ΘΕΡΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ. Maria Loizidou

Transcript

1 ΘΕΡΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ Maria Loizidou 1

2 ΘΕΡΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΣΤΕΡΕΩΝ ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΤΩΝ Η θερμική επεξεργασία των απορριμμάτων αποβλέπει: Στην ελαχιστοποίηση του τελικού προς διάθεση όγκου Στη μετατροπή τους σε υλικά μη επιβλαβή για την ανθρώπινη υγεία και το περιβάλλον Στην εκμετάλλευση της περιεχόμενης σε αυτά ενέργειας και τη βελτιστοποίηση της ενεργειακής απόδοσης. 2

3 Τεχνολογίες θερμικής επεξεργασίας Η θερμική επεξεργασία των στερεών αποβλήτων αφορά σε διαδικασίες μετατροπής των στερεών αποβλήτων σε αέρια, υγρά και στερεά προϊόντα, με ταυτόχρονη ή συνεπακόλουθη αποδέσμευση θερμικής ενέργειας. Οι τεχνολογίες αυτές μπορούν να κατηγοριοποιούνται ως εξής: Αποτέφρωση (καύση) Πυρόλυση Αεριοποίηση Τεχνική πλάσματος 3

4 Τεχνολογίες θερμικής επεξεργασίας 4 Τα συστήματα θερμικής επεξεργασίας μπορούν να διαχωριστούν σύμφωνα με τις ανάγκες τους σε οξυγόνο: Η καύση μπορεί να γίνει είτε με την απαιτούμενη ακριβή ποσότητα οξυγόνου και λέγεται στοιχειομετρική καύση (Stoichiometric combustion) είτε με περισσότερο οξυγόνο από το αναγκαίο και ονομάζεται καύση με περίσσεια οξυγόνου (excess-air combustion). Και στις δύο περιπτώσεις χρησιμοποιείται ο όρος αποτέφρωση (incineration) Η πυρόλυση προϋποθέτει την απουσία οξυγόνου για να γίνει η θερμική διάσπαση των στερών αποβλήτων. Η αεριοποίηση απαιτεί την τήρηση αυστηρών αναλογιών μεταξύ οργανικού άνθρακα των αποβλήτων και οξυγόνου (υποστοιχειομετρική), έτσι ώστε να επιτευχθεί ατελής καύση των οργανικών υλικών των αποβλήτων και να παραχθεί αέριο αποτελούμενο από κυρίως από CO, H 2 και κορεσμένους αέριους υδρογονάνθρακες.

5 Πρωτεύοντα και δευτερεύοντα προϊόντα των μεθόδων θερμικής επεξεργασίας αποβλήτων Μέθοδος Καύση Πυρόλυση Αεριοποίηση Τεχνολογία πλάσματος Πρωτεύον Προϊόν Θερμότητα Ελαιώδες κλάσμα & άνθρακας Καύσιμο αέριο Δευτερεύον Προϊόν Ηλεκτρισμός Εναλλακτικά καύσιμα 5

6 Βασικές αρχές λειτουργίας εγκαταστάσεων θερμικής επεξεργασίας στερεών αστικών αποβλήτων Σε γενικές γραμμές, οι βασικές αρχές λειτουργίας και οι προδιαγραφές, που πρέπει να πληρούνται, σε όλες τις εγκαταστάσεις θερμικής επεξεργασίας στερεών αστικών αποβλήτων, είναι κοινές και μεταξύ άλλων περιλαμβάνουν τις εξής: Σταθερές συνθήκες λειτουργίας. Ευχέρεια προσαρμογής σε απότομες αλλαγές της σύστασης και της ποσότητας τροφοδοσίας. Ευελιξία προσαρμογής στις βραχυπρόθεσμες και μακροπρόθεσμες διακυμάνσεις της σύνθεσης και της ποσότητας του καυσίμου. Πλήρης έλεγχος των ρύπων στις εκπομπές. Μεγιστοποίηση της αξιοποίησης της θερμικής ενέργειας, κυρίως για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Ελαχιστοποίηση του κόστους κατασκευής και λειτουργίας. 6

7 Παράμετροι Τυπικών Συνθηκών Λειτουργίας & Προϊόντα Μεθόδων Θερμικής Επεξεργασίας Απορριμμάτων Παράμετρος Αποτέφρωση Πυρόλυση Αεριοποίηση Συνθήκες Λειτουργίας Θερμοκρασία ο C Πίεση (bar) Περιβάλλον Διεργασίας Στοιχειομετρική αναλογία αέρας Απουσία αέρα Ελεγχόμενος αέρας και υγρασία ( Ο 2, Η 2 Ο) >1 0 <1 Αέρια φάση CO 2, H 2 O, N 2, O 2 και ιχνοενώσεις Προϊόντα H 2, CO, H 2 O, N 2, υδρογονάθρακες H 2, CO, CO 2, H 2 O, N 2, CH 4 7 Στερεά φάση Τέφρα, σκωρία Τέφρα, κωκ Τέφρα, σκωρία Υγρή φάση Έλαια πυρόλυσης και νερό Μικρή ποσότητα συμπυκνωμένου υγρού

8 1. Αποτέφρωση - καύση Η πλέον διαδεδομένη από τις μεθόδους θερμικής επεξεργασίας είναι η καύση, όπου αξιοποιείται μόνο η θερμική ενέργεια των αερίων της διεργασίας καύσης για την παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας. Τα βασικότερα μειονεκτήματα αυτής της τεχνολογίας είναι: τα πολυδάπανα συστήματα καθαρισμού που απαιτούνται για την αντιμετώπιση της παραγωγής διοξινών, φουρανίων και άλλων τοξικών αέριων ρύπων και το τοξικό στερεό υπόλειμμα που μένει ως παραπροϊόν της διεργασίας και το οποίο πρέπει να υποστεί επεξεργασία πριν την εναπόθεσή του στους χώρους υγειονομικής ταφής. 8

9 Αποτέφρωση - καύση Η καύση (αποτέφρωση) των αποβλήτων είναι η οξείδωση, δηλαδή η ένωση των χημικών στοιχείων των στερεών αποβλήτων με το οξυγόνο. Σκοπός της μεθόδου είναι η ελάττωση του όγκου των απορριμμάτων με ταυτόχρονη μετατροπή μεγάλου μέρους τους σε αδρανή υλικά και η κατά το δυνατό εκμετάλλευση της περιεχόμενης στα απορρίμματα ενέργειας για διάφορους σκοπούς (π.χ. θέρμανση, παραγωγή ατμού, παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας). 9

10 Αποτέφρωση - καύση Για να είναι αποτελεσματική η καύση των απορριμμάτων στερεών αποβλήτων, πρέπει να πληρούνται οι παρακάτω ελάχιστες απαιτήσεις: Ποσοστό περιεχόμενης υγρασίας μικρότερο από 50% κ.β. Περιεκτικότητα σε καύσιμα υλικά τουλάχιστον 25% κ.β. Κατώτερη θερμογόνος δύναμη (ΚΘΔ) -lower heat value (LHV)- των αποβλήτων τουλάχιστον 3350 KJ/Kg. 10

11 11 Αποτέφρωση - καύση Κατά την καύση, λαμβάνουν χώρα οι παρακάτω φυσικές και χημικές διεργασίες: Ι. Ξήρανση Η ξήρανση των αποβλήτων επιτυγχάνεται με την έκθεσή τους σε θερμοκρασία τουλάχιστον 100 o C. Η απαιτούμενη για την ξήρανση θερμότητα εξαρτάται από τη σύνθεση των αποβλήτων και την περιεχόμενη σε αυτά υγρασία. ΙΙ. Θερμική διάσπαση των οργανικών ενώσεων Η θερμική διάσπαση των οργανικών ενώσεων επιτυγχάνεται σε θερμοκρασίες που κυμαίνονται από o C και κατά την ανάπτυξή της απομακρύνονται τα πτητικά οργανικά υλικά.

12 ΙΙΙ. Απαερίωση Αποτέφρωση - καύση Η απαερίωση περιλαμβάνει τη μετατροπή των οργανικών υλικών, κάτω από υψηλές θερμοκρασίες, σε αέριο καύσιμο υλικό. Η διεργασία αναπτύσσεται σε θερμοκρασίες που κυμαίνονται από o C. IV. Κύρια καύση Η κύρια καύση περιλαμβάνει την πλήρη οξείδωση των αερίων που παράγονται κατά την απαερίωση των αποβλήτων σε διοξείδιο του άνθρακα και νερό. Ανάλογα, με τη σύσταση των αποβλήτων παράγονται και άλλα αέρια προϊόντα όπως οξείδια του θείου και του αζώτου κ.λπ. 12

13 Αποτέφρωση - καύση Η πιο σημαντική παράμετρος στη διεργασία της καύσης είναι η παρουσία του οξυγόνου. Κατά τη διεξαγωγή της πλήρους καύσης επικρατεί περίσσεια οξυγόνου, ενώ στη περίπτωση έλλειψης οξυγόνου, οι αντιδράσεις που λαμβάνουν χώρα χαρακτηρίζονται ως αντιδράσεις ατελούς καύσης Κατά την πλήρη καύση λαμβάνουν χώρα οι εξής αντιδράσεις. C + O 2 CO KJ/Kg H 2 + 0,5 O 2 H 2 O KJ/Kg S + O 2 SO KJ/Kg 13

14 Αποτέφρωση - καύση Στις περιπτώσεις που η καύση δεν είναι πλήρης, αλλά λαμβάνει χώρα παράλληλα και ατελής καύση, οι κύριες αντιδράσεις είναι: C + 0,5 O 2 CO KJ/Kg CO + 0,5 O 2 CO KJ/Kg 14

15 Αποτέφρωση - καύση 15 Για να επιτευχθεί πλήρης καύση των στερεών αποβλήτων είναι απαραίτητες οι ακόλουθες προϋποθέσεις: ύπαρξη επαρκούς ποσότητας καύσιμου υλικού και οξεδωτικού μέσου (Ο 2 ) στην εστία καύσης. εφικτή θερμοκρασία ανάφλεξης (για τα απορρίμματα, η θερμοκρασία ανάφλεξης κυμαίνεται γύρω στους 400 ο C) κατάλληλη αναλογία μίγματος (καύσιμης ύλης - οξυγόνου) συνεχής απομάκρυνση των αερίων τα οποία παράγονται κατά την καύση συνεχής απομάκρυνση των υπολειμμάτων της καύσης (άκαυστα υλικά) διατήρηση κατάλληλης θερμοκρασία στον κλίβανο καύσης επαρκής χρόνος παραμονής των αποβλήτων στην περιοχή που λαμβάνει χώρα η κύρια καύση δημιουργία τυρβώδους ροής και ανακίνηση των αποβλήτων

16 Αποτέφρωση - καύση Τα προϊόντα της διαδικασίας καύσης είναι τα ακόλουθα: Απαέρια (με υδρατμούς) που μετά από επεξεργασία διοχετεύονται στην ατμόσφαιρα, δεσμεύοντας τα επικίνδυνα στερεά που συνοδεύουν τη φάση αυτή. Ανόργανη τέφρα Υγρό απόβλητο το οποίο παράγεται κατά τις διαδικασίες σβέσης της τέφρας και ψύξης των αερίων Θερμότητα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ατμού ή ηλεκτρικής ενέργειας 16

17 Τύποι μονάδων αποτέφρωσης Οι μονάδες αποτέφρωσης χωρίζονται σε δύο μεγάλες κατηγορίες, 1. τις μονάδες που απαιτούν ελάχιστη προεπεξεργασία των απορριμμάτων στερεών αποβλήτων, λειτουργούν με μικτά στερεά απορρίμματα (μονάδες μαζικής καύσης - mass-fired) 2. και τις μονάδες που λειτουργούν με τα λεγόμενα δευτερογενή καύσιμα (SRF- Solid Refuse Fuel ή RDF - Refuse Derived Fuel). Οι μονάδες μαζικής καύσης είναι ο επικρατέστερος τύπος 17

18 Μονάδες μαζικής καύσης - mass-fired Οι μονάδες τύπου mass-fired αποτελούν και την πλειονότητα των εγκατεστημένων μονάδων. Το μεγάλο λειτουργικό τους πλεονέκτημα είναι ότι τα απόβλητα εισάγονται χωρίς ιδιαίτερη προεπεξεργασία στη μονάδα καύσης, με αποτέλεσμα να μην απαιτείται η ύπαρξη συστήματος μηχανικής διαλογής για το διαχωρισμό του οργανικού καύσιμου υλικού. Στην περίπτωση αυτή απαιτείται αποτελεσματικός έλεγχος των εισαγομένων αποβλήτων, έτσι ώστε να αποφεύγονται πιθανοί κίνδυνοι για τη λειτουργία της μονάδας π.χ. εισαγωγή ογκωδών ή επικινδύνων αποβλήτων. 18

19 19 Μονάδες καύσης RDF Οι μονάδες τύπου RDF - fired παρουσιάζουν ορισμένα σημαντικά πλεονεκτήματα, σε σχέση με τις μονάδες mass-fired, όπως: Εντάσσονται ευκολότερα σε δίκτυο ανάκτησης και διανομής ενέργειας γιατί το RDF έχει μεγαλύτερη θερμογόνο δύναμη (σε σχέση με τα μικτά απορρίμματα) και πολύ μικρότερες διακυμάνσεις στο ενεργειακό περιεχόμενο. Ο έλεγχος μιας μονάδας RDF-fired είναι πιο εύκολος. Ο χώρος που απαιτείται είναι λιγότερος. Η προεπεξεργασία των απορριμμάτων για την παραγωγή RDF δίνει τη δυνατότητα απομάκρυνσης αποβλήτων όπως τα πλαστικά, τα μέταλλα κ.α. τα οποία συνεισφέρουν στη δημιουργία επικίνδυνων ρύπων που μεταφέρονται με τα αέρια της μονάδας αποτέφρωσης. Παρά το γεγονός ότι οι μονάδες αυτές παρουσιάζουν τα πιο πάνω πλεονεκτήματα, εντούτοις είναι πολύ λιγότερες από τις μονάδες τύπου mass-fired, λόγω του ότι προϋποθέτουν την ύπαρξη μονάδας παραγωγής διαχωρισμού των μικτών απορριμμάτων και παραγωγής RDF.

20 20 Τυπική διατομή μονάδας αποτέφρωσης απορριμμάτων τύπου mass-fired, με ανάκτηση ενέργειας

21 21 Τυπική μονάδα αποτέφρωσης ΑΣΑ με ταυτόχρονη παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας

22 Σύστημα μαζικής καύσης ΑΣΑ Σε ένα σύστημα μαζικής καύσης, τα απορρίμματα υποβάλλονται σε ελάχιστη επεξεργασία πριν τοποθετηθούν στη χοάνη φόρτωσης του συστήματος. Ο χειριστής του γερανού που τροφοδοτεί το σύστημα μπορεί χειρονακτικά να αφαιρέσει κάποια εμφανώς παράταιρα αντικείμενα, όμως πρέπει να υποτεθεί ότι οτιδήποτε υπάρχει στην παροχή των απορριμμάτων θα καταλήξει στο σύστημα, όπως μεγάλα μη διασπώμενα αντικείμενα (π.χ. ψυγεία) ή ακόμη και πιθανά επικίνδυνα απορρίμματα. Για αυτούς τους λόγους, το σύστημα πρέπει να είναι σχεδιασμένο έτσι ώστε να μπορεί να διαχειριστεί τέτοια απορρίμματα χωρίς βλάβη στον εξοπλισμό ή τραυματισμό του προσωπικού. Η περιεχόμενη ενέργεια των απορριμμάτων μπορεί να έχει μεγάλες διακυμάνσεις ανάλογα με την εποχή, το κλίμα και την πηγή των απορριμμάτων. 22

23 Σύστημα μαζικής καύσης ΑΣΑ Ιδιαίτερα σημαντικό τμήμα των εγκαταστάσεων αποτέφρωσης ΑΣΑ αποτελούν οι μονάδες επεξεργασίας των παραγόμενων απαερίων, οι οποίες εκπροσωπούνται από διάφορες διατάξεις, όπως πλυντρίδες, ηλεκτροστατικά φίλτρα, κυκλώνες, σακκόφιλτρα, κα., η επιλογή των οποίων βασίζεται στη σύσταση των προς επεξεργασία απαερίων και στα επιτρεπτά όρια εκπομπών της όλης εγκατάστασης. 23

24 Προϊόντα και απόβλητα καύσης Κατά τη διεργασία της καύσης, πέρα από τα τυπικά προϊόντα της καύσης, δηλαδή το διοξείδιο του άνθρακα, ο ατμός, το μονοξείδιο του άνθρακα, παράγεται ανάλογα με την ποιότητα των αποβλήτων και μια σειρά άλλων ουσιών, όπως το διοξείδιο του θείου, τα οξείδια του αζώτου, το υδροχλώριο, το υδροφθόριο, πολυκυκλικοί υδρογονάνθρακες κλπ. Επίσης, πρέπει να αναφερθεί ότι κατά την καύση των στερεών αποβλήτων ένα ποσοστό παραμένει σαν στερεό υπόλειμμα, το οποίο αντιστοιχεί στο 25-30% του βάρους των εισερχόμενων αποβλήτων. Η ποσότητα των υπολειμμάτων εξαρτάται από τη σύνθεση των εισαγόμενων αποβλήτων και τα τεχνικά χαρακτηριστικά της εγκατάστασης της καύσης. 24

25 25 Από τη διαδικασία αποτέφρωσης των απορριμμάτων προκύπτουν τριών ειδών απόβλητα: αέρια, υγρά και στερεά. Αέριες εκπομπές Κατά την αποτέφρωση παράγονται περίπου m 3 καυσαερίων ανά τόνο απορριμμάτων. Τα αέρια που παράγονται κατά την αποτέφρωση περιέχουν : τα τυπικά προϊόντα της καύσης (CO, CO 2, H 2 O, NOx, SO 2 ), Άζωτο και περίσσεια οξυγόνου άλλες ενώσεις, η παρουσία και η συγκέντρωση των οποίων εξαρτάται από τη σύσταση των προς επεξεργασία αποβλήτων και κυριότερες από αυτές είναι : HCl HF Ιπτάμενη τέφρα και αιωρούμενα σωματίδια βαρέα μέταλλα και πολυκυκλικοί υδρογονάνθρακες (διοξίνες, φουράνια).

26 Θερμογόνος δύναμη των καυσαερίων / ανάκτηση ενέργειας Τα καυσαέρια αυτά βρίσκονται σε θερμοκρασία περίπου 1000 o C η οποία μειώνεται απότομα στους 350 o C, κατά την πρώτη φάση καθαρισμού των απαερίων και η θερμότητα που προκύπτει από την ψύξη μπορεί να αξιοποιηθεί σε διάφορες χρήσεις. Η θερμογόνος δύναμη των καυσαερίων και του ατμού χρησιμοποιείται συνήθως για ανάκτηση ενέργειας (συστήματα καύσης με ανάκτηση ενέργειας). Ένα μέρος της θερμογόνου τους δύναμης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για προθέρμανση του εισερχόμενου στον αποτεφρωτή αέρα, όταν αυτό είναι απαραίτητο ή σκόπιμο. Μετά την ανταλλαγή θερμότητας για προθέρμανση το μίγμα καυσαερίων-ατμών αποκτά μικρότερη θερμοκρασία. Περαιτέρω αξιοποίηση της απομένουσας θερμογόνου δύναμης μπορεί να γίνει με παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, τυπικά μέσω συστήματος καυστήρα για παραγωγή ατμού και γεννήτριας. 26

27 Θερμογόνος δύναμη των καυσαερίων / ανάκτηση ενέργειας Η ενεργειακή απόδοση της γεννήτριας είναι περίπου 85%, με την έννοια ότι το 85% της θερμογόνου δύναμης των ατμών αποτελεί το άθροισμα της ωφέλιμης και αξιοποιήσιμης θερμικής και ηλεκτρικής ενέργειας. Ωστόσο μόνο το 31-32% της θερμογόνου δύναμης των ατμών μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια και το υπόλοιπο 53-54% προσδίδεται με τη μορφή αξιοποιήσιμης θερμικής ενέργειας (π.χ. για συμπληρωματική προθέρμανση του αέρα). 27

28 Οριακές ημερήσιες μέσες τιμές ατμοσφαιρικών ρύπων από εγκαταστάσεις καύσης [ 2000/76/ΕΚ] Ολικός κονιορτός 10 mg/m 3 Οργανικές ουσίες υπό μορφή αερίων και ατμών, υπολογιζόμενες ως ολικός οργανικός άνθρακας (TOC) 10 mg/m 3 Υδροχλώριο (HCl) 10 mg/m 3 Υδροφθόριο (HF) 1 mg/m 3 Διοξείδιο του θείου (SO 2 ) 50 mg/m 3 Υποξείδιο του αζώτου (NO) και οξείδιο του αζώτου (NO 2 ), υπολογιζόμενα ως οξείδιο του αζώτου, για υφιστάμενες μονάδες αποτέφρωσης ονομαστικής ωριαίας δυναμικότητας άνω των τριών τόνων ή νέες μονάδες αποτέφρωσης 200 mg/m 3 Υποξείδιο του αζώτου (NO) και οξείδιο του αζώτου (NO 2 ), υπολογιζόμενα ως οξείδιο του αζώτου, για υφιστάμενες μονάδες αποτέφρωσης ονομαστικής ωριαίας δυναμικότητας τριών τόνων ή μικρότερης 400 mg/m 3 28

29 Διοξίνες και φουράνια Από τους πιο επικίνδυνους ρύπους που μπορεί να περιέχονται στα καυσαέρια που παράγονται κατά την αποτέφρωση είναι οι διοξίνες (πολυχλωριωμένες διβενζοδιοξίνες, PCDD), οι οποίες αποτελούνται από δύο αρωματικούς δακτυλίους ενωμένους με ένα ζεύγος ατόμων οξυγόνου. Εξίσου επικίνδυνοι ρύποι είναι και τα φουράνια (PCDF), τα οποία διαφέρουν από τις διοξίνες στο γεγονός ότι οι δύο αρωματικοί δακτύλιοι συνδέονται με ένα άτομο οξυγόνου 29

30 30 Χημικοί τύποι Διοξινών (α) και φουρανίων (b)

31 Πολυχλωριωμένες Διβενζο-π-Διοξίνες και Διβενζοφουράνια 31 Οι διοξίνες και τα φουράνια (πολυχλωριωμένες διβενζο-π-διοξίνεςpolychlorinated dibenzo-p-dioxins - PCDDs) και τα πολυχλωριωμένα διβενζοφουράνια-polychlorinated dibenzofurans PCDFs) δημιουργούνται ως υπολειμματικά παραπροϊόντα κατά τη διάρκεια καύσης υπό υψηλές θερμοκρασίες υλικών που περιέχουν χλώριο και οργανικές ενώσεις Ανιχνεύσιμες ποσότητες ( μg/g) PCDD και PCDF υπάρχουν στην ιπτάμενη τέφρα των εγκαταστάσεων καύσης αστικών απορριμάτων. Μεγαλύτερες ποσότητες σχηματίζονται κατά την καύση απορριμάτων που περιέχουν διάφορες οργανοχλωριωμένες ενώσεις. Το γεγονός αυτό πρέπει να λαμβάνεται σοβαρά υπόψη στο σχεδιασμό και στην εγκατάσταση μονάδων καύσης απορριμάτων. Έχει διαπιστωθεί ότι, όταν η καύση των απορριμμάτων γίνεται σε θερμοκρασίες μεγαλύτερες από 1100 C, τότε οι ποσότητες των PCDD και PCDF στά αερολύματα περιορίζονται σημαντικά.

32 διοξίνες και φουράνια Μπορούν επίσης να ανιχνευτούν στις εκπομπές αυτοκινήτων, σταθμών ενέργειας, πυρκαγιών και κατά την τήξη υπολειμματικών μετάλλων. Επίσης δημιουργούνται κατά τη παραγωγή φυτοφαρμάκων και συντηρητικών ξύλου. Σε χώρες με σημαντική βιομηχανική ανάπτυξη τα επίπεδα των διοξινών και τωνφουρανίων σε αστικές περιοχές είναι περίπου 4 φορές υψηλότερα από αυτά της υπαίθρου. Οι διοξίνες και τα φουράνια είναι σταθερές ενώσεις και διασπώνται πολύ αργά στο περιβάλλον. 32

33 διοξίνες και φουράνια Από τον άνθρωπο μπορούν να προσληφθούν μέσω της αναπνοής ή της απορρόφησης από το δέρμα αλλά μόνο σε περιπτώσεις που εκλύονται σε πολύ μικρή απόσταση από τους αποδέκτες. Η παρουσία των διοξινών και των φουρανών στον ανθρώπινο οργανισμό οφείλεται σχεδόν εξ ολοκλήρου στην εισαγωγή τους μέσω των τροφών. Τόσο οι πτητικές όσο και οι δεσμευμένες σε σωματίδια διοξίνες και φουράνια αποτίθενται σε φυτά που χρησιμεύουν για βοσκή (μέσω των οποίων μπορούν να εισέλθουν στο κρέας ή στα γαλακτοκομικά προϊόντα), καθώς και στα φρούτα και τα λαχανικά που προορίζονται για κατανάλωση από τον άνθρωπο. Όταν εναποτίθενται στο έδαφος, δεσμεύονται από τα σωματίδια του εδάφους και δεν εισέρχονται άμεσα στην τροφική αλυσίδα. Στο ανθρώπινο σώμα οι διοξίνες και τα φουράνια είναι λιποδιαλυτά και παραμένουν για μεγάλες περιόδους, ειδικά στο συκώτι και στους λιπαρούς ιστούς. 33

34 διοξίνες και φουράνια Οι περισσότερες από τις πληροφορίες που υπάρχουν για την κατηγορία των ενώσεων αυτών αναφέρονται στην τετραχλωρο-πδιβενζοδιοξίνη (TCDD). Η ουσία αυτή εξαιτίας της μεγάλης της τοξικότητας (είναι φορές πιο τοξική από το κυανιούχο κάλιο - ή LD 50 είναι 1 μg kg- 1 ), αποτελεί ισχυρό δηλητήριο του περιβάλλοντος. Γνωστό είναι το ατύχημα που συνέβη το 1976 σε χημικό εργοστάσιο στο Seveso της Ιταλίας. Κατά το ατύχημα αυτό, ποσότητα 2,5 kg TCDD διέρρευσε από τις εγκαταστάσεις παραγωγής, τριχλωροφαινόλης και ρύπανε τη γύρω περιοχή. Πολλά άτομα έπαθαν σοβαρές δερματικές βλάβες, ενώ μετά το 1976 αυξήθηκε δραματικά τόσο ο αριθμός των αποβολών στις έγκυες γυναίκες, όσο κι ο αριθμός των νεκρών νεογέννητων. Η μελέτη στο έδαφος του Seveso έδειξε ότι η ημιπερίοδος ζωής της διοξίνης φθάνει τα 10 χρόνια. 34

35 διοξίνες και φουράνια Άλλο σοβαρό ατύχημα από το TCDD συνέβη στη Γαλλία όπου 30 μικρά παιδιά πέθαναν από χρησιμοποίηση παιδικής πούδρας, η οποία περιείχε εξαχλωροφαίνιο. Η TCDD περιέχεται σε ίχνη στο εξαχλωροφαίνιο, το οποίο, επειδή έχει βακτηριοκτόνες ιδιότητες χρησιμοποιείται σε διάφορα είδη καλλυντικών. 35

36 Συστήματα επεξεργασίας αέριων ρύπων Για την απομάκρυνση των αιωρούμενων σωματιδίων και των αερίων ρύπων εφαρμόζονται διάφορα συστήματα καθαρισμού (τα οποία αναφέρονται στη συνέχεια) Εκτός της απομάκρυνσης των αιωρούμενων στερεών, συχνά καθίσταται αναγκαία η απομάκρυνση και άλλων αερίων ρύπων εάν η περιεκτικότητα τους είναι υψηλότερη των επιτρεπομένων ορίων (όπως το υδροχλώριο που παράγεται κυρίως κατά την καύση του PVC και τα οξείδια του αζώτου, θείου, φωσφόρου). Η πιο αποτελεσματική μέθοδος επεξεργασίας των αερίων αυτών είναι η εφαρμογή πύργων υγρής απορρόφησης. 36

37 Συστήματα επεξεργασίας αέριων ρύπων Συστήματα επεξεργασίας θάλαμοι εναπόθεσης Προπετάσματα διαβροχής Κυκλώνες Πύργοι υγρής απορρόφησης Ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστές Σακκόφιλτρα Απόδοση 40% των TSP* 95% 60-80% 80-95% 99-99,5% 99% 37 * TSP =Ολικά αιωρούμενα σωματίδια

38 Συστήματα καθαρισμού των αερίων Σακκόφιλτρα: Τα αέρια περνούν από πορώδη υλικά, όπου και κατακρατώνται τα αιωρούμενα σωματίδια. Ανάλογα με τις απαιτήσεις, το υλικό των φίλτρων είναι από φυσικές ίνες, πλαστικές ίνες, γυαλί, ορυκτά κ.λπ. Η σκόνη η οποία συγκεντρώνεται στις κυψελίδες των φίλτρων απομακρύνεται με δονήσεις ή κτυπήματα ή με παροχή αέρα κατά αντιρροή. 38

39 39 Τυπική διαμόρφωση σακκόφιλτρων

40 Συστήματα καθαρισμού των αερίων Ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστές (Ηλεκτρόφιλτρα): Οι ηλεκτροστατικοί κατακρημνιστές αποτελούνται από την κάθοδο, η οποία μπορεί να είναι ένα απλό λεπτό σύρμα και την άνοδο, δηλαδή το εσωτερικό περίβλημα του ηλεκτρόφιλτρου. Μια άλλη διάταξη αποτελείται από σύστημα παραλλήλων πλακιδίων, με διαφορά δυναμικού ανάμεσά τους. Μεταξύ καθόδου και ανόδου αναπτύσσεται τάση KV. Όταν τα σωματίδια εισέλθουν στο πεδίο της καθόδου φορτίζονται αρνητικά και οδεύουν στον θετικό πόλο (άνοδος). Η ταχύτητα των σωματιδίων εξαρτάται από τη μάζα τους και τις δυνάμεις Coulomb που αναπτύσσονται. 40

41 41 Τυπική διαμόρφωση ηλεκτροστατικού κατακρημνιστή

42 Συστήματα καθαρισμού των αερίων Κυκλώνες: Οι κυκλώνες στηρίζονται στην ανάπτυξη φυγόκεντρης δύναμης κατά την είσοδο των αερίων σε ένα συμμετρικό χώρο, ο οποίος στο κάτω μέρος του έχει σχήμα κώνου. Τα σωματίδια λόγω της φυγόκεντρης δύναμης και της περιστροφικής ροής, οδηγούνται προς τα τοιχώματα και μετά απομακρύνονται προς τα κάτω. Οι κυκλώνες συχνά εφαρμόζονται μαζί με ηλεκτροστατικούς κατακρημνιστές. 42

43 Συστήματα καθαρισμού των αερίων Υγρά συστήματα καθαρισμού αερίων: Το υγρό έρχεται σε επαφή με τα αέρια και λαμβάνει χώρα μεταφορά συστατικών από την αέρια στην υγρή φάση. Η απορρόφηση εξαρτάται από την επιφάνεια μεταφοράς, το χρόνο παραμονής και το είδος του υγρού. Το υγρό σύστημα αναπτύχθηκε έτσι ώστε να εξασφαλίζεται και η απομάκρυνση των πολύ λεπτών σωματιδίων που δεν είναι εύκολο να απομακρυνθούν με την εφαρμογή ξηρών συστημάτων π.χ. φίλτρα. Τα κυριότερα συστήματα υγρού καθαρισμού είναι τα εξής: -Πύργοι καταιωνισμού (scrubber) -Πλυντρίδες Ventouri -Εκχυτές -Περιστρεφόμενοι ψεκαστήρες 43

44 Υγρά απόβλητα Υγρά απόβλητα Τα υγρά απόβλητα προκύπτουν ως αποτέλεσμα της χρήσης νερού κατά τη διαδικασία της αποτέφρωσης και συγκεκριμένα για τους εξής σκοπούς: Σβέση τέφρας (0,1 m 3 νερού/τόνο απορριμμάτων) Ψύξη αερίων (2 m 3 νερού /τόνο απορριμμάτων) Πύργοι υγρής απορρόφησης (2 m 3 νερού /τόνο απορριμμάτων) Σε ηλεκτροστατικούς κατακρημνιστές για απομάκρυνση των σωματιδίων που κατακρατούνται 44

45 Υγρά απόβλητα Τα υγρά απόβλητα περιέχουν αιωρούμενα σωματίδια, όπως επίσης διαλυμένα ανόργανα και οργανικά συστατικά. Χαρακτηρίζονται ως διαβρωτικά και επικίνδυνα και απαιτείται επεξεργασία τους πριν από την τελική διάθεση. 45

46 Οριακές τιμές εκπομπών για τις απορρίψεις υγρών αποβλήτων προερχόμενων από τον καθαρισμό των καυσαερίων σύμφωνα με την Κοινοτική Οδηγία 2000/76/ΕΚ. Ρυπαντικές ουσίες Οριακές τιμές εκπομπών (συγκέντρωση κατά μάζα για αδιήθητα δείγματα) Ολικά αιωρούμενα στερεά, όπως ορίζονται στην95% / 30mg/l 100% / 45 mg/l Οδηγία 91/271/ΕΟΚ Υδράργυρος και ενώσεις του, ως υδράργυρος (Hg) Κάδμιο και ενώσεις του, ως κάδμιο (Cd) Θάλλιο και ενώσεις του, ως θάλλιο (Tl) Αρσενικό και ενώσεις του, ως αρσενικό (As) Μόλυβδος και ενώσεις του, ως μόλυβδος (Pb) Χρώμιο και ενώσεις του, ως χρώμιο (Cr) Χαλκός και ενώσεις του, ως χαλκός (Cu) Νικέλιο και ενώσεις του, ως νικέλιο (Ni) Ψευδάργυρος και οι ενώσεις του, ως ψευδάργυρος (Zn) Διοξίνες και φουράνια 0,03 mg/l 0,05 mg/l 0,05 mg/l 0,15 mg/l 0,2 mg/l 0,5 mg/l 0,5 mg/l 0,5 mg/l 1,5 mg/l 0,3 ng/l 46

47 Στερεά κατάλοιπα: Στερεά κατάλοιπα Τα στερεά κατάλοιπα που δημιουργούνται κατά την αποτέφρωση διακρίνονται στις παρακάτω κατηγορίες: Ιπτάμενη τέφρα (Fly ash): Αποτελεί το ελαφρύτερο ρεύμα τέφρας και είναι αυτό το οποίο παρασύρεται από τα καυσαέρια και συλλέγεται από ειδικά φίλτρα. Η τέφρα αυτή έχει υψηλές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων. Τέφρα πυθμένα (Bottom ash): Πρόκειται για το υπόλειμμα που συγκεντρώνεται στον πυθμένα του κλιβάνου καύσης. Τέφρα από τους λέβητες (Boiler ash) Σκόνη από τα φίλτρα καθαρισμού των αερίων (Filter dust) Στερεά κατάλοιπα από την διαδικασία καθαρισμού των απαερίων. 47

48 Στερεά κατάλοιπα Λόγω του ρυπαντικού τους φορτίου απαιτείται αποτελεσματική επεξεργασία τους και όπου είναι δυνατόν η ανακύκλωσή τους. Ανεξάρτητα από τη μέθοδο επεξεργασίας, πρέπει να επιτυγχάνονται τα εξής: Περιεκτικότητα σε άκαυστο υλικό μέχρι 2% (επί ξηρής βάσης) Περιεκτικότητα σε υδατοδιαλυτά συστατικά μέχρι 1% (επί ξηρής βάσης) Η περιεκτικότητα σε νερό να είναι η μικρότερη δυνατή Η περιεκτικότητα σε σίδηρο να είναι πολύ μειωμένη Πλήρης καταστροφή των διοξινών φουρανίων 48

49 Οριακές τιμές ρυπαντικών παραμέτρων στα στερεά απόβλητα ύστερα από την επεξεργασία τους [Κοινοτική Οδηγία 2000/76/ΕΚ] ΠΑΡΑΜΕΤΡΟΣ Χλωριόντα 250 Θειικά 600 Φθόριο 3 Μόλυβδος 0,1 Κάδμιο 0,004 Χρώμιο 0,04 Χαλκός 0,5 Νικέλιο 0,04 Ψευδάργυρος 0,5 Υδράργυρος 0,001 Τιμή (mg/l) 49

50 Στερεά κατάλοιπα Όλες οι κατηγορίες υπολείμματος από τη θερμική επεξεργασία απαιτούν προσεκτική διαχείριση. Η διάθεση σε χώρο ταφής πρέπει να λαμβάνει υπόψη την εκπλυσιμότητα (εκχυλισιμότητα)των διαφόρων συστατικών που περιέχουν τα υπολείμματα αυτά. Η μείωση μάζας και όγκου κατά την καύση, οδηγεί σε «εμπλουτισμό» των στερεών υπολειμμάτων σε βαρέα μέταλλα. Από τα στοιχεία μέχρι τώρα, προκύπτει ότι οι τέφρες από τον καθαρισμό των αερίων και η σκόνη από τα φίλτρα περιέχει το μεγαλύτερο ποσοστό των βαρέων μετάλλων και στοιχείων όπως As, Cd, και Hg με εξαίρεση των λιθοφιλικό χαλκό (Cu). Επίσης οι τέφρες βάσης περιέχουν μικρότερες ποσότητες φουρανίων, διοξινών και άλλων οργανικών ενώσεων. 50

51 Ιπτάμενη τέφρα Η ιπτάμενη τέφρα περιέχει υψηλές συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων, διαλυτών αλάτων, οργανικών και την υψηλότερη περιεκτικότητα από όλα τα κατάλοιπα σε χλωριωμένες οργανικές ενώσεις. Το επίπεδο διοξινών και φουρανίων κυμαίνεται από ppt έως ppb. Σε ανάπτυξη βρίσκεται τεχνολογία αδρανοποίησης της ιπτάμενης (πτητικής) τέφρας, η οποία θεωρείται επικίνδυνο απόβλητο, που τη μετατρέπει σε υλικό χρήσιμο για οδοποιία, δομικές εφαρμογές κλπ. Η χρήση της τέφρας βάσης στην οδοποιία - οδοστρωσία είναι πολύ συνηθισμένη πρακτική στην Ευρώπη. 51

52 Πλεονεκτήματα της μεθόδου της αποτέφρωσης Με την καύση των οικιακών απορριμμάτων επιτυγχάνεται: μια μείωση του αρχικού τους όγκου κατά 70-80% και μείωση του αρχικού τους βάρους κατά 40%, Η παραγωγή ενέργειας από την ανάκτηση της θερμότητας των παραγόμενων καυσαερίων. Έτσι, επιτυγχάνεται σε ικανοποιητικό βαθμό ένας από τους πιο βασικούς στόχους όλων των μεθόδων ανάκτησης υλικών και ενέργειας από τα απορρίμματα, δηλαδή την ελαχιστοποίηση των απορριμμάτων που οδηγούνται προς τους χώρους υγειονομικής ταφής 52

53 Μειονεκτήματα της μεθόδου της αποτέφρωσης Η ατμοσφαιρική ρύπανση: Τα ποιοτικά και ποσοτικά χαρακτηριστικά των ρυπαντών εξαρτώνται από τη σύσταση των οικιακών απορριμμάτων και ποικίλει από χώρα σε χώρα. Κατά την καύση του PVC εκλύεται η διοξίνη που είναι τοξικότατη ουσία. Η παραγόμενη σκόνη, χαρακτηρίζεται από περιεκτικότητα μεγάλου ποσοστού βαρέων μετάλλων και είναι δύσκολο να συγκρατηθεί αποτελεσματικά, λόγω του μεγέθους των σωματιδίων. Επίσης, η υψηλή τοξικότητα που χαρακτηρίζει την ιπτάμενη τέφρα αναγνωρίζεται πλέον ακόμα και από τους πιο ένθερμους υποστηρικτές της καύσης, ενώ τα υπολείμματα της καύσης αντιμετωπίζονται ως επικίνδυνα απόβλητα από τους διαχειριστές των χώρων ταφής όπου καταλήγουν. 53

54 Μειονεκτήματα της μεθόδου της αποτέφρωσης δαπάνες εγκατάστασης και λειτουργίας: Για την κατασκευή μιας σύγχρονης εγκατάστασης καύσης ώστε να περιλαμβάνει όλα τα απαραίτητα μέσα, για τον περιορισμό σε ανεκτά επίπεδα όλων αυτών των αέριων ρυπογόνων εκπομπών, εντός των αυστηρότατων πλαισίων που καθορίζονται από την Οδηγία 2000/76/ΕΕ της Ευρωπαϊκής Ένωσης, προκύπτουν τεράστιες δαπάνες εγκατάστασης και λειτουργίας. Επιπρόσθετα, είναι απαραίτητη η ύπαρξη έκτασης γης κοντά στο χώρο των εγκαταστάσεων της αποτέφρωσης για την υγειονομική ταφή της τέφρας με μέτρα ασφαλούς διάθεσης. Ο χώρος αυτός θα πρέπει να δύναται να δέχεται και ολόκληρη την ποσότητα των απορριμμάτων σε περίπτωση βλάβης της εγκατάστασης. 54