Embed Size (px)
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:1
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
POSTUPCI OBRADE I ZBRINJAVANJA OTPADA Zavisno o vrsti i svojstvima otpada, mogući su sljedeći postupci njegove obrade odnosno zbrinjavanja:
� Recikliranje � Spaljivanje
- s rekuperacijom energije - bez rekuperacije energije
� Piroliza � Konverzija u gorivo proizvedeno iz otpada
� Biološka obrada
- anaerobna biološka obrada - aerobna biološka obrada - mehaničko-biološka obrada
� Odlaganje na deponiju („landfilling“) - sa proizvodnjom bioplina - bez proizvodnje bioplina
� Postupci obrade / zbrinjavnja otpada
MOGUĆNOSTI OBRADE / ZBRINJAVANJA VRSTA OTPADA Recikliranje Spaljivanje Piroliza
Gorivo iz otpada
Biološka obrada
Odlaganje (deponij)
Komunalni DA DA DA DA DA DA
Industrijski DA DA DA NE NE DA
Poljoprivredni NE DA DA DA DA DA
Bolnički NE DA DA NE NE NE
Grañevinski NE NE NE NE NE DA
Pepeo i mulj NE NE NE NE NE DA
Opasni NE DA DA NE NE NE
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:2
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� RECIKLIRANJE
Veliki dio otpada, a posebno komunalnoga, pogodan je za recikliranje. Tipičan sastav gradskoga komunalnog otpada pokazuje:
� 30 – 40 % otpada može se reciklirati, � 25 – 30 % otpada može se kompostirati
• Aluminijske limenke
- Vrlo su pogodne za recikliranje zbog relativno visoke cijene aluminija; - Udio alumiijske ambalaže u stalnom je porastu; - Udio aluminja u komunalnom otpadu razvijenih zemalja iznosi oko 1%.
• Papir i karton - Papir i karton čine prosječno 30 do 40 % komunalna otpada; - Recikliranje papira i kartona posebno je značajno za zemlje koje su siromašne drvnim sirovinama (šumama); - Primjeri:
Danska cjelokupni valoviti karton za pakiranje osigurava iz reciklirana papira;
Taiwan, gdje je cijena drva kao sirovine vrlo visoka, uvozi reciklirani papir iz nekih dijelova SAD-a.
• Staklo - Staklo je vrlo pogodan materijal za recikliranje; - Staklo čini udio 5 -10 % komunalna otpada; - Reciklirano staklo može se koristiti za mnoge sekundarne namjene; - Recikliranjem stakla postižu se velike uštede energije.
• Plastika - Plastika najvećim dijelom nije bio-razgradiva i vrlo nepogodna za odlaganje; - Reciklirana plastika može se koristiti za brojne sekundarne namjene; - Praktično, sve vrste plastike pogodne su za recikliranje (PVC, LDPE, PP,PS).
• Razni drugi materijali - Baterije, elektronički sklopovi (računala), akumulatori, tekstil, dijelovi su otpada koji se može učinkovito reciklirati.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:3
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� SPALJIVANJE
Spaljivanje otpada spada u termičku obradu – ubrzanu kemijsko-fizikalnu razgradnju pod djelovanjem topline i to: - uz rekuperaciju energije (proizvodnja toplinske i električne
energije), - bez rekuperacije energije (spalionice, incineratori).
Prednosti spaljivanja:
- velika redukcija obujma ostatka obrade (preko 90 %), - manji utjacaj na okoliš u odnosu na odlaganje neobrañena otpada i u odnosu na biološku obradu, - djelomična kompenzacija troškova proizvodnjom energije.
Nedostaci spaljivanja: - relativno visoki troškovi investicija, - emisija štetnih tvari putem dimnih plinova u atmosferu.
Potencijalni problemi spaljivanja otpada - porast udjela plastičnoga otpada, a zbog toga i opasnost od emisije vrlo opasnih spojeva ( dioksina, furana); - sve stroži propisi o graničnim vrijednostima emisija u dimnim plinovima, a zbog toga sve složenija i skuplja postrojenja.
Općenito - U ukupnoj obradi komunalna otpada u razvijenim zemljama, cca 70 % otpada na termičku obradu; - Oko 90 % ukupnih svjetskih kapaciteta ureñaja za spaljivanje otpada izgrañeno je u razvijenim zemljama (EU, SAD, Japan); 1905. godine izgrañeno je prvo postrojenje za spaljivanje gradskoga smeća
u Rijeci uz proizvodnju energije (pare) za pogon pumpe za snabdijevanje
gradske pitke vode!!!
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:4
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Termokemijske osnove izgaranja Termokemijske reakcije spaljivanja otpada u osnovi su iste kao kod
izgaranja konvencionalnih goriva; zavisno o tome da li se radi o spaljivanju (izgaranju) krutoga, tekućega ili plinovita opada (goriva).
Izgaranje je egzotermna reakcija u kojoj se oslobaña kemijska energija
iz gorivih tvari što se predaje produktima izgaranja kojima se na taj način povećava unutrašnja energija odnosno njihova temperatura.
Proces izgaranja čine reakcije različitih gorivih tvari, koje se sastoje
najvećim dijelom iz ugljika (C) i vodika (H), s kisikom koji se dovodi zrakom, pri čemu kao produkti izgaranja nastaju dimni plinovi i pepeo.
Zavisno o uvjetima izgaranja, ono može bit potpuno, kada svi gorivi
sastojci u potpunosti oksidiraju, ili nepotpuno, kada u produktima izgaranja ima tvari (CO, CmHn) koje mogu još dalje osidirati. Uzrok nepotpuna izgaranja može biti nedovoljna količina zraka, nedovoljno miješanje gorive tvari sa zrakom ili prekratko vrijeme reakcije.
Za proces izgaranja vrijedi zakon o održanju mase, a reakcije oksidacije
zbivaju se prema stehiometrijskim jednadžbama.
Kod spaljivanja krutog otpada, slično kao kod izgaranja krutog goriva, postoje četiri faze procesa kojima mora biti prilagoñena konstrukcija ložišta:
- sušenje, - isplinjavanje, - izgaranje, - dogorijevanje.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:5
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Stehiometrijske jednadžbe izgaranja
Ako se poznaje elementarni sastav otpada, za njegovo spaljivanje mogu
se koristiti iste stehiometrijske jednadžbe kao za izgaranje goriva, ovisno
o tome da li se radi o krutom, tekućem ili plinovitom otpadu (vidi
poglavlje 3).
Temeljem poznatoga sastava odreñuje se potrebna količina zraka za
spaljivanje, kao i količina te sastav produkata (dimnih plinova)
izgaranja.
Koeficijent viška zraka za izgaranje:
min,zr
zr
V
Vλ =
Veličina koeficijenta viška zraka za izgaranje zavisi od: - vrsti otpada (goriva) - pripremi otpada (goriva) - konstrukciji ložišta odnosno komore izgaranja - izvedbi ureñaja za izgaranje
VRSTA OTPADA I UREðAJA ZA SPALJIVANJE λ - Kruti otpad, pokretna ravna ili kosa rešetka 1,5 – 2,0
- Kruti otpad, spaljivanje u rotacijskoj peći 1,8 - 2,2
- Tekući otpad 1,2 – 1,4
- Plinoviti otpad 1,1 - 1,2
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:6
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Kada nije poznat detaljan sastav otpada, za odreñivanje potrebne količine zraka i dimnih plinova mogu se koristiti
sljedeći dijagrami.
Donja toplinska vrijednost krutog otpada Hd (kJ/kg)
Min
. ko
ličin
a z
raka V
zr,
min
i ukup
na k
olič
ina d
imnih
plin
ova V
pl (m
N3 /k
g)
goriva)
go
riva
)
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:7
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Donja toplinska vrijednost tekućeg otpada Hd (kJ/kg)
M
in.
količ
ina z
raka V
zr,
min
i ukupn
a k
olič
ina
dim
nih
plin
ova V
pl (m
N3 /k
g g
oriva
)
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:8
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Donja toplinska vrijednost plinovita otpada Hd (kJ/mN3) M
in. količ
ina z
raka V
zr,
min
i u
kupna k
olič
ina d
imn
ih p
linova
Vpl (m
N3/ m
N3 g
oriva)
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:9
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Emisija štetnih tvari kod spaljivanja otpada Tipični štetni sastojci koji se emitiraju iz procesa izgaranja
komunalna otpada putem dimnih plinova jesu: - čestice - SO2,HCl, HF, CO, NOx - pare Hg, - Ni, As, Pb, Cr, Cu, Mn
Maksimalno dozvoljene koncentracije (MDK) tvari koje se emitiraju i sustava za termičku obradu otpada (mg/m3)***
EUROPSKA UNIJA FRANCUSKA NJEMAČKA HOLANDIJA PARAMETAR Komunalni Opasni Komunalni Komunalni Komunalni
Prašina (čestice) 30 10 30 10 5 Organske tvari kao C 20 10 20 10 10 HCl 50 10 50 10 10 HF 2 1 2 1 1 SO2 300 50 300 50 40 NOx - 200 - 200 70 CO 100 50 100 50 50 Teški metali 5* 0,5** 5* 0,5** 1* Ni+As 1 - 1 - - Cd+Th - 0,05+0,05 - 0,5 - Cd+Hg 0,2 0,05+0,05 0,2 - - Hg - 0,05 - 0,05 - Cd - 0,05 - - 0,05 Dioksini (PCDD) i Furani (PCDF) (ng/m3)
- 0,1 - 0,1 0,1
Izvor: V. Potočnik, Obrada komunalnog otpada- svjetska iskustva, Zagreb, 1997.
Napomene: * Pb+Cr+Cu+Mn ** Sb+As+Pb+Cr+Co+Cu+Mn+Ni+V+Sn ***Navedene veličine odnose se na suhe dimne plinova, kod normalnoga stanja, te svedeno na sadržaj kisika u dimnim plinovima od 11 % .
M
in.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:10
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Ureñaji za pročišćavanje izlaznih dimnih plinova iz postrojenja za spaljivanje otpada
Vrsta Odvajanje čestica veličine do
Efikasnost (%)
Karakteristike ureñaja
Ciklonski 10 µm 90 Niski investicijski troškovi. Veliki pad tlaka (pogonski troškovi).
Vrećasti filtri 0,3 µm >99 Niži troškovi od el. filtra. Veći pad tlaka od el. filtera. Zahtijeva temp. <160
0C.
Elektrostatski filtri
0,3 µm >99 Visoki troškovi ugradnje. Mali pad tlaka.
Skruberi 1-2 µm >95 Mali investicijski troškovi. Veliki pad tlaka. Hlañenje plinova.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:11
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Glavne zvedbe i uvjeti rada ureñaja za spaljivanje otpada
Prema konstrukcijskoj izvedbi ložiša, spaljivanje može biti: � Spaljivanje u ložištima s pokretnom rešetkom (roštiljem); � Spaljivanje u fluidiziranome sloju; � Spajivanje u rotacijskoj peći.
Tip ureñaja Prednosti Nedostaci
Spaljivanje u ložištu s rešetkom (roštiljem)
- Efikasno za široki raspon vrste i kvalitete otpadna materijala. - Primjenljivo za razne veličine postrojenja. -Prikladno za rekuperaciju topline.
- Zahtijeva relativno složen sustav za predobradu otpada. - Relativno velika investicija.
Spaljivanje u fluidiziranome sloju
- Efikasno za široki raspon kvalitete otpada. - Relativno male emisije putem dimnih plinova u atmosferu.
- Zahtijeva predobradu otpada. - Tehnologija nije prikladna za komunalni otpad.
Spaljivanje u rotacijskoj peći
- Efikasno i ekonomično za srednje kapacitete. - Fleksibilnost u pogonu. - Relativno lako se vrši regulacija temperature.
- Nije primjenljivo za velika postrojenja. - Zahtijeva relativno složen sustav za predobradu otpada. - Relativn veliki pogonski troškovi.
Vrsta otpadna materijala
Donja toplinska moć (kJ/kg)
Ložište s rešetkom
Fluidizirani sloj
Rotacijska peć
Komunalni otpad 4000 d0 10000 Da Da Da
Kruti opasni otpad 12000 do 25000 Da Da Da
Otpadna ulja 20000 do 40000 Ne Ne Da
Otpadne vode 0 do 6500 Ne Ne Da
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:12
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Postrojenje za spaljivanje komunalna otpada na kosoj pokretnoj rešetki uz proizvodnju električne energije
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:13
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Spaljivanje krutoga otpada na kosoj pokretnoj rešetki s valjcima
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:14
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Ložišta za spaljivanje kruta otpada s rekuperacijom topline uz
proizvodnju vodene pare
A) Kosa pokretna rešetka B) Lančana stepenasta rešetka
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:15
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Ložite s izgaranjem u fluidiziranome sloju
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:16
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Generator pare s ložištem za izgaranje u fluidiziranome sloju
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:17
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Termokinetički uvjeti spaljivanja otpada Da bi se stvorili uvjeti za učinkovitu termičku obradu otpada, u procesu spaljivanja potrebno je osigurati tzv. „3T+O“ (Temperature, Time,
Turbulence +Oxygen) uvjete, odnosno:
- temperatura u ložištu..................................(Temperature), - vrijeme zadržavanja – retencija.................(Time), - brzina plinova u ložištu...............................(Turbulence), - sadržaj kisika u ložištu................................(Oxygen).
� Ureñaji za termičku obradu otpada trebaju biti projektirani i izvedeni na način da osiguraju temperaturu u ložištu najmanje 850 oC i to tako da se dimni plinovi na toj temperaturi zadržavaju najmanje 2 sekunde. Ako otpad sadrži halogene organske tvari s masenim udjelom više od 1 %, izraženo kao klor, temperatura dimnih plinova u ložištu mora doseći najmanje 1100 0C. � Pretičak zraka za izgaranje mora biti takav da višak kisika u suhim izlaznim dimnim plinovima bude najmanje 6 %, da bi bili osigurani uvjeti za postupno izgaranje. � Ureñaj za spaljivanje mora imati automatski sustav koji spriječava dodavanje otpada u ložište u slučajevima:
- kada nije postignuta tražena temperatura, - ako se ne održava zahtijevana temperatura, - ako emisije u zrak prekoračuju dopuštene vrijednosti.
� Poseban uvjet postavlja se na spaljivanje otpadnih ulja sa sadržajem halogena iznad 0,5 %, ukupnim polikloriranim bifenilima i terfenilima iznad 30 mg/kg i plamištem ispod 550 0C; pri spaljivanju takvih ulja mora se osigurati učinkovitost (djelotvornost) spaljivanja najmanje 99,99 %.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:18
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Za uklanjanje otpadnih materijala, a naročito onih s pretežno organskim sastojcima, koji u većini slučajeva spadaju u opasne otpadne materijale, često se primjenjuje metoda toplinske razgradnje odnosno spaljivanje u posebnim pećima (incineratorima) ili suizgaranje s konvencionalnim gorivom u industrijskim pećima ( u cementarama, rafinerijama i sl.) ili generatorima pare (kotlovima).
Pri tome treba provjeriti da li su osigurani zadovoljavajući uvjeti zaštite
okoliša, odnosno da li postoje termokinetički uvjeti u ložištu za toplinsku razgradnju referentnoga otpadnog materijala, uz učinkovitost razgradnje jednaku ili veću od 99,99%.
� Brzina reakcije definirana je kao masa tvari što ulazi u reakciju po
jedinici obujma u jedinici vremena. Brzina reakcije odražava ustvari promjenu koncentracije reagirajuće tvari ∆C (mol/m3, g/m3) u
promatranome vremenskom intervalu ∆� (s). Jednadžba za brzinu reakcije wr toplinske razgradnje može se izraziti kao:
kCωd
dCw r −== (1)
- C, koncentracija materijala u vremenu ���� , - k, konstanta brzine reakcije koja zavisi od temperature i vrste tvari što ulaze u reakciju.
Za takav se slučaj može pisati Arrheniusova jednadžba:
RT
E
Aek−
= (2)
- A(s-1), Arrheniusov faktor, - E(J/kmol), energija aktivacije, - R=8314 (J/kmolK), plinska konstanta, - T(K), apsolutna temperatura u procesu.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:19
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Rješenjem jednadžbe za brzinu reakcije i Arrheniusove jednadžbe proizlazi:
ωAeC
Cln RT
E
0
∆−=−
(3)
- C0 , ulazna koncentracija tvari na početku reakcije toplinske razgradnje,
- C, koncentracija nakon nekog vremena zadržavanja ∆�,
- ∆� , vrijeme zadržavanja pri nekoj temperaturi T.
Iz prethodnih se jednadžbi može uočiti da brzina toplinske razgradnje raste s porastom temperature. Pri tome, kemijska reakcija nastaje zbog sudaranja molekula tvari koje se nalaze u reakciji. Reakcija može nastati samo kada energija sudaranja može raskinuti stare molekularne veze, te kada se dijelovi tih molekula mogu ponovno presložiti i povezati u molekule novih tvari.
� Energija, koja je potrebna za nadvladavanje molekularnih veza ulaznih tvari, naziva se energija aktivacije E. Što je energija aktivacije veća, molekularne veze ulaznih tvari teže se razgrañuju te posljedično s time, reakcije se odvijaju sporije, i obratno.
� Učinkovitost uklanjanja (εεεεD) toplinskom razgradnjom opasnih
organskih sastojaka iz otpadnoga materijala definirana je izrazom:
100M
MMε
in
outinD
−= (%) (4)
- Min , ulazni protok mase referentnoga opasnog materijala u otpadu, - Mout , protok mase opasnog materijala u otpadu kroz dimnjak.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:20
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Učinkovitost toplinske razgradnje treba biti � 99,99%, pa iz toga uvjeta proizlazi:
0001.0100
99,99100
C
C
0
=−
=
21.9C
Cln
0
−=
Uvrštenjem i sreñivanjem proizlazi jednadžba za vrijeme zadržavanja ∆� koje je potrebno za postizanje učinkovitosti toplinske razgradnje odnosno
uklanjanja opasnih tvari (�99,99 %):
ωAe21,9 RT
E
∆−=−−
ωeA
21,9RT
E
∆=−
RT
E
A
21.9lnωln +=∆ (5)
Izvedena jednadžba daje zavisnost vremena zadržavanja i temperature izgaranja za učinkovitu (99,99 %-tnu) toplinsku razgaraju nekog materijala koji se spaljuje. Vrijeme zadržavanja u ložištu za učinkovitu toplinsku razgradnju smanjuje se porastom temperature reakcije (izgaranja). Termokinetičke karakteristike (A-Arrheniusov faktor i E-energija aktivacije) specifične su za pojedinu otpadnu tvar, a odreñuju se temeljem eksperimentalnih ispitivanja.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:21
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Termokinetičke karakteristike nekih tvari
Tvar Arrheniusov faktor A (s-1)
Energija aktivacije E (J/kmol)
Benzen 7,43x1021 4,015x108
Buten 3,74x1014 2,437x108
Klorobenzen 1,34x1017 3,207x108
Etan 5,65x1014 2,663x108
Etanol 5,37x1011 2,014x108
Etilen 1,37x1012 2,127x108
Etil-merkaptan 5,20x105 6,155x107
Metan 1,68x1011 2,181x108
Metil-klorid 7,34x108 1,712x108
Metil-etil-keton 1,45x1014 2,445x108
Propilen 4,63x108 1,432x108
Propan 5,25x1019 3,567x108
Toluen 2,28x1013 2,365x108
Vinil-klorid 3,57x1014 2,650x108
Izvor: Kun-Chien Lee and others, Revised Model fo Prediction of the Time-Temperature Reguirements,
Union Carbide Corporation, New Orleans, Lousiana, 1982.
� Zavisnost "temperatura - vrijeme zadržavanja" glavna je termokinetička karakteristika koju neko ložište mora udovoljiti u funkciji spaljivanja otpadna materijala. Ona zavisi od sljedećih parametara: kapaciteta, opterećenja, geometriji ložišta, rasporedu plamenika, vrsti goriva, višku zraka i recirkulaciji dimnih plinova. Prosječno vrijeme zadržavanja produkata izgaranja u jednome segmentu obujma ložišta može se izraziti diferencijalnom jednadžbom:
T.V
273.dx.F
V
dVωd
gog
== (s) (6)
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:22
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
- F (m2), površina poprečnoga presjeka ložišta, - dx, diferencijalni element dužine ložišta, - Vgo (mn
3/s), protočna količina dimnih plinova, - T(K), temperatura dimnih plinova u promatranome diferencijalnom
elementu obujma ložišta dV.
Za ovo razmatranje usvaja se pretpostavka da su brzina, temperatura i sastav dimnih plinova približno jednaki kroz pojedini poprečni presjek ložišta. Meñutim, u realnim se uvjetima, unutar ložišta, pojavljuju strujni prolazi dimnih plinova s različitim brzinama od prosječnih (veće i manje), što najviše ovisi o geometriji ložišta, toplinskom opterećenju te položaju strujnica u promatranome poprečnom presjeku. Za toplinsku razgradnju kritični su strujni prolazi dimnih plinova s većim brzinama radi kraćega vremena zadržavanja, pa tu činjenicu treba uzeti u obzir da bi se s dovoljno opreznosti došlo do pouzdanih rezultata. Pored toga, strujnice dimnih plinova u neposrednoj blizini cijevne stijene ložišta imaju nižu temperaturu od prosječne, pa i taj faktor treba takoñer uzeti u obzir. Za rješenje prethodne diferencijalne jednadžbe potrebno je poznavati model ložišta s njegovim temperaturnim profilima. S dovoljno točnosti usvaja se rješenje s linearnim temperaturnim profilima, odnosno s linearnom promjenom temperature uzduž ložišta, kao što je to prikazano na ilustracijama za jedno horizontalno i vertikalno ložište.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:23
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Temperaturni profil uzduž horizontalna ložišta
U d a l j e n o s t
Tem
pera
tura
T e
m
e
m
x
d x
T
T
x
F
� Temperaturni profil uzduž vertikalna ložišta
izlaz izložišta
dx
xU
dalj
enos
t
TemperaturaT
e
mx
x
e mT
F
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:24
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Pozicija maksimalne temperature u ložištu je na udaljenosti xm, koja se podudara s mjestom završetka isparivanja volatilnih spojeva sadržanih u ulaznome gorivu i otpadnome materijalu. Temperaturni profil iza maksimalne temperature Tm aproksimiran je s linearnom promjenom do veličine izlazne temperature iz ložišta Te, čiji položaj odgovara udaljenosti xe od ulaza. Za takav se slučaj može pisati:
TTT
xxx
em
em
−
−=
dTTT
xxdx
em
em
−
−= (7)
Uvoñenjem jednadžbe (7) u (6) proizlazi diferencijal vremena zadržavanja (retencije):
dT)TT(
)xx(
TV
F273ωd
em
em
go −
−= (8)
Integracijom jednadžbe (8) dolazi do rješenja za srednje vrijeme
zadržavanja (�-�m) produkata izgaranja na temperaturi iznad neke temperature T, gdje je Te < T < Tm.
memgo
emm
T
Tln
)TT(V
)xx(F273ωω
−
−=− (s) (9)
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:25
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Matematička formulacija termokinetičkih uvjeta za toplinsku
razgradnju otpadnih materijala
Ispitivanja su pokazala da jedan dio produkata izgaranja brže napušta ložište, odnosno u vremenu koje može biti reducirano čak do polovine od prosječnoga vremena zadržavanja. Pored toga, strujni prolazi dimnih plinova uz cijevne stijene ložišta imaju nižu temperaturu od prosječne zbog intenzivnijega prijelaza temperature u tome dijelu poprečnoga presjeka ložišta. Ta razlika temperature može biti do 100 0C. Uzimajući u obzir navedene činjenice, iz jednadžbe (5) dolazi se do potrebnoga vremena zadržavanja za postizanje 99,99%-tne toplinske razgradnje otpadna materijala, odnosno:
[ ]min,e
meRT
E)
A
21.9ln()ωω(5.0ln +>−
Supstitucijom jednadžbe (9) slijedi:
min,emin,m
min,e
min,emin,mgo
em
RT
E)
A
21.9ln(
T
Tln
)TT(V
)xx(F2735.0ln +>
−
− (10)
gdje je: Tm,min ≈ Tm – 100 (K); Te,min ≈ Te – 100 (K).
Jednadžba (10) predstavlja odnose geometrijskih, toplinskih i kinetičkih uvjeta ložiša za učinkovitu toplinsku razgradnju otpadnih materijala uz uvjetovanu učinkovitost od 99,99 %. Na sljedećem dijagramu su za općeniti slučaj prikazane karakteristične krivulje "temperatura - vrijeme zadržavanja" za puno i reducirano opterećenje, te u oba slučaja za prosječan kao i za najbrži te s najnižom temperaturom strujni prolaz dimnih plinova. U dijagramu su takoñer ucrtane općenite krivulje toplinske razgradnje za tri različita otpadna materijala.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:26
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Termokinetičke karakteristike ložišta i otpadnih materijala
Materijal
prosječno pri punom opterećenjunajnepovoljniji uvjeti pri punom opterećenju
prosječno pri smanjenom opterećenju
najnepovoljniji uvjeti pri smanjenom opterećenju
1
Vrijeme zadržavanja
Tem
pera
tura
m,f m,r e,f,c e,r,c e,f
e,r
τ τ τ τ ττ
2Materijal
3Materijal
- Za materijal 1, toplinska razgradnja 99,99% ne bi se postigla ni u kojem slučaju; - Za materijal 2, toplinska razgradnja 99,99% postigla bi se kod puna opterećenja, ali ne pri reduciranome opterećenju; - Za materijal 3, toplinska razgradnja 99,99% postigla bi se u svim uvjetima.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:27
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� PIROLITIČKI PROCES TOPLINSKE RAZGRADNJE OTPADA
U osnovi, piroliza je proces u kojemu dolazi do destilacije organskoga dijela otpadnog materijala te kidanje kemijskih veza (krekovanje) velikih molekula materijala kao što su plastika, guma, koža i slično. Procesom pirolize iz kruta materijala dobivaju se plinovita i tekuća goriva. Piroliza je endotermni proces u kojem se troši toplina. Ona se nadoknañuje djelomičnim izgaranjem gorive materije uz nedovolju količinu kisika
(�<1).
Glavne faze procesa pirolize: � Temperatura 100 do 150 0C – sušenje � Temperatura 200 do 550 0C - destilacija i krekovanje � Temperatura 600 do 700 0C - uplinjavanje � Temperaura 800 do 1200 0C- izgaranje (nepotpuno u manjak kisika)
Plin iz procesa pirolize sadrži: vodik (H2), metan (CH4), ugljični monoksid (CO), i ugljični dioksid (CO2). Tekuća faza iz procesa pirolize sadrži kondenzirano gorivo ulje čiji sastav zavisi od vrste otpadna materijala. Pored toga, sadrži još octenu kiselinu i metanol.
Kruti ostatak čini ugljik pomiješan s raznim inertnim materijalima, zavisno od sastava otpadna materijala. Udio plinovite i tekuće faze iz procesa pirolize zavisi o temperaturi procesa kao i o vremenu zadržavanja. S praktičnim korištenjem procesa pirolize za termičku obradu otpadna materijala ima još dosta tehničkih problema, pa je zbog toga malo u komercijalnim primjenama.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:28
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Shematski tok procesa pirolize
SUŠENJE
DESTILACIJA I KREKOVANJE
UPLINJAVJE C+CO2=2CO
C+H2O=CO+H2
IZGARANJE C+O2=CO2
H2+1/2O2=H2O
Otpadni materijal
l
Pare iz procesa krekovanja H2O
100 do 150 0C
200 do 550 0C
600 do 700 0C
800 do 1200 0C 00C
Pare iz procesa krekovanja i plin iz uplinjavanja
Plin iz uplinjvanja
Plinovi izgaranja
Zrak Vodena para
Osušeni materijalal
Ugljični ostatak i inertni dio
Ugljični ostatak i inertni dio
Pepeo i šljaka
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:29
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� BIOLOŠKA OBRADA OTPADA Biološka obrada komunalna otpada može biti: � Aerobna razgradnja → kompost � Anaerobna razgradnja (digestija) → bioplin � Kombinirana razgradnja – aerobna i anaerobna
Aerobna razgradnja - kompostiranje
Aerobna razgradnja (kompostiranje) je proces razgradnje organskih sastojaka otpada (hrane) pomoću mikro-organizama u okruženju zraka (kisika). Konačni produkt je kompost koji se sastoji iz minerala i humusa (kompleksnih organskih tvari).
Organske tvari + O2
↓ aerobne bakterije
nove ćelije+CO2+H2O+NH3+SO4
� Utjecajni procesni parametri aerobne bio-razgradnje:
- temperatura - vlaga - kisik - C/N omjer - pH - biokemijski sastav
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:30
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
• Temperatura Aerobna bio-razgradnja je egzotermni proces koji se zbiva u tri temperaturna područja:
- psihofilično – 15 do 20 0C - mezofolično – 25 do 35 0C - termofilično – 50 do 60 0C
Optimalno je termofilično područje jer se u njemu postižu dezinfekcijski uvjeti komposta. Ako je kompost izložen temperauri >55 0C kroz dvije sedmice, postižu se dezinfekcijski uvjeti s efektima kao kod temperature >70 oC tijekom jednoga sata. • Vlaga Za mikrobiološki proces nužna je voda (vlaga). Optimalni uvjeti su kod vlage 50 do 60 % Kod vlage <20%, proces se usporava - prekida. Kod vlage>60%, smanjuje se prodor kisika, snizuje se temperatura, proces se usporava, uvjeti se približavaju anaerobnim, razvijaju se neugodni mirisi.
• Kisik Kisik e nužan za proces aerobne bio-razgradnje. Ako je sadržaj kisika <10 % (vol.), kompostiranje se prekida. Optimalni uvjeti su kod konc. O2 od 15 do 20% (vol.)
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:31
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
• Omjer «C/N»
Ugljik (C) je nužan za energiju procesa. Dušik (N) je nužan za hranu mikro-organizama u procesu. Optimalni uvjeti su kod C/N = 30
• pH vrijednost Optimalni uvjeti su kod pH 6 do 8.
• Biokemijski sastav i struktura
Biokemijski sastav i struktura tvari bitno utječu na proces bio-razgradnje u aerobnim uvjetima. Neke tvari su lakše a neke teže bio-razgradive. Struktura tvari utječe na kontaktnu površinu na kojoj se zadržavaju mikroorganizmi, te na zadržavanje vlage i kisika.
� Lako biorazgradive tvari: biljke, otpaci hrane, otpadne vode. � Teško biorazgardive tvari: slama, drvo, papir s većim udjelom
lignina.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:32
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Anaerobna razgradnja (digesija)
Anaerobna razgradnja (digestija) je proces razgradnje organskih sastojaka otpada pomoću anaerobnih mikro-organizama bez prisutnosti kisika, uz djelovanje vlage. Uz kompost, koristan nus-produkt je metan(CH4) koji se može koristiti kao energent.
Organske tvari + H2O
↓ anaerobne bakterije
nove ćelije+CO2+CH4+NH3+H2S
� Procesni uvjeti anaerobne razgradnje: - bez slobodna kisika - bez inhibitorskih soli - 6,5<pH<7,5 - odgovarajući alkalitet - dovoljno hranljivih tvari za mikro-organizme (P, N) - stabilna temperatura (mezofolički ili termofilički uvjeti) - kontinuirano dodavanje novih tvari. � Proces anaerobne digestije može biti:
- anaerobna digestija s malom konc. krutih tvari - anaerobna digestija s velikom konc. krutih tvari
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:33
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Anaerobna digestija s malim udjelom krutih tvari - Koncentracija krutih tvari: 4 – 10 %; - Proizvodnja metana (bioplina): 1,5 – 2,5 m3/m3 obujma reaktora,
odnosno 0,25 - 0,45 m3/kg bio-razgradivih tvari; - Većina procesa anaerobne digestije radi u mezofiličkim termičkim
uvjetima.
� Anaerobna digestija s velikim udjelom krutih tvari
- Koncentracija krutih tvari: 25 – 35 %; - Proizvodnja metana (bioplina): 5 – 8 m3/m3 obujma reaktora, odnosno 0,14 - 0,2 m3/kg organskog otpada.
Dijagram termičkih uvjeta anaerobne digestije
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Vrijeme (dani)
Te
mp
era
tura
(0
C)
Termofilička
Mezofilička
Psihofilička
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:34
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Shema anaerobna procesa s malim udjelom krutih tvari
Organski Komunalni
otpad
Pred-obrada: drobljenje, odvajanje
Industrijski ili komunalni
otpad
Miješanje
Anaerobni digestor
(35-60 0C)
Odvodnjavanje mulja
Separator plina CO2
Bioplin (CH4 + CO2)
Filtarski kolač
Filtrat
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:35
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Shema anaerobna procesa s velikim udjelom krutih tvari
Organski komunalni
otpad
Suhi anaerobni
fermentator 3
Preša
Plinski motor
Generator el. energije
Sušenje
Recirkulacija
Toplina
Stabilni kompost
El. energija
Bioplin
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:36
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Zahtjevi za kvalitetu komposta iz bio-otpada za primjenu u poljoprivredi
PARAMETAR EUROPSKA
UNIJA FRANCUSKA NJEMAČKA HOLANDIJA ITALIJA
Organske tvari (%), u suhoj tvari
- >20 >35 >20 -
As , maks. (mg/kg) 7 - - 15 10 Cd, maks. (mg/kg) 1,5 8 2,5 1 10 Co, maks. (mg/kg) - - - - - Cr, maks. (mg/kg) 140 - 200 70 500 Cu, maks. (mg/kg) 75 - 200 90 600 Hg, maks. (mg/kg) 1 8 2 0,7 10 Mo, maks. (mg/kg) 2 - - - - Ni, maks. (mg/kg) 50 200 100 20 200 Pb, maks. (mg/kg) 140 800 250 120 500 Se, maks. (mg/kg) 1,5 - - - - Zn, maks. (mg/kg) 300 - 750 2780 2500 Primarni patogeni, broj klica po kg
<1 000 000 - - - -
Dioksini i furani ng/kg , u suhoj tvari
- - 5-50 - -
Izvor: V. Potočnik, Obrada komunalnog otpada- svjetska iskustva, Zagreb, 1997.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:37
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� ZBRINJAVANJE OTPADA NA ODLAGALIŠTIMA Cjelokupno upravljanje zbrinjavanja otpada na odlagalištima („landfill“) uključuje i podrazumijeva:
� Projektiranje odlagališta - Projektiranje podloge - Projektiranje sustava sa sakupljanje procjednih voda i plina - Projektiraje sustava drenaže - Projektiraje sustava punjenja odlagališta - Pojektiranje sustava sabiranja površinskih voda - Projektiranje pokrova odlagališta.
� Upravljanje s odlagalištem
- Evidencija vrste otpada, količine, porijekla - Definiranje polja za ne-opasan otpad - Definiranje polja za opasan otpad.
� Kontrola biokemijskih reakcija na odlagalištu
- Brzina procesa biološke razgradnje (spori procesi, brzi procesi) - Ne-biorazgradljivi otpad.
� Kontrola procjednih voda
- Sakupljanje - Obrada - Monitoring
� Upravljanje sustavom plina - Sakupljanje - Monitoring - Kontrola količine i kvalitete odlagališnoga plina - Spaljivanje ili korištenje
� Monitoring okoliša
- Monitoring okolnoga zraka - Monitoring neugodnih mirisa - Monitoring emisje CH4, H2S, VoC, i dr.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:38
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Planiranje i izbor lokacije za odlagalište otpada
1. faza - odreñivanje lokacija koje se ne mogu koristiti temeljem tzv. isključujućih kriterija (npr.: područja zaštite pitke vode, područja zaštite prirode, područja izložena poplavama, geološki nepodesna područja). 2. faza - izrada prijedloga za lokacije te analiziranje rezultata. 3. faza - odluka nadležnoga tijela za planiranje o lokacijama koje treba detaljnije analizirati i istražiti. 4. faza - detaljna istraživanja na izabranim lokacijama, a osobito sa stajališta hidrogeologije. 5. faza - odluka nadležnoga tijela za planiranje o tome koju lokaciju treba provjeriti prema prostornome planu.
Vrste odlagališta
Odlagalište 1. kategorije - odlagališta inertnih tvari (npr. grañevinski otpad, šljaka i sl.). Odlagalište 2. kategorije - odlagališta komunalna otpada. Odlagalište 3. kategorije- može primati odreñeni industrijski otpad prethodno obrañen fizikalnim, kemijskim ili termičkim postupkom. Odlagalište 4. kategorije - odnosi se na podzemna odlagališta (rudnici ili kaverne u solnim sedimentnim stijenama gdje se, uz odreñene mjere sigurnosti, može odlagati i toksični industrijski otpad).
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:39
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:40
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:41
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:42
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Kontrola odlagališta
� količina i sastav procjednih voda � emisija deponijskih plinova (metana) � temperatura u deponijskome sloju � slijeganje i deformacija deponijskoga tijela.
• PROCJEDNE VODE To su kontaminirane vode sa odlagališta otpada, koje nastaju zbog oborina. Procjedne vode su na „mlañim“ odlagalištima više opterećene nego na „starijim“ odlagalištima. Tijekom vremena, pH vrijednost se približava neutralnoj veličini, a biološka (BPK) i kemijska potreba kisika (KPK) se smanjuju. � Tipični kemijski sastav procjednih voda
Parametar Mj. jed. „Mlada“ lokacija
Prosječno „Stara“ lokacija
Vodljivost mS/m 500 do 3000 250 do 1500 Ukupno otopljene tvari
mg/l 500 do 2500
Ukupno organske tvari
mg/l 3000 do 15000 150 do 750
Kemijska potreba kisika
mg/l 5000 do 30000 1000 do 5000
Biološka potreba kisika
mg/l 4000 do 20000 200 do 1000
Cl- mg/l 1000 do 3000
SO4-
mg/l 50 do 400 10 do 30
Ukupno N mg/l 500 do 1500 Ukupno P mg/l 5 do 100 5 do 10
Na mg/l 50 do 2000
Ca mg/l 50 do 1500 80 do 200
Fe mg/l 200 do 1000 20 do 100
Cd mg/l 10 do 100
Cr mg/l 20 do 1000 Cu mg/l 10 do 1000
Ni mg/l 50 do 2000
Pb mg/l 20 do 1000
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:43
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� EU preporuke za kvalitetu procjednih voda
Parametar Mj. jed. Opasni otpad Inertni otpad pH vrijednost - 4 do 13 4 do 13 Ukupno organske tvari mg/l 40 do 220 < 200
Arsen (As) mg/l 0,2 do 1,0 < 0,1
Olovo (Pb) mg/l 0,4 do 2,0
Kadmij (Cd) mg/l 0,1 do 0,5
Krom (Cr) mg/l 0,1 do 0,5
Bakar (Cu) mg/l 2 do 10
Nikal (Ni) mg/l 0,04 do 0,2
Živa (Hg) mg/l 0,02 d 0,1
Cink (Zn) mg/l 2 do 10
Pb+Cd+Cr+Cu+Ni+Hg+Zn mg/l < 5
Fenoli mg/l 20 do 100 < 10
Fluoridi mg/l 10 do 50 < 5
Amonijak mg/l 200 do 1000 < 50
Kloridi mg/l 1200 do 6000 < 500
Cijanidi mg/l 0,2 do 1 < 0,1
Sulfati mg/l 200 do 1000 < 1000 Nitrati mg/l 6 do 30 < 3
Izvor: Gerard Kiely, Environmental Engineering, Mac-Graw Hill Int., 1996.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:44
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
• DEPONIJSKI PLIN
Deponijski plin, kao i procjedne vode, nastaje kao rezultat biokemijskih reakcija unutar sloja otpada. Glavni utjecajni parametri, koji utječu na njihovu količinu i sastav, jesu:
� Količina organskih tvari � Prodor oborinskih voda � Anaerobni uvjeti unutar sloja � Starost odlagališta.
� Tipičan sastav deponijskoga plina
Sastojak Prosječna vrijednost (% vol)
Gornja vrijednost (% vol)
Metan (CH4) 64 77 Ugljik- dioksid (CO2) 34 90 Kisik (O2) 0,2 21 Dušik (N2) 2,4 80 Vodik (H2) 0,05 21 Ugljik – monoksid (CO) 0,001 Zasićeni ugljikovodici 0,005 0,08 Nezasićeni ugljikovodici 0,009 0,05 Halogeni spojevi 0,00002 0,03 Sumporovodik (H2S) 0,00002 0,0014
• Temperatura u sloju: 35 do 50
0C
• Gornja toplinska vrijednost plina: 15.000 do 38.000 kJ/mn
3
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:45
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Karakteristične vremenske faze odlagališta otpada
0
20
40
80
60
100
1. faza 4. faza 3. faza 2. faza
N2 CO2
CH4
H2 O2
KPK
pH 6-7
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:46
------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- Vremenske faze obzirom na biokemijske reakcije u odlagalištu otpada, o kojima zavisi sastav deponijskoga plina, jesu:
1. faza – aerobna 2. faza - prva prijelazna 3. faza – druga prijelazna 4. faza – metanska faza.
1. faza: - Traje nekoliko dana do nekoliko sedmica; - Troši se O2 koji prodire u dubinu sloja; - Biorazgradive tvari se razgrañuju; - Započinje stvaranje CO2; - Aerobni uvjeti traju dok još ima slobodnogaO2. 2.faza: - Traje nekoliko sedmica do nekoliko mjeseci; - Slijedi iza aerobne faze; - Započinje stvaranje anaerobnih uvjeta; - Ova faza naziva se još „kisela faza“ jer pH pada do 4 zbog stvaranja organskih kiselina. 3. faza: - Započinje stvaranje metanogenih bakterija koje pretvaraju organske kiseline u metan; - Ova faza je nestabilna dok se ne uspostavi ravnoteža izmeñu stvaranja kiseline i metana. Taj proces traje 3 do 5 godina; - Optimalni uvjeti za tu fazu su kod pH 6 do 7. 4. faza (faza stvaranja metana): - Stvaranje metana je stabilno; - Metanogene bakterije kontinuirano troše organske kiseline; - Produkti ove faze čine sastav deponijskoga plina i procjednih voda; - 45 do 65 % volumnoga udjela deponijskoga plina čine CH4 i CO2; - Proces se može opisati sa sljedećom općom jednadžbom bio-kemijske reakcije:
CHONS+H2O →anaerobne bakterije→H2O+CO2+CH4+H2+NH4+HS
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:47
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Upravljanje odlagalištem otpada
� Prednosti odlagališta kao opcije za upravljanje otpadom: • Relativno niska cijena; • Širok raspon vrste otpada koji se može zbrinjavati; • Postoji mogućnost energetskoga korištenja deponijskoga plina; • Nakon sanacije i ureñenja, prostor odlagališta može se iskorititi za
rekreacijske aktivnosti.
� Nedostaci odlagališta kao opcije za upravljanje otpadom: • Stara odlagališta, kod kojih nisu riješeni sustavi zbrinjavanja procjednih voda i
deponijskoga plina, postala su izvor zagañenja s nekontroliranim emisijama; • Postoji kontinuiran rizik od onečišćenja iz odlagališnih lokacija; • Na mnogim mjestima ne postoji odgovarajuća lokacija na prihvatljivoj udaljenosti
od mjesta nastajanja otpada; • Odlagalište može stvoriti kontaminaciju zemljišta koje više nije prikladno za neke
buduće namjene; • Odlagalište postaje izvorište buke, neugodnih mirisa, neželjenih pogleda, a takoñer i zbog dodatnoga onečišćenja okoliša uzrokovanoga pojačanim kamionskim prometom.
� Mjere kontrole i predostrožnosti: Deponijski plin, koji se najvećim dijelom sastoji od metana, potencijalna je opasnost od eksplozije, a uz to, metan spada u stakleničke plinove sa znatno štetnijim djelovanjem od CO2. Stoga su za ureñena odlagališta potrebne mjere predostrožnosti i kontrole koje uključuju:
• Provoditi odgovarajući program kontrole emisije i migracije metana kroz teren i u
okolinu; • Održavati koncentraciju zapaljiva plina ispod 5% u tlu i ispod 1,25 % u najbližem
okruženju ( donja granica eksplozivnosti metana je 5%, a gornja 15 % vol.); • Izvesti odgovarajući sustav za sabiranje plina te za njegovo odvoñenje na mjesto
rekuperacije i energetsko korištenje, što bitno umajuje opasnost od eventualne eksplozije;
• Provoditi kontrolu površinskih i procjednih voda.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:48
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Što treba definirati projektom odlagališta otpada: • Definirati količnu i vrstu (karakteristike) otpada;
• Usporediti potencijalne lokacije odlagališta:
- topografske osobine, - geološke osobine, - saobraćajnice, - površinske vode, - podzemne vode, - naseljenost, - klimatski uvjeti (vlažnost, temperatura, vjetrovi), - oborine.
• Definirati propise i projektne standarde koji moraju biti zadovoljeni: - intenzitet punjenja odlagališta, - učestalost prekrivanja, - udaljenost od naselja, - pristupni putevi (saobraćajnice), - monitoring okolnoga zraka i procjednih voda, - standardi za kvalitetu podzemnih voda.
• Projektno definirati: - metodu odlaganja u skladu s topografijom okoline, vrstom
zemljišta, ležištnih stijena, podzemnih voda i sl., - dimenzije ćelija (dužina, širina, dubina, debljina pokrovnog sloja), - vrstu pokrovnog sloja, potrebnu opremu i mehanizaciju, radnu snagu, - direktne i indirektne troškve odlaganja, - način praćenja utjecaja na okoliš, - potrebne radne upute.
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:49
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Shema organizacije centra za gospodarenje otpadom
Prof. dr. sc. Z. Prelec INŽENJERSTVO ZAŠTITE OKOLIŠA Poglavlje: 10 (Obrada i zbrinjavanje otpada) List:50
-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
� Prikaz ureñenja centra za gospodarenje otpadom
