Wiele faktów wskazuje, że niestety, co najmniej do roku 2030 a może i dłużej, węgiel ciągle jeszcze będzie głównym paliwem w produkcji ciepła i energii elektrycznej w naszym kraju. Ten proces energetycznego spalania węgla kojarzymy zwykle ze szkodliwym oddziaływaniem na jakość powietrza atmosferycznego. Ale to nie jedyny rodzaj szkodliwego oddziaływania na środowisko.
Produkty spalania węgla
W tym procesie do atmosfery emitowany jest pył i zanieczyszczenia gazowe, zwłaszcza tlenki siarki i azotu oraz tlenki węgla – tlenek i ditlenek węgla. Zwłaszcza ten ostatni z wymienionych tlenków – CO2 – jest ostatnio najczęściej wymieniany, z uwagi na jego znaczącą rolę w procesach zmian klimatu. O wpływie na środowisko tlenków siarki i azotu też była okazja już tutaj wcześniej mówić przedstawiając problem kwaśnych deszczy. Nie można również zapominać, że wszystkie pozostałe wymienione zanieczyszczenia gazowe, wraz z pyłem, tworzą grupę zanieczyszczeń bardzo szkodliwych dla zdrowia, o czym wcześniej tutaj pisałem omawiając zagadnienie smogu zimowego.
Trzeba jednak wiedzieć, że innym jeszcze niekorzystnym rezultatem procesu spalania węgla to powstawanie dużych ilości odpadów stałych. Do tych odpadów zalicza się pyły wyłapane ze spalin przez urządzenia odpylające zamontowane na drodze przepływu gazów spalinowych oraz tzw. odpady paleniskowe, czyli stałe produkty spalania, gromadzące się w tej części kotła, w której odbywa się proces spalania węgla. Pod kotłem gromadzi się żużel będący gruboziarnistym produktem procesu spalania. Jest substancją powstałą w wyniku topienia się tych składników zawartych w węglu, których temperatura topienia jest niższa niż temperatura prowadzenia procesu spalania. Reszta cząstek stałych tworząca się w procesie spalania węgla, jako tzw. popiół lotny, staje się składnikiem spalin i jest emitowany do atmosfery. Staje się składnikiem pyłowych zanieczyszczeń powietrza, co opisałem wcześniej charakteryzując czym jest pył.
W większości eksploatowanych obecnie źródeł produkcji energii do spalin przechodzi około 80 procent popiołów zawartych w węglu, a resztę stanowi żużel. W urządzeniach służących odpylaniu gazów odlotowych, takich jak elektrofiltry, a zwłaszcza filtry tkaninowe uzyskuje się sprawności usuwania pyłu ze spalin przekraczające 99 procent.
Składowiska żużli i popiołów ze spalania węgla
Im więcej popiołu wydzielonego zostaje ze spalin przez urządzenia odpylające tym mniejsza jego ilość wyemitowana zostaje do atmosfery. Jednocześnie jednak im większa ilość wychwyconego przez odpylacze popiołu tym większa masa odpadu wymagać będzie jego składowania i zagospodarowania. Ponieważ w Polsce nadal podstawowym surowcem energetycznym jest węgiel, to rocznie powstaje kilkanaście milionów ton żużli i popiołów wydzielonych ze spalin przez urządzenia odpylające.
Tworzące się stałe produkty spalania węgla podlegają przepisom stosowanym wobec odpadów. Jest to istotny problem dla elektrowni i elektrociepłowni, gdyż prawo ochrony środowiska nakłada opłaty na każdą wytworzoną tonę tego odpadu, a to przekłada się na koszty wytwarzania energii elektrycznej. Część tych odpadów jest gospodarczo wykorzystywana, ale znaczna ich część trafia jednak na składowiska.
Składowiska stałych produktów spalania węgla są to obiekty powierzchniowo bardzo duże i muszą być tak zaprojektowane i eksploatowane aby maksymalnie obniżyć ujemne oddziaływanie na środowisko.
Zdj.1. Stanisław Hławiczka
Jak duże obszarowo mogą to być obiekty?
Pojedyncza elektrownia o mocy 1200 MW, w okresie kilkudziesięcioletniej działalności, potrafi wytworzyć ładunek około 9,5 miliona ton odpadów paleniskowych. Dla nich konieczne jest tworzenie miejsc umożliwiających ich bezpieczne składowanie. Nie przewiduje się już w Polsce budowę nowych elektrowni węglowych lecz wcześniej, planując eksploatację takiej elektrowni przez okres około 40 lat, już na etapie projektowania, dla potrzeb składowiska należało przewidzieć pojemność do składowania wynoszącą kilkanaście milionów metrów sześciennych. Konieczność przemieszczenia tak dużych ładunków powodowało, że składowiska odpadów paleniskowych lokowane były, i są do dzisiaj możliwie blisko elektrowni.
Eksploatacja składowisk odpadów paleniskowych
Bardzo duże ładunki żużli i popiołów powstających w procesie spalania węgla w elektrowniach i elektrociepłowniach trzeba jakoś przetransportować na składowisko. Transport na składowisko zwykle odbywa się rurociągiem, wcześniej jednak, do mieszaniny tych odpadów dodawana jest woda. W zależności od wzajemnego stosunku ilości wody i mieszaniny odpadu powstaje albo tzw. pulpa (równe są wtedy ilości wody i odpadu) lub emulgat (ilość wody jest 10-krotnie mniejsza od ilości odpadu). Mieszanki tych odpadów z wodą robi się po to, aby taki konglomerat popiołowo-żużlowo-wodny był możliwy do transportu rurociągiem na składowisko. Rurociąg tranzytowy transportuje taką mieszankę na składowisko, a konkretnie do jednej z trzech kwater tworzących typowe składowisko odpadów paleniskowych. Z uwagi na obecność wody w pulpie lub emulgacie są to tzw. składowiska mokre.
Zdj.2. Stanisław Hławiczka
Na zdjęciu widoczna jest kwatera wraz z rurociągiem, którym mieszanina popiołu i żużla z wodą transportowana jest na składowisko. Woda zawarta w tej mieszaninie zaczyna się odsączać, a czas procesu odsączania, czyli czas opróżniania się kwatery (czyli wydzielonej części składowiska) z wody nadosadowej zależy od warunków filtracji, które m.in. zależą od składu frakcyjnego popiołu i żużla. Odsączana woda ujmowana jest poprzez system studni przelewowych. Z nich, wychwycona woda jest odpompowywana i zawracana do ponownego wykorzystana w procesie hydrotransportu kolejnych porcji odpadów paleniskowych z terenu elektrowni.
Zdj.3 Stanisław Hławiczka
Zdjęcie przedstawia kolejną kwaterę na mokrym składowisku odpadów paleniskowych, w której zdeponowany wcześniej w tej kwaterze odpad jest już przesuszony, a zgromadzony materiał wykorzystywany jest do podwyższania obwałowań kwatery i stworzenie nowej warstwy obwałowania. Zwiększa to pojemność kwatery, umożliwiając przyjęcie kolejnych porcji mieszaniny odpadu z wodą.
I tak dochodzimy do wyjaśnienia typowego cyklu eksploatacji składowiska popiołów paleniskowych: w kwaterach składowiska (są tu co najmniej 3 kwatery) prowadzone są równolegle następujące czynności: zrzut pulpy/emulgatu do tzw. komory napełniania, osuszanie zdeponowanych odpadów poprzez odsączanie wody nadosadowej, co dzieje się w tzw. komorze odsączania oraz podwyższanie obwałowań z użyciem wcześniej zdeponowanego w tej kwaterze materiału, co robi się w komorze podwyższanej. Takie naprzemienne podwyższanie obwałowań kwater i ich napełnianie powoduje stałe zwiększanie wysokości składowiska.
Czy jest w związku z tym jakaś wysokość graniczna bocznych obwałowań składowiska odpadów paleniskowych?
Dla większości tego rodzaju składowisk wartość docelowej tzw. rzędnej wysokości mieści się w przedziale pomiędzy 20 a 30 metrów. W powstałym zboczu takich składowisk tworzy się studnie tworzące system odwadniania składowiska. U dołu zbocza jest zwykle tzw. rów opaskowy, którego rolą jest odprowadzanie wody z odsączania materiału wypełniającego składowisko oraz odprowadzanie spływu wody deszczowej.
Zdj.4 Stanisław Hławiczka
Kolejne zdjęcie przedstawia obszar na którym wcześniej odbywały się opisane dotychczas procesy. Po osiągnięciu docelowej rzędnej składowiska, czyli zapełnieniu go do wysokości około 20-30 metrów ponad poziom otaczającego go terenu, rozpoczyna się jego rekultywacja. Procesy obsiewania trawami i odpowiednie nawadnianie doprowadzają do sytuacji nie tylko wyeliminowania pylenia ale można też uzyskać prawie całkowite zamaskowanie wcześniejszej przemysłowej funkcji tego obszaru.
Zdj.5 Stanisław Hławiczka
W niektórych elektrowniach udaje się odejść od tradycyjnego sposobu składowania odpadów paleniskowych. Zwłaszcza w obiektach typu elektrownie czy elektrociepłownie niedużej mocy popioły i żużle są bezpośrednio odbierane z punktów gromadzenia tego materiału odpadowego. W takich rozwiązaniach, bezpośrednio spod lejów urządzeń odpylających, popiół odbierany jest systemem pneumatycznym i transportowany do zbiornika pośredniego. Z tych zbiorników, poprzez wydmuch, pył kierowany jest do rury transportowej i przenoszony do zbiorników końcowych.
Zdj.6 Stanisław Hławiczka
Z tych zbiorników można go łatwo odbierać i wywozić do odbiorców jako materiał możliwy do gospodarczego wykorzystania. Odpowiednio eksploatowany węzeł załadunkowy jak i odpowiednio dobrany środek transportu gwarantuje wyeliminowanie uciążliwości związanej z pyleniem.
Do czego wykorzystuje się odpady paleniskowe z elektrociepłowni
Praktyka pokazuje, że całkiem sporo jest chętnych do zagospodarowania zarówno żużla z kotłów jak również popiołów wydzielonych w urządzeniach odpylających elektrowni węglowej. Bardzo duża część tego materiału wykorzystywana jest zwłaszcza w budownictwie drogowym, w utwardzaniu (stabilizacji) gruntów oraz do tworzenia nasypów i różnego rodzaju barier ochronnych. Odpady te okazały się również wartościowym składnikiem w produkcji betonu, klinkieru portlandzkiego, cementu oraz w produkcji spoiw bezcementowych. Spore ilości wykorzystywane są w górnictwie, na przykład do tworzenia podsadzek samozestalających.
Żużle i popioły pochodzące z różnych elektrowni mogą znacznie różnić się składem chemicznym, co ma wpływ na możliwość ich utylizacji. Skład ten zależy m.in. od składu mineralnego spalanego węgla oraz typu kotła i sposobu prowadzenia procesu spalania.
Można by wymieniać wiele innych jeszcze specyficznych zastosowań. Popioły lotne ze spalania węgli okazały się na przykład przydatne również jako adsorbent metali ciężkich zawartych w ściekach i osadach ściekowych. Ścieki przemysłowe czy osady komunalne pozbawione tych zanieczyszczeń okazały się przydatne jako nawóz do wzbogacania gleb w składniki organiczne i mineralne.
Rozpatrując praktyczne zastosowania popiołów i żużli elektrownianych nie można pominąć ważnej właściwości tej grupy odpadów jaką jest ich promieniotwórczość. Ta niekorzystna właściwość wynika z obecności pierwiastków promieniotwórczych zawartych w spalanym węglu. Ten fakt powoduje, że sprawą uzasadnioną jest stosowanie regulacji prawnych sankcjonujących wykorzystanie odpadów paleniskowych jako surowca materiałów budowlanych. Wyniki sporej ilości badań wykazały jednak, że w zdecydowanej większości przypadków mieszanki popiołowo-żużlowe nie są odpadem niebezpiecznym.
Tekst i zdjęcia: Stanisław Hławiczka
0 Komentarze