Nakládání s odpady a znečišťování ŽP
Definice odpadu ¾
¾
Odpad je něco, pro co už nemáme další využití. Nebezpečný odpad je odpadní látka nebezpečná lidem nebo životnímu prostředí. Státní orgány (hygienická služba) určují, které chemické látky jsou považovány za nebezpečné (na základě takových charakteristik, jako jsou hořlavost, reaktivita, korozivita, toxicita, kancerogenita, teratogenita. Průmyslové činnosti z hlediska produkce odpadů: odpadové, recyklační a bezodpadové technologie.
Dva přístupy k odpadům Nerudovský
Kam s ním?
/
Shakespearovský
Recyklovat či nerecyklovat?
Hlavní problém odpadů nespočívá v tom, že ohrožují životní prostředí, ale že nerecyklují zpět do zdrojových oblastí. Jde o nepřirozený stav, který nemůže být trvalý. Odpadem je tedy věc, jíž se chce její majitel zbavit a jejíž recyklace je proto nutná z hlediska uchování materiálových cyklů v přírodě a lidské společnosti.
Rozdíly v Nerudovské a Shakespearovské filosofii na příkladu slamníku
Spalování jako finální destrukce
Podle Nerudy: Nejde o zneškodnění (zbavení se) problému: daný odpad se jednak převádí částečně do atmosféry, jednak zůstává jako nespalitelný zbytek.
Podle Shakespeara: Spalování je možné pouze jako součást recyklace, jako předúprava pro další využití tuhého popela za současného posouzení mezí zatížení atmosféry a tedy recyklability spalin v přírodním prostředí.
Nakládání s odpady podle Nerudy aneb: prodat, zahrabat, vylít, využít, přepracovat, spálit, nebo zatajit?
Odpadové hospodářství v Nerudovském pojetí 1) 2) 3) 4)
Skládkování odpadů povrchové a podpovrchové, atd. Zneškodnění odpadů fyzikální, chemické a biologické. Redukce vzniku odpadů, maloodpadové techlonogie. Recyklace, druhotné zpracování odpadů.
Odpadové hospodářství v pojetí Shakespearovském ¾ TO BE. Recyklace (druhotné
zpracování odpadů s možnou fyzikální, chemickou či biologickou předúpravou nebo dočasným skládkováním). Recyklace odpadů již ve výrobě (redukce). ¾ NOT TO BE. Zneškodňování odpadů jako samostatné řešení.
Zneškodňování odpadů jako proces vedoucí ke vzniku druhotných surovin ¾
¾
¾
Recyklace kovových, kovonosných a nízkokovnatých odpadů. Těžební průmysl. Úpravárenství. Metalurgie. Okruh těžební a úpravárenský, okruh zpracovatelský, okruh spotřebitelský, vznik kovových, kovonosných a nízkokovnatých odpadů v těchto okruzích, kritéria jejich hodnocení z hlediska možné recyklace. Uplatnění kovů v lidské společnosti, jejich alternativní zdroje i mimo oblasti kovoprůmyslu - např. chemický průmysl, energetika.
Hierarchie nakládání s odpady Nejvhodnější Redukce produkce odpadu u zdroje (tam, kde vzniká). Znovuzískání a znovupoužití odpadu na místě (např. recyklace). Recyklace off-site. Úprava objemu nebo toxicity odpadu. Skládkování odpadů takovým způsobem, který chrání vzduch, kvalitu vody, krajiny a lidské zdraví a bezpečnost. Nejméně vhodné
Aplikace nerud jako druhotných surovin: Tzv. "konečné" odpady - jejich vznik v jednotlivých oborech a možnosti aplikace ¾ve stavebnictví: výroba maltovin, umělého
kameniva, betonu, atd., pozemní stavitelství, zakládání staveb, zemní práce, atd. ¾v zemědělství : ke zkrmování, zúrodňování půd, kriteria pro zapravení do půdy, meze zatížení, účinky na biosféru ¾v dalších oblastech: (sklářský a keramický průmysl, chemický průmysl atd.).
Odpady jako zdroje energie Spalování odpadů ¾ metody ¾ účinnost ¾ zatížení životního prostředí Je spalování biomasy skutečně nevinné? - za biomasu se např. považují i fekálie - pokud spalování biomasy neprobíhá za T>1200 oC, mohou vznikat dioxiny a furany
Sekundární suroviny starých hald, skládek a odkališť. Ekonomické a ekologické přístupy Ekonomické stimuly Atraktivní obsahy užitných složek a materiálů, dostatečné kubatury, potenciální odbytiště. ¾ Nové technologie umožňují zpracovávat materiály starých hald a odkališť – dvojí užitek ¾
Ekologické stimuly ¾
Vliv na životní prostředí, znečištění podzemních a povrchových vod, půdy a ovzduší, oscilace těchto vlivů v průběhu času, studium zvětrávacích a diagenetických procesů uvnitř skládkového tělesa, vzájemné interakce uložených materiálů za určitých p, T, t, X podmínek.
Využívání odpadů ¾ ¾
¾ ¾
návrat použité hmoty do oběhu v původní podobě (pivní lahve) návrat použité hmoty do oběhu degradované podobě (skleněný střep, starý papír a železo, plasty, textil, organický odpad pro kompostování) odpad může sloužit jako sekundární surovina (struska, popílek) odpad může sloužit k získávání energie (spalování komunálního odpadu).
Nebezpečné odpady ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾ ¾
Odpady obsahující těžké kovy a jejich sloučeniny např. baterie, odpady z výroby elektroniky a elektrických zařízení, metalurgie) Látky obsahující kyanidy (mořicí a galvanické lázně, kaly z nich, odpady z kyanidace Au-rud) Kyseliny a kyselé kaly (chem. výroby, těžba sulfidických rud a uhlí) Alkalické a chlor-alkalické kaly (např. z čistíren odpadních vod) Anorganické odpady z chemických a petrochemických výrobních technologií Pevná rezidua (popílky a strusky) ze spaloven, elektráren a tepláren na fosilní paliva Látky s velkou chemickou spotřebou kyslíku (Chemical Oxygen Demand – COD – např. kejda) Oxidační činidla Nemocniční odpad Anorganické odpady obsahující ≤ 30% ropných látek a tuků Anorganické odpady obsahující ≤ 2,000 ppm těkavých / polotěkavých organických látek
Zneškodňování nebezpečných odpadů Konverze toxických komponent na netoxické (nebo alespoň méně toxické). Toxicitu výrazně ovlivňuje rozpustnost. ¾ Neutralizace kyselin a zásad ¾ Oxidace: kyanidy obsahující odpady – např. galvanické lázně a galvanické (koncentrace dusitanů nesmí přesáhnout 1%); pokud konc. NO2- > 1%, nutná oxidace spalováním ¾ Redukce: např. šestimocného Cr na trojmocný ¾ Adsorpce na aktivním uhlí – chlorovaná rozpouštědla, PAH, (obsah organického C by neměl přesáhnout 1%.
Nakládání s tekutými odpady ¾ Ředění a rozptylování (nejběžnější právě u
tekutých odpadů) ¾ Koncentrování: - odpařováním (nákladné) - sorpcí (zeolity, jílové minerály) - srážením (např. s FeCl3)
Odpady a geologické prostředí Odpady, jež nelze využít k dalšímu zpracování, se ukládají v deponiích. Zpravidla jsou odpady ukládány v terénních depresích, ať už přírodních nebo v jamách po těžbě nějaké nerostné suroviny. Od podloží jsou odděleny několika izolujícímí vrstvami a po naplnění skládky před rekultivací jsou překryty rovněž několika vrstvami. Pevné odpady na otevřených skládkách ¾ Haldy, odvaly, výsypky; odpady v uložištích; modelování krajiny odpadem (SČ uhelná pánev). Ukládání odpadů do dolů. ¾
Odpady z těžební činnosti ¾
¾
¾
Odpady vznikající při těžbě, úpravě a zpracování nerostných surovin. Rostou v ČR rychlostí asi 500 mil. t/rok. Část je využitelná ve stavebním a keramickém průmyslu, většina však se hromadí na odvalech, zabírá tím zemědělskou půdu, kterou případně ještě intoxikuje vyloučenými těžkými kovy, atd. Snaha o využití všeho, co se vytěží - bezodpadová těžba: např.písek po plavení kaolinu použitelný ve stavebnictví, vypálené horniny z okolí vyhořelých uhelných slojí jako ostřivo v keramice. Recyklace odpadu nejen alespoň částečně odstraňuje problém ukládání odpadu, ale šetří též energii, neboť energie umožňující kovovému odpadu návrat do výroby je zlomkem energie nutné pro výrobu kovu z rudy (Mg 1%, Al 3-4%, Ti 30%).
Problematika pevných odpadů ze spalování uhlí ¾
¾
¾ ¾
Spalování uhlí představuje v ČR i v mnoha jiných státech nejrozšířenější způsob získávání energie Vzhledem k někdy vysokým obsahům potenciálně nebezpečných prvků v uhlí představuje jeho spalování zatížení ŽP Závazek snížení emisí vyžaduje hledat nové, čistší technologie V ČR se postupuje dvěma cestami – odsíření klasického spalování práškového uhlí / spalování ve fluidním loži
Chemické složení zkoumaného mosteckého hnědého uhlí ¾
Obsah vody 29,1 – 33,1 %
¾
Popelnatost 13,1 – 22,4 %
¾
Výhřevnost 14,7 – 17,1 MJ/kg
¾
Obsah síry: 2,3 – 5,75%
¾
Obsah F – 0,017-0,019%, Cl – 0,018 – 0,021%
¾
Obsah Ca – 0,34 – 0,54%
¾
Obsahy PNP (v ppm): As 250 - 386, Ba 90 – 227, Co 16 – 42, Cr 13 – 37, V 22 - 43
Minerální složení severočeského hnědého uhlí ¾ Organické látky ¾ Minerály: z
z
Hlavní - křemen, kaolinit, illit, kalcit, disulfidy Fe - pyrit, markazit, sádrovec, smektity Vedlejší až akcesorické – siderit, apatit, galenit, živce, slídy, halit, baryt, minerály skupiny crandallitu, zeolity
Formy disulfidů železa
Framboidální pyrit
Zatlačování rostlinných pletiv
Epigenetický pyrit
Formy výskytu PNP v uhlí ¾ Vazba na organické složky uhlí (např. B,
Cl, Cu) ¾ Vazba na anorganické složky - izomorfní příměs (např. As, Co, Ni v pyritu, F ve fylosilikátech, Cr ve framboidálním pyritu, Mn v karbonátech); sorpční vazba ¾ Diskrétní forma výskytu – (mikro)inkluze, obsahující stopový PNP ve významném množství (Pb – galenit, Ba – baryt, Cl – halit, Cu – chalkopyrit a jiné sulfidy)
Spalování ve fluidním loži ¾ Jemnozrnná směs částic uhlí, popílku a
aditiva (vápenec či dolomit +/- CaO) ¾ Teplota spalování 750 - 850 oC ¾ Doba zdržení v kotli ~ 20 minut ¾ Nevzniká škvára ¾ Redukce emisí SO2 o 95% ¾ Menší rozsah volatilizace B vyšší obsah toxických těkavých prvků v pevných zbytcích, nižší obsah ve spalinách
Schéma elektrárny s fluidní technologií
Složení aditiv ¾ Složení: kalcit znečištěný jílem (30%);
kalcit + dolomit; kalcit + dolomit + CaO>MgO; kalcit + dolomit + CaO = MgO ¾ Obsahy PNP:
¾
Cr 12 – 36 ppm Cu 5 – 231 ppm Ba 97 – 207 ppm V 6 – 51 ppm Zn 32 – 43 ppm Přínos PNP aditiva do popílků: u Cr 13 – 45%, V – 11 – 38%, Zn 8 – 29%
Hlavní rozdíly mezi klasickým spalováním spalováním a ve fluidním loži Faktor n. proces
Klasické spalování
„fluidní“ spalování
Obvyklá teplota spalování
1400 - 1500 oC
820 - 850 oC
Vsázkové materiály
uhlí
uhlí + additivum
Tvorba skla
Velmi hojná
Vzácná
Volatilizace (těkání)
Hg, Se, Pb, ZnO, Ba(OH)2, As2O3 etc
Nedochází k ní
Změny vazby stopových prvků
Rozsáhlé
Omezené
Rekrystalizace
Častá
Nevýrazná
Převažující tvar zrn popílku
Kulovité, zaoblené
Nepravidelné, spíše ostrohranné
Ä
Vzhled částic klasických popílků
skleněné kuličky
koks
Vzhled částic „fluidních“ popílků
a ložového popela
Rozdíly mezi klasickým spalováním a spalováním ve fluidním loži (2) Faktor nebo proces Novotvorba fází Tepelná metamorfóza
Klasické spal.
„Fluidní“ spal.
Rozšířená, Rozšířená, mnoho něolik málo fází (anhydrit, různých fází metajíly) Silná
Koncentrace těkavých prvků
Nižší (významná část uniká se spalinami)
Nabohacení povrchu
Výrazné, vysoké
Slabší Vyšší (až 95% množství přítomného v uhlí) Pozorovatelné, nižší
Mineralogie klasických a „fluidních“ popílků Metoda spalování
Hlavní fáze
Produkty rozkladu pyritu
Klasické
„Fluidní“
sklo, mullit, křemen, anortit, křemen, metakaolinit, cristoballit, anhydrit, periklas, magnetit a další CaO, portlandit, spinely, gehlenit hematit, brucit magnetit
hematit, maghemit
Ä
Specifické rysy popílků ze spalování severočeského hnědého uhlí klasickou technologií ¾ ¾ ¾ ¾
¾ ¾
Poměrně uniformní složení skelné hmoty Ä Absence vápenatých skel známých z popílků z dolnosaského hnědého uhlí (Enders 1994). Významná část Ca a Mg se vyskytuje v podobě sferulí di-calcium ferritu nebo Mg–ferritu Ä Model povrchového obohacení těkavými prvky (Natusch, Wallace 1974) má zde omezenou platnost. Ä Obsahy těkavých prvků (As, Pb, Zn) jsou nižší v klasických než ve „fluidních“ popílcích. Více než 70% množství všech zkoumaných potenciálně nebezpečných prvků je vázáno na nerozpustné fáze popílků
Ä
Popílky ze spalování uhlí klasickou technologií ³ wolframan Ba / magnetit Sklo s mullitem a magnetitem´
³magnetit/ Alspinel / sklo
spinely / sklo ´
Specifické rysy chemismu „fluidních“ popílků ze severočeského hnědého uhlí ¾Nejhojnější
krystalickou fází je anhydrit (17 - 30%, některé popílky > 45%). Váže na sebe pouze menší část Ni a Ba. ¾Agregáty síranu vápenatého mají většinou poměr atomových kvocientů Ca/S ~ 2 - 3 : 1. Tento přebytek Ca snižuje loužitelnost Ni, Zn a As. ¾ Tepelně metamorfované jílové minerály a slídy vážou většinu Cr, V, a Ba. ¾Nejvyšší afinitu k Fe oxidům vykazují V, As, Co & Mn.
• Jsou-li vystaveny venkovním podmínkám,
„fluidní popílky většinou mění své složení (v důsledku přítomnosti reziduálního CaO/MgO).
Požadavky na technologie přepracování „fluidních“ popílků ¾
Musí umožňovat úplné využití všech prodktů spalování (filtrový, ložový, event. cyklonový popílek)
¾
Měly by vyžadovat žádnou nebo minimální předúpravu
¾
Měly by podporovat fixaci a zadržení nebezpečných stopových prvků v dlouhodobějším časovém horizontu..
Využívané odpady jsou svým způsobem netradiční suroviny. Využívání: ¾ návrat použité hmoty do oběhu v původní podobě (pivní lahve) ¾ návrat použité hmoty do oběhu v degradované podobě (skleněný střep, starý papír a železo, struska, popílek, plasty, textil, organický odpad pro kompostování) ¾ k získávání energie (spalování komunálního odpadu).
Možnosti ovlivňování vazby nebezpečných prvků v produktech z popílku. hydrotermální alterace - výroba zeolitů či pórobetonu
vitrifikace, výroba skelné vaty
pelletizace, výroba aglomerátů
Zapravování odpadů do půdy (ředění) ¾ Popílky ¾ Čistírenské kaly ¾ Odpady z těžby:
- drceného kameniva (horninové moučky) - z povrchové těžby uhlí (skrývkové horniny)
Koncentrace chromu, niklu a kobaltu v některých horninách, používaných jako horninové moučky (v ppm) Cr
Ni
Co
Granit
20
20
20
Rula
50 - 200
100
20
Diabas
300
150 - 200
45
Čedič
500
200 - 350
50
Hadec
2500
1500
90
Rozptylování (dispersal); zapravování odpadů do půdy Maximálně přípustné celkové obsahy rizikových prvků v zemědělské půdě (v ppm) Německo Francie Anglie
Itálie
Skotsko Rakousko Kanada ČR
As
EU -
-
-
20
-
12
-
14
-
Cd
1-3
3
2
3
3
1,6
3
1,6
3
Cr
-
100
150
600
150
80
100
120
100 -
Cu
50-140
100
100
135
100
60
100
100
Hg
2-1,5
2
1
-
0,4
2
0,5
2
Mo Ni
30-75
50
50
4 75
50
2 40
50
4 32
-
Pb Se
50-300 -
100 -
100 10
250 3
100 -
80 2,4
100 -
60 1,6
100 -
Zn
50-300
300
300
300
300
150
300
220
-
Maximálně přípustné obsahy rizikových prvků v zemědělských půdách (ČR - v ppm) – způsoby hodnocení Celkový obsah Lehké půdy
výluh 2M HNO3
Ostatní půdy
Lehké půdy Ostatní půdy
As
30,0
30,0
4,5
4,5
Be Cd Co
7,0 0,4 25,0
7,0 1,0 50,0
2,0 0,4 10,0
2,0 1,0 25,0
Cr
100,0
200,0
40,0
40,0
Cu
60,0
100,0
30,0
50,0
Hg Mo
0,6 5,0
0,8 5,0
5,0
5,0
Ni
60,0
80,0
15,0
25,0
Pb
100,0
140,0
50,0
70,0
V
150,0
220,0
20,0
50,0
Zn
130,0
200,0
50,0
100,0
