Sobota, 27 maja 2017 r.

Imieniny: Augustyna, Juliana, Jana KONTRAST

Partner serwisu:

Problemy skażenia gleby podczas produkcji energii w zawodowych zakładach energetycznych

Witold M. Lewandowski | 09.03.2017

Modernizacja składowania odpadów, technologie ich materiałowego recyklingu, bezodpadowe wytwarzanie energii, ochrona gleby, wód i powierza przed produktami odpadowymi z energetyki oraz rekultywacja gleby, które zostały skrótowo przedstawione w tym opracowaniu, a w formie pogłębionej w pracy*, nie zamykają jednak wszystkich możliwości ratowania środowiska.

Powierzchniowa warstwa litosfery powstała ze skał pod wpływem abiotycznych i biotycznych czynników środowiskowych, zwana glebą, dzięki swojej biologicznej aktywności zapewnia roślinom wyższym warunki rozmnażania, wzrostu i rozwoju. Składa się ona z następujących składników:

• szkieletu mineralnego, będącego produktem wietrzenia skał (38%);

• substancji humusowych, pochodzących z rozkładu substancji i szczątków organicznych oraz z edofi n, które są roślinami wyższymi, fauną glebową, glonami, grzybami, porostami, bakteriami autotrofi cznymi i heterotrofi cznymi oraz
produktami ich aktywności biologicznej lub ich rozkładu (12%);

• wody, którą są nasiąknięte wymienione powyżej hydrofi lne składniki organiczne gleby lub uwięzionej siłami kapilarnymi (van der Waalsa) w porach pozostałych składników (25%);

• powietrza (25%).

Jej własności zależą od pH, potencjału właściwości redukcyjno-utleniających (redox) i wilgotności.

Gleby antropogeniczne

Mogą być utworzone w sposób świadomy pod kątem zwiększenia żyzności i wydajności produkcji rolnej i wówczas nazywają się glebami kulturoziemnymi. Natomiast, gdy są wynikiem dewastacyjnego oddziaływania przemysłu, budownictwa, górnictwa nazywają się glebami industrioziemnymi.

Gleby kulturoziemne

Są glebami, w których w wyniku intensywnych zabiegów agrotechnicznych zostały zmienione własności fizykochemiczne, biologiczne oraz skład poszczególnych składników. Ta racjonalna obróbka mechaniczna gleby, jej intensywne nawożenie, zwłaszcza obornikiem, ale także torfem, gliną, wapnem, dolomitem, obfi te nawodnienie i spulchnianie prowadzi, po pewnym czasie, do zwiększenia udziału próchnicy i minerałów zasobnych w składniki pokarmowe roślin (kationy Ca+2, Mg+2, K+), wzrostu grubości gleby nawet do 0,6 m oraz do całkowitej przebudowy jej pierwotnego warstwowego profi lu poprzecznego w strukturę jednorodną [1].

Gleby urbanoziemne i industrioziemne

Są niezamierzonym skutkiem gospodarczej działalności człowieka, w efekcie której gleby naturalne ulegają degradacji do składowisk odpadów, hałd, zwałowisk przemysłowych, górniczych, hutniczych, miejskich, komunalnych oraz komunikacyjnych. Powodują one, wraz z niestabilnymi wyrobiskami i zapadliskami powstałymi w wyniku wydobycia węgla i innych surowców mineralnych, przerwanie ciągłości naturalnej pokrywy glebowej i reliefu powierzchni. Rekultywacja tych gleb jest możliwa, ale tylko w przypadku, gdy nie zostały one już przekształcone lub na trwale włączone w infrastrukturę komunikacyjną, lub urbanistyczną. W wyniku takiej rekultywacji, która jest jednak procesem długotrwałym, pracochłonnym i kosztownym, można uruchomić inicjalny proces glebotwórczy. Dobre wyniki rekultywacji daje zalesienie: olszą czarną i szarą, robinią akacjową, klonem zwyczajnym i wyniosłym, topolą i osiką. Zrekultywowana gleba nie będzie już wprawdzie zagrażała środowisku, ale nie osiągnie też już nigdy swojego pierwotnego składu skał macierzystych, gdyż całkowite usunięcie zanieczyszczeń antropogenicznych, zwłaszcza odpadów niebezpiecznych (radioaktywnych, rtęci, kadmu i innych metali ciężkich) jest praktycznie niemożliwe [1].

Zanieczyszczenia gleby

Substancjami, które powodują degradację gleby, pogarszając jej użyteczność rolną lub całkowicie ją z upraw eliminując, nie są tylko odpady przemysłowe i komunalne, ale również mogą nimi być nawozy sztuczne lub naturalne (gnojowica, obornik, dolomit, wapno itd.), jeżeli są one dodawane w nadmiarze.

Skażenie gleby określa się w 5-stopniowej skali. I stopień stanowi gleba o naturalnym składzie chemicznym, a ostatni – V gleba bardzo silnie skażona takimi substancjami, jak odpady: ropopochodne, środki ochrony roślin (pestycydy, herbicydy, insektydy), pozostałości poprodukcyjne (żużle, popioły, odcieki, popłuczyny, szlamy), komunalne (ścieki, osady ściekowe) i bytowe (zepsuta lub przeterminowana żywność, chemia gospodarcza, niezużyte leki itd.). Źródłami tych skażeń są:

• przemysł (chemiczny, farmaceutyczny, spożywczy, wydobywczy, hutniczy itd.) zużyte katalizatory, odczynniki: galwanizacji, technologii uzdatniania, oczyszczania itd. (Pt, Ni, Cr, Cu, Hg, Pb, Fe);

• energetyka (popioły, żużle, gazowe produkty spalania SOx i NOx powodujące zmiany pH);

• rolnictwo (przenawożenie, środki ochrony roślin: środki konserwujące żywność, kompost i obornik: Cu, As, Hg, Pb, Mn i Zn, Cd, Cr, Mn, Pb;

• transport i komunikacja (np. zużyte akumulatory, dodatki i komponenty paliw, smary i oleje, NOx, Pb;

• zakłady komunalno-bytowe (ścieki komunalne, osady ściekowe, zużyte: farby, leki, ogniwa, baterie, lampy itd.: Pb, Cr, Ni, Hg itd.

Wpływ produktów spalania na litosferę

Produkty spalania stanowią największe zagrożenie bezpośrednie dla atmosfery. Jednak pośrednio efekty tego skażenia obejmują swym zasięgiem również hydro- i litosferę. W wyniku oddziaływania zanieczyszczeń powietrza tlenkami siarki i azotu, kwaśnych deszczy i skażenia wód gruntowych gleba również ulega degradacji, przejawiającej się nadmiernym zakwaszeniem, alkalizacją lub skażeniem substancjami fi totoksycznymi [2], [3]. Intensywność tego procesu zależy od typu gleby, rodzaju skały macierzystej i stosunków wodnych gleby [4]. Najłatwiej ulegają degradacji lekko kwaśne i ubogie w składniki pokarmowe gleby piaskowe. Cząstki ilaste i próchnica oraz obecność metali alkalicznych zwiększa odporność gleby na degradację gazowymi i ciekłymi produktami spalania. Mają one wówczas większą zdolność zobojętniania i absorbowania jonów H+ i uwalniania innych np.: Ca2+, Na+, K+ i Mg2+.

Skutki zmiany pH gleby

W wyniku oddziaływania produktów spalania gleba ulega zakwaszeniu (SO2, SO3, NOx) lub alkalizacji (popioły, pyły z K2O, Na2O, CaO), co powoduje zmianę rozpuszczalność znajdujących się w niej metali i ich soli. W efekcie zmian pH może dojść do wymywania z gleby mineralnych składników pokarmowych roślin, co obniża wydajność plonów. Gorsze jest jednak uwolnienie zdeponowanych w glebie soli metali ciężkich. Ich śladowe ilości, mniej szkodliwe w nierozpuszczalnej formie, stają się niebezpieczne, gdy po rozpuszczeniu zostaną wchłonięte przez rośliny jadalne i dalszym łańcuchu trofi cznym ulegną kumulacji w organizmach zwierząt i ludzi lub przenikną do wód gruntowych. Zmiana pH gleby, przez jej zakwaszenie, hamuje również rozwój mikroorganizmów glebowych (fl ory bakteryjnej) oraz grzybów, co powoduje zachwianie równowagi symbiotycznej grzyby-drzewa oraz wymieranie dżdżownic. Grzyby mineralizują, a dżdżownice przetwarzają butwiejącą biomasę (liście, trawy, igły itd.) w mineralne środki pokarmowe roślin oraz w humus, który odgrywa ważną rolę w procesie glebotwórczym. Na rys. 1 przedstawiono wpływ pH gleby na rozpuszczalność niektórych związków chemicznych.

Osłabione działaniem kwaśnych deszczy i zamianą pH drzewa, zwłaszcza: jodła, świerk i sosna pospolita, są bardziej podatne na działanie szkodliwych owadów i grzybów pasożytniczych. Odporniejsze drzewa liściaste: buk, dąb szypułkowy i czerwony, brzoza, osika, wiąz, sosna czarna, grab, modrzew, klon i olcha szara, odczuwają również skutki zmiany pH, ale głównie poprzez wyginięcie grzybów i tym samym ograniczenie dopływu, w wyniku symbiozy z nimi, mineralnych składników pokarmowych.

Rekultywacja gleby w zniszczonych lasach iglastych lub osłabionych liściastych wymaga przeprowadzenia następujących zabiegów agrotechnicznych: wapnowania, wspomagającego nawożenia mineralnego, torfowania, nawożenia rozdrobnioną korą sosnową, przebudowy drzewostanu iglastego w liściasty i mieszany oraz wprowadzenia gatunków drzew szybko rosnących, które są bardziej odporne na zakwaszenie gleby.

Mniej powszechnym i raczej lokalnym zjawiskiem, ograniczającym się do bezpośredniego sąsiedztwa kotłów spalających biomasę, jest alkalizacja gleby, która powoduje przenawożenie ziemi i „wypalenie” roślin.

Kolejnym zagrożeniem spowodowanym przez produkty spalania są pyły pochodzące z elektrowni, za pośrednictwem których do gleby trafi ają również metale ciężkie (Cd, Cr, Cu, Fe, Hg, Ni, Pb, Zn) [6].

Odpady z przemysłu paliwowo-energetycznego

Odpady z przemysłu paliwowo-energetycznego to głównie MSO (mineralne surowce odpadowe) pierwotne, które są konsekwencją wydobycia, wzbogacania i przetwarzania kopalin oraz wtórne, które powstają w wyniku konwersji energii chemicznej paliw w energię użyteczną (cieplną i elektryczną). Udział węgla kamiennego i brunatnego w generowaniu MSO wynosi ok. 50% (ok. 35·106Mg/a) [5], rud metali nieżelaznych ok. 43%, a reszta jest przypisana górnictwu pozostałych surowców mineralnych.

MSO, które stanowią 90% wszystkich odpadów przemysłowych (w przemyśle paliwowo-energetycznym ok. 60%), dzielą się na następujące grupy:

• odpady górnicze (skały i ziemia, wydobyte podczas prac przygotowawczych do eksploatacji węgla kamiennego lub brunatnego, tzw. odpady wydobywcze, stanowią one ok. 6% ogólnej masy; oraz skała płonna wydobywana wraz z węglem);

• odpady przeróbcze (skała płonna, warstwy sprągowe, stropowe, przerosty pokładów węgla, piasek i inne wtrącenia mineralne, wydobyte razem z węglem i usunięte z niego w procesach wzbogacania), stanowią ok. 94% masy odpadów, dzielą się one na: gruboziarniste, drobnoziarniste i flotacyjne;

• odpady wtórne przetwórcze są bezpośrednio związane z energetyką konwencjonalną, gdyż są pozostałością po procesach przetwarzania paliw na inne ich formy (brykiety, koks, groszek) lub w energię użyteczną (popioły, żużle, pyły).

Możliwości zagospodarowanie odpadów przemysłu wydobywczo-paliwowego

Odpady związane z przemysłem wydobywczo-paliwowym i ich uciążliwość dla środowiska w świadomości społecznej negatywnie obciążają wizerunek również i energetyki konwencjonalnej, gdyż to głównie na jej potrzeby wydobywa się węgiel, ropę i gaz. Uciążliwość ekologiczna tych mineralnych odpadów pierwotnych, czyli skał płonnych, piasku, kamieni, wierzchniej warstwy ziemi itd. jest jednak niewielka, gdyż są one ekologicznie neutralne.

Pierwotne mineralne surowce odpadowe

Pierwotne MSO, jak wskazuje ich nazwa, są bardziej surowcami niż odpadami i znajdują zastosowanie już w samym procesie wydobywczym, np. do: wzmacniania górotworu, podsadzania, konsolidacji gruzowisk zawałowych, doszczelniania i uszczelniania wyrobisk, likwidowaniu szkód górniczych, izolowania półpożarowych [5], ale także do: utwardzania dróg, wałowania i przykrywania wysypisk, do budowy wałów przeciwpowodziowych, rekultywacji terenu i wielu innych pracach ziemno-budowlanych. Odpady górnicze są w Polsce zagospodarowywane w ok. 93%, w 2003 r. było to 34,5·106 Mg [5]. Odpady mineralne z górnictwa węglowego zawierają średnio ok. 50% SiO2, 22% Al2O3, 8% C, 5% Fe2O3, 2,5% K2O+Na2O i po 1% TiO2, CaO i MgO. Skład ten uzasadnia, dlaczego są one również wartościowym surowcem do produkcji cementu, klinkieru portlandzkiego, kruszyw i ceramiki budowlanej, wykorzystanym również do nawożenia i w melioracji, neutralizacji ścieków i odpadów oraz jako surowiec do otrzymywania: aluminium, żelaza, germanu galu i tytanu.

Wtórne odpady przemysłu energetycznego i ich zastosowanie

Wtórne MSO to żużel, popiół i pył. Ich ilości w stosunku do spalonego węgla można oszacować na przykładzie EDF Toruń. W 2012 r. z 143 295 Mg spalonego miału, o wartości opałowej 21,843 MJ/kg i 19,73% zawartości popiołu, otrzymano 21.291 t mieszanki popiołowo-żużlowej, odprowadzanej hydrotransportem oraz 7.145 t żużli i popiołów paleniskowych [7]. Emisja pyłów w tym czasie wynosiła 29 mg/Nm3 (kotły EC1), 197 mg/Nm3 (EC2) i 363 mg/Nm3 (EC3), przy 6% zawartości O2 w spalinach. Obowiązujące standardy emisji pyłów, wynoszące obecnie 100 mg/Nm3, ulegną w 2016 r. zaostrzeniu i zmniejszeniu do 20 mg/Nm3 [8]. Przedstawione proporcje żużli, popiołów i pyłów do spalonego węgla są reprezentatywne dla dowolnego zakładu energetycznego korzystającego z miału i obrazują rząd wielkości wytwarzanych w Polsce odpadów MSO wtórnych.

Do MSO wtórnych, będących pozostałością po spalaniu węgla w kotłach i w związku z tym oznaczonych kodem 10, zalicza się:

• żużle ze spalania węgla kamiennego i brunatnego,

• popioły z węgla kamiennego i brunatnego,

• mieszanki popiołowo-żużlowe z mokrego odprowadzania odpadów paleniskowych,

• mikrosfery z popiołów lotnych, • stałe odpady z wapniowych metod (suchych i półsuchych) odsiarczania spalin,

• mieszaniny stałych i lotnych pozostałości po odsiarczaniu spalin oraz pozostałości po spalaniu węgla w kotle fluidalnym.

Powyższe odpady, ponieważ pochodzą z elektrowni i innych zakładów energetycznych (z wyłączeniem żużli i popiołów ze spalarni odpadów), mają wspólny kod 10 01, z następującym uszczegółowieniem: 10 01 01 dla oznaczenia stałych produktów spalania (popiół, żużel i pył) oraz 10 01 02 dla lotnych popiołów. Odpady te mające odczyn zasadowy nie są dla środowiska obojętne, ale również nie są zbyt szkodliwe i dlatego wykorzystuje się je bezpośrednio, bez zobojętniania, do budowy:

• obwałowań składowisk odpadów paleniskowych i innych odpadów (mieszanina popiołowo-żużlowa);

• dróg i nasypów kolejowych, gdzie pełnią rolę kruszyw, spoiw, wypełniaczy i dodatków odziarniających (żużel);

• zabezpieczeń górotworu, uszczelnień i podsadzek wyrobisk, izolacji i innych konstrukcji ziemnych w kopalniach (żużel, popiół).

Z kolei popioły lotne, ale częściowo również i żużle znalazły zastosowanie, jako surowce, do produkcji: materiałów budowlanych (pollytagu, cegieł, kruszyw, materiałów izolacyjnych: termo-, hydro- i dźwiękochłonnych), cementu, ceramiki specjalistycznej w elektronice i elektroenergetyce i wielu innych wyrobów. Z kolei pozostałość po odsiarczaniu spalin wykorzystuje się w budownictwie, jako substytut gipsu. Zdecydowaną większość, bo aż 89,6% odpadów przemysłu energetycznego poddaje się recyklingowi materiałowemu, 6,3% składuje na składowiskach, a jedynie 4,1%, tych najbardziej toksycznych (produkty oczyszczania spalin i wody), magazynuje w wydzielonych kwaterach materiałów niebezpiecznych [9].

Odpady paleniskowe ze spalania węgla

Odpady paleniskowe składają się, w ponad 90%, z żużli oraz z popiołów (1÷3%). Pierwsze występują w formie okruchów i zlepieńców, a drugie w postaci ziaren obtoczonych i mikrosfer o średnicy 20÷300 μm, pustych wewnątrz i otoczonych szklistą, białą powłoką glinokrzemianów o grubości 2÷5 μm. Mała gęstość mikrosfer popiołów (0,45÷0,6 g/cm3) powoduje, że podczas składowania mokrego wypływają one na powierzchnię, tworząc tzw. „kożuch” o grubości kilkudziesięciu centymetrów. Dzięki temu tę frakcję popiołu można łatwo wydzielić i wykorzystać jako surowiec, np. do produkcji aluminium lub w innych gałęziach przemysłu [9], [10], [16]. Wodochłonność pozostałej frakcji popiołów waha się od 65 do 124% w zależności od ilości wodorotlenków metali alkalicznych, których obecność zwiększa dodatkowo zasadowość zawiesiny (pH=8÷12).

Skład chemiczny popiołów i żużli węglowych

W skład odpadów paleniskowych glinokrzemianowych, powstałych ze spalania węgla kamiennego, wchodzą: krzemionka SiO2 (50%), tlenki: Al2O3, Ca, Mg, Fe oraz Na, K, Zn i znacznie mniej Mg, Ni, Co, Mn [10]. Związki azotu praktycznie nie występują, a fosforany występują w formie słabo przyswajalnej przez rośliny. Pozostały w żużlu i popiołach węgiel stanowi 2÷5% masy odpadów i ma wpływ na jakość wody nadosadowej. Ok. 0,1÷0,3% masy odpadów paleniskowych stanowią mikroelementy, wśród których oprócz pierwiastków promieniotwórczych są również śladowe ilości Hg, Pb, Cd, As, Ca, Cr, Se, B, Li oraz Sr [11].

Pochodzące ze spalenia węgla brunatnego w elektrowniach Konin i Pątnów odpady siarczanowo- -wapniowe i glinowe po spaleniu węgla brunatnego są składowane w wyrobiskach „Gosławice” i „Pątnów”. Przykładowo w 2002 r. do składowiska hydrotransportem doprowadzono 786.655 Mg popiołów i żużli oraz 7 tys. Mg odpadów z odsiarczania spalin. Średni skład chemiczny popiołów lotnych jest następujący: 56,42% SiO2, 6,66% AL2O3, 6,46% Fe2O3, 2,47% FeO, 0,27% Mn3O4, 1,01% TiO2, 21,37% CaO, 2,16% MgO, 0,11% Na2O, 0,33% K2O, 0,10% P2O5, 3,35% S (w przeliczeniu na SO3).

Skład chemiczny żużli z węgla brunatnego, deponowanych na składowisku „Gosławice”, jest trochę inny niż popiołów, a ponieważ dodatkowo wahania jego składu są większe, więc zamiast wartości średniej podano zakresy zmienności: 34,6÷34,11% SiO2, 1,00÷3,75% AL2O3, 1,55÷6,06% Fe2O3, 1,02÷4,87% FeO, 0,04÷0,08% Mn3O4, 0,26÷0,45% TiO2, 3,58÷5,99% CaO, 0,43÷0,73% MgO, 0,07÷0,13% Na2O, 0,05÷0,42% K2O, 0,01÷0,03% P2O5, 0,47÷2,33% S (w przeliczeniu na SO3). Skład chemiczny wybranych popiołów lotnych zebrano w tab. 1 [12]. Popioły i żużle zawierają również śladowe ilości następujących pierwiastków: Ba, Be, Cd, Co, Cr, Cu, F, Ga, Ge, Mo, Ni, Pb, Se, V, Zn i As oraz izotopów: 40K, 236Ra i 238Th. Ze stężenia tych promieniotwórczych izotopów, po uwzględnieniu ich aktywności, wyznaczono wartość promieniowania żużli i popiołów lotnych, która nie przekracza 185 Bq/kg, czyli wartości granicznej stawianej materiałom budowlanym [13].

Typy, rodzaje, sortymenty i gatunki pyłów i żużli

Przy składowaniu popiołów i żużli ich morfologia skład chemiczny, wielkość ziarna i inne cechy mają znaczenie tylko z punktu widzenia ochrony środowiska (pylenie, skażenie wód gruntowych, fl ory i fauny) lub możliwości formowania hałd. Również przy produkcji tradycyjnych pustaków dokładna charakterystyka tych odpadów nie jest konieczna.

Sytuacja uległa jednak zmianie, gdy popiół i żużel z odpadu ma zostać przekwalifi kowany w pełnowartościowy surowiec do produkcji materiałów budowlanych [14], [15]. Taki surowiec musi spełniać konkretne kryteria i charakteryzować się odpowiednimi i stabilnymi własnościami. Na potrzeby przyszłych odbiorców żużli i popiołów opracowano normę branżową BN-79/6722-9, która jest próbą ich podziału na rodzaje, typy, sortymenty i gatunki, jak przedstawiono to na rys. 2.

Przedstawiony na rys. 2 podział odpadów z kotłów energetycznych nie obejmuje jednak produktów spalania węgla w kotłach fluidalnych, pozostałości

po odsiarczaniu spalin metodami mokrymi oraz ich mieszaniny w odsiarczaniu metodami suchymi [16]. W tabeli 2 podano udział różnych rodzajów odpadów energetycznych w Polsce, 15 krajach starej UE (15-EU) oraz w USA. Odpady te przestały już w Polsce być uciążliwym odpadem, a wręcz traktowane są jako uboczne produkty spalania UPS, na które zapotrzebowanie wciąż rośnie, głównie za sprawą przemysłu materiałów budowlanych [16].

Wytwarzanie i zagospodarowanie popiołów lotnych w Polsce

Wykorzystanie ubocznych produktów spalania UPS, głównie popiołów lotnych, w Polsce utrzymuje się od kilkunastu lat na stałym bardzo wysokim poziomie i wynosi ponad 95% (tab. 3), podczas gdy w 15 krajach dawnej UE tylko 88%, a w USA jest jeszcze mniejsze i nie przekracza 35%.

Ponad połowa energii elektrycznej w Polsce pochodzi z elektrowni na węgiel kamienny (w 2003 r. 55%), z węgla brunatnego trochę mniej (38%). Łącznie do produkcji energii elektrycznej i cieplnej zużywa się w Polsce rocznie 50-52 mln t węgla kamiennego i 57-59 mln t węgla brunatnego. Różnice wynikają z zawartości substancji niepalnych, których w węglach kamiennych jest od 11 do 17%, a w brunatnych tylko 3-11%.

Ilość odpadów energetycznych, będących konsekwencją spalania tych ilości węgli, jest znaczna i przekracza w Polsce rocznie 20 mln t. Samych popiołów lotnych, na które jest największe zapotrzebowanie, powstaje 4,4 mln t (4,64 mln t w 2012 r. [17]). Na rys. 3 pokazano, jaki był w Polsce w 2002 r. udział poszczególnych elektrowni i elektrociepłowni w wytwarzaniu tych odpadów.

W Polsce w 2000 r. aż 55% wszystkich wytworzonych żużli i popiołów przetwarzało się w: klinkier cementowy i cement, beton – w tym komórkowy, kruszywa lekkie, ceramikę budowlaną itd., w 15-UE o 9% mniej (46%), a w USA tylko 22%. Szczegółowo strukturę przemysłowego wykorzystania popiołów lotnych w tych krajach podaje tab. 4 [16].

Odpady z odsiarczania spalin

Oprócz omówionych wcześniej żużli i popiołów zakłady energetyczne, w wytwarzają odpady z instalacje mokrego lub mieszanego odsiarczania spalin (IOS), które zawierają związki wapnia i siarki. W technologii półsuchej odpady te nie występują oddzielnie, lecz w formie zmieszanej z popiołem i żużlem.

Odpady z mokrej IOS

Odpady z IOS występują w postaci osadu z absorbera, który jest uwodnioną mieszaniną siarczanów (IV) i (VI) wapnia [39]. Tej mieszaniny, tzw. pulpy gipsowej, nie można odwodnić, gdyż bardzo trudno się fi ltruje, a ponieważ w tej formie nie może być składowana, wymaga dalszej obróbki. Polega ona na intensywnym natlenieniu, w wyniku którego zachodzi reakcja:

2 CaSO3 + O2 +2 H2O → 2 CaSO4 * 2H2O.  

W wyniku tego procesu powstaje szlam, który można już odwodnić poniżej 10 % i poddać obróbce termicznej, w wyniku której powstaje gips budowlany:

2 CaSO4 * 2H2O → 2 CaSO4 * ½H2O + 3 H2O.

W przypadku jednak, gdyby ze względu na trudności z usunięciem chlorków oraz pozostałych siarczanów (IV) nie udałoby się dotrzymać parametrów gipsu budowlanego, wówczas należy zrezygnować z jego energochłonnej i kosztownej produkcji, a produkt reakcji poddać składowaniu.

Elektrownia i tak musi dysponować składowiskiem odpadów z mokrej IOS, bez względu na jakość gipsu budowlanego, tak aby się zabezpieczyć w sytuacjach awaryjnych oraz w miesiącach zimowych, gdy zapotrzebowanie na gips spada [11].

Składowisko odpadów z mokrego odsiarczania spa
lin musi być bardziej zabezpieczone przed niebezpieczeństwem skażenia wód gruntowych niż w przypadku składowania żużli i popiołów. Odcieki z odpadów z IOS są bardziej agresywne, zamiast zasadowego mają odczyn kwaśny, stężenie chlorków jest w nich bardzo wysokie, podobnie jak i soli metali ciężkich, wymytych z sorbentu. Ścieki te wymagają: neutralizacji (alkalizacji) roztworem wapiennym, koagulacji, operacji wytrącania metali ciężkich, poprzez dodatek fl okulantów oraz fi ltracji na fi ltrach piaskowych. Końcowym etapem ich utylizacji jest odparowanie wody i składowanie pozostałych osadów na dodatkowo wydzielonej i uszczelnionej kwaterze składowiska.

W przypadku składowania na jednym wysypisku kwaśnych odpadów z IOS i zasadowych produktów spalania węgla (żużli, popiołów) należy przewidzieć, że:

• dodawanie gipsu powoduje obniżenie pH, co zwiększa wypłukiwanie z żużli i popiołów siarczanów i metali ciężkich; •  wraz ze wzrostem udziału gipsu maleje współczynnik fi ltracji mieszaniny gipsu i popiołu, przy czym udział ten nie powinien przekroczyć 20% [10], [11],

• dodawanie popiołu lub gipsu do neutralizacji ścieków z IOS powoduje powstawanie twardych, mało przepuszczalnych o dobrych właściwościach geotechnicznych (kąt tarcia wewnętrznego, wytrzymałość na ściskanie, moduł ściśliwości) struktur. Wadą tego procesu jest natomiast zwiększona migracja do roztworu chlorków, co może stanowić pewne zagrożenie dla wód podziemnych.

Odpady z półsuchej technologii odsiarczania spalin

Odpady z półsuchych metod odsiarczania składają się z nieprzereagowanych sorbentów, popiołów (15÷85%), siarczanów (VI) i (IV) wapnia, chlorku wapnia i sodu, węglanu wapnia, wodorotlenku wapnia oraz wody, której dodaje się od 20 do 70 kg na 100 kg mieszaniny [18]. Zawartość w nim metali ciężkich jest mniejsza niż w popiołach z elektrofiltrów.

W zależności od ilości popiołów oraz wody, a także sposobu otrzymywania mieszaniny otrzymuje się twardy materiał o własnościach: 2÷5 MPa wytrzymałość na ściskanie, gęstość objętościowa 1,2÷1,45 g/cm3, wilgotność 30÷40% i współczynnik fi ltracji 1·10-8 ÷1·10-10 m/s. Materiał ten może być zdeponowany na składowisku, które jest ono usytuowane powyżej poziomu wód gruntowych i zabezpieczone przed opadami, przez co nie stanowi zagrożenia dla środowiska. Dodatek cementu lub wapna i zwiększeniu wytrzymałość tych odpadów nawet do 20 MPa i tym samym umożliwia ich wykorzystanie do kształtowania terenu, budowy dróg, nasypów kolejowych, tam i zapór.

*Lewandowski W.M., Aranowski R., Technologie ochrony środowiska w przemyśle i energetyce, Warszawa, PWN, 2016.
Literatura dostępna w redakcji

 

Na skróty

© 2014. Wszelkie prawa zastrzeżone. BMP'      O nas   Reklama   Newsletter   Polityka prywatności Kontakt

Realizacja: Marcom Interactive
Newsletter BMP

Najważniejsze informacje ukazujące się w naszym portalu mogą otrzymać Państwo na skrzynkę e-mail za pomocą naszego bezpłatnego newslettera. Aby go zamówić prosimy wpisać swój adres e-mail w poniższym polu. Zapraszamy!

Polityka prywatności
Akceptuję
Strona korzysta z plików cookies w celu realizacji usług i zgodnie z Polityką Plików Cookies. Możesz określić warunki przechowywania lub dostępu do plików cookies w Twojej przeglądarce.