unieszkodliwiania [145].. 14.

(15) Tabela 1. Przykładowe składy komunalnych osadów ściekowych w Polsce, % s.m.. lp.. Składnik. Zawartości według J. Siuty [15]. 1. 2. 3. Oczyszczalnia ścieków komunalnych Piekary Mokra Bobrowniki Wieluń Śląskie Prawa. Substancja 50–60 organiczna 2 Azot ogólny 2,5–4 3 Fosfor 0,65–3 4 Magnez 0,3–0,6 5 Wapń 1,43–3,57 Źródło: opracowano na podstawie [10,15] 1. 4. 5. 6. 7. 62,88. 48,22. 61,84. 26,96. 5,09 1,87 0,79 3,94. 3,28 2,11 0,74 7,76. 3,23 1,17 0,44 3,33. 2,11 1,18 0,75 10,42. Tabela 2 przedstawia zawartości metali ciężkich w komunalnych osadach ściekowych [17]. Należy zwrócić uwagę na zróżnicowanie wartości i szeroki przedział podawanych danych. Podział ścieków ze względu na ich pochodzenie [3,12,13], pomimo swej ogólności, zwraca uwagę na podstawowe kryteria, według których można klasyfikować pochodzenie ścieków, a co ważniejsze dobierać metody ich oczyszczania. W konsekwencji zestawienie charakterystycznych parametrów dla osadów ściekowych ze źródłem pochodzenia ścieków i sposobem oczyszczania mogłoby pozwolić na zbudowanie modelu składu pozostałości z oczyszczania. Idealna sytuacja zaistniałaby wówczas, gdyby na podstawie składu ścieków oraz osadu można było prognozować właściwości popiołu z termicznego przekształcania KOŚ. Zadanie takie wymagałoby jednak znaczącej ilości danych wejściowych na etapie przygotowania wzorców, co nie jest przedmiotem niniejszej pracy. Ponadto zmienny skład ścieków znacząco utrudniałby standaryzację. W zabudowie podmiejskiej dominuje poranne i wieczorne dostarczanie ścieków związane z obecnością mieszkańców i zaspokajaniem codziennych potrzeb socjalnych. W zabudowie wiejskiej nie obserwuje się tak charakterystycznych okresów dostarczania ścieków. Zabudowa mieszkaniowa pełniąca charakter tzw. „sypialni” stwarza zagrożenie dla funkcjonowania małych oczyszczalni ścieków opartych na systemach biologicznego oczyszczania. Ścieki z takich rejonów w okresie dni wolnych od pracy zazwyczaj kumulują dużą ilość detergentów używanych np. w pralkach, co powoduje zmniejszenie możliwości działania dla bakterii. W przypadku zabudowy mieszkaniowo-przemysłowej należy brać pod uwagę niekontrolowane zrzuty substancji niedopuszczonych do wprowadzania w sieć kanalizacji sanitarnej [16]. Rolnictwo, a zwłaszcza hodowla, może być źródłem zrzutu gnojowicy czy środków ochrony roślin pochodzących z mycia i płukania sprzętu służącego 15.

(16) do opryskiwania upraw. W przypadku kanalizacji ogólnospławnej oczyszczalnia musi być przygotowana na przyjęcie okresowo dużej ilości ścieków, które mogą zawierać wszelkiego rodzaju zanieczyszczenia, które przejmie woda deszczowa spływająca do kanalizacji. Istnieje duże prawdopodobieństwo dostarczenia substancji ropopochodnych, zwłaszcza z terenów uprzemysłowionych i dróg. W związku z powyższym powstające z oczyszczania ścieków komunalne osady ściekowe różnią się właściwościami mineralogicznymi, fizykochemicznymi i biologicznymi, co ma istotne znaczenie przy doborze sposobów ich zagospodarowywania [17,18]. Tabela 2. Przykładowe zawartości metali ciężkich w osadach ściekowych, mg/kg s.m. lp.. metal. 15 oczyszczalni poddanych badaniu. 1. 2. 3. 1,0–83,8 27–6674 72–1340 0,61–9,11 11–358 18–327 603–5124. 1 Cd 2 Cr 3 Cu 4 Hg 5 Ni 6 Pb 7 Zn Źródło: opracowano na podstawie [17]. 3.1.2. Charakterystyka metod zagospodarowania komunalnych osadów ściekowych Według autorów [13,14,19] metody postępowania z osadami można podzielić na: naturalne, termiczne oraz pośrednie (kombinowane). Wśród metod naturalnych znajduje się stosowanie KOŚ do wypełniania sztucznych i naturalnych zagłębień terenowych oraz pustek podziemnych. Wymienia się w nich także rolnicze wykorzystanie oraz znacząco ograniczone w XXI w. zatapianie w morzu. Metody te są najtańsze, ale stwarzają największe zagrożenie sanitarne w przypadku stosowania osadów surowych. Do metod termicznych zaliczane jest spalanie, współspalanie oraz zgazowanie. Wśród metod pośrednich wymieniane jest kompostowanie wraz z odpadami komunalnymi, termiczne suszenie oraz pasteryzacja. W przytoczonym podziale metod zagospodarowania autorzy [13,14,18] nie wspomnieli o najmniej korzystnej a ciągle stosowanej metodzie, jaką jest składowanie na lagunach lub na składowiskach odpadów innych niż niebezpieczne lub obojętne. Najczęściej stosowaną metodą odzysku KOŚ (tabela 4) jest zastosowanie w rolnictwie oraz w ramach rekultywacji. 16.

(17) Warunki dopuszczenia KOŚ do odzysku w: • rolnictwie, rozumianym jako uprawa wszystkich płodów rolnych wprowadzanych do obrotu handlowego, włączając w to uprawy przeznaczane do produkcji pasz; • uprawie roślin przeznaczonych do produkcji kompostu; • uprawie roślin nieprzeznaczonych do spożycia i do produkcji pasz; • rekultywacji terenów, w tym gruntów na cele rolne; • dostosowaniu gruntów do określonych potrzeb wynikających z planów gospodarki odpadami, planów zagospodarowania przestrzennego lub decyzji o warunkach zabudowy i zagospodarowania terenu szczegółowo opisane zostały w art. 96 ustawy o odpadach [8] W kolejnych podrozdziałach zaprezentowano przegląd najpowszechniejszych kierunków oraz metod odzysku i unieszkodliwiania KOŚ. 3.1.2.1. Rolnictwo Komunalne osady ściekowe po spełnieniu norm opisanych w rozporządzeniu Ministra Środowiska w sprawie komunalnych osadów ściekowych [20] mogą stanowić substytut nawozów używanych w rolnictwie. Rolnicze zastosowanie osadów ściekowych polega głównie na rozprowadzeniu wcześniej przebadanych KOŚ na powierzchni terenu i niezwłocznym wymieszaniu z gruntem przy użyciu pługa bądź brony talerzowej (forma mazista i ziemista) [20,21]. W przypadku stosowania osadów w formie płynnej należy wprowadzać je metodą iniekcji bądź natryskiwania, w tym hydroobsiewem, nie później niż następnego dnia po transporcie [20]. Nie bez znaczenia jest bezpieczeństwo sanitarne przy stosowaniu osadów, które oprócz korzystnych związków mogą zawierać niebezpieczne pierwiastki, w tym metale ciężkie oraz jaja pasożytów, które w przypadku ustabilizowania osadów nie są zagrożeniem [22,23]. Rozporządzenie określa rodzaje gruntów, okresy stosowania i dopuszczalne ilości użytych osadów. Zastosowanie osadów umożliwia wykorzystanie np. struktury gleb piaszczystych do uprawy wierzby energetycznej. Polskie doświadczenia wskazują na możliwość stosowania do 60 Mg s.m. osadów na hektar, biorąc pod uwagę skład osadów i gleby [24]. Korzystny wpływ osadów na poprawę zasobności i żyzności gleb przyczynia się do dynamicznego wzrostu substancji organicznej ulegającej szybkiej transformacji do próchnicy glebowej. Ma to szczególne znaczenie w przypadku gleb lekkich, łatwo przepuszczalnych, których żyzność wskutek nawożenia osadami 17.

(18) ściekowymi poprawia się radykalnie [25]. Osady są specyficznym materiałem nawozowym, gdyż oprócz składników odżywczych N, P, K i materii organicznej zawierają szereg niepożądanych składników, m.in. bakterie chorobotwórcze typu Salmonella, jaja pasożytów jelitowych, metale ciężkie i inne. Po odpowiednich zabiegach higienizacyjnych doprowadzających zawartość składników osadów do wartości dopuszczalnych możliwe jest ich zastosowanie w okresie poza wegetacją roślin (trafiających do łańcucha pokarmowego) w formie płynnej, mazistej lub ziemistej. Korzystne jest stosowanie osadów w formie płynnej wraz substancjami rozpuszczonymi w wodzie. Na podniesienie plonów wpływ mają także substancje śladowe, m.in. sód, mangan, żelazo i inne [17]. 3.1.2.2. Rekultywacja Wykorzystanie osadów na cele rolne stawia najwyższe wymogi co do parametrów stosowanych odpadów. W przypadku zastosowania ich w pracach rekultywacyjnych rodzaj i jakość zależna jest od celu prowadzonej rekultywacji. Wyróżnia się następujący podział prac rekultywacyjnych według możliwości stosowania komunalnych osadów ściekowych: •. rekultywacja na cele rolne. W praktyce według Rozporządzenia Ministra Środowiska z 6 lutego 2015 r. w sprawie komunalnych osadów ściekowych [20] wykorzystanie KOŚ do rekultywacji na cele rolne wymaga spełniania warunków tożsamych do stawianych ich rolniczemu wykorzystaniu. Przykładem wieloletniego wykorzystania KOŚ w rekultywacji są tereny kopalni siarki „Jeziórko”, gdzie osady wykorzystywano w formie mazistej [26]. KOŚ znalazły także zastosowanie w rekultywacji kopalni żwiru w miejscowości Mrzezino. Osad po rozłożeniu w 12 cm warstwie mieszano przy pomocy pługa na głębokość 25 cm. Następnie używano ciężkiej brony talerzowej oraz glebogryzarki. W ostatniej fazie dokonywano siewu odpowiednio dobranych traw. Zastosowanie znalazły tam osady z oczyszczalni ścieków Gdynia „Dębogórze”, tej samej, z której popioły podlegały badaniu w niniejszej pracy [27]. Autorzy licznych publikacji [26,27,28,29,30,31] zgodnie stwierdzają, że komunalne osady ściekowe są dobrym materiałem do rekultywacji terenów poeksploatacyjnych, a także składowisk odpadów itp. Stanowią również dobry substytut nawozów w poprawie właściwości gleb.. •. rekultywacja na cele nie rolne i nie leśne. Przykładem może być np. kierunek wodny rekultywacji terenu wokół Tarnobrzega (kopalnia „Machów” i „Jeziórko”), gdzie wydobywano siarkę [32]. 18.

(19) Ponadto często do prac rekultywacyjnych można zaliczyć prace polegające na przystosowaniu gruntów do warunków określonych w planach gospodarki odpadami (rekultywacja składowisk) lub planach zagospodarowania przestrzennego [8]. W pracach rekultywacyjnych osady spełniają funkcję wypełniacza dla pustych przestrzeni lub traktowane są jako materia organiczna wpływająca na użyźnienie przywracanych środowisku obszarów [32].. 3.1.2.3. Kompostowanie z odpadami komunalnymi. Metoda ta polega na mineralizacji i humifikacji substancji organicznych zawartych w osadach ściekowych i odpadach [33]. Podstawowym czynnikiem warunkującym przebieg procesu oraz jakość produktu końcowego jest skład osadów i odpadów poddanych kompostowaniu. Znaczącym parametrem zewnętrznym jest temperatura. Kompostowanie przebiega w trzech fazach. W pierwszej następuje samoczynny, szybki wzrost temperatury do około 70oC. Faza pierwsza trwa od 10 do 14 dni. Rozwijające się mikroorganizmy powodują utlenianie substancji białkowych, węglowodanów, kwasów organicznych i tłuszczy. Dzięki wysokiej temperaturze giną jaja robaków, poczwarki owadów oraz duża część bakterii z grupy coli. W trwającej około 3–8 tygodni fazie drugiej temperatura waha się od 40 do 60oC. Zauważalne jest już przekształcenie wsadu w materiał próchniczy. Dzięki zniszczeniu organizmów chorobotwórczych powstający kompost nie jest szkodliwy dla środowiska. W fazie trzeciej następuje obniżenie temperatury aż do wyrównania się z temperaturą otoczenia. Faza ta nazywana jest też fazą dojrzewania kompostu. Zastosowany kompost ulega dalszemu przekształceniu w warunkach glebowych [33]. Regionalne Instalacje Przekształcania Odpadów Komunalnych (RIPOK) wyposażone są w komory do prowadzenia procesów kompostowania. Jest to szansa dla małych oczyszczalni ścieków na odzysk (proces R3) lub unieszkodliwianie (proces D8) osadów zgodnie z przepisami ustawy o odpadach [8].. 3.1.2.4. Procesy termicznego przekształcania KOŚ Ustawa o odpadach definiuje termiczne przekształcanie jako spalanie odpadów przez ich utlenianie oraz inne procesy termicznego przetwarzania odpadów, w tym pirolizę, zgazowanie i proces plazmowy, o ile substancje powstające podczas tych procesów są 19.

(20) następnie spalane [8]. Etapem wstępnym procesów termicznych jest suszenie [19,34]. Procesy termiczne stosowane dla komunalnych osadów ściekowych przedstawia rysunek 1. W kolejnych podrozdziałach dokonano charakterystyki poszczególnych metod ze szczególnym omówieniem technologii spalania [35].. Rysunek 1. Warianty technologiczne termicznego przekształcania KOŚ Źródło: opracowanie własne na podstawie [36]. 3.1.2.4.1. Suszenie. Suszenie ma na celu przeprowadzenie odwodnionego mechanicznie osadu do stanu, w którym zawartość suchej masy będzie w granicach 60–90% (zależnie od dalszego zastosowania). Często suszenie jest etapem wstępnym służącym do poprawienia właściwości paliwowych osadów. Proces suszenia można podzielić na następujące etapy [35,36]: • suszenie wstępne, gdzie temperatura osadów wzrasta do stałej wartości; • suszenie zasadnicze, gdzie przy stanie ustalonym następuje odparowywanie wody. Jest to najdłużej trwające stadium, jego czas zależy od różnicy wilgotności 20.

(21) panującej na powierzchni mokrej cząstki i w fazie gazowej oraz od ilości wody niezwiązanej, zawartej wewnątrz cząstki; • suszenie końcowe, gdzie rozpoczyna się suszenie ze zmniejszającą się prędkością prowadzącą. do. osiągnięcia. uwodnienia. równowagowego,. zależnego. od temperatury suszenia oraz wilgotności powietrza. Suszenie jest najbardziej energo i kapitałochłonnym etapem unieszkodliwiania KOŚ. Pojawiają się suszarnie wykorzystujące energię słoneczną. W Polsce największa z nich znajduje się w Rzeszowie. Awaryjność i ograniczona w czasie możliwość pełnego wykorzystania nie rekomendują jednak tej metody do dużych oczyszczalni w polskich warunkach klimatycznych. W celu pełnej higienizacji i ułatwienia odwadniania prowadzony jest też proces termokondycjonowania. Osad poddawany jest oddziaływaniu temperatury 120–150oC przez 30–60 min przy ciśnieniu 0,5–2 MPa. Proces ten stosowany jest głównie do osadów surowych [37].. 3.1.2.4.2.. Zgazowanie i odgazowanie osadów ściekowych. Już w 1900 r. miały miejsce techniczne próby zgazowania osadów ściekowych [14]. Ze względu na niski odzysk energii, pomimo wielu prób, zgazowanie KOŚ nie znalazło do dziś szerszego zastosowania [14,38]. Do zgazowania osadów najlepiej nadają się przystosowane do spalania niskokalorycznych paliw generatory z rusztem obrotowym. Według prowadzących badania w Instytucie Techniki Cieplnej Politechniki Śląskiej osady ściekowe są niezbadanym i niedocenionym źródłem energii [38,39]. Autorzy [38] wskazują, że odpowiednie przygotowanie wsadu do zgazowania w ich autorskiej instalacji w skali laboratoryjnej wskazuje na możliwość otrzymania wartościowego paliwa gazowego. Autorzy ci nie wspominają w publikacjach o odpadach stałych ze zgazowania.. 3.1.2.4.3. Technologie spalania W kolejnych podrozdziałach przedstawiono zasadę działania poszczególnych technologii spalania, w tym metodę referencyjną [19], jaką jest spalanie w złożu fluidalnym. Poniższe opisy technologii spalania ukazane zostały w ujęciu historycznym z uwzględnieniem ich etapów rozwoju.. 21.

(22) Piece półkowe Piece półkowe, zwane piecami Nicholsa-Herreschoffa [14], wykorzystywano od 1885 r. do prażenia siarczków metali. Pierwszy raz użyto ich do spalenia osadów ściekowych w Michigan (USA) w 1934 r. W 1936 r. użyto piec N-H do suszenia osadów. Instalacje były ciągle rozbudowywane i unowocześniane, głównie w USA. Spalano wszystkie rodzaje osadu, odpady komunalne i inne. Średniej wielkości piec składał się z 6 półek. Średnica pieca wahała się w okolicy 5 m, a wydajność od 25 Mg/dobę (Fairbanks, Alaska) do 1000 Mg/dobę (Detroit, Michigan) w 11-półkowym piecu [14]. Największa instalacja składała się z 4 pieców spalających osady wstępne, surowe, skratki, tłuszcze i inne [14]. Piece tego typu znajdowały też zastosowanie do przepalania piasku z osadników. Obecnie ich zastosowanie jest marginalne. Niezależnie od zaawansowania technologii zasada działania pieców półkowych jest następująca: osad podawany jest na górną półkę. Materiał podlegający suszeniu bądź spalaniu zalega w około 30 cm warstwach. Mała miąższość warstwy pozwala na przenikanie wilgoci z poziomu rozgrzanej półki do wierzchniej warstwy materiału. Przy większym uziarnieniu wsadu istnieje możliwość stosowania grubszej warstwy. Warstwa powinna być cały czas mieszana w celu odnawiania i zmiany powierzchni. Jest to możliwe dzięki ułożeniu półek w sposób ułatwiający zsuwanie się wsadu. Temperatura wewnątrz pieca to około 930oC [14].. Spalanie w zawiesinie W 1935 r. w Chicago uruchomiono pierwszą tego typu instalację przeznaczoną do spalania osadów ściekowych systemem Raymonda [14,40]. System ten rozpowszechnił się w USA. Technologia spalania w zawiesinie polega na wprowadzaniu do ogrzanej komory spalania przez odpowiednie dysze wysuszonego i rozdrobnionego materiału. Zawracane z instalacji oczyszczania spalin ciepłe powietrze wtryskiwane jest wraz z materiałem. Dysze wtryskowe mogą być umieszczone w każdej części pieca. Ich rozmieszczenie zależne jest od spalanego materiału, który wymusza specyfikę prowadzenia procesu. Produktami końcowymi procesu spalania systemem zawiesinowym Raymonda są: •. suchy osad zawierający oryginalne składniki z możliwością zastosowania np. w rolnictwie i rekultywacji;. •. odwodniony i schłodzony popiół;. 22.

(23) •. popiół w drobnej, granulowanej formie bez spieków i niespalonej substancji organicznej. Systemy Raymonda umożliwiały także prowadzenie procesu współspalania osadów. ściekowych z odpadami komunalnymi. Wsad w każdej z technologii poddawany był podsuszaniu, a spaliny podgrzewano do temperatury umożliwiającej dezodoryzację i minimalizację negatywnego wpływu na środowisko. Obecnie elementy opisanej powyżej myśli. technicznej. mają. zastosowanie. w licznych. piecach. pyłowych. obecnych. w elektrowniach i elektrociepłowniach [41].. Spalanie w piecach obrotowych Spalanie osadów ściekowych w piecach obrotowych znacząco rozwijało się w połowie XX w. na terenach byłego ZSRR. Rozwiązania te spotykano także w USA [14]. Piece obrotowe to walce o różnych średnicach ułożone poziomo z lekkim nachyleniem w kierunku odprowadzania części stałych po procesie spalania. Ułożone są na rolkach, które przy pomocy kół zębatych i energii elektrycznej wprowadzają walec w ruch. Spalany materiał podawany jest do komory spalania, gdzie poprzez ruch obrotowy pieca jest mieszany. Spalanie najczęściej odbywa się w tzw. przeciwprądzie. Dzięki wydzielonej komorze w górnej części walczaka można suszyć osady. Komora ta izoluje suszony materiał od kontaktu z ogniem. W dolnej części walczaka odbierana jest frakcja mineralna, która nie uległa spaleniu. Gorący popiół chłodzony jest strumieniem zimnego powietrza, które następnie trafia do pieca. Gazy spalinowe z pieców i suszarni obrotowych kierowane są do komór odpylających lub innych instalacji oczyszczania spalin. W następnej kolejności po oczyszczeniu trafiają do atmosfery [14]. Piece obrotowe są obecnie stosowane głównie w cementowniach. Cementownie są jedną z liczących się branż przemysłu, który w ramach swojej działalności mogą wykorzystywać odpady w procesie produkcyjnym, w tym komunalne osady ściekowe w ramach odzysku energii – jako paliwa alternatywne [42]. Spalanie w piecu ze złożem fluidalnym W latach dwudziestych XX w. niemiecki chemik Fritz Winkler zauważył ruch ziarenek pod wpływem powietrza przypominający wrzącą ciecz. Jego eksperyment zapoczątkował rozwój nowego procesu zwanego fluidyzacją [43,44,45]. 23.

(24) Spalanie komunalnych osadów ściekowych w złożu fluidalnym jest aktualnie najpopularniejszą technologią ich termicznego przekształcania. Technologię tę zastosowano w procesie PYROFLUID [46] firmy Veolia Water. Jest on efektywnym i bezpiecznym procesem spalania odwodnionego osadu z oczyszczalni komunalnych i przemysłowych [13]. Piec PYROFLUID składa się z cylindra ustawionego pionowo i połączonych ze sobą systemów dostarczania ogrzanego powietrza fluidyzacyjnego oraz oczyszczania spalin. W skład pieca wchodzi [13]: • komora powietrzna z dnem dyszowym; • złoże piaskowe; • komora dopalania; • kopuła ewakuacyjna i przewód spalin; • dmuchawa fluidyzacyjna wdmuchująca powietrze do komory powietrznej; • dysze wtrysku paliwa (paliwo zewnętrzne, np. gaz ziemny lub olej opałowy, podawane są w przypadku niskiej kaloryczności odpadów bądź podczas rozruchu instalacji); • dysze do podawania osadu; • inżektor piasku. W technologii fluidalnej wyróżnia się dwie podstawowe struktury fluidalne: pęcherzykową warstwę fluidalną (AFBC - Atmospheric Classic Fluidized bed Combustion System) i cyrkulacyjną warstwę fluidalną (CFBC - Atmospheric Circulating (fast) Fluidized bed Combustion System). W energetyce przy spalaniu pyłu węglowego zastosowanie mają także kotły fluidyzacyjne z ciśnieniowym złożem stacjonarnym (PFCB - Pressurized Fluidized Bed Combustion) oraz kotły fluidyzacyjne z ciśnieniowym złożem cyrkulacyjnym (PCFB - Pressurized Circulating Fluidized Bed Combustion) [45]. Pęcherzykowa warstwa fluidalna charakteryzuje się tym, że czynnik fluidyzujący ma prędkość nieznacznie większą od prędkości granicznej utrzymującej cząstkę fazy stałej w zawieszeniu. Siła ciężkości cząsteczki jest wówczas równa oporowi aerodynamicznemu przy jej opływie. Prędkość ta wynosi 1–3 m/s. Warstwa cyrkulacyjna charakteryzuje się 3–4-krotnie większymi prędkościami fazy nośnej w stosunku do warstwy pęcherzykowej [34]. Zasada działania technologii Pyrofluid polega na utrzymywaniu materiału inertnego, np. piasku, w stanie zawieszenia w komorze spalania. Paliwo jest podawane w czasie rozruchu do komory dopalającej. Gazy i popioły z procesu spalania zbierane są w górnej części pieca i kierowane do wymienników ciepła. Schłodzone wstępnie w wymienniku ciepła do 250oC spaliny 24.

(25) poddawane są procesowi oczyszczania metodą mokrą lub suchą. W metodzie mokrej spaliny są przeprowadzane przez rozdzielacz elektrostatyczny oraz wysoką kolumnę (skruber), w której rozpylana jest woda zwilżająca zawarte w gazach cząstki ciał stałych, powodując ich opadanie [47]. Oczyszczone spaliny poprzez wentylator odciągowy są kierowane do komina. Kondensat z oczyszczania spalin jest kierowany do stacji podczyszczania przed odprowadzeniem do kanalizacji. Ścieki z oczyszczania spalin odprowadzane są do oczyszczalni ścieków. W metodzie suchej gazy oczyszczane są w rozdzielaczu elektrostatycznym oraz w filtrach workowych, w wyniku czego otrzymuje się mniejszą ilość odpadowych pyłów i popiołów, skutkuje to jednak większą koncentracją metali ciężkich. Aby zapewnić dotrzymanie najbardziej rygorystycznych warunków emisji gazów spalinowych firma Veolia Water wdrożyła własny kombinowany system oczyszczania spalin pod nazwą HELIOL. Proces polega na przepuszczeniu spalin kolejno przez elektrofiltr, wymiennik ciepła, dwie płuczki, po czym kierowane są one do komina [48]. Efektywność usuwania popiołu w rozdzielaczu elektrostatycznym wynosi 99,9%, a stężenie pyłu na wylocie jest niższe niż 10 mg/Nm3. Metale ciężkie: Sb, As, Pb, Cr, Co, Cu, Mn, Ni, V, Sn, Cd i Ti są usuwane wraz z pyłem [49]. Zawartość NOx w gazach odlotowych nie przekracza 200 mg/Nm3. Emisja dioksyn i furanów jest zdecydowanie niższa od wartości granicznych określonych jako 0,1 ng/Nm3 w przeliczeniu na suchy gaz przy zawartości 11% tlenu. Ciepło ze schładzania spalin wykorzystane jest do podgrzewania powietrza kierowanego do pieca oraz do podsuszania osadów. Dzięki temu w układzie odzyskiwana jest energia. W optymalnych warunkach odzysk ten może wynieść do 70% [46]. Na świecie działa około 50 instalacji zaprojektowanych w technologii Pyrofluid. Do zalet technologii fluidalnej zaliczyć można [14,34]: • całkowitą mineralizację osadu; • około 90% redukcję objętości początkowego osadu odwodnionego; • możliwość wykorzystania powstających popiołów (konstrukcja dróg, zastosowanie w budownictwie i inne); • uzyskanie popiołu całkowicie wolnego od patogenów; • odzysk energii; • prawie idealny rozkład temperatury w całym układzie fluidalnym; • wysoki współczynnik przenoszenia ciepła od ścian kolumny do ładunku fluidalnego; • duże rozwinięcie powierzchni ciała stałego zwiększające intensywność wymiany ciepła pomiędzy gazem a ciałem stałym; 25.

(26) • spełnienie restrykcyjnych wymogów dotyczących standardów emisyjnych; • długoterminową niezawodność; doskonałą wytrzymałość na wysokie temperatury, uszkodzenia i korozję (brak ruchomych części w gorących strefach); • prostą eksploatację (proces zautomatyzowany); • możliwość pracy w systemie ciągłym ‒ 24/7. Za wady technologii fluidalnej uznaje się [14]: • konieczność utrzymania jednolitej granulacji ziaren fazy stałej; • konieczność instalowania urządzeń odpylających dla unoszonych przez gazy wylotowe cząstek stałych. Największe na świecie instalacje tego typu znajdują się w [46]: • St. Petersburgu, Rosja (2006) ‒ 8 Mg s.m./godz.; • Colombes, Francja (1998) ‒ 8 Mg s.m./godz.; • Rouen Petit-Quevilly, Francja (1997) ‒ 3 Mg s.m./godz.; • Coleshill, Wielka Brytania (1996) ‒ 5 Mg s.m./godz.; • Lyon Saint-Fons, Francja (1995) ‒ 3,6 Mg s.m./godz.; • Saragossie, Hiszpania (1992) ‒ 4,6 Mg s.m./godz. Instalacje opierające się na technologii fluidalnej działają w kilkunastu miastach w Polsce, m.in.: w Krakowie, Kielcach, Łodzi, Bydgoszczy, Gdańsku, Warszawie oraz Gdyni, gdzie funkcjonuje najstarsza tej wielkości w Polsce instalacja termicznego unieszkodliwiania komunalnych osadów ściekowych. W tabeli 3 (strona 30) zestawiono instalacje współspalające i monospalarnie KOŚ w podziale na województwa w Polsce.. Spalanie na ruszcie Technologia rusztowa jest najbardziej dojrzałą technologicznie metodą spalania. Umożliwia przekształcanie wszystkich rodzajów stałych odpadów. Zastosowanie znajduje głównie przy termicznym przekształcaniu odpadów komunalnych. Działa również na zasadzie współspalania odwodnionych osadów ściekowych i innych niż niebezpieczne odpadów medycznych. Pełne zintegrowanie rusztu, pieca i kotła jest najistotniejszym elementem dla instalacji, aby pracowała wydajnie oraz przede wszystkim bezpiecznie dla środowiska [50]. Instalacje z paleniskami rusztowymi są najbardziej rozpowszechnioną grupą technologiczną używaną dla celów termicznego przekształcania odpadów 26.

(27) komunalnych. Instalacje tego typu służą również do unieszkodliwiania komunalnych osadów ściekowych, ale ich udział w technologiach termicznego unieszkodliwiania tych odpadów jest nieznaczny. Przykładem tego typu instalacji jest spalarnia osadów w Olsztynie [51]. Mechanicznie odwodniony na prasach osad transportowany jest za pośrednictwem przenośników ślimakowych do zbiornika magazynowego. Układ suszenia i spalania osadu wyposażony jest w wymienniki ciepła zapewniające maksymalny odbiór ciepła powstającego w procesie suszenia i spalania, co pozwala na jego powtórne wykorzystanie. Proces suszenia odbywa się w zamkniętym obiegu, wykorzystując olej termiczny jako medium grzewcze. Punkt przyjęcia osadów dowożonych służy m.in. do odbioru osadu znajdującego się w kwaterach. Osad ze zbiornika magazynowego równomiernie podawany jest do linii suszenia, skąd dalej systemem przenośników trafia do zbiornika pośredniego osadu wysuszonego, a następnie do spalarni wyposażonej w ruchomy ruszt. Powstające podczas procesu popioły transportowane są układem przenośników do urządzenia workującego i w takiej postaci odwożone do magazynu popiołów [52]. Powierzchnia zaprojektowanej. wiaty. na. popioły. zapewnia. magazynowanie. ilości. popiołów. odpowiadającej ich rocznej produkcji. Jak wynika ze sprawozdania rocznego PWiK w Olsztynie w 2014 r. termicznemu przekształceniu poddano 389 Mg s.m. osadów [53]. W sekcji suszenia medium grzewczym jest olej termiczny, natomiast paliwem pomocniczym gaz ziemny. Maksymalna ilość osadu odwodnionego, jaka może być poddana procesowi suszenia i spalania, wynosi 2 Mg/godz. (nominalna ‒ 1,4 Mg/godz.). Osady zawierają 18–22% s.m. i po suszeniu są całkowicie zhigienizowane. Wymiary granulki osadu wysuszonego wynoszą 2–6 mm, natomiast pyłu są mniejsze od 100 µm. Zawartość węgla organicznego w popiołach wagowo nie przekracza 3%. Poniżej przedstawiono charakterystykę instalacji [52]: • ilość odwodnionego osadu ‒ 1,4 Mg/godz.; • zawartość suchej masy w odwodnionym osadzie ‒ 20%; • ilość suchego osadu ‒ 0,311 Mg/godz.; • zawartość suchej masy w suchym osadzie ‒ 80–90%; • ilość popiołu ‒ 0,132 Mg/godz. W opisywanej powyżej instalacji z Olsztyna spalaniu podlegają wcześniej wysuszone osady. Pojemność systemu obliczona jest dla dwusekundowego przetrzymania gazów odlotowych w temperaturze 850ºC, co zapewnia otrzymanie niskiej zawartości 27.

(28) popiołu i CO. W spalarni następuje redukcja węgla organicznego do poziomu niższego niż 3%. Proces spalania składa się z dwóch etapów. Pierwszy zachodzi w komorze spalania, gdzie następuje odparowanie wilgoci zawartej w osadach połączone ze zgazowywaniem lotnych związków. W rezultacie daje to mieszaninę pary i palnych gazów charakteryzującą się wysoką wartością cieplną. W drugim etapie mieszanina pary i palnych związków zostaje przetransportowana do komory dopalania, gdzie pod wpływem zjawiska turbulencji wywołanej przepływem powietrza i działaniem palników utrzymujących odpowiednią temperaturę następuje całkowite spalenie gazów powstałych w komorze spalania, co gwarantuje usunięcie zanieczyszczeń. Z instalacji gazy odlotowe kierowane są do wymiennika, gdzie dochodzi do podgrzewania oleju termicznego na potrzeby suszenia oraz do wymiennika, w którym podgrzewane jest powietrze do procesu spalania. Oczyszczanie gazów ma miejsce w wieży reakcyjnej i w filtrze workowym [52]. Najistotniejszym elementem tego pieca jest jego ruszt. Każdy rodzaj rusztu musi spełniać określone wymagania dotyczące sposobu dostarczania powietrza pierwotnego pod ruszt, możliwości jego dodatkowego chłodzenia (wodą, gdy kaloryczność odpadów jest wysoka. a chłodzenie powietrzem jest niewystarczające), szybkości przemieszczania się jak i mieszania odpadów. Czas przebywania odpadów na ruszcie wynosi zwykle nie więcej niż 60 minut i jest zależny od rodzaju spalanych odpadów i ich właściwości. Ruszty mogą być ruchome bądź stałe, poziome lub pochylone, walcowe lub posuwisto-zwrotne [50]. Współspalanie Pośród termicznych metod odzysku KOŚ w opisanych powyżej instalacjach mogą być prowadzone także procesy współspalania osadów z paliwami i innymi odpadami. W zależności od sposobu dostarczenia osadów technologie ich współspalania można podzielić na [54]: • współspalanie bezpośrednie przez mieszanie osadów z węglem na placu magazynowym lub mieszanie w palenisku kotła przez oddzielne wprowadzanie osadów i węgla do kotła; • współspalanie pośrednie przez zgazowanie osadów w oddzielnej instalacji i następnie spalanie produktów zgazowania w kotle; • współspalanie równoległe polegające na spalaniu osadów w osobnym kotle i przesłaniu wyprodukowanej w nim pary lub gorących spalin do odrębnego kotła.. 28.

(29) Współspalanie osadów cieszy się dużą popularnością w sektorze energetycznym w Niemczech, Belgii, Holandii oraz Austrii. W Niemczech współspalanie stosowane jest w ponad dwudziestu elektrowniach opalanych węglem kamiennym i brunatnym. W Szwecji, Niemczech i Japonii KOŚ w znaczącym stopniu współspalane są z odpadami komunalnymi [36]. W Polsce taki sposób zagospodarowania KOŚ jest mało znaczący w stosunku do strumienia powstających odpadów [3]. Obowiązujące do 2015 r. uregulowania prawne traktujące osady ściekowe jako odpady, a instalacje je spalające (w ilości większej niż 1% masowy paliwa) [55,56] jako współspalarnie odpadów podlegające restrykcyjniejszym niż sektor energetyczny normom emisji gazów oraz procedurom prowadzenia procesów spalania powodowały, że współspalanie osadów ściekowych w energetyce wykluczano ze względów ekonomicznych [57]. Szansą dla takiego sposobu ich odzysku stało się uznanie osadów za biomasę w rozumieniu przepisów prawnych dotyczących tzw. zielonej energii. Definicję szczegółowo ujęto w ustawie z 20 lutego 2015 r. o odnawialnych źródłach energii [58]. Dzięki takiemu podejściu wysuszone KOŚ stanowią jedno ze źródeł paliw alternatywnych w działających na terenie Polski cementowniach. Paliwa z odpadów od 2014 r. wypełniają ponad 50% zapotrzebowania na ciepło do produkcji cementu [59]. KOŚ w 2015 r. stanowiły 0,7% (10 Gg) zużytych paliw alternatywnych [59]. Wartość opałowa wysuszonego osadu porównywalna jest z węglem brunatnym [60].. 29.

(30) Tabela 3. Instalacje spalania i współspalania komunalnych osadów ściekowych w Polsce w 2014 r. Sposób spalania. 30. współspalanie. monospalanie. Technologia monospalania. Nominalna wydajność monospalarni Gg s.m./rok. 2. 3. 4. 5. 6. 1. śląskie. ‒ Cementownia Rudniki (Cemex Polska) ‒ Elektrownia Łagisza (Tauron Wytwarzanie) ‒ Elektrownia Łaziska (Tauron Wytwarzanie) ‒ Sarpi Dąbrowa Górnicza. -. -. -. 2. świętokrzyskie. b.d.. fluidalna. 6,2. 3. łódzkie. Cementownia Warta. fluidalna. 21. 4. podlaskie. b.d. b.d.. 1,5. 5. lubelskie. Cementownia Chełm (Cemex Polska). -. -. -. STUOŚ przy oczyszczalni ścieków Kraków Płaszów II. fluidalna. 23. l.p.. Województwo. 1. 6. małopolskie. -. Stacja Termicznej Utylizacji Osadów Ściekowych w Sitkówka-Nowiny Grupowa Oczyszczania Ścieków w Łodzi Sp. z o.o. Miejskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji w Łomży. 30.

(31) Tabela 3 cd. Instalacje spalania i współspalania komunalnych osadów ściekowych w Polsce w 2014 r. Sposób spalania l.p.. Województwo. 1. 2. współspalanie. monospalanie. Technologia monospalania. 3. 4. 5. Nominalna wydajność monospalarni Gg s.m./rok 6. fluidalna. 7. mazowieckie. Zakłady Orlen Eko Płock. Oczyszczalnia ścieków „Czajka” – Warszawa. 31. ‒ Oczyszczalnia ścieków „Dębogórze” – Gdynia 8 pomorskie b.d. ‒ Oczyszczalnia ścieków Gdańsk – Wschód Oczyszczalnia Ścieków 9 zachodniopomorskie b.d. „Pomorzany” – Szczecin warmińskoPrzedsiębiorstwo Wodociągów 10 mazurskie i Kanalizacji ‒ Olsztyn Miejskie Wodociągi i Kanalizacja 11 kujawsko-pomorskie Bydgoszcz Zielonogórskie Wodociągi 12 lubuskie i Kanalizacja Sp. z o.o. Zielona Góra Źródło: opracowanie własne na podstawie [61,62,63,64,65,66,67,68,69,70,71,72]. 31. fluidalna (współspalanie z osadami przemysłowym i). 62,2. fluidalna. 9. fluidalna. 14. rusztowa. 6. rusztowa. 3,2. fluidalna. 7,8. rusztowa. 6,4.

(32) Udział termicznych metod zagospodarowania osadów ściekowych w 2010 r. w krajach Unii Europejskiej przedstawiono na rysunku 2.. Węgry Słowenia Słowacja Rumunia Malta Łotwa Litwa Estonia Cypr Czechy Bułgaria Polska* Włochy W. Brytania Szwecja Portugalia Niemcy Luksemburg Irlandia Holandia Hiszpania Grecja Francja Finlandia Dania Belgia Austria 0. 20. 40. 60. 80. Rysunek 2. Udział % metod termicznych w zagospodarowaniu komunalnych osadów ściekowych w krajach Unii Europejskiej w 2010 r. *w roku 2016 – 17,8% Źródło: opracowanie własne na podstawie [3,35] Niekwestionowanym liderem jest Holandia, gdzie 100% KOŚ podlega termicznemu unieszkodliwianiu. Drugie miejsce zajmuje Belgia z wynikiem 90%. Około połowę KOŚ przekształcają termicznie Duńczycy i Niemcy. Nieco mniej, bo 40%, Austriacy, a około 32. 100.

(33) 25% osadów podlega spaleniu w Czechach i Słowenii. W Polsce w 2010 r. termicznemu przekształceniu poddano 5% KOŚ. Jednakże w ostatnich 6 latach zanotowano dynamiczny przyrost instalacji do monospalania, co w 2015 r. pozwoliło przekształcić termicznie blisko 14% tych odpadów. Wśród liderów opisywanego rankingu duże znaczenie mają instalacje współspalania wysuszonych osadów. W Polsce ze względu na restrykcyjność norm dotyczących instalacji oczyszczania spalin w zakładach współspalających odpady metody te wykorzystywane. są. w ograniczonym. zakresie. w stosunku. do. potencjalnych. możliwości [73]. Są w Europie także kraje, które nie spalają KOŚ. Te kraje to m.in.: Bułgaria, Irlandia, Litwa, Łotwa.. 3.1.3. Komunalne osady ściekowe w Polsce W Polsce w pierwszej dekadzie XXI w. znacząco wzrosła ilość wytwarzanych KOŚ z około 360 Gg s.m. w 2000 r. do ponad 568 Gg s.m. w 2016 r. (tabela 4) [3,74,75]. Zmieniał się także sposób ich zagospodarowania (rysunek 3). Powodem tego wzrostu była rozbudowa sieci kanalizacyjnych w dużych aglomeracjach, stymulowana zobowiązaniami traktatu akcesyjnego oraz środkami z budżetu Unii Europejskiej.. 100% 90%. gromadzone na terenie oczyszczalni i inne. 80%. składowanie. 70% 60%. przekształcanie termiczne. 50%. do uprawy roślin. 40% 30%. w rolnictwie. 20% 10%. do rekultywacji. 2000 2004 2005 2006 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016. 0%. Rysunek 3. Sposoby postępowania z KOŚ w Polsce w latach 2000–2016 Źródło: opracowanie własne na podstawie [3,75]. 33.

(34) Tabela 4. Ilości powstających komunalnych osadów ściekowych w Polsce i sposoby ich zagospodarowania. Składowanie. do rekultywacji. w rolnictwie. razem. %. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 1. 2000. 359,8. -. -. 25,5. 5,9. 151,6. 42,1. 675,0. 2. 2004. 476,1. 110,7. 66,9. 29,7. 1,4. 162,7. 34,2. 751,8. 3. 2005. 486,1. 120,6. 66. 27,4. 6,2. 150,7. 31,0. 782,7. 4. 2006. 501,3. 109,7. 80,6. 28,1. 4,5. 147,1. 29,3. 790,9. 5. 2008. 567,3. 105,8. 112,0. 27,5. 6,0. 91,6. 16,1. 598,8. 6. 2009. 563,1. 77,8. 123,1. 23,5. 8,9. 81,6. 14,5. 453,8. 7. 2010. 526,7. 54,3. 109,3. 30,9. 19,8. 58,9. 10,5. 332,4. 8. 2011. 519,2. 54,4. 116,2. 31. 41,6. 51,4. 9,9. 212,4. 9. 2012. 533,3. 50,3. 115. 33,3. 56,6. 46,8. 8,8. 208,1. 10. 2013. 540,3. 29,4. 105,4. 32,6. 72,9. 31,4. 5,8. 219,8. 11. 2014. 556,0. 22,0. 107,2. 46,3. 84,2. 31,5. 5,7. 226,0. 12. 2015. 568,0. 19,2. 107,5. 47,1. 79,3. 40,5. 7,13. 246,9. 13. 2016. 568,3. 20,1. 116. 31,8. 101,1. 20,7. 1,3. 221,2. roślin. termiczne. Lata. do uprawy. lp.. ogółem. przekształcanie. Wykorzystanie. na terenie oczyszczalni. w tym:. osady nagromadzone. Osady wytworzone w ciągu roku, Gg s.m.. Źródło: opracowanie własne na podstawie [3,74,75]. Najbardziej rozpowszechnionym sposobem zagospodarowania komunalnych osadów ściekowych w Polsce jest ich rolnicze wykorzystanie. Jednakże znaczący przyrost ich ilości oraz zmiany prawne powodują, że taki sposób wykorzystania nie będzie wystarczający, aby zagospodarować wszystkie osady z oczyszczalni ścieków. Ponadto zmiany dotyczące stosowania osadów w rolnictwie odbiją się również na stosowaniu ich w rekultywacji na cele rolne. Stąd należy spodziewać się, że osadów wymagających unieszkodliwienia innymi metodami będzie przybywało. Niepokojąco duży udział 34.

(35) w statystyce opisującej postępowanie z odpadami ma pozycja dotycząca osadów gromadzonych na terenie oczyszczalni, co w praktyce wiąże się ze składowaniem [76] (rysunek 3). Pomimo planów zakończenia składowania osadów ściekowych w 2010 r. [69] nadal około 3,6% s.m. tych odpadów jest składowane. Tą metodą unieszkodliwiane są osady przede wszystkim pochodzące z małych, gminnych oczyszczalni ścieków. Najdynamiczniej rozwijającym się w ostatnich 5 latach sposobem unieszkodliwiania KOŚ jest spalanie. Metoda ta przejmuje głównie strumień odpadów trafiających dotychczas na składowiska. Według prognoz KPGO 2022 [77] (rysunek 4) w 2018 r. ilość odpadów z oczyszczania ścieków przekroczy 600 Gg s.m. KPGO 2014 prognozował w tym czasie wartość wyższą o ponad 100 Gg. KPGO 2022 zakłada przyrost ilości KOŚ o około 2–3% rocznie w stosunku do roku poprzedniego [77].. Rysunek 4. Ilości powstałych KOŚ w latach 2000–2016 oraz prognozy na lata 2017–2024 Źródło: opracowanie własne na podstawie [1,3,4,74,77] Przyjmując za rok bazowy dane GUS za 2015 r. [3], w tabeli 5 przedstawiono prognozę ilościową KOŚ w wariancie I - 3% wzrostu rok do roku i w wariancie II - 2%. Tabela 5. Prognozowane ilości KOŚ na lata 2017–2024 według KPGO 2022, Gg s.m. lp. Wariant 1. 2. 2017. 2018. 2019. 2020. 2021. 2022. 2023. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 658 652. 678 672. 699 692. 720 713. 1 I 585 603 621 639 2 II 579 597 615 633 Źródło: opracowanie własne na podstawie [3,77] 35. 2024.

(36) Najbliższe lata to plany skanalizowania obszarów o mniejszym wskaźniku równoważnej liczby mieszkańców (RLM), stąd przyrost ilości powstających osadów nie będzie już tak gwałtowny jak na początku XXI w. [1]. Można wnioskować, iż przeszacowane prognozy w KPGO 2010 były powodem niepełnej realizacji planów wdrażania ramowej dyrektywy wodnej [78] oraz mniej odpadowych technologii oczyszczania ścieków. Podstawowe cele w gospodarce komunalnymi osadami ściekowymi, których osiągnięcie zaplanowano na 2022 r., są następujące [77]: •. całkowite zaniechanie składowania KOŚ;. •. zwiększenie ilości KOŚ przetwarzanych przed wprowadzeniem do środowiska oraz ilości KOŚ poddanych termicznemu przekształcaniu;. •. dążenie do maksymalizacji stopnia wykorzystania substancji biogennych zawartych w osadach przy jednoczesnym spełnieniu wszystkich wymogów dotyczących bezpieczeństwa sanitarnego, chemicznego oraz środowiskowego.. 3.2. Skratki Skratki według katalogu odpadów [7] to odpad klasyfikowany pod kodem 19 08 01. Powstaje na etapie mechanicznego oczyszczania ścieków. Krata jest pierwszym urządzeniem w oczyszczalni ścieków. Powstający odpad to wszelkie części stałe zazwyczaj nieprzechodzące przez oczko sita o wymiarach 5 × 5 cm, które dostały się do sieci kanalizacyjnej [12]. Są to m.in.: środki higieniczne, plastikowe patyczki do uszu, odpady z ulic. porwane. prądem. wody. opadowej,. odpady. umieszczane. w studzienkach. kanalizacyjnych i inne. Różnorodność składu tych odpadów jest bardzo szeroka. Najpowszechniejszą metodą zagospodarowania tych odpadów jest składowanie na składowiskach innych niż niebezpieczne i obojętne, jednakże w działających zakładach termicznego unieszkodliwiania KOŚ skratki zaczynają być unieszkodliwiane także termicznie. Wymaga to oczywiście odpowiedniego planu na etapie projektowania instalacji. Odpad ten stanowi nieznaczny udział w masie odpadów z oczyszczania ścieków, gdzie wiodącym odpadem są KOŚ. Nie jest on więc przedmiotem rozważań niniejszej pracy. Zwrócono jednak na niego uwagę ze względu na zdarzające się unieszkodliwianie wraz z KOŚ, co może pośrednio wpływać na skład badanych popiołów.. 36.

(37) 4. Definicje i klasyfikacja popiołów. Różnorodność definicji dla stałych drobnoziarnistych pozostałości po spalaniu paliw i odpadów jest tak szeroka, jak zróżnicowany jest ich skład chemiczny, fazowy i charakter fizyczny oraz zakres możliwości zastosowania. Istotną cechą wspólną większości definicji jest zapis informujący o miejscu ujmowania popiołów z instalacji. Zazwyczaj opisywane są jako popioły ujmowane w systemach odpylania spalin. Wraz ze wzrostem zainteresowania przemysłu ubocznymi produktami spalania ewoluowały systemy odbioru pyłów z instalacji, m.in. w celu wydzielania ziaren o określonej wielkości, przydatnych dla technologii, w których poddawane są odzyskowi. Norma Popioły lotne i żużle z kotłów opalanych węglem kamiennym i brunatnym BN-79/6722-09 [79] definiuje popiół lotny jako pozostałość po spalaniu węgla kamiennego lub brunatnego w kotłach, unoszoną ze spalinami. Według normy Jakość powietrza, zagadnienia ogólne ‒ terminologia PN-ISO 4225:1999 [80] popiół to stała pozostałość po spaleniu materiałów zawierających węgiel. Popiół może zawierać cząstki niespalonego paliwa, jednak dla celów analitycznych często przyjmuje się, że nastąpiło całkowite spalenie. Powyższa norma wyróżnia także popiół lotny, definiując go jako bardzo drobne cząstki popiołu porywane przez gazy tworzące się podczas spalania paliwa. Autorzy [81] definiują popioły lotne jako drobnoziarnisty (pylisty) materiał wydzielany w sposób elektrostatyczny (w elektrofiltrach) lub mechaniczny (w multicyklonach, filtrach tkaninowych) ze strumienia gazów odlotowych opuszczających instalację kotłową elektrowni lub elektrociepłowni. Norma Popiół lotny do betonu – definicje, specyfikacje i kryteria zgodności PN-EN 450-1 [257] definiuje popiół lotny jako drobno uziarniony pył, składający się głównie z kulistych, zeszkliwionych ziaren, otrzymywany przy spalaniu pyłu węglowego, przy udziale lub bez udziału materiałów współspalanych, wykazujący właściwości pucolanowe i zawierający przede wszystkim SiO2 i Al2O3, przy czym zawartość reaktywnego SiO2 wynosi co najmniej 25% masy. Przytoczone definicje to najogólniej sformułowane określenia. Przeglądając literaturę dotyczącą popiołów, można natrafić na wiele klasyfikacji i definicji popiołów. W zależności od branży, dla której stworzono normy, definicje tam zawarte zwracają uwagę na cechy charakterystyczne dla tej dziedziny przemysłu. Dokładniejsze wymagania norm branżowych przedstawiono w dalszej części pracy, omawiając kierunki zagospodarowania popiołów w wybranych technologiach. Problemy z jednolitą klasyfikacją pozostałości po spalaniu wynikają m.in. z: 37.

(38) •. niejednorodności składu spalanych paliw/odpadów;. •. różnych technologii spalania;. •. różnych technologii oczyszczania spalin i sposobów ujmowania popiołów. Głównym czynnikiem warunkującym skład powstającego popiołu jest skład. chemiczny spalanego paliwa/odpadu i substancji niepalnej w nich zawartej oraz technologia spalania [82,83]. W skład popiołów wchodzą zarówno niespalone/niepalne części paliwa/odpadu oraz substancje i materiały podawane do instalacji spalania bądź oczyszczania spalin w celu ograniczenia emisji szkodliwych gazów. Odpad będący przedmiotem niniejszej pracy nie jest zdefiniowany w żadnym źródle prawa poza przypisanym w katalogu odpadów ogólnym kodem [7]. W związku z tym, kierując się zasadą podobieństwa cech do innych materiałów drobnoziarnistych, które znalazły zastosowanie, przeprowadzono analizę kierunków wykorzystania popiołów. Pod uwagę brano analogię głównie do stosowanych od kilku dekad popiołów z konwencjonalnych kotłów pyłowych dla których istnieją normy [257,260] i liczne opracowania [84,85,86,87,88,91,92,93,95,96,97,101,103,104,107,112,115,117,173,239,274] wskazujące na zasadność stosowania. Jednym z najpopularniejszych podziałów popiołów jest klasyfikacja według BN-79/6722.09 [79] przytaczana w większości pozycji literaturowych [84,85,86]. Dzieli ona popioły pod względem składu chemicznego na: krzemianowy, glinowy i wapniowy według kryteriów, które przedstawiono w tabeli 6. Tabela 6. Podział popiołów na rodzaje w zależności od składu chemicznego według normy BN-79/6722.09 lp.. Rodzaj popiołu. Symbol. 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. k g w. SiO2 >40 >40 >40. Al2O3 <30 ≥30 <30. CaO ≤10 ≤10 >10. SO3 <4 <3 ≥3. 1 2 Krzemianowy 3 Glinowy 4 Wapniowy Źródło: [79]. Zawartość, %. Cząstki popiołów ze spalania węgla są najczęściej kuliste, o średnicy zwykle w przedziale 1–100 μm. W zależności od wielkości ziaren klasyfikuje się je w następujących sortymentach: drobnym, średnim i grubym [84]. W tabeli 7 przedstawiono kryteria klasyfikacji. 38.

(39) Tabela 7. Klasyfikacja popiołów w zależności od uziarnienia lp.. Sortyment. Pozostałość na sicie 63 μm. 1. 2. 3. 1 Drobny 2 Średni 3 Gruby Źródło: opracowanie własne na podstawie [84]. <30% 30–50% >50%. Większość norm zwraca uwagę na cechy charakterystyczne dla popiołów ze spalania pyłu węglowego w technologiach konwencjonalnych. Jest to wynik wieloletniego stosowania podobnych rozwiązań technologicznych w spalaniu węgli, a co za tym idzie ‒ podobieństwa w składzie powstających odpadów. Chęć zwiększenia efektywności energetycznej oraz spełnienia coraz bardziej rygorystycznych norm środowiskowych prowadzi do unowocześniania i ciągłych zmian technologicznych w procesach spalania paliw i odpadów. Zmiany te powodują powstawanie nowych rodzajów popiołów. Ośrodki naukowo-badawcze na całym świecie starają się nadążać z propozycjami zagospodarowania nowych rodzajów odpadów. Największym problemem jest brak stałości składu spotykany najczęściej przy spalaniu odpadów. Pomimo poznania technologii fluidalnego spalania paliw przed dziesiątkami lat popioły z tych instalacji stanowią obecnie największą grupę materiału badawczego. Wynika to z coraz częstszego stosowania tego rozwiązania przy pozostawieniu. dotychczasowego. paliwa.. Jak. wynika. z danych. literaturowych. [84,148,196,204], nawet niewielkie zmiany w sposobie spalania mogą powodować znaczne zmiany w charakterystyce popiołów.. 4.1. Popioły lotne w obowiązującym systemie prawnym Na podstawie kryterium, jakim jest źródło powstawania, popioły przypisywane są odpowiedniej grupie w katalogu odpadów [7]. Odpady ze spalania paliw klasyfikowane są w grupie 10 ‒ odpady z procesów termicznych. W podgrupie 10 01 ‒ odpady z elektrowni i innych zakładów energetycznego spalania paliw (z wyłączeniem grupy 19). Odpady z instalacji i urządzeń służących zagospodarowaniu odpadów, z oczyszczalni ścieków oraz z uzdatniania wody pitnej i wody do celów przemysłowych, które podlegają termicznemu przekształcaniu, klasyfikowane są w podgrupie 19 01 – odpady z termicznego przekształcania odpadów. Podobnie jak inne odpady także popioły podlegają hierarchii postępowania z odpadami, która, w przypadku gdy odpad powstał, nakazuje poszukiwania 39.