Διαχείριση υπολειμμάτων από τη θερμική επεξεργασία αστικών απορριμμάτων

Transcript

1 Διαχείριση υπολειμμάτων από τη θερμική επεξεργασία αστικών απορριμμάτων Πέτρος Σαμαράς Καθηγητής, ΑΤΕΙ Θεσσαλονίκης Παρασκευή 8 Απριλίου 2011

2 Στόχοι Από τη θερμική επεξεργασία ΑΣΑ με ταυτόχρονη παραγωγή ενέργειας (WTE) προκύπτουν : Απαέρια Στερεά υπολείμματα-τέφρα

3 Θερμική επεξεργασία αποβλήτων με ταυτόχρονη παραγωγή ενέργειας (WTE) 1/2

4 Θερμική επεξεργασία αποβλήτων με ταυτόχρονη παραγωγή ενέργειας (WTE) 2/2 Τροφοδοσία Ανόργανα Cl, S, F 100 % Επικίνδυνες ενώσεις Μέταλλα 100 % 100 % Θερμική επεξεργασία Οργανικά 11,5 kg/mg 2,65 kg/mg 30 kg/mg Ανόργανα Απαέρια Μέταλλα 0,15 % 0,007 % 0,07 % Επεξεργασία απαερίων Ανάκτηση ενέργειας Οργανικά 59 % 45% 23% Υπολείμματα από επεξεργασία απαερίων Ανόργανα Μέταλλα Οργανικά 41 % 77 % <19 % Ανόργανα Μέταλλα Οργανικά Σκωρίες-τέφρα πυθμένα

5 Εκπομπές αερίων ρύπων από την εγκατάσταση θερμικής αξιοποίησης απορριμμάτων της Brescia στην Ιταλία

6 Εκπομπές αερίων τοξικών ρύπων Πηγές Εκπομπής Διοξινών στις ΗΠΑ περιόδου Καταγεγραμμένες πηγές διοξινών Εκπομπές 1987 (gr TEQ -%) Εκπομπές 1995 (gr TEQ -%) Εκτιμήσεις 2002 (gr TEQ - %) Εγκαταστάσεις WTE με παραγωγή ενέργειας ,64% ,95% 12 1,08% Καύση σκουπιδιών σε κήπους 604 4,33% ,57% ,78% Αποτέφρωση ιατρικών αποβλήτων ,57% ,20% 7 0,63% Δευτερογενής χύτευση χαλκού 983 7,05% 271 8,44% 3 0,27% Κλίβανοι τσιμέντου (επικίνδυνα απόβλητα) 117,9 0,84% 156,1 4,86% 25 2,26% Λάσπη υπονόμων 76,6 0,55% 76,6 2,39% 76 6,87% Οικιακή καύση ξυλείας 89,6 0,64% 62,8 1,96% 62 5,61% Εγκαταστάσεις καύσης άνθρακα 50,8 0,36% 60,1 1,87% 60 5,42% Φορτηγά που χρησιμοποιούν πετρέλαιο 27,8 0,20% 35,5 1,11% 35 3,16% Δευτερογενής χύτευση αλουμινίου 16,3 0,12% 29,1 0,91% 29 2,62% Συμπύκνωση μεταλλεύματος σιδήρου 32,7 0,20% 28 0,87% 27 2,44% Βιομηχανική καύση ξυλείας 26,4 0,19% 27,6 0,86% 27 2,44% Εργοστάσια καθαρισμού χαρτοπολτού (νερό) 356 2,55% 19,5 0,61% 15 1,36% Λοιπές διεργασίες / εγκαταστάσεις 99,7 0,76% 77,3 2,40% 100 9,06% ΣΥΝΟΛΟ ,7 100% 3.209,6 100% %

7 Μείωση εκπομπών διοξίνων

8 Σύγκριση πηγών εκπομπών διοξινών Πηγή εκπομπών διοξινών Πηγή : Καθ. Bilitewski Σύγχρονο Εργοστάσιο Θερμικής Επεξεργασίας Απορριμμάτων Κλίμακα σύγκρισης Εκπομπές Διοξινών 1 0,01 ng/m³ Εργοστάσιο θερμικής επεξεργασίας επικίνδυνων αποβλήτων Ανοιχτήμηελεγχόμενηκαύση(πχ τζάκια) 1 0,01 ng/m³ ,00 ng/m³ Πυροτεχνήματα ,00 ng/m³ Χωματερή (Χ.Α.Δ.Α.) ,00 ng/m³

9 Διαχείριση στερεών υπολειμμάτων Παραγωγή στερεών υπολειμμάτων Κατηγορίες και χαρακτηριστικά τέφρας Μέθοδοι διαχείρισης

10 Παραγωγή στερεών υπολειμμάτων σε μονάδα WtE

11 Κατανομή στερεών υπολειμμάτων σε μονάδα WtE

12 Χαρακτηριστικά τέφρας μελέτη των χαρακτηριστικών σε δείγματα τέφρας (τέφρα φίλτρων, τέφρα πυθμένα) σύμφωνα με την οδηγία 2003/33/ΕΚ για τον καθορισμό κριτηρίων και διαδικασιών αποδοχής των αποβλήτων στους χώρους υγειονομικής ταφής χαρακτηρισμός των δειγμάτων σύμφωνα με τις πρότυπες μεθόδους EN και την NEN7343

13 Μέθοδος έκπλυσης EN ΔΙΑΛΥΤΗΣ: ΑΠΙΟΝΙΣΜΕΝΟ ΝΕΡΟ ΛΟΓΟΣ ΥΓΡΟΥ ΠΡΟΣ ΣΤΕΡΕΟ: L/S=2 ΚΑΙ L/S=10 ΑΝΑΜΙΞΗ ΣΕ 10 RPM ΔΙΑΡΚΕΙΑ: L/S=2, 6 h L/S=10, 10 h

14 Μέθοδος έκπλυσης NEN7343 ΔΙΑΛΥΤΗΣ: ΑΠΙΟΝΙΣΜΕΝΟ ΝΕΡΟ (Ph=4, 1N HNO 3 ) ΠΑΡΟΧΗ ΔΙΑΛΥΤΗ: 10 ml/h ΔΙΑΣΤΑΣΕΙΣ ΣΤΗΛΗΣ: 25 cm (H) X 5 cm (ID) (L/S=0.1) Eluate fraction Extraction solvent Ash column Peristaltic pump

15 Ανάλυση εκπλυμάτων ΦΥΣΙΚΟΧΗΜΙΚΕΣ ΑΝΑΛΥΣΕΙΣ Μέταλλα As, Ba, Cd, Cr (ολικό), Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Zn Ιόντα χλωρίου Ιόντα φθορίου Θειικά ανιόντα Δείκτης φαινόλης DOC TDS

16 Τυπικές τιμές για ορισμένες φυσικές ιδιότητες τέφρων πυθμένα από αποτεφρωτήρες ΑΣΑ Σχετική Πυκνότητα Λεπτόκοκκα (< No 4 mesh) Χονδρόκοκκα (> No 4 mesh) Απορρόφηση (%) Λεπτόκοκκα (< No 4 mesh) Χονδρόκοκκα (> No 4 mesh) Ιδιότητα Τέφρα Πυθμένα Συνδυασμένη Τέφρα 1,50-2,22 1,93-2, ,1-4,7 1,86-2,03 1,96-2,24 4,8-14,8 3,6-10 Υγρασία, % κβ Ειδικό Βάρος, kg/m Απώλεια Πύρωσης, % 1,5-6,4 2,5-13,5 Διαβάθμιση (ποσοστό που διαπερνά το κόσκινο) Κλάσμα Λεπτόκοκκων, <4,75 mm (No 4 sieve) Κλάσμα λάσπης, <0,075 mm (<No 200 sieve) Μέγιστη Πυκνότητα, kg/m Διαπερατότητα, cm/s

17 Τυπική χημική σύσταση τέφρας από αποτεφρωτήρες ΑΣΑ (ποσοστό %) Στοιχείο Τέφρα Πυθμένα Συνδυασμένη Τέφρα Πυρίτιο 16,8-27,4 13,8-20,5 Ασβέστιο 5,12-10,3 5,38-8,03 Σίδηρος 2,11-11,5 2,88-7,85 Μαγνήσιο 0,19-1,18 0,90-1,84 Κάλιο 0,72-1,16 0,84-1,15 Αργίλιο 3,44-6,48 3,26-5,44 Νάτριο 2,02-4,80 2,0-4,62

18 Ποιοτικά χαρακτηριστικά τέφρας πυθμένα από αποτεφρωτήρες ΑΣΑ 1/2 Τα ανόργανα άλατα παρουσιάζονται σε όλες τις κατηγορίες τέφρας με κύρια συστατικά το Si, Al, Ca και Fe. Αρκετά ανόργανα άλατα έχουν υψηλή διαλυτότητα σε υδατικά μέσα, όπως: τα κατιόντα Na, K, Mg και τα ανιόντα Cl και SO4. Τα βαρέα μέταλλα υπήρχαν σε όλες τις τέφρες, σε συγκεντρώσεις που παρουσίαζαν διακυμάνσεις ανάλογα με την εγκατάσταση και το είδος των ΑΣΑ. Τα μέταλλα στην τέφρα πυθμένα γενικά είναι σε δομές τέτοιες ώστε δεν παρουσιάζουν κινητικότητα, δηλαδή έχουν μικρό δυναμικό έκπλυσης, σε σχέση με τα αντίστοιχα από την ιπτάμενη τέφρα.

19 Ποιοτικά χαρακτηριστικά τέφρας πυθμένα από αποτεφρωτήρες ΑΣΑ 2/2 Οι διοξίνες και τα φουράνια είναι ισχυρά συνδεδεμένες με τα σωματίδια της τέφρας και ως εκ τούτου δεν διαλύονται σε υδατικά διαλύματα. Με τον τρόπο αυτό η εκπλυσιμότητά τους απότοαρχικόυλικόείναιαμελητέα. Μια άλλη ομάδα οργανικών ενώσεων είναι οι πολυαρωματικοί υδρογονάνθρακες, που αποτελούν ένα μέτρο της καλής λειτουργίας ενός αποτεφρωτήρα. Σε αποτεφρωτήρες με ανάκτηση ενέργειας, έχει παραχθεί τέφρα πυθμένα με συγκέντρωση σε πολυαρωματικούς υδρογονάνθρακες μικρότερη από 100 ng/g, κάτω από βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας.

20 Διαχείριση και αξιοποίηση τέφρας πυθμένα Διεθνής Πρακτική Έργα οδοποιίας, ως υπόβαση αδρανών υλικών (Γαλλία, Ηνωμένο Βασίλειο, ΗΠΑ), ηχοπετάσματα, ανεμοφράγματα, ως πληρωτικό υλικό σε αναχώματα κ.α. Στους ΧΥΤΥ, ως υλικό επικάλυψης ΑΣΑ (μερική υποκατάσταση χώματος ημερήσιας κάλυψης)

21 Τυπική σύσταση ιπτάμενης τέφρας από μονάδες WtE Παράμετρος Τιμή Παράμετρος Τιμή Si, g/kg Cd, mg/kg Al, g/kg Co, mg/kg Fe, g/kg Cr, mg/kg Ca, g/kg Cu, mg/kg Mg, g/kg Hg, mg/kg 0,8-7 K, g/kg Mo, mg/kg Na, g/kg Ni, mg/kg Ti, g/kg 7,5-12 Pb, mg/kg S, g/kg Se, mg/kg 6,1-31 Cl, g/kg Sn, mg/kg P, g/kg 4,8-9,6 Sr, mg/kg Mn, g/kg 0,8-1,7 V, mg/kg Ag, mg/kg W, mg/kg Nd As, mg/kg Zn, mg/kg Ba, mg/kg PCDD, μg/kg Be, mg/kg Nd PCDF 48-69

22 Διαχείριση και αξιοποίηση ιπτάμενης τέφρας 1/2 Διεργασία Μεταβολή βάρους, % Κόστος, /ton τέφρας Σταθεροποίηση με τσιμέντο Υαλοποίηση Τήξη Όξινη + θερμική επεξεργασία Σταθεροποίηση με FeSO Σταθεροποίηση με CO Σταθεροποίηση με PO

23 Διαχείριση και αξιοποίηση ιπτάμενης τέφρας 2/2 Μετά από φυσικοχημική επεξεργασία, η αδρανοποιημένη ι.τ. : Πλήρωση αλατωρυχείων και μεταλλείων (σταθεροποίηση εδάφους) Έργα οδοποιίας (Γερμανία) Εξουδετέρωση όξινων αποβλήτων (π.χ. βιομηχανία τιτανίου στη Νορβηγία) Υλικά κατασκευών (αμμοχάλικο για σκυρόδεμα και πλίνθοι από κονιορτοποιημένη τέφρα, Ολλανδία ) Εναλλακτικά διάθεση σε ειδική κυψέλη του ΧΥΤΥ

24 Μονάδα LIPOR στην Πορτογαλία Μονάδα Θερμικής Επεξεργασίας (WTE), δυναμικότητας tpa Παράγονται 25 MW e ηλεκτρισμού, εξυπηρετώντας κατοίκους Η ιπτάμενη τέφρα αδρανοποιείται on site σε έκταση μόλις 1,5 στρ. Η τέφρα πυθμένα είναι αδρανής και οδηγείται στην οδοποιία

25 Μονάδα Θερμικής Επεξεργασίας Valorsul Πορτογαλία Δυναμικότητα tpa, σε έκταση 40 στρεμμάτων Έχει 3 γραμμές και παράγει 50 MW ηλεκτρικής ισχύος SNCR, semi-dry scrubbers, φίλτρα ενεργού άνθρακα, ESP και σακκόφιλτρα

26 Επεξεργασία Τέφρας Πυθμένα Δέχεται tpa τέφρας πυθμένα, σε μια έκταση 28 στρέμματα Ανακτώνται το 100% τωνσιδηρούχωνκαιτο70% των μη σιδηρούχων μετάλλων Η υπολειπόμενη τέφρα ως αδρανές οδηγείται ως υλικό επικάλυψης σε ΧΥΤΥ, ως αδρανές στη οδοποιία ή ως υλικό πλήρωσης σε ορυχεία

27 Σύνοψη Μοντέρνες μονάδες WtE με ελάχιστες περιβαλλοντικές επιπτώσεις συγκριτικά με όλες τι άλλες τεχνολογίες Παραγωγή στερεών υπολειμμάτων 20-28% της τροφοδοσίας Τα στερεά υπολείμματα περιλαμβάνουν τέφρα πυθμένα και ιπτάμενη τέφρα Η τέφρα πυθμένα αποτελεί 80-95% της τέφρας, το υπόλοιπο είναι η ιπτάμενη τέφρα Η τέφρα πυθμένα είναι αδρανής και έχει αρκετές εφαρμογές Η ιπτάμενη τέφρα σταθεροποιείται (αδρανοποιείται) με διάφορες τεχνικές για τη μείωση της εκπλυσιμότητας