VYUŽITÍ POPÍLKOVÉHO SOLIDIFIKÁTU ZE SPALOVNY KOMUNÁLNÍHO ODPADU SAKO BRNO,A.S. RECOVERY OF ASH SOLIDIFICATION PROCESS FROM THE MUNICIPAL WASTE INCINERATOR OF THE SAKO BRNO,A.S. Ing.M.Koňařík, RNDr.J.Suzová, SAKO Brno,a.s., Ing.M.Sladký, Ing.K.Dědek, Ecointeres s.r.o. Brno Abstract This report deals with the fly ash separation on electrostatic precipitators behind the boiler and with the End-product of the semi-dry liming method of the flue gas cleaning in the Municipal Waste Incinerator. It also analyzes solidification of both of these products with water and cement. There follows an analysis of the hardened solidificate characteristic and its application at waste-dump remedation. 1. Úvod: Spalovna komunálního odpadu SAKO Brno, a.s. slouží k energetickému využití směsného komunálního odpadu s dodržením veškerých ekologických parametrů vyžadovaných právními předpisy z aglomerace města Brna. Tepelná energie vzniklá při spalování ve formě páry je dodávána jednak do firmy ZETOR a.s. a do sítě centrálního zásobování teplem města Brna. Při spalování odpadů dochází k hmotnostní redukci zhruba na jednu čtvrtinu původních hodnot. Škvára jako produkt spalovacího procesu je využitelná ve stavebním průmyslu jako rekultivační materiál, zásypový a podsypový materiál o čemž jsme zde hovořili před rokem. Dalšími produkty zbylými po spálení komunálních odpadů jsou popílek odloučený z elektrofiltrů za kotli a End-produkt z polosuché vápenné metody čištění spalin. Produkce popílku činí cca 2100 t a End-produktu 2500 t ročně při spálených 100 000 tunách komunálního odpadu. Obsahy makrosložek těchto produktů čištění spalin jsou uvedeny v tabulce č. 1. Tyto produkty jsou zařazeny dle katalogu odpadů jako nebezpečné odpady a i solidifikát z nich byl považován za odpad nebezpečný a jako takový končil na skládce nebezpečného odpadu firmy Sateso ve Šlapanicích u Brna. Solidifikace je proces, při kterém se podle schválené receptury smíchá popílek s End-produktem, cementem a vodou, přičemž dojde v důsledku fyzikálněchemických procesů k eliminaci jeho nebezpečných vlastností a tím je zabráněno vyluhování těžkých kovů a ostatních nebezpečných složek z produktů čištění spalin do životního prostředí. Snahou zúčastněných pracovníků bylo dosáhnout certifikace solidifikátu jako výrobku s využitím v prvním kroku jako stavební polotovar pro budování vyrovnávacích a výplňových vrstev do tloušťky 70 cm technických rekultivací bývalých i současných skládek komunálního odpadu. 2. Výroba solidifikátu : Solidifikát je vyráběn ve spalovně v objektu solidifikace z popílku a End-produktu, které jsou dopravovány pneumaticky pomocí sušeného tlakového vzduchu do samostatných sil o objemu 350m 3. Jednotlivá sila jsou hermeticky uzavřena a izolována, aby se zabránilo pronikání vzdušné vlhkosti. Odvzdušnění sil je vedeno přes tkaninové filtry, aby nemohlo dojít k sekundárnímu znečištění ovzduší. Cement jako pojivo je dovážen autocisternami a do sila cementu o objemu 53m 3 je přepraven pomocí tlakového vzduchu. 109
110 označení vzorku popílek jednorázový vzorek 10.7.2002 popílek směsný vzorek 29.5.,26.6.,10.7., 15.5., 2.5., 17.4. End-produkt jednorázový vzorek 10.7.02 End-produkt směsný vzorek 15.5.,29.5.,26.6., 10.7.,2.5.,17.4. jednotka metoda matrice popílek popílek popílek popílek parametr výsledek NM výsledek NM výsledek NM výsledek NM sušina při 105 o C 100 ±5 100 ±5 99 ±5 99 ±5 % suš. Q21-540-086/01 A fluoridy 2500 ±10 2600 ±10 <200 580 ±10 mg/kg suš. Č-834752-4-Z N chloridy 7,3 ±20 7,07 ±20 18,8 ±20 18,4 ±20 % suš. Q21-540-005/00 A ztráta žíháním 17 ±5 18 ±5 34 ±5 34 ±5 % suš. Č-720103 A SO3 5,25 ±10 5,3 ±10 1,81 ±10 1,63 ±10 mg/kg suš. Č-720117 N Al2O3 12,7 ±10 12,7 ±10 0,92 ±15 3 ±15 % suš. Q21-520-041/99 A FeO(vč.rozkladu) 0,99 ±10 0,87 ±10 0,26 ±10 0,27 ±10 % suš. K01-540/1-232 N Fe celk.jako Fe2O3 1,48 ±15 1,47 ±15 <0,01 <0,01 % suš. Q21-520-041/99 A MgO 1,61 ±15 1,66 ±15 0,34 ±15 0,36 ±15 % suš. Q21-520-041/99 A MnO 2 ±15 3 ±15 0,008 ±15 0,01 ±15 % suš. Q21-520-041/99 A TiO2 1,47 ±15 0,95 ±15 0,5 ±15 0,06 ±15 % suš. Q21-520-041/99 A Na2O 3,37 ±14 3,37 ±14 0,58 ±14 0,66 ±14 % suš. Q21-520-041/99 A K2O 5,18 ±14 4,7 ±14 0,81 ±14 0,86 ±14 % suš. Q21-520-041/99 A SiO2 27,8 ±15 26,7 ±15 0,99 ±15 1,24 ±15 % suš. Č-720105 N P205 1,3 ±10 1,3 ±10 0,020 ±10 0,030 ±10 % suš. Č-720116 N CaO 26,2 ±10 27,1 ±10 53,8 ±10 52,7 ±10 % suš. K01-540/1-232 N C org. 1 ±10 1,21 ±10 2,14 ±10 2,46 ±10 % suš. Q21-540-071/01 A S celk. 3,33 ±10 3,08 ±10 6,78 ±10 7.34 ±10 % suš. Q21-540-071/01 A vázaná voda dle Penfield 1,19 ±10 9 ±10 11,2 ±10 9,98 ±10 % Č-720104-2 N Tabulka č. 1 Makrosložky popílku a End-produktu 110
Pod silem cementu je umístěna cyklonová míchačka od firmy Stasis H. Slavkov s nuceným mícháním o objemu 1,5 m 3, která stojí na tenzometrických vahách. Celý proces výroby solidifikátu je plně automatizován a práce obsluhy spočívá v naprogramování receptury (určení množství popílku, End-produktu, cementu procesní vody a počtu míchacích cyklů). Po zadání potřebných údajů řídící systém přemístí do míchačky zadaná množství jednotlivých komponent pomocí šnekových dopravníků a zahájí proces míchání. Po cca 7 minutách je solidifikát přepuštěn do sběrné domíchávací nádrže s měřením hladiny a blokací dalšího míchání. Z této nádrže je pak následně přečerpáván do autocisteren, případně domíchávačů ( podle délky transportu ) a odvážen na skládku. Popílek i End-produkt je možné též ze sil stáčet v suchém stavu a přepravovat na velké vzdálenosti s tím, že proces solidifikace se uskuteční až na místě budoucího úložiště. 3. Základní požadavky na solidifikát: Solidifikát určený pro vyrovnávání skládek komunálních odpadů musí splňovat parametry uvedené v následující tabulce. Parametr Měr. jedn. Limitní hodnota Předpis Technické požadavky konzistence čerstvé směsi cm 8,5-15 ČSN 73 6127 pevnost v tlaku prostém MPa min.0,3 ČSN 72 1025 stupeň míry zhutnění %PS min.70 ČSN 72 1015 poměr únosnosti CBR % min.2 ČSN 72 1016 součinitel propustnosti m.s -1 min.5.10-7 ČSN 72 1020 objemová hmotnost kg.m -3 min.920 ČSN 72 1010 objemové změnybobtnání % max.4 PNV 0104 Ekologické požadavky hmotnostní aktivity 226 Ra Bq.kg -1 300 Vyhl. č.307/2002 vyluhovatelnost mg.l -1 limit hodnoty výluhu dle tab.č.2 etotoxicita Metodika MŽP (Věstník 12/02) Tabulka č. 2 Parametry použitelnosti solidifikátu Stupeň míry zhutnění Tato hodnota vyjadřuje míru samovolného zhutnění směsi po odlevu do konstrukční vrstvy. Stupeň míry zhutnění je vyjádřen jako procesní podíl objemové hmotnosti samovolně zhutněného vzorku z objemové hmotnosti stanovené hutněním optimálně zvlhčené směsi metodou Proctor Standard. V obou případech se pro porovnání použije hodnota objemové hmotnosti ve vysušeném stavu. Vyluhovatelnost U solidifikátu vyráběného podle PNV 0104 se vyluhovatelnost posuzuje podle kvality vodného výluhu a hodnotí se podle následující tabulky č.2. Základním kriteriem pro posuzování kvality vodního výluhu je jeho hodnocení podle ČSN 73 6133. V případě překročení limitní hodnoty obsahu sledovaných škodlivin musí naměřená hodnota splnit alespoň požadavky limitních hodnot pro II. třídu vyluhovatelnosti dle Vyhlášky č. 383/2001 Sb. 111
Ekotoxicita Zkouškami provedených ekotoxikologických testů musí být prokázáno, že solidifikát nevykazuje nebezpečnou vlastnost H 14 ekotoxicitu dle vyhlášky MŽP a MZdravotnictví č. 376/2001 Sb. Současně musí být těmito zkouškami prokázáno, že solidifát lze zařadit do třídy vyluhovatelnosti II ( případně I) Vyhlášky MŽP č. 383/2001 Sb. Další požadavky na vlastnosti solidifikátu Další základní požadavky na výrobky ( solidifikát ) pro stavby dle Nařízení vlády č. 163/2002, tj. požární bezpečnost, bezpečnost při užívání, ochrana proti hluku a úspora energie jsou z hlediska použití solidifikátu jako vyrovnávací vrstvy skládek komunálního odpadu bezpředmětné. Prvek Nejvyšší přípustné množství (mg.l -1 ) ČSN 73 6133 tř. vyluh. II Ag As Ba Be Pb Cd Cr celkový Co Cu Ni Hg Se V Zn Sn 0,05 0,2 3,0 10,0-0,5 0,05 0,5 0,5 0,2 5,0 - Tabulka č. 3 Limitní hodnoty vodního výluhu Zkoušení a kontrola jakosti Požadované vlastnosti solidifikátu se ověřují zkouškami průkazními a kontrolními. Průkazními zkouškami musí být prokázáno splnění parametrů uvedených v tabulce č.1. Kontrolními zkouškami se ověřuje shoda jejich fyzikálních, chemických a biologických vlastností s výsledky průkazních zkoušek. Tyto zkoušky zajišťuje výrobce solidifikátu. Odběr vzorků pro kontrolní zkoušky se provádí v množství minimálně 5l, aby se vytvořil reprezentativní vzorek. O odběru a kontrolních zkouškách se vede řádná evidence. 4. Poloprovozní ověřování na zkušebních plochách Pro řešení tohoto úkolu byla uzavřena SoD č. 17/01/2004 mezi SAKO Brno,a.s. a Ecointeres Brno. Při poloprovozních zkouškách byly počátkem listopadu 2004 připraveny tři různé druhy solidifikátu. Při výrobě prvního vzorku byla použita základní receptura uplatněná při běžné produkci solidifikátu, která se vyznačuje dávkou 200 kg cementu na 1 m 3 hotového výrobku. Dále byla při zkouškách upravována receptura tak, že dávky popílku a End-produktu byly ponechány a zvyšovala se pouze dávka cementu a to tak, že druhý vzorek solidifikátu obsahoval 112
250 kg cementu na 1 m 3 a u třetího vzorku 300 kg cementu na 1 m 3 výrobku. Postupné zvyšování přídavku cement bylo provázeno rovněž mírným zvýšením množství záměsové vody tak, aby konzistence vyrobeného solidifikátu odpovídala zadání ( 10 12 cm Vicatova prstence ). Při výrobě každého ověřovacího vzorku určeného k poloprovozním odlevům bylo vyrobeno cca 8 m 3 solidifikátu, který byl dokonale homogenizován a následně přečerpán do autocisterny typu CAS. Zkušební pole byla vybudována na skládce firmy Sateso ve Šlapanicích. Zkušební pole byla vybudována tak, aby umožnila příjezd cisternového vozu až na místo a solidifikát bylo možné odlévat. Z každého vyrobeného vzorku byl odebrán vzorek o objemu 12 litrů do předem připravených vzorkovnic pro potřeby stanovení konzistence a pro odlévání zkušebních těles pro potřeby následného vyhodnocování vlastností vyráběných hmot. Mimo vyhodnocování vlastností vyráběných hmot v běžných laboratorních podmínkách bylo prováděno i sledování zkušebních polí po jejich odlevu. Krátkodobé vlastnosti solidifikátů nejsou podnikovou normou nijak předepsány, z hlediska praktických podmínek na staveništi je však vyžadováno zatuhnutí solidifikátu tak, aby nejdéle po sedmi dnech zrání byl povrch soudržný, pevný a pochůzný. Tato podmínka byla u všech třech vzorků splněna a nevyskytly se žádné poruchy i když klimatické podmínky zdaleka nebyly ideální. Po 28 dnech zrání bylo provedeno na zkušebních plochách odvrtání zkušebních vzorků ve tvaru válců pro stanovení pevnosti v tlaku prostém. Pro využití solidifikátu na uzavírání skládek je požadavek na pevnost v tlaku prostém velmi mírný a jako postačující je v podnikové normě stanovena hodnota vyšší než 0,3 MPa. Vzorky z laboratoří vykazovaly pevnost 2,7 MPa až 3,6 MPa v závislosti na dávce cementu ve vzorku, u vzorků získaných odvrtáním ze zkušebních ploch byly tyto hodnoty v rozmezí 2,1 až 2,8 MPa, opět v závislosti na množství cementu. Z uvedeného vyplývá, že výsledky jsou velmi příznivé. 5. Certifikační proces Proces certifikace zabezpečoval jako autorizovaná osoba Technický a zkušební ústav stavební Praha, s.p. pobočka 04 Teplice, který se rovněž podílel na výsledném znění podnikové normy PNV 0104, která slouží jako závazný podklad pro certifikační proces. Laboratorní rozbory byly prováděny ve firmě Ecochem Praha, která je akreditovanou laboratoří. Certifikát byl vystaven pod číslem 040-021 168 Popílkový stabilizát. Dále byl vystaven Protokol o výsledku certifikace výrobku č. 040 021 141 a další související dokumenty. Proces certifikace byl uzavřen těsně před koncem roku 2004. 6. Závěr Pracovníci spalovny společnosti SAKO Brno,a.s. spolu s pracovníky firmy Ecointeres Brno s.r.o. prokázali, že lze dosáhnout cílů, které byly ještě před několika lety téměř nemožné získat certifikát na výrobek z komponent, které byly považovány za nebezpečný odpad. Tento trend je patrný v celé vyspělé Evropě. Je potřeba tento krok chápat pouze jako počátek dalšího zkoumání procesů solidifikace produktů ze spaloven komunálních odpadů, neboť je nám z našich spanilých cest po spalovnách našich vyspělejších sousedů známo, že solidifikát ze spaloven je využíván ve stavebnictví k sanaci starých inženýrských sítí, jako jsou vodovody, plynovody a kanalizace. Po skončení životnosti nejsou tyto sítě, pokud to není nezbytně nutné vyzvednuty ze země, naopak je do nich tlakově vpraven upravený 113
solidifikát, který po vytuhnutí brání propadání nadloží. Tímto směrem se chce ubírat i brněnská spalovna, která by se po skončené plánované rekonstrukci měla stát moderním zařízením, které energeticky využije neroztříděné a dále nezpracovatelné směsné komunální odpady z jihomoravské oblasti a produkty vzniklé spálením, respektive čištěním spalin budou využity ve stavebnictví a bude tak minimalizováno množství odpadů ukládaných na skládky, jak vyžaduje legislativa EU i ČR. 5. Literatura [1] Ecointeres Brno : Výroba a užití popelkového solidifikátu ze spalovny SAKO Brno,a.s. Závěrečná zpráva 2004. 114