termiczne przekształcanie odpadów
Termiczne przekształcanie odpadów – technologia unieszkodliwiania odpadów komunalnych i odpadów przemysłowych polegająca na procesie ich spalania (mineralizacji) zachodzącym w warunkach tlenowych przy wysokich temperaturach (850-1000°C), pirolizie (odgazowaniu), czyli beztlenowym rozkładzie odpadów pod wpływem wysokiej temperatury (500-800°C), oraz zgazowaniu (półspalaniu) – rozkładzie odpadów w wysokich temperaturach (600-900°C) z dodatkiem czynnika zgazowującego (tlenu, powietrza, pary wodnej, wodoru). Termiczne przekształcanie odpadów umożliwia znaczną redukcję ilości odpadów deponowanych na składowiskach lub wyrobiskach poeksploatacyjnych; produkty końcowe procesów spalania, pirolizy i zgazowania odpadów wykorzystywane są do produkcji paliwa i wytwarzania energii cieplnej i elektrycznej. Jest jednak technologią bardzo kosztowną, co wiąże się z wysokimi kosztami instalacji oraz użytkowania urządzeń wykorzystywanych w procesach termicznej obróbki odpadów. Spalanie odpadów wywiera niekorzystny wpływ na środowisko naturalne w związku z emisją dużych ilości szkodliwych zanieczyszczeń do atmosfery (zawierających m.in. tlenki azotu, tlenki siarki, chlorowodór, dioksyny, furany, lotne węglowodory, związki metali ciężkich, sadze, lotne popioły) i koniecznością składowania toksycznych produktów spalania (głównie popiołów o wysokiej zawartości związków mineralnych).
Unieszkodliwianie odpadów
Unieszkodliwianie odpadów, określane również mianem utylizacji bądź likwidacji odpadów, obejmuje szereg technologii przetwarzania odpadów polegających na zmianie ich fizycznych, chemicznych i biologicznych właściwości w celu doprowadzenia do stanu nie stwarzającego zagrożenia dla życia i zdrowia ludzi oraz środowiska naturalnego.
Metody unieszkodliwiania odpadów bytowo-gospodarczych (komunalnych), przemysłowych i niebezpiecznych, nie nadających się do ponownego wykorzystania (odzysku) obejmują:
- metody biologicznej utylizacji odpadów polegające na unieszkodliwianiu ich frakcji organicznej w wyniku naturalnych procesów rozkładu zachodzących pod wpływem mikroorganizmów (bakterii i grzybów) w warunkach tlenowych (kompostowanie) beztlenowych (fermentacja metanowakompostu) oraz paliwa gazowego (biogazu
- metody termicznego przekształcania odpadów polegające na procesach obróbki odpadów w wysokich temperaturach (spalanie, piroliza, zgazowanie), umożliwiające znaczną redukcję ilości odpadów deponowanych na składowiskach bądź wyrobiskach poeksploatacyjnych; wykorzystywane w produkcji paliwa energii cieplnej i energii elektrycznej;
- metody chemicznego unieszkodliwiania odpadów obejmują neutralizację odpadów w celu ograniczenia ich uciążliwości lub szkodliwości dla ludzi i środowiska naturalnego (np. zakwaszanie, alkalizowanie) i utlenianie odpadów w celu usunięcia toksycznych związków chemicznych (np. chlorowanie, wapnowanie, ozonowanie, naświetlanie promieniami ultrafioletowymi, UV).
- metody uzupełniające polegają na deponowaniu odpadów na odpowiednio przygotowanych składowiskach bądź wyrobiskach pokopalnianych. Do składowania przeznaczone są głównie odpady nie podlegające innym metodom unieszkodliwiania bądź stanowiące pozostałości po biologicznych i termicznych metodach przetwarzania odpadów.
Spalanie (mineralizacja) odpadów
Spalanie (mineralizacja) odpadów jest metodą termicznego przekształcania stałych odpadów bytowo-gospodarczych (komunalnych), stałych i płynnych odpadów przemysłowych, palnych odpadów niebezpiecznych, osadów ściekowych i odpadów pochodzenia zwierzęcego. Proces spalania odpadów polega na mineralizacji, czyli całkowitym rozkładzie złożonych związków organicznych do prostych związków nieorganicznych (mineralnych) w wyniku ich utleniania pod wpływem wysokich temperatur (850-1000°C). Spalanie jest procesem egzoergicznym, przebiegającym z wydzieleniem energii do otoczenia; energia ta wykorzystywana jest jako ciepło bądź wykorzystywana jest w produkcji energii elektrycznej.
Głównymi produktami procesu spalania odpadów są:
- gazy odlotowe składające się z zanieczyszczeń gazowych i pyłowych, m.in. dwutlenku węgla (CO₂), tlenku węgla (CO), pary wodnej (H₂O), dwutlenku siarki (SO₂), tlenków azotu (NOₓ) – tlenku azotu (NO) i dwutlenku azotu (NO₂), chlorowodoru (HCl), lotnych węglowodorów, sadzy oraz lotnych pyłów i popiołów stanowiących nośniki związków metali ciężkich i toksycznych związków organicznych (dioksyn, furanów); podlegające oczyszczaniu przed ich emisją do atmosfery;
- odpady procesowe złożone z żużla i popiołów paleniskowych, pyłów kotłowych, popiołów lotnych i pozostałości stałych powstających w trakcie oczyszczania gazów odlotowych z zanieczyszczeń szkodliwych dla środowiska naturalnego; podlegające procesowi stabilizowania i zestalania przed ich zdeponowaniem na odpowiednio przygotowanych składowiskach odpadów.
Termiczna obróbka odpadów w spalarniach odpadów polega głównie na ich spalaniu w piecu z paleniskiem rusztowym w temperaturze 1000°C (technologia rusztowa) bądź ich spalaniu na złożach kwarcowych (złożach fluidalnych) w temperaturze wynoszącej 850°C (technologia fluidalna). Technologia rusztowa umożliwia znaczną redukcję ilości odpadów przeznaczonych do składowania (powyżej 90%); w procesie spalania odpadów powstają jednak szkodliwe dla środowiska zanieczyszczenia gazowe i pyłowe, co stwarza konieczność stosowania systemów oczyszczania (np. usuwania lotnych pyłów za pomocą elektrofiltrów, usuwania tlenków azotu za pomocą selektywnej redukcji katalitycznej). Technologia fluidalna jest procesem mniej wydajnym i trudniejszym w prowadzeniu; w związku z niższą temperaturą spalania odpadów powstają mniejsze ilości szkodliwych pyłów i gazów. Spalanie jest bardzo kosztowną metodą utylizacji odpadów, co związane jest głównie z wysokimi kosztami instalacji oraz użytkowania urządzeń wykorzystywanych w procesach termicznego przekształcania odpadów.
Piroliza (odgazowanie odpadów)
Piroliza, czyli odgazowanie odpadów, stanowi metodę termicznego przekształcania stałych i płynnych odpadów komunalnych (głównie szpitalnych), odpadów przemysłowych, odpadów niebezpiecznych i osadów ściekowych. Piroliza polega na termicznym rozkładzie organicznej frakcji odpadów (tzw. rozkładzie pirolitycznym), zachodzącym w wysokich temperaturach (500-800°C) w warunkach beztlenowych (bez dostępu tlenu lub powietrza atmosferycznego) przy braku zewnętrznych czynników utleniających. Piroliza jest procesem endoergicznym, czyli procesem wymagającym dostarczenia energii z otoczenia zewnętrznego.
Proces pirolizy obejmuje suszenie oraz termiczną konwersję odpadów, w wyniku których powstają:
- zwęglone pozostałości odpadów (tzw. koks pirolityczny, biowęgiel) wykorzystywany m.in. jako paliwo, adsorbent do usuwania zanieczyszczeń mineralnych i organicznych z roztworów wodnych i gazów procesowych oraz środek poprawiający właściwości gleby
- palny gaz składający się z wodoru (H₂), tlenku węgla (CO), dwutlenku węgla (CO₂), metanu (CH₄) oraz lotnych związków organicznych, głównie węglowodorów o niskiej masie cząsteczkowej (tzw. gaz pirolityczny, gaz wytlewny); wykorzystywany głównie jako paliwo gazowe
- płynna mieszanina olejów, smoły, organicznych związków chemicznych i wody (tzw. olej popirolityczny, bio-olej); wykorzystywana głównie w produkcji oleju opałowego, sadzy i żywic.
- palny gaz składający się z wodoru (H₂), tlenku węgla (CO), dwutlenku węgla (CO₂), metanu (CH₄) oraz lotnych związków organicznych, głównie węglowodorów o niskiej masie cząsteczkowej (tzw. gaz pirolityczny, gaz wytlewny); wykorzystywany głównie jako paliwo gazowe
Piroliza odpadów jest metodą termicznego utylizacji odpadów pozwalającą na redukcję ilości odpadów deponowanych na składowiskach oraz ich pełne unieszkodliwienie pod względem sanitarnym. Dużą zaletą pirolizy jest również znaczne ograniczenie emisji szkodliwych dla środowiska zanieczyszczeń gazowych i pyłowych, które pojawiają się wyłącznie na etapie spalania gazowych produktów tego procesu. Rozkład pirolityczny odpadów jest technologią kosztowną; wykorzystywany jest więc głównie w procesach termicznej przeróbki odpadów medycznych i odpadów niebezpiecznych. Produkty końcowe pirolizy mają zastosowanie w produkcji paliwa oraz wykorzystywane są do wytwarzania energii cieplnej i elektrycznej.
Zgazowanie (półspalanie) odpadów
Zgazowanie odpadów, określane również mianem półspalania odpadów, jest technologią termicznego przekształcania odpadów komunalnych (np. odpadów medycznych), odpadów przemysłowych oraz odpadów niebezpiecznych. Zgazowanie polega na rozkładzie frakcji organicznej odpadów w wysokich temperaturach (600-900°C) z dodatkiem ściśle określonej ilości tzw. czynnika zgazowującego (głównie tlenu i powietrza atmosferycznego, a także pary wodnej, wodoru lub dwutlenku węgla). Zgazowanie, w odróżnieniu od procesu całkowitego spalania, zachodzi w warunkach niedoboru tlenu (ilości poniżej wartości stechiometrycznej). Specyficznym rodzajem metody zgazowania odpadów jest zgazowanie plazmowe zachodzące w dużo wyższych temperaturach (1800-2300°C), wykorzystywane głównie do neutralizacji toksycznych odpadów przemysłowych (np. odpadów chemicznych).
Głównym produktem procesu zgazowania odpadów jest gaz syntezowy (syngaz) stanowiący mieszaninę wodoru (H₂), tlenku węgla (CO), metanu (CH₄), dwutlenku węgla (CO₂), a także azotu cząsteczkowego (N₂) (w obecności powietrza jako czynnika zgazowującego). Produkty uboczne tego procesu termicznej konwersji odpadów stanowią stałe pozostałości mineralne (nieorganiczne) (głównie żużle, popioły i smoły). Końcowe etapy procesu zgazowania mają charakter procesów egzotermicznych, zachodzących z wydzielaniem energii do otoczenia, która wykorzystywana jest jako energia cieplna lub przetwarzana jest na energię elektryczną. Gaz syntezowy wykorzystywany jest jako paliwo odnawialne, gaz opałowy oraz niezbędny surowiec w licznych syntezach chemicznych (m.in. w produkcji metanolu, etanolu, wodoru, syntetycznego gazu naturalnego i benzyny syntetycznej). Technologia zgazowania odpadów, analogicznie do pirolizy, cechuje się znacznie mniejszą emisją szkodliwych pyłów i gazów.
