MENDELOVA ZEMĚDĚLSKÁ A LESNICKÁ UNIVERZITA V BRNĚ AGRONOMICKÁ FAKULTA
BAKALÁŘSKÁ PRÁCE
BRNO 2009
Lukáš Kobolka
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně Agronomická fakulta Ústav techniky a automobilové dopravy
Odpady a škodliviny ve strojírenství Bakalářská práce
Vedoucí práce:
Vypracoval:
doc. Ing. Josef Filípek, CSc.
Lukáš Kobolka
Brno 2009
Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně
Agronomická fakulta
Ústav techniky a automobilové dopravy
2008/2009
Zadání bakalářské práce Autor práce:
Lukáš Kobolka
Studijní program:
Zemědělská specializace
Obor:
Provoz techniky
Název tématu:
Odpady a škodliviny ve strojírenství
Rozsah práce:
40 – 60 stran
Zásady pro vypracování:
1. Proveďte klasifikaci odpadů a škodlivin vznikajících při strojírenské výrobě (kovový šrot, okuje, plastové odpady, řezné kapaliny, kalící soli, oleje, odpady z povrchových úprav ...). Uveďte možné způsoby likvidace průmyslových odpadů. Proveďte návrh zpracování a likvidace odpadů ve zvoleném provozu.
Seznam odborné literatury:
1. RYCHETSKÝ, D. Odpady : podnikatelem bez pokut. 1. vyd. Šlapanice: Era, 2002. 139 s., 21 století. ISBN 80-86517-27-6. 2. DOBEŠ, V. Čistší produkce. Praha: České centrum čistší produkce, 1998. 126 s. 3. KEPÁK, F. Průmyslové odpady (I. část). Ústí nad Labem: Univerzita Jana Evangelisty Purkyně, 2005. 200 s.
Prohlášení Prohlašuji, že jsem bakalářskou práci na téma: Odpady a škodliviny ve strojírenství vypracoval samostatně a použil jen pramenů, které cituji a uvádím v přiloženém seznamu literatury. Bakalářská práce je školním dílem a může být použita ke komerčním účelům jen se souhlasem vedoucího diplomové práce a děkana AF MZLU v Brně.
dne………………………………………. podpis …………..……………………….
Poděkování Na tomto místě bych rád poděkoval doc. Ing. Josefu Filípkovi CSc., vedoucímu bakalářské práce za jeho odborné vedení, cenné rady a pomoc při vzniku této bakalářské práce.
Anotace Bakalářská práce se zaměřuje na odpady vznikající ve strojírenství a průmyslu. První část je věnována klasifikaci nejčastějších odpadů vznikajících ve strojírenství, způsobu jejich vzniku, složení a využití. Druhá část práce je zaměřena na způsoby nakládání s odpady a je zde rozebráno několik nejčastějších způsobů nakládání s průmyslovými odpady. Ve třetí závěrečné části je rozpracován zvolený provoz.
Annotation This Bachelor's thesis focuses on the waste generated in engineering and industry. The first part is devoted to the classification of the most common waste in engineering, the method of its origin, composition and use. The second part is focused on methods of waste management and some of the most frequent ways of dealing with industrial waste are discussed. In the third final part the selected operation is developed.
Obsah 1. 2. 3.
Úvod.......................................................................................................................... 8 Cíl práce.................................................................................................................... 8 Základní rozdělení odpadů vznikajících ve strojírenství .......................................... 9 3.1 Kovový odpad................................................................................................... 9 3.2 Plastový odpad ................................................................................................ 12 3.3 Řezné kapaliny................................................................................................ 13 3.4 Odpady z povrchových úprav ......................................................................... 17 3.5 Kalící soli........................................................................................................ 19 3.6 Oleje a maziva ................................................................................................ 20 3.7 Zbytky barev ................................................................................................... 22 4. Nakládání s odpady................................................................................................. 23 5. Způsoby odstranění, využívání a omezení vzniku průmyslových odpadů ............. 24 5.1 Recyklace........................................................................................................ 25 5.1.1 Recyklace kovového a kovonosného odpadu ......................................... 26 5.1.2 Recyklace plastů ..................................................................................... 29 5.1.3 Recyklace řezné kapaliny ....................................................................... 31 5.1.4 Recyklace odpadů z povrchových úprav ................................................ 32 5.1.5 Recyklace olejů a maziv ......................................................................... 33 5.1.6 Recyklace kalících solí ........................................................................... 33 5.1.7 Recyklace barev a rozpouštědel.............................................................. 34 5.2 Tepelné zpracování odpadů ............................................................................ 35 5.2.1 Spalování odpadů.................................................................................... 35 5.3 Skládkování .................................................................................................... 36 5.4 Biologické způsoby likvidace......................................................................... 37 5.5 Fyzikální a chemické zpracování odpadů ....................................................... 37 6. Návrh řešení odpadového hospodářství ve strojírenském provozu ........................ 38 7. Závěr ....................................................................................................................... 45 8. Seznam použité literatury ....................................................................................... 47 9. Seznam obrázků...................................................................................................... 48
1. Úvod Ve všech průmyslových oblastech se dnes věnuje velká pozornost ekologii. Jinak tomu není ani ve strojírenství, proto je zde kladen patřičný důraz na vytváření a zlepšování životního a pracovního prostředí. S tímto souvisí i problematika odpadů. Odpadem, tak jak ho popisuje zákon, se rozumí movitá věc, která se pro vlastníka stala nepotřebnou, a vlastník se jí zbavuje s úmyslem ji trvale odložit. V případě nemožnosti vlastníka nebo producenta odpadu tento odpad využít nebo odstranit sám, se ho může zbavit pouze předáním osobě oprávněné ke sběru nebo výkupu odpadů. Pro vlastníka ze zákona tedy vyplývají jisté povinnosti, kdy při jejich nedodržení může docházet např. k povinnosti odstranit věc v určitém termínu, případně být sankciován za jejich nedodržení. Je sestaven seznam oficiálně definovaných odpadů, který má zamezit nejasnostem při aplikaci zákona a jeho prováděcích vyhlášek.
2. Cíl práce Cílem práce je klasifikace odpadů vznikajících ve strojírenství, jejich rozdělení, možnosti omezení jejich vzniku pomocí vhodně zvolených technologií. Dále jsou to možnosti nakládání s odpady, způsoby recyklace a likvidace. Také je uveden návrh na minimalizaci odpadů ve zvoleném strojírenském provozu.
8
3. Základní rozdělení odpadů vznikajících ve strojírenství Ve strojírenství vzniká celá řada odpadů. Jedná se zde zejména o odpadní chemikálie, zbytky materiálů a znečištěná zařízení. Jako základní bych mohl vyjmenovat tyto:
-
Kovové odpady – kovový šrot
-
Plastové odpady
-
Řezné kapaliny
-
Odpady z povrchových úprav
-
Kalící soli
-
Oleje a maziva
-
Zbytky barev
Některé kalírenské soli, oleje a většinu organických odpadů lze dále přepracovávat. U galvanických procesů a v případě využití různých kapalin se prosazují technologie napomáhající snižování produkce odpadů. Kovový a plastový odpad můžeme dále zpracovávat.
3.1 Kovový odpad Kovy jsou neobnovitelnými zdroji, laicky řečeno, když jejich naleziště zcela vytěžíme, nová již nikdy nevzniknou. Již toto je předpokladem k tomu, abychom se zabývali vznikem kovových odpadů a jejich následným zpracováním, které se v tomto případě jeví do budoucnosti jako nevyhnutelné.
9
Obr. 1: Kovový odpad
Strojírenský průmysl je zdrojem značného množství odpadů jak čistě kovových tak kovonosných, obsahujících kovy ve formě sloučenin. Většina kovonosných odpadů je kvůli jejich toxicitě zařazena mezi nebezpečné odpady. Z ekonomického hlediska jsou však i tyto odpady, obsahující různé neželezné kovy, hodnotnou druhotnou surovinou a proto je pro ně název „odpady“ poněkud zavádějící. Umožňují získání čistých kovů s podstatně menšími energetickými nároky než na jejich výrobu ze stále chudších primárních surovin, současně při výrazně menších negativních dopadech na životní prostředí. Význam těchto kovových odpadů je patrný z úrovně jejich recyklace. Tabulka 1: Spotřeba energie na výrobu 1t kovu z rudy a z odpadu v kWh.t-1 Z rudy Z odpadu % úspory energie Al
65 000
2 000
97
Cu
13 500
1 700
87
Pb
9 500
500
95
Zn
10 000
500
95
10
Kovový šrot je bohatou surovinou využívanou v hutích jako jedna ze základních složek vsázky, jeho doprava a manipulace s ním je podstatně levnější než se samotnou rudou. Na vytavení kovového šrotu jsou nutné minimální pracovní, investiční a energetické náklady. V dnešní době však dochází k relativnímu poklesu vzniku kovového šrotu z důvodů značného vývoje technologií zpracování kovů, jistý vliv může mít i nahrazování některých kovových součástek plastovými. Třískový odpad vznikající ve strojírenských závodech při řezání a obrábění kovových součástí není pro přímé použití do vsázek vhodný. Je nutné ho upravovat a to drcením, briketováním nebo přetavováním. V závodech se kovový odpad shromažďuje na vyhrazených místech, odkud se dle potřeby odváží pro další využití. Hodnotu kovového odpadu lze zvyšovat jeho tříděním.
Obr. 2: Třídění kovových odřezků
11
3.2 Plastový odpad Obrovský rozvoj výroby a použití polymerů má za následek stále se zvětšující množství odpadů polymerních materiálů. Na druhé straně je předností syntetických polymerů mimo jiné i to, že spotřeba energie pro výrobu a opracování (obrábění) je podstatně menší než u jiných materiálů(např. kovů), ale dokáží je dostatečně nahradit.
Plastový odpad lze rozdělit do dvou základních skupin: -
odpad vytvrzených plastů
-
odpad nevytvrzených plastů, složek plastů
Plasty jsou syntetické nebo přírodní makromolekulární látky schopné tváření tlakem za zvýšených teplot. Používají se často s přísadou práškových nebo vláknitých plniv, pigmentů nebo barviv a změkčovadel. Dělí se na termosety (reaktoplasty) – působením tepla ztvrdlé netavitelné látky a termoplasty, které lze ohřevem opakovaně uvádět do měkkého stavu.
Ekologická závadnost plastů spočívá zejména v pomalé biodegradovatelnosti – čili v pomalém biologickém rozpadu, při němž dochází k rozkladu polymerů působením biologických činitelů. V obsahu toxických nebo karcinogenních látek, ve schopnosti uvolňovat vysoce toxické zplodiny např. při požáru, spalování a skládkování.
Plastové odpady se označují podle druhu identifikačním symbolem s piktogramem. Např. polyetylénteraftalát PET (E) 1, lineární polyetylén HDPE 2, vinylové plasty V (PVC) 3 až do skupiny ostatní plasty 7. Používané označení pokrývá jen malý počet polymerů, ale hromadně používaných v obalové technice, takže se vyskytují hlavně v komunálních odpadech, které nejsou předmětem této práce. Značení přispívá ke zlepšení třídění a recyklace plastu.
12
Při zpracování a použití plastů při výrobě mohou vznikat odpady jako jsou zmetky, přetoky, odřezky, obrus atd. jako takzvaný vratný neboli technologický odpad. Tento odpad vzniká také při vyfukování dutých předmětů, zejména jako přetoky se zmetky, při vstřikování nebo při válcování, kde vznikají např. ořezy okrajů. Vratný (technologický) odpad se převážně zpracovává ve výrobních nebo zpracovatelských závodech.
Obr. 3: Obrábění plastů
3.3 Řezné kapaliny Při obrábění kovů v průmyslu se uplatňují řezné oleje či emulze, sloužící pro chlazení a mazání v oblasti řezu z důvodů snížení tepelného ovlivnění procesu, což má vliv mimo jiné na životnost nástroje. Kapaliny se používají i pro lepší odstraňování třísek a zlepšení jejich lámavosti. Nasazení těchto produktů, ale provázejí problémy jako styk s obsluhou a unikání do okolí. Proto se pro řezné kapaliny připravují stále přísnější bezpečnostní a hygienické předpisy. Reakcí na danou skutečnost jsou změny složení kapalin, vznik jejich nových typů, přesuny preferencí uživatelů mezi typy kapalin a také odklon od klasických řezných kapalin k obrábění za sucha nebo jiných metod. Velký význam ve strojírenství hraje třískové obrábění materiálu, při němž se na užívané chladicí mazací kapaliny kladou náročné požadavky. Řezné oleje mohou v
13
některých strojích zajišťovat zároveň funkci mazání, případně mohou sloužit i jako oleje hydraulické což vede ke snížení možnosti znečištění mezi dvěma oleji.
Obr. 4: Řezná kapalina
Alternativy pro snížení odpadů
Obrábění za sucha Proti obrábění za použití řezných kapalin lze najít množství argumentů: znečištěná pracovní prostředí, alergie osob či onemocnění pokožky, absence kvalifikovaného personálu. Legislativa proto požaduje nákladná opatření k eliminaci znečišťování, skladování a likvidaci upotřebených obráběcích kapalin. Výrobci nástrojů, spolu s uživateli, už dokázali vyřešit v případě některých typů obráběcích operací (soustružení, frézování) problémy spojené s tímto technologickým směrem a dokáží obrábět i za sucha. Přesto ještě zůstávají u jednotlivých operací otevřené otázky, např. odvod třísek při hlubokém vrtání, chlazení nástrojů, obrobků i obráběcích strojů apod.
14
Obr. 5: Obrábění za sucha
Mazání malým množstvím maziva a mazání minimálním množstvím maziva Na první pohled se obě metody liší spotřebou chladicí mazací kapaliny. V prvním případě množství nepřekročí 2 litry za minutu. Druhá varianta omezuje spotřebu na 50 ml za minutu, odpadá při ní chlazení, jakož i odvod třísek pomocí média. Systém pro mazání minimálním množstvím spočívá v přeměně chladicí mazací kapaliny na jemné kapičky, které na místa účinku dopadají ve formě aerosolu. Velké množství systémů v kombinaci s rozdílnými mazivy vytváří diferencovaná spektra kapiček, jejichž vliv na dýchací orgány pracovníků se pečlivě testuje. Výběr vhodných chladicích mazacích kapalin je proto důležitý.
U obrábění se v praxi uplatní i přírodní maziva a oleje nebo estery a mastné alkoholy. Při mazání minimálním množstvím se chladicí mazací látka kompletně spotřebuje ve formě mlhy a aerosolu na pracovním místě, proto se klade důraz na toxikologickou nezávadnost. Z tohoto důvodu se osvědčily esterové oleje a mastné alkoholy s podílem toxikologicky nezávadných přísad. Přírodní oleje a maziva jsou oxidačně velmi nestabilní.
15
Při procesech se vznikem vysokých teplot jsou proto lepší esterové oleje a mastné alkoholy, aby se netvořily pryskyřičnaté povlaky na nástrojích a strojích. Mastné alkoholy mají při stejné viskozitě nižší bod vzplanutí než esterové oleje. Odpaří se relativně rychle, přičemž se dosáhne chladicího účinku.
Esterové oleje se u třískového obrábění užívají nejvíce pro mazací účinek mezi obrobkem a nástrojem a odcházejícími třískami. Při nízké viskozitě totiž disponují vysokým destilačním rozsahem a bodem vzplanutí. Tím se zajistí, že na pracovišti se sníží množství výparů, zbylý tenký film na obrobku má zároveň protikorozní účinek. Vedle toho jsou esterové oleje biologicky dobře odbouratelné.
Změna receptur kapalin mísitelných s vodou Používání chladicích mazacích kapalin mísitelných s vodou s alkalickým pH a obsahem povrchově aktivních látek může způsobit výskyt kožních chorob. Proto se firmy, zabývající se vývojem a prodejem těchto výrobků, zaměřily na "verze", které by respektovaly lidské zdraví, a nabídly potřebnou kvalitu a bezpečnost při obrábění. Ke kladnému ohlasu v tomto směru mohou přispět nové kapaliny s nízkou hodnotou pH. Tyto kapaliny mísitelné s vodou mají hodnoty pH mezi 7,0 až 5,5. Pomocí pH blízkého pokožce se snižuje relativní koncentrace aktivní zásady na méně než 5 %. I čisté koncentráty byly zařazeny jako "látka neškodná".
Použití olejů místo chladících mazacích kapalin mísitelných s vodou Tento trend se objevil na začátku 90. let minulého století u předních německých automobilových výrobců. Ti chtěli zmírnit nárůst provozních nákladů, způsobený novou legislativou při používání klasických kapalin mísitelných s vodou. Proto formulovaly nové požadavky na výrobce obráběcích kapalin, které zněly: - vodou nemísitelné chladicí mazací prostředky pro třískové obrábění a všechny materiály používané v automobilovém průmyslu, - nízká viskozita, aby se redukovaly ztráty výnosem na třískách a na obráběných součástech, - nízká tvorba mlhy a nízká odpařivost do pracovního prostředí, - minimální nebezpečí pro vodu, - multifunkčnost - např. použitelnost i jako hydraulický olej, kalicí olej apod.
16
Jako první přišly produkty ve formě tzv. rodiny kapalin pro obráběcí stroje. Kapaliny, umožňující mazání všech míst na obráběcím stroji včetně chlazení obrobku a mazání nástroje, se vyznačovaly stejnou aditivací základových olejů, ale měly rozdílné viskozity. Ty byly pro existující strojový park nevyhnutné, neboť dnešní technika ve strojírenství požaduje pro jednotlivá mazací místa, jako jsou hydraulika, kluzné plochy, převodovky a vřetena, určitou minimální viskozitu. Racionalita rodiny kapalin se projevila i v jejich vhodnosti pro různé třískové obráběcí procesy a materiály. Prvně tuto filozofii uplatnila u výroby motorů nákladních automobilů firma Daimler Chrysler AG Mannheim. A přinesla nemalé úspory: netěsnosti v hydraulice neměly negativní vliv na kvalitu používaného řezného oleje. Kvůli rozdílným viskozitám zůstala ještě nedořešena vnitropodniková recyklace.
Dalším příkladem "efektivní" obráběcí kapaliny je univerzální Unifluid s nízkou viskozitou. Jako chladicí mazací kapalina se hodí pro 80 % třískových obráběcích procesů, a zároveň jako hydraulický olej v obráběcím stroji. Při vývoji se musely spojit rozdílné požadavky na hydraulické oleje a řezné oleje podle potřeb klientů. Zároveň, s ohledem na snášenlivost se životním prostředím a pracovní hygienu, se kladl důraz na toxikologickou a ekotoxikologickou nezávadnost. Základní surovinou byly zvoleny esterové oleje, neboť z pohledu ochrany prostředí a zdraví mají výrazně nižší odpařivost než ekviviskózní ropné oleje, a speciální skupina přísad. Jejich použitím je pracovník na pracovišti méně exponovaný a prostředí více chráněno před emisemi.
3.4 Odpady z povrchových úprav Povrchové úpravy jsou technologie vytvářející na povrchu materiálů ochrannou vrstvu nebo povlak, který slouží jednak k protikorozní ochraně, jednak k dekorativním, případně jiným účelům.
Každá z řady typů povrchových úprav může více či méně zatěžovat životní prostředí emisemi plynů, aerosolů a tuhých znečišťujících látek, odpady ve formě tuhých odpadů a kalů a odpadními vodami. Druh znečištění je dán vlastní technologií, tedy druhem povrchové úpravy a zvolenou aplikační technologií. Pro oblast ochrany životního prostředí jsou dominantní následující procesy povrchových úprav:
17
Procesy předúpravy: - odmašťování - hrubé odmašťování v alkalických roztocích - hrubé odmašťování v organických rozpouštědlech - elektrolytické odmašťování (dosáhne se dokonalého odmaštění) - moření - v kyselině sírové, chlorovodíkové, dusičné (opalování), fosforečné, fluorovodíkové - tryskání a omílání - provádí se jednak broušení, tj. čištění předmětu před galvanickou operací, jednak leštění, kterým se upravuje povrch po galvanické operaci - používané roztoky obsahují alkalické látky - odpadní vody z uvedených operací jsou oplachové a koncentráty (obsah příslušné lázně) - dekapování (přemoření) - probíhá ve slabém roztoku kyseliny, materiál se zde zbavuje vrstvy oxidů - elektrochemické obrábění - anodické rozpouštění v elektrolytu, např. ve směsi chloridu a dusičnanu sodného - elektrolyt se musí po vyčerpání obnovit, odpadní vody vznikají při oplachování předmětů
Procesy zušlechťování povrchů: - procesy vytváření konverzních povlaků - fosfátování, chromátování…, - vznik odpadních vod obsahujících fosforečnany, železo, zinek - vznik odpadních vod alkalických - procesy vytváření kovových povlaků žárový způsobem - stříkáním a ponorem, - lázně obsahující kyanid - lázně obsahující kyseliny, zásady - procesy vytváření kovových povlaků elektrochemickým a chemickým způsobem, - procesy vytváření organických a kombinovaných povlaků.
Množství vzniku škodlivých látek je ovlivněno nejen typem povrchové úpravy a vlastní aplikační technologií, ale i rozšířením technologie v celonárodním měřítku. 18
Z hlediska těchto skutečností lze na základě dlouholetého monitorování konstatovat, že rozhodujícími technologiemi pro zátěž životního prostředí jsou předběžné úpravy povrchu, elektrochemické procesy a procesy vytváření organických povlaků. Pochopitelně, že i ostatní technologie mají svůj podíl na znečišťování, ale méně výrazný, s ohledem na množství vznikajících škodlivin či vzhledem na národní rozměry. Dominantní postavení ve znečišťování mají nejrozšířenější technologie vytváření organických povlaků a s nimi spojené předúpravy.
3.5 Kalící soli Tepelnými procesy se mění struktura kovů a jejich vlastnosti. Jedná se o žíhání, kalení, cementování (obohacování na uhlík povrchové vrstvy oceli), nitridování, popouštění. Při kalení ve vodní lázni vznikají odpadní vody v chladící lázni, při omývání podlahy. Tuhým odpadem jsou zbytky solí, závadné jsou hlavně soli kyanidové a barnaté. Ačkoliv je při užití solných lázní dosahováno zvláště u nástrojových ocelí dobrých výsledků, zejména kvůli jejich zařazení do nebezpečných odpadů se od těchto metod upouští a v České republice je tato metoda již téměř zcela nahrazena kalením do oleje či plynu (např. dusíku).
Termín „solná lázeň“ popisuje médium, vytvořené roztavením jedné nebo většího počtu chemických solí do formy kapalné lázně, do které se mohou ponořovat materiály určené k tepelnému zpracování. Složení solné lázně k danému použití je dáno teplotním rozsahem, ve kterém se bude tato lázeň provozovat. Jako soli pro tepelné zpracování rychlořezných nástrojových ocelí se používají sodné, draselné a barnaté chloridy. Procentní podíl chloridu barnatého se zvyšuje s narůstajícími teplotními požadavky. Vysokoteplotní lázeň pro použití v kalící lince je typicky složená ze 100% chloridu barnatého. Neutralita soli se udržuje plánovitým čištěním za použití křemíku nebo grafitu. V průběhu procesu se vytvářejí nerozpustné a rozpustné oxidy kovů, jež mohou způsobit oduhličující charakter lázně. Křemík se s těmito oxidy váže a vytváří křemičitany, jež se usazují na dně lázně. Tyto křemičitany se odstraňují odkalováním.
19
3.6 Oleje a maziva Oleje sloužící jako maziva S rozvojem technologií, materiálů, strojních mechanismů, ale i ekologie jde ruku v ruce kupředu i vývoj olejů a maziv. V poslední době rychle narůstající skupinou jsou „syntetická maziva“ vyráběná na bázi synteticky připravených látek jako jsou polyalfaolefiny, estery, polyglykoly a podobně. Používají se zejména tam, kde kvalita ropných olejů nedostačuje požadavkům strojů. Typicky toto nastává při použití za velmi vysokých teplot, nízkých teplot nebo jako životnostní náplně. Vzrůstající podíl připadá i na maziva připravená ze zušlechtěných rostlinných olejů, zejména tam, kde je požadavek na biologicky rozložitelné oleje, které jsou zároveň šetrné k životnímu prostředí. Výše uvedené látky (nejčastěji upravené ropné frakce), slouží jako tzv. základové oleje. Pro konečné použití, výrobu konkrétních mazacích olejů, je zpravidla nutné základový olej dále vylepšit, nebo mu dodat nové vlastnosti, žádané pro danou aplikaci. Toho se dociluje přídavkem chemických látek se specifickým účinkem - tzv. zušlechťujících přísad.
Nově vyvíjené oleje a jejich užitné vlastnosti věrně odrážejí změnu požadavků, které jsou na mazací oleje kladeny. Např. původní požadavky na motorové oleje – namazat a chladit motor jsou dnes rozšiřovány o další a další požadavky, jako je šetření paliva, či minimalizace škodlivin (síry, fosforu a pod.) ve výfukových plynech. Motorové oleje na ropném základě již nejsou schopné takovéto požadavky v řadě případů plnit, a proto se rozšiřuje používání olejů na zdokonaleném ropném (hydrokrakovém) základě, či na syntetické bázi. Obdobné, i když ne tak výrazné tendence, je možné pozorovat i u průmyslových olejů. Stále menší olejové náplně vyžadují oleje se zvýšenou odolností vůči oxidaci, teplotě, tlaku atd. I v tomto případě si pokrok vynucuje použití hydrokrakových a syntetických olejů ve stále větším počtu aplikací. V Evropě se předpokládá během příštích deseti let nárůst využívání těchto typů olejů ze současných asi 10 % na cca 40 % celkového objemu spotřeby.
20
Oleje užívané pro kalení Jako kalící médium v průběžných a víceúčelových pecích je v ČR a SR převážně používán kalící olej. Kalící oleje se od sebe liší nejen svým základem (minerální olej, PEG, syntetický ester nebo hydrokrakovaný olej), ale i obsahem aditiv, které ovlivňují především kalící charakteristiku oleje, ale také dobu jeho stárnutí. Stárnutí oleje se projevuje na kvalitě zpracovávaného materiálu, vzhledu jeho povrchu a množství vynášeného oleje. Proto je třeba provádět pravidelné kontroly kalícího oleje a předejít tak potížím při kalení nebo dokonce vzniku požáru a následných ekonomických ztrát. V neposlední řadě hraje roli také vliv média na okolní prostředí.
Oleje jsou umístěny v nádržích přímo u kalící pece. Jejich životnost je dána četností procesů, v každém případě by měla být kontrolována kvalita oleje zejména kvůli nebezpečí vzplanutí z důvodů přítomnosti vody v oleji (což je jednou z nejčastějších příčin požáru v kalírnách). Již přítomnost malého množství vody(cca 0,05%) může negativně ovlivnit účinek kalícího oleje. Kontrola oleje by měla probíhat minimálně jednou ročně uceleným laboratorním testem. Tabulka 2: Základní paramtery olejů pro kalení Základ Minerál PEG Syntetický Hydrokrakov Roztok ní olej (Synabol) ester aný olej polymeru (Durixol) (Synabol) (Durixol) (Polyquenh) Ano, méně Ano, méně Ne Ano Ano, méně Plameny, než u než u než u saze min.olejů min.olejů min.olejů Ano, Ano, méně Ano, méně Ano, CO2, Ano, Páry a CO2, než u než u CO, podstatně plyny při CO, min.olejů, min.olejů, uhlovodíky, méně než u popouštění CO2, CO2, produkty min.olejů, nevypraný uhlovodí ky, alkohol,aldeh produkty stárnutí,saze CO2, ch dílů produkty ydy – min. rozkladu alkohol,aldeh stárnutí,s mast.olejů,s ydy – min. aze aze Ne Ano Ano Ne Těžko Biologicky odbouratelné odbouratel ný Slabě Slabě Neohrožuje Ohrožuje Slabě Třída ohrožuje vodní vodní zdroje ohrožuje nebezpečn ohrožuje vodní vodní zdroje zdroje vodní zdroje osti - voda zdroje Nepatrné Nepatrné Nepatrné Nepatrné Vyšší Péče o náklady náklady náklady náklady náklady lázeň
21
Oleje hydraulické Základní funkcí hydraulických kapalin je přenos tlaku v hydraulickém systému. Nepostradatelné jsou též funkce mazání pohyblivých součástí, odvodu tepla a působení proti korozi. Každý hydraulický systém vykazuje určité obecné požadavky na vlastnosti hydraulických olejů: viskozita, mazací schopnosti, stlačitelnost.... Velmi se zvyšují požadavky na toleranci obsahu vody a v souladu se všeobecným trendem u automobilových i průmyslových maziv se výrazně zvyšují požadavky na celkovou životnost hydraulické kapaliny z důvodů ekonomických a v neposlední řadě i ekologických. Životnost je založena především na vyšší oxidační a termické stabilitě. Nové požadavky mohou být splněny alternativními typy základových olejů, ať už výhradně na syntetické bázi (polyalfaolefiny - PAO, syntetické estery) nebo na bázi hluboce rafinovaných minerálních olejů o velkém viskozitním indexu. Jiným způsobem dosažení popsaného cíle je účinnější aditivace. Přidávají se i technické a ekologické požadavky na nezávadnou aditivaci, které vedou k použití hydraulických olejů bez obsahu zinku. V nabídkách firem zabývajících se výrobou a prodejem hydraulických olejů tedy nalezneme nejen oleje vysoce výkonné, ale i oleje splňující požadavky kladené na ekologicky šetrné a dobře biologicky odbouratelné hydraulické kapaliny.
3.7 Zbytky barev Ve strojírenské výrobě se setkáváme s odpadem spojeným s lakováním (natíráním) součástí. Jedná se zejména o obaly znečištěné zbytky barev, kapalné zbytky barev a vysušené zbytky barev. Všechny tyto odpady klasifikujeme jako odpady nebezpečné a proto je nutno s nimi takto zacházet i v případě jejich likvidace. Většina nátěrových hmot obsahuje značné množství škodlivých látek. Jejich neblahý vliv na životní prostředí i lidské zdraví se projevuje už při výrobě, použití i při jejich likvidaci. Hlavním zdrojem rizika jsou především těkavé organické látky (označované jako VOC), zbytky monomerů z polymeračních systémů nátěrových hmot a některé sloučeniny těžkých kovů. Těkavé organické látky používané jako rozpouštědla a ředidla tvoří často 40-60% hmotnosti celého výrobku. Těkavé organické látky najdeme i ve většině vodou ředitelných nátěrových hmot. Jejich objem je však zhruba třetinový oproti ostatním nátěrovým hmotám. Organická rozpouštědla halogenovaná (obsahující v molekulární struktuře fluor nebo chlor) za specifických podmínek v ovzduší reagují a dávají vznik
22
velmi nebezpečným sloučeninám, účinným již při nízkých koncentracích (např. dioxiny). Rozpouštědla na bázi aromatických uhlovodíků (mají v molekulární struktuře benzen) se podílejí na vzniku "fotochemického smogu", který mimo jiné zhoršuje zdravotní stav osob s nemocemi dýchacích cest a srdce. Kromě toho páry organických rozpouštědel negativně ovlivňují ozonosféru Země. Při roční spotřebě 100 000 t nátěrových hmot v České republice unikne do ovzduší až 50 000 t organických rozpouštědel.
4. Nakládání s odpady Nakládáním s odpady se rozumí jejich soustřeďování, shromažďování, sběr, výkup, třídění, přeprava a doprava, skladování, úprava, využívání a odstraňování. Přestože některé pojmy zní podobně, nejsou zaměnitelné. Soustřeďování Je shromažďování původcem odpadu, sběr a výkup, skladování původcem nebo dalšími osobami do doby, než je odpad předán k následnému využití nebo odstranění. Shromažďování Je krátkodobé soustřeďování odpadů do shromažďovacích prostředků v místě vzniku odpadů, před dalším nakládáním s nimi. Za shromažďovací prostředky lze považovat speciální nádoby jako jsou popelnice, kontejnery, ale také jímky a nádrže sloužící pro kapalné odpady. Shromažďovací prostředky mají dány závazné technické požadavky a musí respektovat požární bezpečnost, možnost přístupu obsluhy atd.. Pro shromažďování nebezpečných odpadů, jimiž je většina průmyslových odpadů platí speciální pravidla. Sběr Je soustřeďování odpadů podnikatelským subjektem od jiných subjektů za účelem jejich následného předání k využití nebo odstranění. Určitou formou sběru je výkup, kdy si podnikatel sjedná cenu odkupu odpadu od jiných subjektů. Pro výkup odpadů jsou speciálně určená místa jako jsou sběrny a výkupny, jež musí být schváleny krajským úřadem. Třídění Tříděním odpadů je způsob nakládání, kdy se odpady ukládají do různých nádob na základě jednotlivých druhů.
23
Skladování Je přechodné umístění odpadů, které byly shromážděny, vykoupeny nebo sesbírány, do zařízení k tomuto přizpůsobeného před jejich předáním k dalšímu využití nebo odstranění. Skladovací prostory a prostředky musejí splňovat závazné požadavky. Úprava Jakákoliv operace, při níž se mění chemické, fyzikální nebo biologické vlastnosti odpadů. Jejím účelem může být zmenšení objemu odpadu, snížení nebezpečnosti nebo usnadnění dopravy. Využívání Jsou činnosti, kdy jsou z odpadů regenerací, recyklací nebo rafinací znovuzískávání materiály využitelné pro opětovné použití ke stejnému nebo podobnému účelu. Odstraňování Je ukončení existence materiálu nebo věci jejím trvalým uložením na skládce, spálením nebo vypuštěným do vodních těles nebo povrchových nádrží.
5. Způsoby odstranění, využívání a omezení vzniku průmyslových odpadů Průmyslové odpady zahrnují obrovský rozsah různých materiálů. S tímto souvisí i velký počet postupů a technologií sloužících pro jejich zpracování, kdy se v mnoha případech jedná o postupy speciálně vyvinuté pro ten který druh odpadu a tudíž vysoce specifické, jiné postupy jsou naproti tomu „univerzální“ a dají se naopak použít pro širokou škálu případů. V dnešní době je na trhu velké množství firem nabízejících služby zabývající se odvozem, likvidací nebo přepracováním odpadů. Vývoj v podnikání tohoto směru jde stále kupředu a objevují se nové a nové možnosti efektivního využití druhotných materiálů, které dříve končily na skládkách jako neupotřebitelné. Proto se mnohé z odpadů a to nejen průmyslových stávají cenným materiálem, ve kterém jsou stále uloženy finanční prostředky, jež byly vynaloženy na suroviny nakoupené pro výrobu primárního produktu. S výběrem metod sloužících pro další nakládání s odpady souvisí také to, zda-li se jedná o „čistou“ látku nebo směs, u které hraje roli samozřejmě její složení. Z technologického hlediska lze většinu
24
chemických sloučenin získat z odpadních směsí zpět, ovšem náklady jsou vyšší než získávání z primárních surovin.
Z důvodů výše uvedeného velkého rozsahu odpadů a možností jeho zpracování se omezím na odpady spojené se strojírenstvím, jež byly klasifikovány v předchozí části této práce a pokusím se shrnout možnosti jejich recyklace, likvidace, případně omezení samotného vzniku těchto odpadů, což už bylo nastíněno u některých druhů odpadů při jejich klasifikaci. I v případě omezení vzniku odpadů a jejich minimalizace však určité množství vždy zůstane, proto se zaměřím zejména na likvidaci a zpracování. Do budoucna nejperspektivnějším nakládáním s odpady se jeví být metody recyklace, proto velkou pozornost budu věnovat právě jim.
5.1 Recyklace Recyklace (z anglického slova recycling = recirkulace, vrácení zpět do procesu) znamená znovu využití, znovu uvedení do cyklu. V původním slova smyslu se recyklací rozumí vrácení do procesu, ve kterém odpad vzniká – tedy pro původní účel a stejný systém. Lze ji považovat za strategii, která opětným využíváním odpadů šetří přírodní zdroje a současně omezuje zatěžování prostředí škodlivinami. Recyklace umožňuje zajištění zásob v případě absolutního nedostatku (vytěžení přírodních, neobnovitelných zdrojů), snížení nákladů při stoupající cenách surovin a snížení ekologické zátěže prostředí odpady. Recyklace odpadů je tedy jednou z cest k řešení surovinového problému, k úspoře materiálů a energií, k ochraně životního prostředí.Toto může vést k postupnému sbližování zájmů jak ekonomie a energetiky tak ekologie. Recyklační technologie mají také snahu minimalizovat množství odpadů pomocí maloodpadových technologických postupů, při kterých ve stejném výrobním procesu nebo procesech přímo navazujících zužitkovávají téměř všechny vznikající odpady. Maloodpadová technologie je někdy označována jako bezodpadová technologie. A je to takový způsob výroby, při kterém se co nejracionálněji a nejkomplexněji využívají suroviny a energie v cyklu: surovinové zdroje – výroba – spotřeba – druhotné suroviny tak, že žádný vliv na životní prostředí nenarušuje jeho normální funkci. Tento systém však požaduje i změnu hospodářského systému, což má za následek, že se jedná spíše o
25
teoretické úvahy, případně uvádění do praxe pouze v nových projektech a moderních výrobních postupech. Ačkoliv se tedy toto řešení jeví jako ideální zejména z ekologického hlediska, jedná se zároveň o řešení ekonomicky, technicky i časově náročné. Také z tohoto důvodu se v současnosti preferuje spíše trend uplatňování zásad recyklace ve smyslu zpracování, čímž myslíme opětovné a další využití už vzniklých odpadů. Touto rychlejší a zatím schůdnější cestou je rozvoj a zavádění recyklačních technologií. Recyklační technologie je tedy souborem na sebe navazujících procesů, postupů, technologických operací apod., jehož cílem je přeměna odpadu na druhotnou surovinu. Typickým znakem recyklační technologie je především její relativní samostatnost v technologickém schématu: výroba – odpady – výroba. Zatímco u maloodpadových technologií musí být příslušné postupy zpracování odpadu součástí výrobní technologie, jsou recyklační technologie zpravidla realizovány samostatně – často ve formě dodatkových investic, jež mají zvýšit ekonomickou i ekologickou účinnost existujících výrobních postupů, navržených ještě v době extenzívního rozvoje ekonomiky. Z návaznosti na existující procesy vyplývá mimo jiné i další charakteristický znak – dočasnost recyklačních technologií; dříve nebo později budou nahrazeny maloodpadovými technologiemi, u nichž už bude ekologický aspekt výrobní činnosti vzat plně v úvahu. Hranice subsystému recyklační technologie a jeho příslušnost k výrobnímu subsystému je třeba dobře vymezit, protože na nich závisí do značné míry i cena druhotné suroviny, optimální umístění recyklačního zařízení v oblasti. S budoucí recyklací výrobku je také třeba počítat již při konstrukční a projektové přípravě. Vhodná materiálová skladba, možnost demontáže (destrukce) po využití a volba materiálů samotných mohou přispět k omezení technických a materiálových překážek recyklace.
5.1.1 Recyklace kovového a kovonosného odpadu Dnešními technologiemi lze například získat zpět až 95 % drahých kovů. Současné technologie moderní recyklace jsou velice vyspělé. Sofistikovanými postupy lze získat celou řadu materiálů k výrobě nových produktů. Samozřejmě, že téměř nikdy nedochází k tomu, že by se recyklací dalo získat 100 % daného materiálu zpět. U kovů je toto procento velice vysoké. Recyklace kovů má však ještě jednu obrovskou výhodu a to je stejná kvalita druhotné suroviny jako suroviny primární. Například u plastů nebo 26
papíru už tomu tak není, tyto materiály ztrácí recyklací některé ze svých vlastností, a proto jejich další použití může být omezené. Recyklací hliníku můžeme ušetřit až 95 % energie oproti získávání hliníku z rudy. Přestože hliník je třetím nejvíce zastoupeným prvkem v zemské kůře, patří jeho průmyslová výroba k poměrně obtížným procesům. Je to především z toho důvodu, že elementární hliník nelze jednoduše získat z rudy jako např. železo ve vysoké peci. Hliník se získává procesem elektrolýzy, který je energeticky velice náročný. Proto recyklací hliníku ušetříme tolik energie. Kovový odpad ocelový Jak již bylo uvedeno, jedná se o ocelový šrot vznikající při zpracováni ocelových materiálů, např. třísky, amortizační odpad opotřebovaných základních prostředků a jejich součástí, opotřebované spotřební předměty z oceli. Tento odpad může obsahovat příměsi neželezných kovů a dalších látek. Podle chemického složení se dělí na ocelový odpad legovaný a ocelový odpad nelegovaný. Ocel je nejrozšířenějším konstrukčním materiálem, proto v oblasti kovového odpadu má nejdůležitější pozici právě odpad ocelový. Rozměrová úprava odpadu, spolu s pečlivým odstraněním metalurgicky nevhodných částic je velice důležitý krok na cestě k ekonomickému zhodnocení této suroviny. Pro tyto účely existuje množství zařízení pro úpravu vlastností tohoto odpadu. Možnosti využití: Tradiční zdroj druhotné suroviny v hutnictví železa, široké uplatnění mají vytříděné hodnotné ocelové slitiny. Recyklační technologie: Třídění, stříhání, lámání, lisování, briketování a paketování, kryogenní drcení a podobné technologie vedou k homogenizaci a mechanické úpravě kovového odpadu.
27
Obr. 6: Ocelové piliny připravené k odvozu a následné recyklaci
Kovový odpad litinový Od ocelového odpadu se liší především vyšším obsahem uhlíku a způsobem zpracování. Tvoří jej opotřebované výrobky a jejich části z odlévaných železných materiálů a odpady vzniklé při zpracování odlitků. Zlomkovou litinu lze členit na kusovou strojní litinu, kokilovou litinu, třísky. Možnosti využití: Stejně jako ocelový šrot se využívá tradičně v metalurgickém průmyslu jako náhrada prvotní suroviny. Recyklační technologie: Stejně jako u odpadu ocelového především třídění, lisování, paketování apod.
Kovový odpad neželezných kovů Odpady a zbytky z výroby neželezných kovů, z jejich obrábění a zpracování, vytříděné opotřebované výrobky s podílem neželezných kovů a jejich slitin. Největší podíl tvoři měď a její slitiny, hliník a slitiny, olovo a slitiny, zinek a slitiny. Možnosti využití: Náhrada nedostatkových prvotních surovin v metalurgickém průmyslu. Recyklační technologie: Kromě některých způsobů úpravy stejných jako u železného šrotu (třídění, stříhání, lisování, briketování) jsou uplatňovány i další technologie, jejichž cílem je oddělení kovů od příměsi a od kovů jiných. Patři sem např. párání,
28
opalování, odtavování, granulování, odcínování nebo hydrometalurgický způsob : převedení do roztoku, oddělení, loužení.
Kovový odpad vzácných kovů Opotřebované pracovní prostředky a nepoužitelné pracovní předměty s podíly zlata, stříbra, platiny, iridia a rhodia. Elektronické a elektrotechnické konstrukční prvky s částmi pokovovanými vzácnými kovy, amortizační šrot, jako stykače, jističe, pojistky, relé, teploměry, tištěné spoje... Možnosti využití: Náhrada nedostatkové prvotní suroviny v celém rozsahu. Recyklační technologie: Třídění, metalurgické, příp. hydrometalurgické zpracování, chemické rozpouštění kovových složek a oddělování jednotlivých kovů.
Kaly a prachy s obsahem železa Obsahují jemnozrnné částečky železa nebo oxidu železa, případně jiných kovů; jsou znečištěny olejem, zbytky emulzí, slévárenským pískem. Možnosti využití: Kaly a prachy s nejméně 45 % železa mohou být používány jako rudný koncentrát v hutním průmyslu. Zkouší se použití kalů a prachů s nižším obsahem kovů nejen v metalurgii, ale i při výrobě stavebních hmot. Pokusně se ověřuje používání zbytků po broušení legovaných rychlořezných ocelí. Recyklační technologie: Před dodáním uživateli je nutno vysušit nebo snížit obsah tekutiny. Zpracováni probíhá v aglomeračních závodech vysokých pecí.
5.1.2 Recyklace plastů U recyklace plastů nám opět poslouží výše uvedené rozdělení plastů na termoplasty (zde se uplatňuje zejména PVC, které je pro širokou veřejnost asi nejznámější) a reaktoplasty (termosety). Termoplasty Termoplastové odpady vznikají při výrobě, úpravě nebo používání ve sféře průmyslu i při společenské a individuální potřebě zejména těchto druhů plastů: polyvinylchlorid, polyethylen, polystyren, polypropylen, polyuretan, polyethylentereftalát...
29
Možnosti využiti: V mezinárodním měřítku se dají vymezit různé kvalitativně odlišné postupy přípravy a používání odpadů plastů. Jeden z nich spočívá v přímém zpracování netříděných, zčásti znečištěných odpadů účelově konstruovanými zařízeními s různými postupy čištěni. Dále se mohou plasty zpracovávat ve směsích s neplastickými materiály. Oba postupy jsou použitelné jen pro kvalitativně přizpůsobené výrobky. Základní uplatnění je přímo v místě vzniku jako recyklační materiál nebo jako druhotná surovina pro výrobu regranulátu, transportních pásů atd. Recyklační technologie: Zmetky, výseky, otřepy a jiné zbytky se po rozbití přidávají do výchozího materiálu. Typická je úprava na regranulát. Rozdrcené odpady se podle potřeby vyperou, roztaví, homogenizují a ochlazené se granulují. V této formě jsou zpracovatelné jako prvotní surovina. Zpracování směsných plastů je možné jen pro omezený sortiment méně kvalitních výrobků. Vyžaduje specifické recyklační postupy, jako tvarové tavení a zpěňováni.
Obr. 7: Plastový granulát
Reaktoplasty (termosety) Jedná se o ve strojírenství méně zastoupené odpady vrstvených lisovaných hmot a tvarovaných materiálů z plastů, jako jsou desky, tyče, roury, papírový a textilní odpad tvrzený plasty, odpady z výroby pryskyřičných a formovacích hmot, polyesterové pryskyřice aj. Nejsou zpravidla ani tavitelné, ani rozpustné. Obsahují plniva, často ve spojení s jiným materiálem (papír, sklo, textil).
30
Možnosti využití: Odpady termosetů mohou nahradit až 15 % prvotní suroviny, energetické využití spalováním ve zvláštních spalovnách odpadů nebo míšením s palivy. Výhřevnost je vyšší než u hnědého uhlí. Recyklační technologie: Drtí se, rozemílají na prášek, mísí se s prvotními surovinami.
5.1.3 Recyklace řezné kapaliny
V běžných provozech se setkáváme zejména s řeznými kapalinami na bázi olejových emulzí, které mají omezenou životnost. Životnost se obvykle sleduje pomocí kontroly složení kapaliny a lze ji prodlužovat přidáváním oleje. V případě již nevratného znehodnocení kapaliny, je vyměněn celý objem kapaliny firmou tímto se zabývající.
Obr. 8: Zachycená znehodnocená řezná kapalina
Olejové emulze Olejová fáze je dispergována ve vodné fázi a tvoří olejovou emulzi. Speciální emulgátory stabilizují složení emulze, dále mohou být přítomny antioxidanty, inhibitory koroze, prostředky proti pěnění aj. Obvyklé složení: voda 95 %, oleje 4 %, emulgátory a pomocné prostředky 1 %. Možnosti využití: Cílem nejrozšířenějších postupů je odstranění oleje ze znečištěné emulze a jeho obohacení na energeticky využitelnou druhotnou surovinu.
31
Recyklační technologie: V závislosti na typu emulze a množství odpadu se používají odpovídající postupy s potřebným oddělovacím účinkem. Při chemickém vytěsňování se přidávají elektrolyty (solí nebo kyselin) jako vločkovací prostředky, které snižuji účinnost emulgátorů. Tento postup se používá zejména u těžko oddělitelných emulzí a u směsí emulzí. Olejová složka je po vytěsnění použitelná jen jako energetická druhotná surovina. Fyzikální vytěsňování je založeno na makromolekulárních účincích membrán. Používá se při malých množstvích nebo jako předstupeň k vakuovým kolonám. Bez další úpravy lze druhotnou surovinu využít jen k energetickým účelům. Při tepelném vytěsňování se používá postup odpařování vodní složky. Tento postup je vhodný pro střední a větší množství a vede k získání oleje schopného regenerace.
5.1.4 Recyklace odpadů z povrchových úprav Jak bylo již uvedeno, při povrchových úpravách vznikají zejména odpadní vody a kaly vznikající při galvanizaci. Z odpadních vod lze různými postupy vyčištění a oddělení získat drahé kovy, chrom apod. Kaly z galvanoven Vyskytují se jako roztoky, pastovité kaly nebo tuhé odpady s obsahem kovů z chemické a elektrolytické povrchové úpravy kovových a polymerických materiálů. Obsahují kovové sloučeniny (soli), případně heterogenní směsi oxidů kovů, a lze z nich získat železo, hliník, měď, zinek, nikl, cín, kadmium, olovo, chrom, stříbro a další ušlechtilé kovy podle povahy upravovaného výrobku. Možnosti využití: Jako druhotné suroviny kovové s relativně vysokým obsahem čistého kovu, použitelné v podnicích chemického a hutního průmyslu. Recyklační technologie: Vývoj v galvanotechnice směřuje k vytváření maloodpadových systémů, které využívají recyklaci v nejširším měřítku. Oběhem látek a využitím odpadních vod se omezuje vznik zbytků, šetří se materiál i energie. K používaným chemickým postupům patří srážení, oxidačně redukční postupy, použití měničů iontů, extrakce tekutin; mezi fyzikální postupy patři odčerpávání vody, absorpce, sedimentace, filtrace, vratná osmóza. K používaným elektrochemickým postupům patří elektrolýza a elektrodialýza. Při částečné recyklaci je třeba zbytky elektrolytů v odpadních vodách neutralizovat.
32
5.1.5 Recyklace olejů a maziv Filtrace olejů Filtrace olejů dnes představuje levnou a komfortní službu v olejovém hospodářství. Princip této činnosti spočívá v odfiltrování ultra jemných částic, které mohou za podstatnou část poruch hydraulických systémů - zanášení filtrů, poruchy činnosti ventilů , netěsnosti, vzniklé abrazivní činností částic rozptýlených v oleji apod. Dalším významným prvkem filtrace je odstranění vody z oleje. Tato technologie je schopná absorbovat vodu obsaženou v opotřebovaném oleji, čímž jej zregeneruje na olej s vynikající vlastností z hlediska odstranění kyselosti. Kyselost oleje podporuje rychlé stárnutí olejové náplně, rozklad aditiv, rozpouštění těsnění aj. Použité oleje mazací a motorové Upotřebené minerální oleje jsou použité oleje mazací a motorové, které nelze bez regenerace znovu použít. Dělí se na oleje motorové, oleje pro průmyslové účely, oleje pro turbíny apod. Možnosti využití: V řadě zemí je prováděn sběr a regenerace upotřebených minerálních olejů bud pro opětné použití jako mazací prostředek, nebo pro energetické využití. Recyklační technologie: Separace příměsí a nečistot, rafinace.
5.1.6 Recyklace kalících solí Soli z kalíren Jsou to pomocné látky upotřebené při tepelném zpracování kovových povrchů v hutnictví a kovozpracujícím průmyslu. Podle technologického postupu se rozeznávají soli kalicí, uhličité, žíhací, soli rychlořezné oceli, nitridační soli a popouštěcí soli. Dále se dělí na soli s obsahem a bez obsahu kyanidu. Pro upotřebení je rozhodující především obsah sloučenin barya. Soli jsou krystalicky sypké až tavné tuhé bloky. Možnosti využití: V mezinárodním měřítku se dává přednost méně nákladnému odstranění odpadu před jeho využitím, které je spojeno s nutným odjedováním. V rozvinutých postupech se kyanidovité soli zaměňují solemi obsahujícími dusičnany. Uplatnění nalézají tyto odpady ve strojírenském a chemickém průmyslu. Recyklační technologie: Základním předpokladem pro využívání opotřebených solí je jejich zachycení, oddělení a odstranění toxických látek. K tomu se využívají uhličitany,
33
chloridy, dusičnany a dusitany různé rozpustnosti. Technologické procesy se dále rozpracovávají; patří k nim například hydrolýza.
Obr. 9: Regenerátor soli
5.1.7 Recyklace barev a rozpouštědel Regenerují se zejména organická rozpouštědla a to zejména destilací ze směsi. Prázdné plechovky od ekologicky závadných nátěrových hmot a zbytky těchto hmot se nerecyklují a musí být zneškodněny. Odpadní nátěrové hmoty s obsahem sloučenin chromu mohou být zpracovány dohromady s galvanickými odpady.
Použitá rozpouštědla Z množství používaných rozpouštědel jsou nejrozšířenější chlorované uhlovodíky. Pro svou vynikající schopnost rozpouštět oleje a tuky všeho druhu se používají zejména jako čisticí prostředky pro textilie a při odmašťování kovových součástí. Jsou to bezbarvé, neutrální a nehořlavé tekutiny, které se snadno vypařují. Mohou se mísit se všemi běžnými organickými rozpouštědly, ve vodě jsou nerozpustné. Mohou obsahovat nečistoty, jako oleje, barvy, tuky, kovové třísky a textilní vlákna. Možnosti využití: Nejrozšířenější využití spočívá v opětném nasazení rozpouštědel získaných destilací. Recyklační technologie: Rozpouštědla se získávají především destilací parní a vakuovou. Získané destiláty lze použít k původnímu účelu.
34
5.2 Tepelné zpracování odpadů Do tepelného zpracování odpadů můžeme zahrnout zejména spalování a pyrolýzu, dále různé způsoby zplyňování, zkapalňování nebo tzv. mokrou oxidaci.
5.2.1 Spalování odpadů Cílem spalování odpadů je snížit množství organických kontaminantů v odpadech, zmenšit celkové množství odpadů(tím zároveň zmenšit zaplňování skládek) a zkoncentrovat těžké kovy v zachycovaném v popílku. Využití tepla vzniklého v tomto procesu je pozitivním vedlejším jevem, není to však hlavní důvod pro volbu této metody zneškodňování. To platí zejména pro spalování nebezpečných odpadů. Spalovat by se však mělo jen minimální množství odpadů, které již nelze využít jako druhotné suroviny. V průmyslových odpadech je více než jedna polovina z nich znovu využitelná. Spalování odpadů proto nemůžeme považovat za proces tepelného využití, ale za součást procesu nakládání s odpady. Účinné zneškodňování odpadů spalováním vyžaduje kombinaci různých kroků: - separace škodlivých látek - recyklování, včetně biologických procesů - tepelné zpracování nerecyklovatelných zbytků odpadů s cílem rozložit vše toxické, využití energie - ukládání nevyužitelných zbytků
Spalování odpadů by mělo vždy dát přednost technologiím minimalizujícím odpady či jejich recyklaci, z důvodů jak ekologických tak ekonomických či technologických nedostatků.
Spalování průmyslových odpadů: Ze spalovaných odpadů v této práci uvedených je v popředí spalování plastů a olejů zejména pro možnost energetického využití.
35
Spalování plastů Plasty jsou organické látky, jejichž výchozí surovinou je ropa. Jejich odpad představuje zdroj energie. Spalováním se využije vysokého spalného tepla plastů. Asi 25 % odpadních plastů je PVC, jeho spalováním se uvolňuje HCl. Větším rizikem při spalování plastů s obsahem chloru při teplotách 800 až 1000 oC je tvorba polychlorovaných aromatických sloučenin, které jsou vysoce toxické. Surovinové využití plastů před jeho energetickým zhodnocením upřednostňuje zejména to, že mnohem méně negativně ovlivňuje životní prostředí.
Spalování olejů Odpadní oleje se mohou přepracovávat na topné oleje, jež jsou spalitelné, avšak stále obsahují zbytky těžkých kovů, které po spálení přejdou do popílků. Spalování jiných olejů je ilegální avšak v ČR k němu stále dochází, jedná se zejména o vytápění dílen apod. Energetické využití odpadních olejů, které je jediným možným způsobem jejich využití u nás, je ekonomicky znevýhodněno oproti klasickým palivům i přesto, že klasická paliva jsou emisně horší, například mají vyšší obsah síry.
5.3 Skládkování Skládky představují v systému hospodaření s odpady poslední článek v řetězci odstraňování odpadů. Jedná se o zařízení ke konečnému uložení odpadů s přihlédnutím na hygienická, geologická a ekologická hlediska tak, aby bylo zamezeno ohrožení životního prostředí. Skládkování odpadů je v České republice stále nejrozšířenějším způsobem odstraňování odpadů; důvodem je především výše poplatků za ukládání odpadů na skládky, nedostatečně vybudovaná infrastruktura a kapacity jiných technických zařízení k nakládání s odpady. Nutno ještě dodat, že pro výstavbu skládek odpadů jsou na území ČR velmi příhodné geologické podmínky. Odpady lze ukládat pouze na skládky, které svým technickým provedením splňují požadavky pro ukládání těchto odpadů. Rozhodujícím hlediskem pro ukládání odpadů na skládky je jejich složení, mísitelnost, nebezpečné vlastnosti a obsah škodlivých látek ve vodném výluhu. Na skládky je zakázáno ukládat odpady stanovené prováděcím právním předpisem, odpady, které mohou mít při jejich smísení negativní vliv na životní prostředí, a neupravené odpady, s výjimkou odpadů stanovených prováděcím právním
36
předpisem, a odpadů, u nichž ani úpravou nelze dosáhnout snížení jejich objemu nebo snížení nebo odstranění jejich nebezpečných vlastností.
5.4 Biologické způsoby likvidace Jedná se o způsoby kompostování, anaerobního rozkladu, biodegradace apod.. Zajímavým a diskutovaným tématem jsou biodegradovatelné plasty. Jedná se nejčastěji o plasty vyráběné na bázi sacharidů, které jsou přirozeně biodegradovatelné, na druhé straně jejich výroba, skladování i zpracování je však velmi energeticky náročné. Dalším co mluví v jejich neprospěch je nevýhoda v možnosti kompostování pouze jako separovaného odpadu, což je téměř nemožné, jelikož není rozdíl mezi bioplastem a plastem patrný. Další možností jsou oxoplasty jež obsahují aditiva způsobující dekompozici a proto se v kompostu rychleji rozkládají. Z pohledu odpadních plastů ze strojírenství se tedy jeví účelnější jejich přepracování, případně energetické využití. Dosud však neexistují kvalitativní parametry pro odpady, které by zaručovaly vznik kvalitního a bezpečného kompostu. Definice a specifikace materiálů a odpadů pro kompostování jsou nedostatečné. Proto, aby bylo možné účinně recyklovat organické odpady kompostováním nebo anaerobní rozkladem, je třeba vytvořit specifičtější kvalitativní ukazatele, které nejsou založeny jen na tom, odkud odpad pochází nebo kde vzniká. Aby toho bylo dosaženo, je třeba provést výzkum a důkladné hodnocení odpadů.
5.5 Fyzikální a chemické zpracování odpadů Cílem fyzikálního a chemického zpracování(přepracování) odpadů je umožnění regenerace surovin, získání druhotných surovin či energie, odstraňování nebo snížení toxicity nebo nebezpečnosti odpadů, případně zmenšení jejich objemu. Tento typ zpracování se používá zejména pro zpracování nebezpečných odpadů, které jsou uvedeny výše: organická rozpouštědla, odpadní vody obsahující těžké kovy, odpadní oleje. Některé nebezpečné odpady lze detoxikovat jejich úplným rozkladem nebo je mineralizovat, tj. přeměnit na vodu, oxid uhličitý a minerální kyseliny. Takto detoxikovaný materiál je možno posléze rozložit přirozenými biologickými procesy.
37
Kontaminovaná rozpouštědla Stripováním a destilací lze získat 70-80 % směsi rozpouštědel, které lze opětovně použít, např. k výrobě barev. Vedlejšími produkty procesu jsou voda obsahující vodou rozpustná rozpouštědla a kaly obsahující organické látky, vodu a popel.
Odpady obsahující těžké kovy Pokud odpadní vody neobsahují příliš bohatou směs těžkých kovů, lze tyto kovy za ekonomicky výhodných podmínek regenerovat fyzikálně chemickými metodami. Např. z odpadních vod z galvanického zpracování kovů lze přítomné kovy získat pomocí ionexů nebo tvorbou komplexů s následnou rozpouštědlovou extrakcí.
Odpadní oleje Odpadní oleje obsahující vodu a kaly lze regenerovat sedimentací, stripováním rozpouštědel nebo filtrací, odstředěním či jinými dělícími technikami.
6. Návrh řešení odpadového hospodářství ve strojírenském provozu Na tomto místě se budu zabývat provozem vycházejícím z podobného, s jakým jsem se seznámil v průběhu své bakalářské praxe. Má praxe se odehrávala na pozici laboranta a částečně také technologa, což mi umožnilo nahlédnout a podílet se na práci související se strojírenskou výrobou konkrétně tedy na obchodu s ocelí, jejím dělením, skladováním a zejména tepelnou úpravou, kolem které se má práce točila nejvíce. Po mé praxi jsem do podniku nastoupil dále jako brigádník.
V mém návrhu vlastního provozu budu tedy vycházet z již funkčního provozu, z důvodů jisté zkušenosti s ním spjaté a nebudu tedy čerpat pouze z předpokladů a informací daných mi literaturou, ale přidám i názory, které jsem nabyl přímo v praxi. Jak jsem tedy předeslal, jednat se bude o firmu zabývající se prodejem a tepelným
38
zpracováním ocelí, zejména nástrojových. Provoz sídlí v jedné budově a je rozdělen na část skladu, kde jsou také umístěny pily a provádí se zde i dělení materiálů a část tepelné úpravy, kde jsou umístěny pece a zařízení pro mytí vsázky. S tímto oddílem dále souvisí také laboratoř, úpravna chladící vody a nádrž s chladící vodou. Stejným způsobem se budu tedy dále ubírat v rozdělení odpadů a případným řešením nakládání s nimi nebo omezení jejich vzniku, někdy i úplné.
Sklad ocelí
Co se týká odpadů, můžeme se zde setkat především s pilinami (šponami) vznikajícími při dělení materiálu na strojních pilách, znehodnocenou odpadní řeznou kapalinou, která odkapává z pilin zachycovaných do ocelových nebo plastových kontejnerů a s odřezky (dále jen zbytky) ocelí po dělení.
Obr. 10: Sklad ocelí, ve kterém jsou také umístěny pily
Kovový odpad vznikající v tomto úseku můžeme považovat za vysoce hodnotný, jedná se totiž o tříděný kovový odpad kvalitních ocelí. Z tohoto vychází i nakládání s ním. Zachycený kovový odpad se nechává v perforovaných nádobách odkapat, aby nebyl znečištěn zbytky řezné kapaliny. Odtékající kapalina je zachycována do nádrží umístěných pod kontejnery. Tato znehodnocená kapalina je pravidelně slévána do specielních nádob a dále předávána k ekologické likvidaci specializované firmě.
39
Z tohoto důvodu by se měli využívat především kapaliny ekologické, které je možné po oddělení nebezpečných komponentů biologicky likvidovat. Převážná většina řezné kapaliny však zůstává v uzavřeném okruhu, kde pouze dochází k jejímu přečišťování. Suchý kovový odpad se poté ukládá na sběrné místo, odkud je odvážen výkupnou surovin, jež ho předává k opětovnému využití. Jiným druhem kovového odpadu jsou odřezky z bloků ocelí, které je možno umístit spolu s ocelovými třískami, avšak jako ekologičtější a také ekonomicky výhodné se jeví nabídnout je menším odběratelům v podobě soukromých subjektů (malí živnostníci apod.), za zbytkovou cenu, jež je stále výhodnější než cena šrotu. Zbytky nástrojových ocelí lze také s úspěchem využít např. pro zkoušky obrábění a tepelného zpracování, čímž se šetří materiál i finance. Z tohoto důvodu by mělo v podniku být také místo vyhrazené pro uchovávání zbytků, které by měli být označeny a rozděleny pro případný prodej a samozřejmě by podnik neměl zapomenout je nabídnout.
Obr. 11: Dělení materiálu
40
Kalírna
Obr. 12: Kalírna
V dnešní době se všeobecně dává přednost metodám a technologiím, které nepříznivě neovlivňují životní prostředí, ale dokáží dostatečně nahradit technologie, prostředí zatěžující. Proto ze svého provozu vyřadím veškeré zařízení produkující nebezpečný odpad jako jsou kalící a popouštěcí soli a nahradím ho technologiemi využívajícími dusík, jež je přirozeně zastoupen v atmosféře a zařízením využívajícím amoniak, který se likviduje samotnou reakcí v peci. Zařízení pro jednotlivé kroky tepelné úpravy mohou být rozděleny jako pece popouštěcí, které využívají pouze dusík a nevzniká zde žádný zatěžující odpad-tedy jsou relativně ekologické, dále pece plynové nitridační jež využívají také dusík a dále amoniak, který je spotřebováván při samotné reakci v peci a jeho zbytky jsou následně spáleny hořákem umístěným přímo nad pecí nebo ve spalovací komoře, kde se při teplotě nad 900 oC rozkládá na oxidy (dusíku a jiné). Dalším možným zařízením se jeví být pec plazmová, kde rovněž nedochází k ekologické zátěži odpady a užívají se plyny v litrovém množství (N, H, Ar, methan), které pomocí vakuové pumpy kolují v uzavřeném okruhu. Jednat by se mělo tedy o provoz moderní a nezatěžující životní prostředí nebezpečnými odpady. Nazvat ho ekologickým je však zpochybnitelné, z důvodů velké energetické náročnosti veškerých procesů.
41
Dalším zařízením patřícím ke kalírně je zařízení sloužící pro mytí a odmaštění vsázky. Toto zařízení by mělo rovněž využívat ekologický odmašťující a čistící přípravek a samozřejmě uzavřený okruh kapaliny s filtrací.
Obr. 13: Zařízení pro mytí vsázky s uzavřeným okruhem vody
Laboratoř
Obr. 14: Laboratoř
42
Ačkoliv se laboratoř jeví být místem, kde žádné odpady nevznikají není tomu tak. Hlavním potenciálním zdrojem odpadů jsou zde přístroje pro výrobu vzorků. Jedná se o metalurgickou pilu, lis pro zalisovávání vzorků a brusku. Všechny tyto zařízení využívají vodu, sloužící pro chlazení, v případě brusky a pily obohacenou o řeznou respektive brusnou emulzi. Emulze ačkoliv by měla být ekologická jako například Buehler COOL sice v bezpečnostních listech nebezpečné vlivy na životní prostředí neuvádí, avšak by neměla unikat do kanalizace či odpadních vod. Z tohoto důvodu by měly být zařízení vybaveny uzavřeným okruhem kapaliny s filtrací (viz. Obr. 15).
Obr. 15: Metalurgická pila
43
Úpravna chladící vody
Obr. 16: Zařízení pro úpravu vody
Chladící voda využívaná v podniku by měla rovněž proudit v uzavřeném okruhu, jedná se totiž o chemicky upravenou vodu pomocí látek upravujících pH, působícím proti vodnímu kameni a řasám. K navýšení spotřeby chladící vody dochází zejména v létě kdy se jí určité procento ztrácí v otevřených výměnících tepla výparem. Toto by se dalo řešit uzavřenými výměníky, jež však nedosahují takové výkonnosti.
Obr. 17: Nádrž s chladící vodou
44
7. Závěr Odpady a škodliviny jsou a po nějakou dobu stále budou nedílnou součástí strojírenské výroby. Jejich vznik se však dá eliminovat a z toho by měly vycházet jak návrhy moderních provozů tak návrhy samotných technologií ve strojírenství využívaných. Mezi nejčastější odpady strojírenské výroby patří kovový šrot, plastový odpad, znehodnocené řezné kapaliny, kalící soli, odpady po povrchových úpravách, hydraulické oleje, maziva a zbytky barev s obsahem rozpouštědel. Většina těchto odpadů se řadí do odpadů nebezpečných, některé lze však s úspěchem přepracovávat. Existuje mnoho způsobů nakládání s odpady, jejich užití však ovlivňují různé aspekty. Jedná se zejména o ekonomickou nákladnost, vliv na životní prostředí a dostupnost dané technologie zpracování. Moderní a ekologicky šetrnou metodou se jeví být recyklace nebo-li přepracování odpadů, které šetří přírodní zdroje, energii a v některých případech i finance. Přepracovat dokážeme z technologického hlediska téměř veškerý odpad ze strojírenství, avšak k tomu nedochází z ekonomické nevýhodnosti a složitosti procesu. K přepracování se hodí zejména kovový odpad, kde náklady na jeho zpracování bývají menší než náklady na výrobu z prvotní suroviny. Významnou roli má také spalování a skládkování odpadů. Od těchto procesů by se však v případě nebezpečných odpadů mělo do budoucna ustupovat hlavně z ekologického hlediska. Zvláště v případě skládkování nebezpečných odpadů dochází ke vzniku tzv. časovaných bomb. Tuto problematiku částečně pomáhá řešit zavádění ekologických provozních kapalin, bioplastů apod., které jsou buď částečně nebo zcela biodegradovatelné. Dalším řešením jsou technologie minimalizující odpad. V případě mnou uváděného podniku zabývajícího se prodejem a tepelnou úpravou nástrojových, rychlořezných a speciálních(korozivzdorných, žáruvzdorných) ocelí se jedná hlavně o odpad kovový a zbytky řezných kapalin. Roční prodej firmy se pohybuje okolo 2000 tun materiálu ročně, což se projeví i v množství odpadů. Množství kovového odpadu se odhaduje na 10-40 % z hmotnosti děleného materiálu, nejvíce u dělení bloků ocelí, méně pak u plechů a kulatin. Největší zastoupení v prodeji mají vysokolegované nástrojové oceli a to až 80 %. Složení šrotu však v tomto případě nehraje roli, jelikož je vykupován za stejnou cenu jako šrot obyčejný. Z ekonomického hlediska se to jeví být nevýhodné, avšak odvoz šrotu dané kvality pro přímé zpracování je natolik nákladný, že s připočtením ceny dopravy se toto podniku nevyplatí a dochází
45
tak k znehodnocování cenného druhotného materiálu. U tepelného zpracování je situace odpadů již na jiné úrovni. Jedná se o bezodpadový provoz, založený na využívání moderních technologiích, kde se místo kalících a popouštěcích solí nebo olejů využívá plynů zastoupených přímo v atmosféře (dusík) nebo plynů spotřebovávajících se při samotném procesu (amoniak). K žádnému nebezpečnému ovlivňování životního prostředí tedy nedochází, jelikož nevznikají žádné nebezpečné odpady. Záporem těchto technologií však zůstává jejich vysoká energetická náročnost což může působit rozpor v jejich řazení k ekologickému provozu.
46
8. Seznam použité literatury Odborná literatura: Rychetský, D. Odpady: podnikatelem bez pokut. 1. vydání, Šlapanice, Era, 2002, 139 str., 21. stol. ISBN 80-86517-27-6 Dobeš, V. Čistší produkce. Praha: České centrum čistší produkce, 1998, 126 str. Kepák, F. Průmyslové odpady (1. část). Ústí nad Labem: Univerzita Jana Evangelisty Purkyně 2005, 200 str. Kuraš, M. Odpady, jejich využití a zneškodňování / Mečislav Kuraš. – Praha: český ekologický ústav, 1994, 234 str., ISBN 80-85087-32-4 Katalog Nástrojové oceli Bohler, 2008, 120 str. Katalog Tepelné úpravy Bohler, 2008, 10 str. Bezpečnostní listy řezných kapalin Internet: http://www.mmspektrum.com/clanek/soucasne-trendy-v-oblasti-kapalin-pro-obrabeni http://www.enviweb.cz/?env=chemlatky_archiv_hbgif/Ekologictejsi_strojirenstvi_Kapa liny_pro_obrabeni_meni_svou_tvar.html http://www.briklis.cz/produkty/na-kov/hydraulicke-briketovaci-lisy/metal.html http://www.mmspektrum.com/clanek/povrchove-upravy-a-nova-legislativa-v-ochranezivotniho-prostredi http://www.exprohef-cz.cz/Kaleni%20HSS.pdf http://www.strojarstvo.sk/inc/casopis/032006/6-7.pdf http://www.ecosond.cz/soubory/Vyznam_kontroly_kalicich_medii.pdf http://www.techtydenik.cz/detail.php?action=show&id=834&mark= http://www.ekospotrebitel.cz/barvy.html http://www.sita.cz/page/1824.skladkovani/ http://www.bipro.de/waste-events/doc/events07/cz_presentation_8moe_jp.doc
47
9. Seznam obrázků Obr. 1: Kovový odpad .................................................................................................... 10 Obr. 2: Třídění kovových odřezků.................................................................................. 11 Obr. 3: Obrábění plastů................................................................................................... 13 Obr. 4: Řezná kapalina.................................................................................................... 14 Obr. 5: Obrábění za sucha............................................................................................... 15 Obr. 6: Ocelové piliny připravené k odvozu a následné recyklaci ................................. 28 Obr. 7: Plastový granulát ................................................................................................ 30 Obr. 8: Zachycená znehodnocená řezná kapalina........................................................... 31 Obr. 9: Regenerátor soli.................................................................................................. 34 Obr. 10: Sklad ocelí, ve kterém jsou také umístěny pily ................................................ 39 Obr. 11: Dělení materiálu ............................................................................................... 40 Obr. 12: Kalírna .............................................................................................................. 41 Obr. 13: Zařízení pro mytí vsázky s uzavřeným okruhem vody .................................... 42 Obr. 14: Laboratoř .......................................................................................................... 42 Obr. 15: Metalurgická pila.............................................................................................. 43 Obr. 16: Zařízení pro úpravu vody ................................................................................. 44 Obr. 17: Nádrž s chladící vodou ..................................................................................... 44
48
