1 ΘΕΡΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΙΑ
ΘΕΡΜΙΚΗ ΕΠΕΞΕΡΓΑΙΑ ΣΕΡΕΩΝ ΑΠΟΡΡΙΜΜΑΣΩΝ Η θερμικό επεξεργαςύα των απορριμμϊτων αποβλϋπει: Στην ελαχιςτοπούηςη του τελικού προσ διϊθεςη όγκου Στη μετατροπό τουσ ςε υλικϊ μη επιβλαβό για την ανθρώπινη υγεύα και το περιβϊλλον Στην εκμετϊλλευςη τησ περιεχόμενησ ςε αυτϊ ενϋργειασ και τη βελτιςτοπούηςη τησ ενεργειακόσ απόδοςησ. 2
Σεχνολογίεσ κερμικισ επεξεργαςίασ Η θερμικό επεξεργαςύα των ςτερεών αποβλότων αφορϊ ςε διαδικαςύεσ μετατροπόσ των ςτερεών αποβλότων ςε αϋρια, υγρϊ και ςτερεϊ προώόντα, με ταυτόχρονη ό ςυνεπακόλουθη αποδϋςμευςη θερμικόσ ενϋργειασ. Οι τεχνολογύεσ αυτϋσ μπορούν να κατηγοριοποιούνται ωσ εξόσ: Αποτϋφρωςη (καύςη) Πυρόλυςη Αεριοπούηςη Τεχνικό πλϊςματοσ 3
Σεχνολογίεσ κερμικισ επεξεργαςίασ 4 Τα ςυςτόματα θερμικόσ επεξεργαςύασ μπορούν να διαχωριςτούν ςύμφωνα με τισ ανϊγκεσ τουσ ςε οξυγόνο: Η καύςη μπορεύ να γύνει εύτε με την απαιτούμενη ακριβό ποςότητα οξυγόνου και λϋγεται ςτοιχειομετρικό καύςη (Stoichiometric combustion) εύτε με περιςςότερο οξυγόνο από το αναγκαύο και ονομϊζεται καύςη με περύςςεια οξυγόνου (excess-air combustion). Και ςτισ δύο περιπτώςεισ χρηςιμοποιεύται ο όροσ αποτϋφρωςη (incineration) Η πυρόλυςη προώποθϋτει την απουςύα οξυγόνου για να γύνει η θερμικό διϊςπαςη των ςτερών αποβλότων. Η αεριοπούηςη απαιτεύ την τόρηςη αυςτηρών αναλογιών μεταξύ οργανικού ϊνθρακα των αποβλότων και οξυγόνου (υποςτοιχειομετρικό), ϋτςι ώςτε να επιτευχθεύ ατελόσ καύςη των οργανικών υλικών των αποβλότων και να παραχθεύ αϋριο αποτελούμενο από κυρύωσ από CO, H 2 και κορεςμϋνουσ αϋριουσ υδρογονϊνθρακεσ.
Πρωτεύοντα και δευτερεύοντα προώόντα των μεθόδων θερμικόσ επεξεργαςύασ αποβλότων Μϋθοδοσ Καύςη Πυρόλυςη Αεριοπούηςη Τεχνολογύα πλϊςματοσ Πρωτεύον Προώόν Θερμότητα Ελαιώδεσ κλϊςμα & ϊνθρακασ Καύςιμο αϋριο Δευτερεύον Προώόν Ηλεκτριςμόσ Εναλλακτικϊ καύςιμα 5
Βαςικζσ αρχζσ λειτουργίασ εγκαταςτάςεων κερμικισ επεξεργαςίασ ςτερεών αςτικών αποβλιτων Σε γενικϋσ γραμμϋσ, οι βαςικϋσ αρχϋσ λειτουργύασ και οι προδιαγραφϋσ, που πρϋπει να πληρούνται, ςε όλεσ τισ εγκαταςτϊςεισ θερμικόσ επεξεργαςύασ ςτερεών αςτικών αποβλότων, εύναι κοινϋσ και μεταξύ ϊλλων περιλαμβϊνουν τισ εξόσ: Σταθερϋσ ςυνθόκεσ λειτουργύασ. Ευχϋρεια προςαρμογόσ ςε απότομεσ αλλαγϋσ τησ ςύςταςησ και τησ ποςότητασ τροφοδοςύασ. Ευελιξύα προςαρμογόσ ςτισ βραχυπρόθεςμεσ και μακροπρόθεςμεσ διακυμϊνςεισ τησ ςύνθεςησ και τησ ποςότητασ του καυςύμου. Πλόρησ ϋλεγχοσ των ρύπων ςτισ εκπομπϋσ. Μεγιςτοπούηςη τησ αξιοπούηςησ τησ θερμικόσ ενϋργειασ, κυρύωσ για την παραγωγό ηλεκτρικόσ ενϋργειασ. Ελαχιςτοπούηςη του κόςτουσ καταςκευόσ και λειτουργύασ. 6
Παπάμεηποι Τςπικών Σςνθηκών Λειηοςπγίαρ & Πποϊόνηα Μεθόδων Θεπμικήρ Επεξεπγαζίαρ Αποππιμμάηων Παρϊμετροσ Αποτϋφρωςη Πυρόλυςη Αεριοπούηςη Συνθήκεσ Λειτουργίασ Θερμοκραςύα ο C 800-1150 250-700 500-1600 Πύεςη 1 1 1-45 Περιβϊλλον Διεργαςύασ Στοιχειομετρικό αναλογύα αϋρασ Απουςύα αϋρα Ελεγχόμενοσ αϋρασ και υγραςύα ( Ο 2, Η 2 Ο) >1 0 <1 Αϋρια φϊςη CO 2, H 2 O, N 2, O 2 και ιχνοενώςεισ Προΰόντα H 2, CO, H 2 O, N 2, υδρογονϊθρακεσ H 2, CO, CO 2, H 2 O, N 2, CH 4 7 Στερεϊ φϊςη Τϋφρα, ςκωρύα Τϋφρα, κωκ Τϋφρα, ςκωρύα Υγρό φϊςη Ϋλαια πυρόλυςησ και νερό Μικρό ποςότητα ςυμπυκνωμϋνου υγρού
1. Αποτζφρωςη - καφςη Η πλϋον διαδεδομϋνη από τισ μεθόδουσ θερμικόσ επεξεργαςύασ εύναι η καύςη, όπου αξιοποιεύται μόνο η θερμικό ενϋργεια των αερύων τησ διεργαςύασ καύςησ για την παραγωγό θερμότητασ και ηλεκτρικόσ ενϋργειασ. Τα βαςικότερα μειονεκτήματα αυτήσ τησ τεχνολογίασ είναι: τα πολυδϊπανα ςυςτόματα καθαριςμού που απαιτούνται για την αντιμετώπιςη τησ παραγωγόσ διοξινών, φουρανύων και ϊλλων τοξικών αϋριων ρύπων και το τοξικό ςτερεό υπόλειμμα που μϋνει ωσ παραπροώόν τησ διεργαςύασ και το οπούο πρϋπει να υποςτεύ επεξεργαςύα πριν την εναπόθεςό του ςτουσ χώρουσ υγειονομικόσ ταφόσ. 8
Αποτζφρωςη - καφςη Η καύςη (αποτϋφρωςη) των αποβλότων εύναι η οξεύδωςη, δηλαδό η ϋνωςη των χημικών ςτοιχεύων των ςτερεών αποβλότων με το οξυγόνο. Σκοπόσ τησ μεθόδου εύναι η ελϊττωςη του όγκου των απορριμμϊτων με ταυτόχρονη μετατροπό μεγϊλου μϋρουσ τουσ ςε αδρανό υλικϊ και η κατϊ το δυνατό εκμετϊλλευςη τησ περιεχόμενησ ςτα απορρύμματα ενϋργειασ για διϊφορουσ ςκοπούσ (π.χ. θϋρμανςη, παραγωγό ατμού, παραγωγό ηλεκτρικόσ ενϋργειασ). 9
Αποτζφρωςη - καφςη Για να εύναι αποτελεςματικό η καύςη των απορριμμϊτων ςτερεών αποβλότων, πρϋπει να πληρούνται οι παρακϊτω ελϊχιςτεσ απαιτόςεισ: Ποςοςτό περιεχόμενησ υγραςύασ μικρότερο από 50% κ.β. Περιεκτικότητα ςε καύςιμα υλικϊ τουλϊχιςτον 25% κ.β. Κατώτερη θερμογόνοσ δύναμη (ΚΘΔ) -lower heat value (LHV)- των αποβλότων τουλϊχιςτον 3350 KJ/Kg. 10
11 Αποτζφρωςη - καφςη Κατϊ την καύςη, λαμβϊνουν χώρα οι παρακϊτω φυςικϋσ και χημικϋσ διεργαςύεσ: Ι. Ξόρανςη Η ξόρανςη των αποβλότων επιτυγχϊνεται με την ϋκθεςό τουσ ςε θερμοκραςύα τουλϊχιςτον 100 o C. Η απαιτούμενη για την ξόρανςη θερμότητα εξαρτϊται από τη ςύνθεςη των αποβλότων και την περιεχόμενη ςε αυτϊ υγραςύα. ΙΙ. Θερμικό διϊςπαςη των οργανικών ενώςεων Η θερμικό διϊςπαςη των οργανικών ενώςεων επιτυγχϊνεται ςε θερμοκραςύεσ που κυμαύνονται από 250-900 o C και κατϊ την ανϊπτυξό τησ απομακρύνονται τα πτητικϊ οργανικϊ υλικϊ.
ΙΙΙ. Απαερύωςη Αποτζφρωςη - καφςη Η απαερύωςη περιλαμβϊνει τη μετατροπό των οργανικών υλικών, κϊτω από υψηλϋσ θερμοκραςύεσ, ςε αϋριο καύςιμο υλικό. Η διεργαςύα αναπτύςςεται ςε θερμοκραςύεσ που κυμαύνονται από 800-1150 o C. IV. Κύρια καύςη Η κύρια καύςη περιλαμβϊνει την πλόρη οξεύδωςη των αερύων που παρϊγονται κατϊ την απαερύωςη των αποβλότων ςε διοξεύδιο του ϊνθρακα και νερό. Ανϊλογα, με τη ςύςταςη των αποβλότων παρϊγονται και ϊλλα αϋρια προώόντα όπωσ οξεύδια του θεύου και του αζώτου κ.λπ. 12
Αποτζφρωςη - καφςη Η πιο ςημαντικό παρϊμετροσ ςτη διεργαςύα τησ καύςησ εύναι η παρουςύα του οξυγόνου. Κατϊ τη διεξαγωγό τησ πλόρουσ καύςησ επικρατεύ περύςςεια οξυγόνου, ενώ ςτη περύπτωςη ϋλλειψησ οξυγόνου, οι αντιδρϊςεισ που λαμβϊνουν χώρα χαρακτηρύζονται ωσ αντιδρϊςεισ ατελούσ καύςησ Κατϊ την πλόρη καύςη λαμβϊνουν χώρα οι εξόσ αντιδρϊςεισ. C + O 2 CO 2 + 39830 KJ/Kg H 2 + 0,5 O 2 H 2 O + 119620 KJ/Kg S + O 2 SO 2 + 9250 KJ/Kg 13
Αποτζφρωςη - καφςη Στισ περιπτώςεισ που η καύςη δεν εύναι πλόρησ, αλλϊ λαμβϊνει χώρα παρϊλληλα και ατελόσ καύςη, οι κύριεσ αντιδρϊςεισ εύναι: C + 0,5 O 2 CO + 10460 KJ/Kg CO + 0,5 O 2 CO 2 + 23370 KJ/Kg 14
Αποτζφρωςη - καφςη 15 Για να επιτευχθεύ πλόρησ καύςη των ςτερεών αποβλότων εύναι απαραύτητεσ οι ακόλουθεσ προώποθϋςεισ: ύπαρξη επαρκούσ ποςότητασ καύςιμου υλικού και οξεδωτικού μϋςου (Ο 2 ) ςτην εςτύα καύςησ. εφικτό θερμοκραςύα ανϊφλεξησ (για τα απορρύμματα, η θερμοκραςύα ανϊφλεξησ κυμαύνεται γύρω ςτουσ 400 ο C) κατϊλληλη αναλογύα μύγματοσ (καύςιμησ ύλησ - οξυγόνου) ςυνεχόσ απομϊκρυνςη των αερύων τα οπούα παρϊγονται κατϊ την καύςη ςυνεχόσ απομϊκρυνςη των υπολειμμϊτων τησ καύςησ (ϊκαυςτα υλικϊ) διατόρηςη κατϊλληλησ θερμοκραςύα ςτον κλύβανο καύςησ επαρκόσ χρόνοσ παραμονόσ των αποβλότων ςτην περιοχό που λαμβϊνει χώρα η κύρια καύςη δημιουργύα τυρβώδουσ ροόσ και ανακύνηςη των αποβλότων
Αποτζφρωςη - καφςη Τα προώόντα τησ διαδικαςύασ καύςησ εύναι τα ακόλουθα: Απαϋρια (με υδρατμούσ) που μετϊ από επεξεργαςύα διοχετεύονται ςτην ατμόςφαιρα, δεςμεύοντασ τα επικύνδυνα ςτερεϊ που ςυνοδεύουν τη φϊςη αυτό. Ανόργανη τϋφρα Υγρό απόβλητο το οπούο παρϊγεται κατϊ τισ διαδικαςύεσ ςβϋςησ τησ τϋφρασ και ψύξησ των αερύων Θερμότητα που μπορεύ να χρηςιμοποιηθεύ για την παραγωγό ατμού ό ηλεκτρικόσ ενϋργειασ 16
Σφποι μονάδων αποτζφρωςησ Οι μονϊδεσ αποτϋφρωςησ χωρύζονται ςε δύο μεγϊλεσ κατηγορύεσ, 1. τισ μονϊδεσ που απαιτούν ελϊχιςτη προεπεξεργαςύα των απορριμμϊτων ςτερεών αποβλότων, λειτουργούν με μικτϊ ςτερεϊ απορρύμματα (μονϊδεσ μαζικόσ καύςησ - mass-fired) 2. και τισ μονϊδεσ που λειτουργούν με τα λεγόμενα δευτερογενό καύςιμα (SRF- Solid RefuseFuel ό RDF -Refuse Derived Fuel). Οι μονϊδεσ μαζικόσ καύςησ εύναι ο επικρατϋςτεροσ τύποσ 17
Μονάδεσ μαηικισ καφςθσ - mass-fired Οι μονϊδεσ τύπου mass-fired αποτελούν και την πλειονότητα των εγκατεςτημϋνων μονϊδων. Το μεγϊλο λειτουργικό τουσ πλεονϋκτημα εύναι ότι τα απόβλητα ειςϊγονται χωρύσ ιδιαύτερη προεπεξεργαςύα ςτη μονϊδα καύςησ, με αποτϋλεςμα να μην απαιτεύται η ύπαρξη ςυςτόματοσ μηχανικόσ διαλογόσ για το διαχωριςμό του οργανικού καύςιμου υλικού. Στην περύπτωςη αυτό απαιτεύται αποτελεςματικόσ ϋλεγχοσ των ειςαγομϋνων αποβλότων, ϋτςι ώςτε να αποφεύγονται πιθανού κύνδυνοι για τη λειτουργύα τησ μονϊδασ π.χ. ειςαγωγό ογκωδών ό επικινδύνων αποβλότων. 18
19 Μονάδεσ καφςθσ RDF Οι μονϊδεσ τύπου RDF - fired παρουςιϊζουν οριςμϋνα ςημαντικϊ πλεονεκτόματα, ςε ςχϋςη με τισ μονϊδεσ mass-fired, όπωσ: Εντϊςςονται ευκολότερα ςε δύκτυο ανϊκτηςησ και διανομόσ ενϋργειασ γιατύ το RDF ϋχει μεγαλύτερη θερμογόνο δύναμη (ςε ςχϋςη με τα μικτϊ απορρύμματα) και πολύ μικρότερεσ διακυμϊνςεισ ςτο ενεργειακό περιεχόμενο. Ο ϋλεγχοσ μιασ μονϊδασ RDF-fired εύναι πιο εύκολοσ. Ο χώροσ που απαιτεύται εύναι λιγότεροσ. Η προεπεξεργαςύα των απορριμμϊτων για την παραγωγό RDF δύνει τη δυνατότητα απομϊκρυνςησ αποβλότων όπωσ τα πλαςτικϊ, τα μϋταλλα κ.α. τα οπούα ςυνειςφϋρουν ςτη δημιουργύα επικύνδυνων ρύπων που μεταφϋρονται με τα αϋρια τησ μονϊδασ αποτϋφρωςησ. Παρϊ το γεγονόσ ότι οι μονϊδεσ αυτϋσ παρουςιϊζουν τα πιο πϊνω πλεονεκτόματα, εντούτοισ εύναι πολύ λιγότερεσ από τισ μονϊδεσ τύπου mass-fired, λόγω του ότι προώποθϋτουν την ύπαρξη μονϊδασ παραγωγόσ διαχωριςμού των μικτών απορριμμϊτων και παραγωγόσ RDF.
20 Τςπική διαηομή μονάδαρ αποηέθπωζηρ αποππιμμάηων ηύπος mass-fired, με ανάκηηζη ενέπγειαρ
21 Τςπική μονάδα αποηέθπωζηρ ΑΣΑ με ηαςηόσπονη παπαγωγή ηλεκηπικήρ ενέπγειαρ
φςτθμα μαηικισ καφςθσ ΑΑ Σε ϋνα ςύςτημα μαζικόσ καύςησ, τα απορρύμματα υποβϊλλονται ςε ελϊχιςτη επεξεργαςύα πριν τοποθετηθούν ςτη χοϊνη φόρτωςησ του ςυςτόματοσ. Ο χειριςτόσ του γερανού που τροφοδοτεύ το ςύςτημα μπορεύ χειρονακτικϊ να αφαιρϋςει κϊποια εμφανώσ παρϊταιρα αντικεύμενα, όμωσ πρϋπει να υποτεθεύ ότι οτιδόποτε υπϊρχει ςτην παροχό των απορριμμϊτων θα καταλόξει ςτο ςύςτημα, όπωσ μεγϊλα μη διαςπώμενα αντικεύμενα (π.χ. ψυγεύα) ό ακόμη και πιθανϊ επικύνδυνα απορρύμματα. Για αυτούσ τουσ λόγουσ, το ςύςτημα πρϋπει να εύναι ςχεδιαςμϋνο ϋτςι ώςτε να μπορεύ να διαχειριςτεύ τϋτοια απορρύμματα χωρύσ βλϊβη ςτον εξοπλιςμό ό τραυματιςμό του προςωπικού. Η περιεχόμενη ενϋργεια των απορριμμϊτων μπορεύ να ϋχει μεγϊλεσ διακυμϊνςεισ ανϊλογα με την εποχό, το κλύμα και την πηγό των απορριμμϊτων. 22
φςτθμα μαηικισ καφςθσ ΑΑ Ιδιαύτερα ςημαντικό τμόμα των εγκαταςτϊςεων αποτϋφρωςησ ΑΣΑ αποτελούν οι μονϊδεσ επεξεργαςύασ των παραγόμενων απαερύων, οι οπούεσ εκπροςωπούνται από διϊφορεσ διατϊξεισ, όπωσ πλυντρύδεσ, ηλεκτροςτατικϊ φύλτρα, κυκλώνεσ, ςακκόφιλτρα, κα., η επιλογό των οπούων βαςύζεται ςτη ςύςταςη των προσ επεξεργαςύα απαερύων και ςτα επιτρεπτϊ όρια εκπομπών τησ όλησ εγκατϊςταςησ. 23
Προϊόντα και απόβλθτα καφςθσ Κατϊ τη διεργαςύα τησ καύςησ, πϋρα από τα τυπικϊ προώόντα τησ καύςησ, δηλαδό το διοξεύδιο του ϊνθρακα, ο ατμόσ, το μονοξεύδιο του ϊνθρακα, παρϊγεται ανϊλογα με την ποιότητα των αποβλότων και μια ςειρϊ ϊλλων ουςιών, όπωσ το διοξεύδιο του θεύου, τα οξεύδια του αζώτου, το υδροχλώριο, το υδροφθόριο, πολυκυκλικού υδρογονϊνθρακεσ κλπ. Επύςησ, πρϋπει να αναφερθεύ ότι κατϊ την καύςη των ςτερεών αποβλότων ϋνα ποςοςτό παραμϋνει ςαν ςτερεό υπόλειμμα, το οπούο αντιςτοιχεύ ςτο 25-30% του βϊρουσ των ειςερχόμενων αποβλότων. Η ποςότητα των υπολειμμϊτων εξαρτϊται από τη ςύνθεςη των ειςαγόμενων αποβλότων και τα τεχνικϊ χαρακτηριςτικϊ τησ εγκατϊςταςησ τησ καύςησ. 24
Από τθ διαδικαςία αποτζφρωςθσ των απορριμμάτων προκφπτουν τριών ειδών απόβλθτα: αζρια, υγρά και ςτερεά. Αέριεσ εκπομπέσ 25 Κατά την αποτέφρωςη παράγονται περίπου 4.000-5.000 m 3 καυςαερίων ανά τόνο απορριμμάτων. Τα αϋρια που παρϊγονται κατϊ την αποτϋφρωςη περιϋχουν : τα τυπικϊ προώόντα τησ καύςησ (CO, CO 2, H 2 O, NOx, SO 2 ), Ϊζωτο και περύςςεια 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 Ιπτϊμενη τϋφρα και αιωρούμενα ςωματύδια βαρϋα μϋταλλα και πολυκυκλικού υδρογονϊνθρακεσ (διοξύνεσ, φουρϊνια).
Θερμογόνοσ δφναμθ των καυςαερίων / ανάκτθςθ ενζργειασ Τα καυςαϋρια αυτϊ βρύςκονται ςε θερμοκραςύα περύπου 1000 o C η οπούα μειώνεται απότομα ςτουσ 350 o C, κατϊ την πρώτη φϊςη καθαριςμού των απαερύων και η θερμότητα που προκύπτει από την ψύξη μπορεύ να αξιοποιηθεύ ςε διϊφορεσ χρόςεισ. Η θερμογόνοσ δύναμη των καυςαερύων και του ατμού χρηςιμοποιεύται ςυνόθωσ για ανϊκτηςη ενϋργειασ (ςυςτόματα καύςησ με ανϊκτηςη ενϋργειασ). Ϋνα μϋροσ τησ θερμογόνου τουσ δύναμησ μπορεύ να χρηςιμοποιηθεύ για προθϋρμανςη του ειςερχόμενου ςτον αποτεφρωτό αϋρα, όταν αυτό εύναι απαραύτητο ό ςκόπιμο. Μετϊ την ανταλλαγό θερμότητασ για προθϋρμανςη το μύγμα καυςαερύων-ατμών αποκτϊ μικρότερη θερμοκραςύα. Περαιτϋρω αξιοπούηςη τησ απομϋνουςασ θερμογόνου δύναμησ μπορεύ να γύνει με παραγωγό ηλεκτρικόσ ενϋργειασ, τυπικϊ μϋςω ςυςτόματοσ καυςτόρα για παραγωγό ατμού και γεννότριασ. 26
Θερμογόνοσ δφναμθ των καυςαερίων / ανάκτθςθ ενζργειασ Η ενεργειακό απόδοςη τησ γεννότριασ εύναι περύπου 85%, με την ϋννοια ότι το 85% τησ θερμογόνου δύναμησ των ατμών αποτελεύ το ϊθροιςμα τησ ωφϋλιμησ και αξιοποιόςιμησ θερμικόσ και ηλεκτρικόσ ενϋργειασ. Ωςτόςο μόνο το 31-32% τησ θερμογόνου δύναμησ των ατμών μετατρϋπεται ςε ηλεκτρικό ενϋργεια και το υπόλοιπο 53-54% προςδύδεται με τη μορφό αξιοποιόςιμησ θερμικόσ ενϋργειασ (π.χ. για ςυμπληρωματικό προθϋρμανςη του αϋρα). 27
Οπιακέρ ημεπήζιερ μέζερ ηιμέρ αημοζθαιπικών πύπων από εγκαηαζηάζειρ καύζηρ [ 2000/76/ΕΚ] Οιηθόο θνληνξηόο 10 mg/m 3 Οξγαληθέο νπζίεο ππό κνξθή αεξίσλ θαη αηκώλ, ππνινγηδόκελεο σο νιηθόο νξγαληθόο άλζξαθαο (TOC) 10 mg/m 3 Υδξνριώξην (HCl) 10 mg/m 3 Υδξνθζόξην (HF) 1 mg/m 3 Δηνμείδην ηνπ ζείνπ (SO 2 ) 50 mg/m 3 Υπνμείδην ηνπ αδώηνπ (NO) θαη νμείδην ηνπ αδώηνπ (NO 2 ), ππνινγηδόκελα σο νμείδην ηνπ αδώηνπ, γηα πθηζηάκελεο κνλάδεο απνηέθξσζεο νλνκαζηηθήο σξηαίαο δπλακηθόηεηαο άλσ ησλ ηξηώλ ηόλσλ ή λέεο κνλάδεο απνηέθξσζεο 200 mg/m 3 Υπνμείδην ηνπ αδώηνπ (NO) θαη νμείδην ηνπ αδώηνπ (NO 2 ), ππνινγηδόκελα σο νμείδην ηνπ αδώηνπ, γηα πθηζηάκελεο κνλάδεο απνηέθξσζεο νλνκαζηηθήο σξηαίαο δπλακηθόηεηαο ηξηώλ ηόλσλ ή κηθξόηεξεο 400 mg/m 3 28
Διοξίνεσ και φουράνια Από τουσ πιο επικύνδυνουσ ρύπουσ που μπορεύ να περιϋχονται ςτα καυςαϋρια που παρϊγονται κατϊ την αποτϋφρωςη εύναι οι διοξύνεσ (πολυχλωριωμϋνεσ διβενζοδιοξύνεσ, PCDD), οι οπούεσ αποτελούνται από δύο αρωματικούσ δακτυλύουσ ενωμϋνουσ με ϋνα ζεύγοσ ατόμων οξυγόνου. Εξύςου επικύνδυνοι ρύποι εύναι και τα φουρϊνια (PCDF), τα οπούα διαφϋρουν από τισ διοξύνεσ ςτο γεγονόσ ότι οι δύο αρωματικού δακτύλιοι ςυνδϋονται με ϋνα ϊτομο οξυγόνου 29
30 Χημικοί ηύποι Διοξινών (α) και θοςπανίων (b)
Πολυχλωριωμζνεσ Διβενηο-π-Διοξίνεσ και Διβενηοφουράνια 31 Οι διοξύνεσ και τα φουρϊνια (πολυχλωριωμϋνεσ διβενζο-π-διοξύνεσpolychlorinated diben zo-p-dioxins - PCDDs) και τα πολυχλωριωμϋνα διβενζοφουρϊνια-polychlorinated dibenzofurans PCDFs) δημιουργούνται ωσ υπολειμματικϊ παραπροώόντα κατϊ τη διϊρκεια καύςησ υπό υψηλϋσ θερμοκραςύεσ υλικών που περιϋχουν χλώριο και οργανικϋσ ενώςεισ Ανιχνεύςιμεσ ποςότητεσ (0.1-0.6 μg/g) PCDD και PCDF υπϊρχουν ςτην ιπτϊμενη τϋφρα των εγκαταςτϊςεων καύςησ αςτικών απορριμϊτων. Μεγαλύτερεσ ποςότητεσ ςχηματύζονται κατϊ την καύςη απορριμϊτων που περιϋχουν διϊφορεσ οργανοχλωριωμϋνεσ ενώςεισ. Το γεγονόσ αυτό πρϋπει να λαμβϊνεται ςοβαρϊ υπόψη ςτο ςχεδιαςμό και ςτην εγκατϊςταςη μονϊδων καύςησ απορριμϊτων. Ϋχει διαπιςτωθεύ ότι, όταν η καύςη των απορριμμϊτων γύνεται ςε θερμοκραςύεσ μεγαλύτερεσ από 1100 C, τότε οι ποςότητεσ των PCDD και PCDF ςτϊ αερολύματα περιορύζονται ςημαντικϊ.
διοξίνεσ και φουράνια Μπορούν επύςησ να ανιχνευτούν ςτισ εκπομπϋσ αυτοκινότων, ςταθμών ενϋργειασ, πυρκαγιών και κατϊ την τόξη υπολειμματικών μετϊλλων. Επύςησ δημιουργούνται κατϊ τη παραγωγό φυτοφαρμϊκων και ςυντηρητικών ξύλου. Σε χώρεσ με ςημαντικό βιομηχανικό ανϊπτυξη τα επύπεδα των διοξινών και τωνφουρανύων ςε αςτικϋσ περιοχϋσ εύναι περύπου 4 φορϋσ υψηλότερα από αυτϊ τησ υπαύθρου. Οι διοξύνεσ και τα φουρϊνια εύναι ςταθερϋσ ενώςεισ και διαςπώνται πολύ αργϊ ςτο περιβϊλλον. 32
διοξίνεσ και φουράνια Από τον ϊνθρωπο μπορούν να προςληφθούν μϋςω τησ αναπνοόσ ό τησ απορρόφηςησ από το δϋρμα αλλϊ μόνο ςε περιπτώςεισ που εκλύονται ςε πολύ μικρό απόςταςη από τουσ αποδϋκτεσ. Η παρουςύα των διοξινών και των φουρανών ςτον ανθρώπινο οργανιςμό οφεύλεται ςχεδόν εξ ολοκλόρου ςτην ειςαγωγό τουσ μϋςω των τροφών. Τόςο οι πτητικϋσ όςο και οι δεςμευμϋνεσ ςε ςωματύδια διοξύνεσ και φουρϊνια αποτύθενται ςε φυτϊ που χρηςιμεύουν για βοςκό (μϋςω των οπούων μπορούν να ειςϋλθουν ςτο κρϋασ ό ςτα γαλακτοκομικϊ προώόντα), καθώσ και ςτα φρούτα και τα λαχανικϊ που προορύζονται για κατανϊλωςη από τον ϊνθρωπο. Όταν εναποτύθενται ςτο ϋδαφοσ, δεςμεύονται από τα ςωματύδια του εδϊφουσ και δεν ειςϋρχονται ϊμεςα ςτην τροφικό αλυςύδα. Στο ανθρώπινο ςώμα οι διοξύνεσ και τα φουρϊνια εύναι λιποδιαλυτϊ και παραμϋνουν για μεγϊλεσ περιόδουσ, ειδικϊ ςτο ςυκώτι και ςτουσ λιπαρούσ ιςτούσ. 33
διοξίνεσ και φουράνια Οι περιςςότερεσ από τισ πληροφορύεσ που υπϊρχουν για την κατηγορύα των ενώςεων αυτών αναφϋρονται ςτην τετραχλωρο-π διβενζοδιοξύνη (TCDD). Η ουςύα αυτό εξαιτύασ τησ μεγϊλησ τησ τοξικότητασ (εύναι 10.000 φορϋσ πιο τοξικό από το κυανιούχο κϊλιο - ό LD 50 εύναι 1 μg kg- 1 ), αποτελεύ ιςχυρό δηλητόριο του περιβϊλλοντοσ. Γνωςτό εύναι το ατύχημα που ςυνϋβη το 1976 ςε χημικό εργοςτϊςιο ςτο Seveso τησ Ιταλύασ. Κατϊ το ατύχημα αυτό, ποςότητα 2,5 kg TCDD διϋρρευςε από τισ εγκαταςτϊςεισ παραγωγόσ, τρι χλωροφαινόλησ και ρύπανε τη γύρω περιοχό. Πολλϊ ϊτομα ϋπαθαν ςοβαρϋσ δερματικϋσ βλϊβεσ, ενώ μετϊ το 1976 αυξόθηκε δραματικϊ τόςο ο αριθμόσ των αποβολών ςτισ ϋγκυεσ γυναύκεσ, όςο κι ο αριθμόσ των νεκρών νεογϋννητων. Η μελϋτη ςτο ϋδαφοσ του Seveso ϋδειξε ότι η ημιπερύοδοσ ζωόσ τησ διοξύνησ φθϊνει τα 10 χρόνια. 34
διοξίνεσ και φουράνια Ϊλλο ςοβαρό ατύχημα από το TCDD ςυνϋβη ςτη Γαλλύα όπου 30 μικρϊ παιδιϊ πϋθαναν από χρηςιμοπούηςη παιδικόσ πούδρασ, η οπούα περιεύχε εξαχλωροφαύνιο. Η TCDD περιϋχεται ςε ύχνη ςτο εξαχλωροφαύνιο, το οπούο, επειδό ϋχει βακτηριοκτόνεσ ιδιότητεσ χρηςιμοποιεύται ςε διϊφορα εύδη καλλυντικών. 35
υςτιματα επεξεργαςίασ αζριων ρφπων Για την απομϊκρυνςη των αιωρούμενων ςωματιδύων και των αερύων ρύπων εφαρμόζονται διϊφορα ςυςτόματα καθαριςμού (τα οποία αναφέρονται ςτη ςυνέχεια) Εκτόσ τησ απομϊκρυνςησ των αιωρούμενων ςτερεών, ςυχνϊ καθύςταται αναγκαύα η απομϊκρυνςη και ϊλλων αερύων ρύπων εϊν η περιεκτικότητα τουσ εύναι υψηλότερη των επιτρεπομϋνων ορύων (όπωσ το υδροχλώριο που παρϊγεται κυρύωσ κατϊ την καύςη του PVC και τα οξεύδια του αζώτου, θεύου, φωςφόρου). Η πιο αποτελεςματικό μϋθοδοσ επεξεργαςύασ των αερύων αυτών εύναι η εφαρμογό πύργων υγρόσ απορρόφηςησ. 36
υςτιματα επεξεργαςίασ αζριων ρφπων Συςτόματα επεξεργαςύασ θϊλαμοι εναπόθεςησ Προπετϊςματα διαβροχόσ Κυκλώνεσ Πύργοι υγρόσ απορρόφηςησ Ηλεκτροςτατικού κατακρημνιςτϋσ Σακκόφιλτρα Απόδοςη 40% των TSP* 95% 60-80% 80-95% 99-99,5% 99% 37 * TSP =Ολικϊ αιωρούμενα ςωματύδια
υςτιματα κακαριςμοφ των αερίων Σακκόφιλτρα: Τα αϋρια περνούν από πορώδη υλικϊ, όπου και κατακρατώνται τα αιωρούμενα ςωματύδια. Ανϊλογα με τισ απαιτόςεισ, το υλικό των φύλτρων εύναι από φυςικϋσ ύνεσ, πλαςτικϋσ ύνεσ, γυαλύ, ορυκτϊ κ.λπ. Η ςκόνη η οπούα ςυγκεντρώνεται ςτισ κυψελύδεσ των φύλτρων απομακρύνεται με δονόςεισ ό κτυπόματα ό με παροχό αϋρα κατϊ αντιρροό. 38
39 Τυπικό διαμόρφωςη ςακκόφιλτρων
υςτιματα κακαριςμοφ των αερίων Ηλεκτροςτατικοί κατακρημνιςτέσ (Ηλεκτρόφιλτρα): Οι ηλεκτροςτατικού κατακρημνιςτϋσ αποτελούνται από την κϊθοδο, η οπούα μπορεύ να εύναι ϋνα απλό λεπτό ςύρμα και την ϊνοδο, δηλαδό το εςωτερικό περύβλημα του ηλεκτρόφιλτρου. Μια ϊλλη διϊταξη αποτελεύται από ςύςτημα παραλλόλων πλακιδύων, με διαφορϊ δυναμικού ανϊμεςϊ τουσ. Μεταξύ καθόδου και ανόδου αναπτύςςεται τϊςη 30-80 KV. Όταν τα ςωματύδια ειςϋλθουν ςτο πεδύο τησ καθόδου φορτύζονται και τα αρνητικϊ οδεύουν ςτον θετικό πόλο (ϊνοδοσ). Η ταχύτητα των ςωματιδύων εξαρτϊται από τη μϊζα τουσ και τισ δυνϊμεισ Coulomb που αναπτύςςονται. 40
41 Τυπικό διαμόρφωςη ηλεκτροςτατικού κατακρημνιςτό
υςτιματα κακαριςμοφ των αερίων Κυκλώνεσ: Οι κυκλώνεσ ςτηρύζονται ςτην ανϊπτυξη φυγόκεντρησ δύναμησ κατϊ την εύςοδο των αερύων ςε ϋνα ςυμμετρικό χώρο, ο οπούοσ ςτο κϊτω μϋροσ του ϋχει ςχόμα κώνου. Τα ςωματύδια λόγω τησ φυγόκεντρησ δύναμησ και τησ περιςτροφικόσ ροόσ, οδηγούνται προσ τα τοιχώματα και μετϊ απομακρύνονται προσ τα κϊτω. Οι κυκλώνεσ ςυχνϊ εφαρμόζονται μαζύ με ηλεκτροςτατικούσ κατακρημνιςτϋσ. 42
υςτιματα κακαριςμοφ των αερίων Υγρά ςυςτήματα καθαριςμού αερίων: Το υγρό ϋρχεται ςε επαφό με τα αϋρια και λαμβϊνει χώρα μεταφορϊ ςυςτατικών από την αϋρια ςτην υγρό φϊςη. Η απορρόφηςη εξαρτϊται από την επιφϊνεια μεταφορϊσ, το χρόνο παραμονόσ και το εύδοσ του υγρού. Το υγρό ςύςτημα αναπτύχθηκε ϋτςι ώςτε να εξαςφαλύζεται και η απομϊκρυνςη των πολύ λεπτών ςωματιδύων που δεν εύναι εύκολο να απομακρυνθούν με την εφαρμογό ξηρών ςυςτημϊτων π.χ. φύλτρα. Τα κυριότερα ςυςτόματα υγρού καθαριςμού εύναι τα εξόσ: -Πύργοι καταιωνιςμού (scrubber) -Πλυντρύδεσ Ventouri -Εκχυτϋσ -Περιςτρεφόμενοι ψεκαςτόρεσ 43
Τγρά απόβλητα Υγρϊ απόβλητα Τα υγρϊ απόβλητα προκύπτουν ωσ αποτϋλεςμα τησ χρόςησ νερού κατϊ τη διαδικαςύα τησ αποτϋφρωςησ και ςυγκεκριμϋνα για τουσ εξόσ ςκοπούσ: Σβϋςη τϋφρασ (0,1 m 3 νερού/τόνο απορριμμϊτων) Ψύξη αερύων (2 m 3 νερού /τόνο απορριμμϊτων) Πύργοι υγρόσ απορρόφηςησ (2 m 3 νερού /τόνο απορριμμϊτων) Σε ηλεκτροςτατικούσ κατακρημνιςτϋσ για απομϊκρυνςη των ςωματιδύων που κατακρατούνται 44
Τγρά απόβλητα Τα υγρϊ απόβλητα περιϋχουν αιωρούμενα ςωματύδια, όπωσ επύςησ διαλυμϋνα ανόργανα και οργανικϊ ςυςτατικϊ. Χαρακτηρύζονται ωσ διαβρωτικϊ και επικύνδυνα και απαιτεύται επεξεργαςύα τουσ πριν από την τελικό διϊθεςη. 45
Οριακϋσ τιμϋσ εκπομπών για τισ απορρύψεισ υγρών αποβλότων προερχόμενων από τον καθαριςμό των καυςαερύων ςύμφωνα με την Κοινοτικό Οδηγύα 2000/76/ΕΚ. Ρππαληηθέο νπζίεο Οξηαθέο ηηκέο εθπνκπώλ (ζπγθέληξσζε θαηά κάδα γηα αδηήζεηα δείγκαηα) Οιηθά αησξνύκελα ζηεξεά, όπσο νξίδνληαη ζηελ95% / 30mg/l 100% / 45 mg/l Οδεγία 91/271/ΕΟΚ Υδξάξγπξνο θαη ελώζεηο ηνπ, σο πδξάξγπξνο (Hg) Κάδκην θαη ελώζεηο ηνπ, σο θάδκην (Cd) Θάιιην θαη ελώζεηο ηνπ, σο ζάιιην (Tl) Αξζεληθό θαη ελώζεηο ηνπ, σο αξζεληθό (As) Μόιπβδνο θαη ελώζεηο ηνπ, σο κόιπβδνο (Pb) Χξώκην θαη ελώζεηο ηνπ, σο ρξώκην (Cr) Χαιθόο θαη ελώζεηο ηνπ, σο ραιθόο (Cu) Νηθέιην θαη ελώζεηο ηνπ, σο ληθέιην (Ni) Ψεπδάξγπξνο θαη νη ελώζεηο ηνπ, σο ςεπδάξγπξνο (Zn) Δηνμίλεο θαη θνπξάληα 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
Στερεϊ κατϊλοιπα: τερεά κατάλοιπα Τα ςτερεϊ κατϊλοιπα που δημιουργούνται κατϊ την αποτϋφρωςη διακρύνονται ςτισ παρακϊτω κατηγορύεσ: Ιπτϊμενη τϋφρα (Fly ash): Αποτελεύ το ελαφρύτερο ρεύμα τϋφρασ και εύναι αυτό το οπούο παραςύρεται από τα καυςαϋρια και ςυλλϋγεται από ειδικϊ φύλτρα. Η τϋφρα αυτό ϋχει υψηλϋσ ςυγκεντρώςεισ βαρϋων μετϊλλων. Τϋφρα πυθμϋνα (Bottom ash): Πρόκειται για το υπόλειμμα που ςυγκεντρώνεται ςτον πυθμϋνα του κλιβϊνου καύςησ. Τϋφρα από τουσ λϋβητεσ (Boiler ash) Σκόνη από τα φύλτρα καθαριςμού των αερύων (Filter dust) Στερεϊ κατϊλοιπα από την διαδικαςύα καθαριςμού των απαερύων. 47
τερεά κατάλοιπα Λόγω του ρυπαντικού τουσ φορτύου απαιτεύται αποτελεςματικό επεξεργαςύα τουσ και όπου εύναι δυνατόν η ανακύκλωςό τουσ. Ανεξϊρτητα από τη μϋθοδο επεξεργαςύασ, πρϋπει να επιτυγχϊνονται τα εξόσ: Περιεκτικότητα ςε ϊκαυςτο υλικό μϋχρι 2% (επύ ξηρόσ βϊςησ) Περιεκτικότητα ςε υδατοδιαλυτϊ ςυςτατικϊ μϋχρι 1% (επύ ξηρόσ βϊςησ) Η περιεκτικότητα ςε νερό να εύναι η μικρότερη δυνατό Η περιεκτικότητα ςε ςύδηρο να εύναι πολύ μειωμϋνη Πλόρησ καταςτροφό των διοξινών φουρανύων 48
Οριακϋσ τιμϋσ ρυπαντικών παραμϋτρων ςτα ςτερεϊ απόβλητα ύςτερα από την επεξεργαςύα τουσ [Κοινοτικό Οδηγύα 2000/76/ΕΚ] ΠΑΡΑΜΕΣΡΟ Χισξηόληα 250 Θεηηθά 600 Φζόξην 3 Μόιπβδνο 0,1 Κάδκην 0,004 Χξώκην 0,04 Χαιθόο 0,5 Νηθέιην 0,04 Ψεπδάξγπξνο 0,5 Υδξάξγπξνο 0,001 Σιμή (mg/l) 49
τερεά κατάλοιπα Όλεσ οι κατηγορύεσ υπολεύμματοσ από τη θερμικό επεξεργαςύα απαιτούν προςεκτικό διαχεύριςη. Η διϊθεςη ςε χώρο ταφόσ πρϋπει να λαμβϊνει υπόψη την εκπλυςιμότητα (εκχυλιςιμότητα)των διαφόρων ςυςτατικών που περιϋχουν τα υπολεύμματα αυτϊ. Η μεύωςη μϊζασ και όγκου κατϊ την καύςη, οδηγεύ ςε «εμπλουτιςμό» των ςτερεών υπολειμμϊτων ςε βαρϋα μϋταλλα. Από τα ςτοιχεύα μϋχρι τώρα, προκύπτει ότι οι τϋφρεσ από τον καθαριςμό των αερύων και η ςκόνη από τα φύλτρα περιϋχει το μεγαλύτερο ποςοςτό των βαρϋων μετϊλλων και ςτοιχεύων όπωσ As, Cd, και Hg με εξαύρεςη των λιθοφιλικό χαλκό (Cu). Επύςησ οι τϋφρεσ βϊςησ περιϋχουν μικρότερεσ ποςότητεσ φουρανύων, διοξινών και ϊλλων οργανικών ενώςεων. 50
Ιπτάμενθ τζφρα Η ιπτϊμενη τϋφρα περιϋχει υψηλϋσ ςυγκεντρώςεισ βαρϋων μετϊλλων, διαλυτών αλϊτων, οργανικών και την υψηλότερη περιεκτικότητα από όλα τα κατϊλοιπα ςε χλωριωμϋνεσ οργανικϋσ ενώςεισ. Το επύπεδο διοξινών και φουρανύων κυμαύνεται από ppt ϋωσ ppb. Σε ανϊπτυξη βρύςκεται τεχνολογύα αδρανοπούηςησ τησ ιπτϊμενησ (πτητικόσ) τϋφρασ, η οπούα θεωρεύται επικύνδυνο απόβλητο, που τη μετατρϋπει ςε υλικό χρόςιμο για οδοποιύα, δομικϋσ εφαρμογϋσ κλπ. Η χρόςη τησ τϋφρασ βϊςησ ςτην οδοποιύα - οδοςτρωςύα εύναι πολύ ςυνηθιςμϋνη πρακτικό ςτην Ευρώπη. 51
Πλεονεκτήματα τησ μεθόδου τησ αποτζφρωςησ Με την καύςη των οικιακών απορριμμϊτων επιτυγχϊνεται: μια μεύωςη του αρχικού τουσ όγκου κατϊ 70-80% και μεύωςη του αρχικού τουσ βϊρουσ κατϊ 40%, Η παραγωγό ενϋργειασ από την ανϊκτηςη τησ θερμότητασ των παραγόμενων καυςαερύων. Ϋτςι, επιτυγχϊνεται ςε ικανοποιητικό βαθμό ϋνασ από τουσ πιο βαςικούσ ςτόχουσ όλων των μεθόδων ανϊκτηςησ υλικών και ενϋργειασ από τα απορρύμματα, δηλαδό την ελαχιςτοπούηςη των απορριμμϊτων που οδηγούνται προσ τουσ χώρουσ υγειονομικόσ ταφόσ 52
Μειονεκτήματα τησ μεθόδου τησ αποτζφρωςησ Η ατμοςφαιρικό ρύπανςη: Τα ποιοτικϊ και ποςοτικϊ χαρακτηριςτικϊ των ρυπαντών εξαρτώνται από τη ςύςταςη των οικιακών απορριμμϊτων και ποικύλει από χώρα ςε χώρα. Κατϊ την καύςη του PVC εκλύεται η διοξύνη που εύναι τοξικότατη ουςύα. Η παραγόμενη ςκόνη, χαρακτηρύζεται από περιεκτικότητα μεγϊλου ποςοςτού βαρϋων μετϊλλων και εύναι δύςκολο να ςυγκρατηθεύ αποτελεςματικϊ, λόγω του μεγϋθουσ των ςωματιδύων. Επύςησ, η υψηλό τοξικότητα που χαρακτηρύζει την ιπτϊμενη τϋφρα αναγνωρύζεται πλϋον ακόμα και από τουσ πιο ϋνθερμουσ υποςτηρικτϋσ τησ καύςησ, ενώ τα υπολεύμματα τησ καύςησ αντιμετωπύζονται ωσ επικύνδυνα απόβλητα από τουσ διαχειριςτϋσ των χώρων ταφόσ όπου καταλόγουν. 53
Μειονεκτήματα τησ μεθόδου τησ αποτζφρωςησ δαπϊνεσ εγκατϊςταςησ και λειτουργύασ: Για την καταςκευό μιασ ςύγχρονησ εγκατϊςταςησ καύςησ ώςτε να περιλαμβϊνει όλα τα απαραύτητα μϋςα, για τον περιοριςμό ςε ανεκτϊ επύπεδα όλων αυτών των αϋριων ρυπογόνων εκπομπών, εντόσ των αυςτηρότατων πλαιςύων που καθορύζονται από την Οδηγύα 2000/76/ΕΕ τησ Ευρωπαώκόσ Ϋνωςησ, προκύπτουν τερϊςτιεσ δαπϊνεσ εγκατϊςταςησ και λειτουργύασ. Επιπρόςθετα, εύναι απαραύτητη η ύπαρξη ϋκταςησ γησ κοντϊ ςτο χώρο των εγκαταςτϊςεων τησ αποτϋφρωςησ για την υγειονομικό ταφό τησ τϋφρασ με μϋτρα αςφαλούσ διϊθεςησ. Ο χώροσ αυτόσ θα πρϋπει να δύναται να δϋχεται και ολόκληρη την ποςότητα των απορριμμϊτων ςε περύπτωςη βλϊβησ τησ εγκατϊςταςησ. 54