Autor Ing. Vladimír Neužil, CSc. Organizace KONEKO Marketing, spol. s r. o. Název textu Zneškodňování komunálního odpadu Blok BK2 - Emise-stacionární zdroje Datum Srpen 2001 Poznámka Text neprošel redakční ani jazykovou úpravou
Zneškodňování komunálního odpadu Za významný zdroj emisí je veřejností i odbornými kruhy považováno zneškodňování odpadů termickou cestou. Využití tuhého komunálního odpadu má však řadu výhod a přináší i energetické zisky, neboť spalovna komunálního odpadu je zařízení, ve kterém se odpad využívá jako palivo pro výrobu tepelné energie. Je to výtopna, která místo spalování fosilních paliv spaluje komunální odpad, vyrábí teplo, které může být po připojení na soustavu CZT využito pro otopové nebo technologické účely. Energetický přínos termického využití odpadu spalováním vyplývá z průměrné výhřevnosti komunálního odpadu, která se pohybuje od 8 do 12 MJ/kg, což je srovnatelné s výhřevností hnědého energetického uhlí. Spalovny jsou nákladná zařízení v hodnotě několika miliard korun. Na jejich vybudování je třeba vynaložit prostředky v relativně krátkém čase, což je vnímáno veřejností jako nevýhoda, přestože asanace skládek při srovnání obou modelů nakládání s odpadem v budoucnu bude dle odhadů podstatně dražší. Spalovny jsou veřejností vnímány jako spíše zatěžující průmyslové objekty, než jako přínos pro životní prostředí. To však není vinou spaloven a jejich řešení, ale nedostatkem objektivní informovanosti občanů. Pro termické využití odpadu hovoří fakt, že se spalováním snižuje objem odpadů až na 10 % původního objemu a zhruba na 30 % původní hmotnosti. Významně se tedy sníží množství odpadu ukládaného na skládky. Redukce skládkovaného odpadu má ekonomické výhody: vždyť jenom vyčlenění pozemku pro vybudování skládek a následně jejich zabezpečení proti spontánnímu samovznícení nebo znečištění spodních vod představuje značné náklady. Navíc v odpadu, který je odvezen na skládky bez spalování, probíhají chemické reakce závislé na tom, jak kvalitně je skládka provedena a provozována. Některé z těchto reakcí nejsou ještě zcela zmapovány. Tyto chemické reakce na skládce nespáleného odpadu probíhají i 30 let po ukončení provozu skládky a představují tak reálné nebezpečí dalších environmentálních škod pro příští generace. Poznámka: Při skládkování komunálního odpadu dochází poněkud paradoxně k tomu, že energeticky využitelný materiál je ukládán do země zatímco jinde je těženo palivo se srovnatelnou výhřevností Legislativa Zařízení pro termické zneškodňování odpadů jsou velice ostře sledovány a na jejich provoz se vztahují přísné emisní limity. Porovnání současně platných a připravovaných emisních limitů pro spalovny komunálního odpadu je uvedeno v následující tabulce. 2
117/97 Sb. Návrh nové vyhlášky jmenovitý výkon 1t/h 1) 1 t/h < 1t/h 1 t/h - 3t/h 3t/h < Polutanty mg/m 3 mg/m 3 mg/m 3 mg/m 3 mg/m 3 Prach 50 30 50 30 30 SO 2-300 - 300 300 NO x jako NO 2-350 - 350 350 CO 100 100 100 100 100 Organické sloučeniny (suma C) 20 20 20 20 20 HCl 30 30 30 30 30 HF 2-2 2 Suma Hg, TI a Cd v plynné, kapalné a tuhé fázi - 0,2-0,2 0,2 2) Suma As, Ni, Cr a Co v plynné, kapalné a tuhé fázi - 2 Suma Pb, Cu a Mn v plynné, kapalné a tuhé fázi - 5 Ni + As - 1 1 Pb + Cr + Cu + Mn - 5 5 Součtový obsah PCDD/PCDF (ng TEQ/Nm 3 ) - 0,1 0,1 0,1 0,1 1) Referenční obsah kyslíku 17 %, jinak 11 % 2) z čehož Hg max. 0,08 mg/m 3 Spalovny komunálního odpadu spadají pod režim několika směrnic Rady EU a protokolů k CLRTAP. Směrnice Rady 96/61/EC z 24. září 1996 o integrované prevenci a integrovaném řízení znečištění stanoví integrální přístup k předcházení a omezování znečišťování, ve kterém všechny aspekty environmentální účinnosti zařízení jsou zvažovány sjednoceným (celistvým) způsobem; platí pro zařízení ke spalování nebo spoluspalování komunálního odpadu s kapacitou nad 3 t/h. Směrnice Rady 2000/76/EC ze dne 4. prosince 2000 o spalování odpadu přináší definici komunálního odpadu: směsný komunální odpad rozumí odpad z domácností a komerční, průmyslový a institucionální odpad, který je v důsledku své povahy a složení podobný odpadu z domácností, ale s vyloučením frakcí uvedených v příloze k rozhodnutí 94/3/ES 22 pod hlavičkou 20 01, které jsou sbírány separovaně u zdroje a s vyloučením jiných odpadů uvedených v citované příloze pod hlavičkou 20 02. Směrnice o odpadech stanoví emisní limity takto (v následující tabulce je provedeno dílčí srovnání emisních limitů z návrhu české vyhlášky): 3
Polutanty 2000/76/EC 4) Návrh vyhlášky ČR 3) mg/m 3 mg/m 3 Tuhé znečišťující látky (prach) celkem 10 30 Organické látky v plynné fázi, vyjádřené jako TOC 10 20 Chlorovodík (HCl) 10 30 Fluorovodík (HF) 1 2 Oxid siřičitý (SO 2 ) 50 300 NO a NO 2, vyjádřené jako NO 2 1) NO a NO 2, vyjádřené jako NO 2 2) 200 Kadmium a jeho sloučeniny jako Cd 0,05 Thalium a jeho sloučeniny jako Tl Rtuť a její sloučeniny, vyjádřené jako rtuť (Hg) 0,05 Antimon a jeho sloučeniny jako Sb Arsen a jeho sloučeniny jako As Olovo a jeho sloučeniny jako Pb Chrom a jeho sloučeniny jako Cr Kobalt a jeho sloučeniny jako Co 0,5 Měď a její sloučeniny jako Cu Mangan a jeho sloučeniny jako Cr Nikl a jeho sloučeniny jako Ni Vanad a jeho sloučeniny jako V 400 350 přímé srovnání nelze provést 1) pro stávající spalovací zařízení o kapacitě nad 6t/h nebo pro nové spalovací zařízení 2) pro stávající spalovací zařízení o kapacitě do 6t/h 3) emisní limity pro stávající spalovny komunálního odpadu platné v období od 1. ledna 2003 do 28. prosince 2005 4) do 1. ledna 2007 resp. do 1. ledna 2008 jsou povoleny výjimky Tabulka nezahrnuje srovnání obecně platných emisních limitů pro spalování odpadu zakotvených v návrhu vyhlášky k novému zákonu o ovzduší, neboť jsou plném souladu se směrnicí 2000/76/EC. Emisní limit pro dioxiny a furany je stanoven na 0,1 ng/m 3 a stejná hodnota emisního limitu je zakotvena i do návrhu nové vyhlášky v ČR. Protokol o persistentních organických polutantech podepsaný Společenstvím v rámci Úmluvy EHK/OSN o dálkovém znečišťování ovzduší přesahujícím hranice států stanoví právně závazné limitní hodnoty pro emise dioxinů a furanů na úrovni 0,1 ng/m 3 ; hodnoty ekvivalentů toxicity (TE) pro zařízení spalující více než 3 t/h tuhého komunálního odpadu na úrovni 0,5 ng/m 3 ; hodnoty ekvivalentů toxicity (TE) pro zařízení spalující více než 1 t/h nemocničního odpadu na úrovni 0,2 ng/m 3 ; a hodnoty ekvivalentů toxicity (TE) pro zařízení spalující více než 1 t/h nebezpečného odpadu. Protokol o těžkých kovech podepsaný Společenstvím v rámci Úmluvy EHK/OSN o dálkovém znečišťování ovzduší přesahujícím hranice států stanoví právně závazné limitní hodnoty pro emise částic 10 mg/m 3 pro spalování nebezpečného a nemocničního odpadu a limitní hodnoty pro emise rtuti 0,05 mg/m 3 pro spalování nebezpečného odpadu a 0,08 mg/m 3 pro spalování komunálního odpadu. 4
Spalovna komunálního odpadu Malešice V Praze je v provozu od roku 1998 (zkušební provoz byl zahájen na podzim roku 1997 a ukončen 30.6.1998) spalovna komunálního odpadu provozovaná akciovou společností Pražské služby. Původní projekt spalovny byl zpracován v roce 1987 generálním projektantem Hutní projekt, Praha. Samotná výstavba byla zahájena v září 1988. V roce 1992 nastoupil generální dodavatel ČKD Dukla. Do této doby byla stavba realizovaná bez druhého stupně čištění kouřových plynů. Úvodní projekt druhého stupně čištění byl zpracován a schválen v roce 1992. V květnu 1994 byly práce na výstavbě 1. a 2. etapy přerušeny z důvodu nedořešení privatizace a financování. Práce byly opětně zahájeny v roce 1996 po ukončení privatizace. Investorem stavby se staly Pražské služby a. s.. Celkové náklady na výstavbu spalovny dosáhly cca 2,7 mld. Kč. Hl. město Praha se na nich podílelo zhruba jednou třetinou (925 mil. Kč) formou navýšení majetku Pražských služeb a. s. (Hl. město Praha je majoritním akcionářem Pražských služeb). Dne 28. 7. 1998 proběhlo z nařízení odboru výstavby MHMP místní šetření v rámci kolaudačního řízení. Kolaudační rozhodnutí vydané stavebním odborem MHMP nabylo právní moci 24. 9. 1998. Základní technické parametry a údaje Ve spalovně jsou instalovány 4 spalovací kotle s válcovými rošty, z nichž jeden kotel je studenou rezervou. Spalovací zařízení - válcový rošt má výkon 15 t/hod spálených odpadů, tedy celkem 60 t/hod odpadů o výhřevnosti 8,0 MJ/kg - 12 MJ/kg. Parní výkon kotle je 36 t/hod páry 1,32 MPa, 230 C, celkem 144 t/hod. Jako pomocné palivo je zemní plyn. Provoz spalovny je celoroční a celodenní a roční předpokládané množství spálených odpadů je 180 000 tun. Tomu odpovídá dodané teplo do sítě 1,1x10 6 GJ/rok. Ze spálených odpadů se vytřídí 9 100 t/rok železného šrotu. Staveniště spalovny je na ploše 5,4 ha a plocha územní rezervy určené pro dovybavení spalovny je 1,4 ha. Celková plocha staveniště je 6,8 ha. Procento zastavěnosti plochy staveniště spalovny je 77 %. Základní technické parametry a údaje kotle Parametry páry a vody: jmenovitý výkon kotle: 30 t.h -1 max. výkon kotle: 36 t.h -1 minimální výkon při dodržení parametrů: 22 t.h -1 minimální výkon bez dodržení parametrů páry: 15 t.h -1 jmenovitá teplota přehřáté páry: 235 C jmenovitý tlak přehřáté páry: 1,37 MPa 5
Palivo: 1. městský komunální odpad: 8,0-12 MJ.kg -1 (obsah vody max.: 50 %, obsah popela max.: 20 30 %) 2. zemní plyn (výhřevnost: 34,06 MJ.m -3 ) Stručný technický popis kotle Kotel je jednobubnový, s přirozenou cirkulací. Kotel je proveden jako membránový, třítahový. Ve druhém tahu je umístěna konvekční kotlová plocha (svislé šoty). Ve třetím tahu je umístěn konvekční přehřívák, ohřívák vody a ohřívák vzduchu. Technologický popis zařízení pro čištění kouřových plynů Metoda čištění kouřových plynů je založena na dvoustupňovém vypírání kouřových plynů zbavených prachu. Každý kotel má samostatnou linku na čištění kouřových plynů. Čistící linka je sestavena z rozprašovací sušárny, elektrofiltru, pračky s odlučovačem kapek, směšovače kouřových plynů, parního ohřívače kouřových plynů a kouřového ventilátoru. Kouřové plyny z kotle mají teplotu 230-270 C a obsahují SO 2, HCl, HF prach a těžké kovy. Spaliny jsou zavedeny do rozprašovací sušárny. Zde se kouřové plyny uvedou do rotačního pohybu a v opačném směru rotace je do nich rozprašována upravená odpadní suspenze z pračky a absorberu. Teplotou kouřových plynů se ze suspenze odpaří voda a pevné částečky ze suspenze padají na dno sušárny. Dále jsou dopravovány do zásobníku zbytků. Dále jsou kouřové plyny vedeny přes tříkomorový elektrofiltr v němž je odloučen prach. Kouřový plyn vystupující z elektrofiltrů má teplotu asi 170 C a pokračuje kouřovodem do pračky. V horní části pračky prochází chladičem kouřových plynů, kde je ochlazen na 80 C, aby se nepoškodilo vnitřní pogumování pračky. Kouřové plyny procházející pračkou jsou promývány vápennou suspenzí. V pračce se odlučuje převážná část HCl, HF, HBr, Hg další těžké kovy a zbytky prachu. Aby se 6
zabránilo přechodu rtuti do plynné fáze udržuje se v pračce vysoce kyselé prostředí 1,5 ph. Dále pokračují kouřové plyny přes odlučovač kapek do absorberu. Odlučovač kapek zabraňuje unášení malých kapek suspenze z pračky do absorberu. Kouřové plyny procházející absorberem ze zdola vzhůru a jsou opět promývány vápennou suspenzí. Úkolem absorberu je odloučit z kouřových plynů zbytky HCl, HF a hlavně odloučit SO 2. Hodnota ph se udržuje přidáváním vápenné suspenze mezi 4,5-5,5. Hustota lázně je udržována odpouštěním suspenze do zahušťovače. Vyčištěné kouřové plyny jsou za pračkou ochlazeny na 65-70 C. Pro zlepšení jejich rozptylu jsou ohřívány v parním trubkovém ohřívači spalin na teplotu 110 C. Ohřáté spaliny jsou dopravovány kouřovým ventilátorem do komína. Nový způsob odstraňování dioxinů a furanů ze spalin Odborníci Pražských služeb a.s. vyvinuli, patentovali a spustili novou unikátní technologii, která byla poprvé vyzkoušena na Malešické spalovně v Praze. Metoda čištění kouřových plynů a technologie na odstraňování PCDD/F z kouřových plynů je založena na aplikaci látky Sorbalit do okruhu linek čištění kouřových plynů instalovaných na Malešické spalovně. Tato metoda užívaná u polosuchých metod čištění spalin byla poprvé na Malešické spalovně aplikovaná u mokré vápenné vypírky. Jedná se prakticky o dávkování aktivního uhlí společně s vápennou suspenzí (nebo koksu) do teplých spalin, kde dojde k vyvázání těžkých kovů (hlavně Hg) a zároveň látek PCDD/F (dále jen dioxiny). Z důvodu, že tato metoda nebyla dosud aplikovaná u mokré vápenné vypírky, bylo nutno nejdříve prověřit možné zápory této metody. Jednalo se především o otěruvzdornost rozváděcího pogumovaného potrubí vápenné suspenze a čerpadel, ucpávání nástřikových trysek a měření rychlosti usazování vápenného roztoku, účinnosti EF a hlavně účinnosti metody ve stávající technologii mokré vápenné vypírky. Na základě znalosti místní technologie a dostupných sorbentů byla odborným týmem zvolena metoda použití aktivního uhlí typu AK NORIT L 140 (89 % vápno + 11 % AC), látka obchodně nazývaná Sorbalit, s jemnou granulací max. 90 mikronů. Vyhodnocení nové technologie 1. Použití metody byla vyřešena problematika odstraňování dioxinů z kouřových plynů 2. Použití Sorbalitu nezpůsobilo žádné tlakové změny ve výtlaku čerpadel 3. Použití Sorbalitu omezilo tvorbu sádrovce v technologii 2 stupně čištění, a tím došlo ke stabilizaci provozu 4. Účinnost a provozní hodnoty EF nevykázaly žádných změn 7
5. Nebyla zjištěna zvýšená abrazivost v potrubí odlučovačů kapek a vlastních nádob (předpračka, absorbér, zahušťovač atd.) Zkoušky ověřily novou technologii v provozu a prokázaly, že umožní dosáhnout nejpřísnějších parametrů mnohem dříve, než budou tyto normy požadovány legislativou EU viz následující tabulka. Již v současné době jsou Českou inspekcí životního prostředí uloženy malešické spalovně přísnější hodnoty emisních limitů, než jaké platí dle současné legislativy. Srovnání hodnot emisních limitů je patrné z následují tabulky. Koncentrace určené Zákonem určená Název látky Rozdíl rozhodnutím ČIŽP koncentrace Prach 30 30 0 SO x jako SO 2 50 300 250 NO x jako NO 2 350 350 0 CO 100 100 0 Organické slouč. (suma C) 20 20 0 HCl 10 30 20 HF 1 2 1 PCDD/PCDF (ng/nm 3 ) - - Těžké kovy skupiny I (CD, Hg, TI) 0,2 0,2 0 Těžké kovy skupiny II (As, Co, Ni, Se, Te) 0,5 2 1,5 Těžké kovy skupiny III (Sb, Pb, Cr, Cu, Mn, Pt, Pd, Rh, Sn) 2,5 5 2,5 Výsledky měření emisí ve spalinách spalovny Malešice (hodnoty jsou uvedeny v mg/m 3 s výjimkou PCDD/PCDF) Název látky květen 1999 6. a 7. 12. 1999 linka 1 linka 2 linka 2 linka 3 Platná norma v SRN Prach 2,1 1 10 SO 2 8 11 50 NO x 323 315 200 CO 11 12 50 Organ. slouč. (suma C) 2,5 1,3 10 HCl 0,85 0,63 10 HF 0,1 0,09 1 Těžké kovy sk. I 0,044 0,054 0,00241-0,00132 0,00112-0,00059 Hg 0,05 Cd/Tl 0,05 PCDD/PCDF (ng/nm 3 ) 1,59 1,17 0,11-0,10 0,10-0,10 0,1 8
Z tabulky je zřejmé, že ve všech sledovaných parametrech malešická spalovna je schopna již dnes dodržet přísné emisní limity kromě emisního limitu pro NO x. Z toho důvodu byly zahájeny práce na dalším projektu, a to na redukci NO x na hodnotu menší než 200 mg/m 3 se selektivní nekatalytickou redukcí, metodou SNRC nebo ERC. Závěr Malešická spalovna spadá pod režim směrnic:! 2000/76/EC o spalování odpadu,! 96/61/EC o integrované prevenci a integrovaném řízení znečištění,! 84/360/EEC o boji proti znečišťování ovzduší z průmyslových závodů a vztahují se na ní protokoly o TK, POPs a ACETO. Předložený materiál byl zpracován z důvodu environmentální významnosti popsaného zdroje. Cílem bylo ukázat, že spalovnu v Malešicích je možno považovat za velice dobře ošetřený stacionární zdroj emisí a že jeho provoz vyhovuje současné právní úpravě v ochraně ovzduší. Dalším cílem bylo získat poklady pro odhad emisních faktorů pro rok 2010. Z publikovaných hodnot měření emisí je možno usoudit, že spalovna vyhoví i přísnějším emisním limitům, které vstoupí v platnost s naším vstupem do EU a většinu získaných hodnot je možno použít i pro výpočty k roku 2010. Pro emise NO x je však nutno použít emisní faktor na úrovni emisního limitu 200 mg/m 3. 9