Promotor pracy prof. dr hab. inż. Włodzimierz Kowalski Projekt współfinansowany przez Unię Europejską w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego PRACA DYPLOMOWA Imię i nazwisko: Justyna Tłuścik Temat pracy dyplomowej: Osady ściekowe – wybrane metody zagospodarowania i unieszkodliwiania Promotor pracy prof. dr hab. inż. Włodzimierz Kowalski

Spis treści Wstęp Informacje podstawowe dotyczące powstawania osadów ściekowych 1.1. Wytwarzanie osadów ściekowych 1.2. Podział osadów ściekowych ze względu na miejsce ich powstawania.

Spis treści 2.Metody unieszkodliwiania i wykorzystania osadów ściekowych 2.1. Metody przeróbki osadów ściekowych wraz ze sposobami ich zagospodarowania 2.1.1. Sposoby zagospodarowania osadów ściekowych 2.1.2. Tendencje dotyczące metod unieszkodliwiania osadów ściekowych 2.2. Regulacje prawne w zakresie wykorzystywania osadów ściekowych

Spis treści 3. Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych 3.1. Właściwości paliwowe osadów ściekowych 3.2. Procesy stosowane w obróbce osadów ściekowych 3.2.1. Zagęszczanie 3.2.2. Stabilizacja 3.2.3. Odwadnianie 3.2.4. Unieszkodliwianie

Spis treści 3.4. Procesy termiczne stosowane do unieszkodliwiania osadów ściekowych 3.4.1. Spalanie 3.4.2. Piroliza 3.4.3. Zgazowanie 3.4.4. Witryfikacja

Informacje podstawowe dotyczące powstawania osadów ściekowych 1.1. Wytwarzanie osadów ściekowych Wytwarzanie osadów ściekowych jest nieodłącznie związane z procesem oczyszczania ścieków, jest to uboczny produkt każdej technologii oczyszczania ścieków. Odpady te objętościowo stanowią ok. 2% oczyszczanych ścieków i zawierają ponad połowę całego ładunku zanieczyszczeń w docierających do oczyszczalni ściekach surowych. Różnią się one między sobą pod względem ilości, składu, właściwości fizycznych, chemicznych i biologicznych. Do charakterystycznych cech osadów ściekowych jest wysoki stopień uwodnienia (ok. 99% dla osadów surowych), znaczna zawartość związków organicznych (ok. 75 % dla osadów surowych), zawartość związków biogennych (azotu, fosforu i potasu) oraz znaczną zdolność do zagniwania

Informacje podstawowe dotyczące powstawania osadów ściekowych Osady ściekowe jako produkt odpadowy powstający podczas procesu oczyszczania ścieków ulega wydzielaniu w różnych miejscach układu technologicznego oczyszczalnia Schemat nr 1. Przykładowy schemat blokowy oczyszczalni z zaznaczonymi miejscami wydzielania osadów ściekowych

Informacje podstawowe dotyczące powstawania osadów ściekowych Skratki – to typowy osad mechaniczny o różnej wielkości zależnej od wielkości i typu i gęstości krat stosowanych do ich wyłapywania na oczyszczalni i charakteru ścieków. Zanieczyszczenia zatrzymane na kratach i sitach to z reguły kawałki szmat, tworzyw sztucznych, włókna, korki itp., w razie potrzeby powinny być płukane w celu usunięcia z nich łatwo rozkładalnej substancji organicznej (ograniczenie uciążliwości zapachowej). Następnie powinny być prasowane, a następnie higienizowne poprzez przesypywanie wapnem. Po tych procesach przeróbki najczęściej trafiają na składowiska odpadów.

Informacje podstawowe dotyczące powstawania osadów ściekowych W piaskownikach usuwane są przede wszystkim cząstki mineralne o wymiarach powyżej 0,1 mm. W wydzielanych osadach mineralnych zazwyczaj znajdują się również substancje organiczne. Dlatego powinno się dodatkowo stosować płuczki piasku pozwalające usunąć zalegające substancje organiczne. Wody popłuczne zawraca się do układu oczyszczania ścieków, natomiast oczyszczony piasek może być wykorzystany lub wywożony na składowisko. Często piaskowniki są zintegrowane z odtłuszczaczem. Lżejsze od wody substancje tłuszczowe są flotowane na powierzchni, skąd są ujmowane i unieszkodliwiane przy wykorzystaniu biopreparatów. Odpowiednie szczepy bakterii dokonują rozkładu tłuszczu na prostsze związki chemiczne. Niekiedy oczyszczalnie ograniczają się do gromadzenia wydzielonych substancji tłuszczowych i okresowo przekazują je specjalistycznym firmom do utylizacji poza oczyszczalnią.

Informacje podstawowe dotyczące powstawania osadów ściekowych W oczyszczalniach często stosuje się metody strąceniowe, w wyniku czego powstają osady chemiczne. W zależności od miejsca dozowania substancji chemicznych w układzie technologicznym oczyszczania ścieków osady chemiczne są najczęściej wydzielane razem z osadami wstępnymi lub wtórnymi. Osady te mogą być ze sobą mieszane i wspólnie poddawane procesom przeróbki.

Informacje podstawowe dotyczące powstawania osadów ściekowych 1.2. Podział osadów ściekowych ze względu na miejsce ich powstawania Z uwagi na rodzaj oczyszczanych ścieków wyodrębnia się osady z oczyszczalni ścieków komunalnych, a także przemysłowych. Osady z oczyszczalni ścieków komunalnych charakteryzują się znaczną zdolnością do zagniwania, w związku z zawartością łatwo rozkładalnych substancji organicznych; niską zdolnością do oddawania wody przy jej dużej zawartości, często również obecnością bakterii chorobotwórczych i pasożytów. Natomiast osady pochodzące z oczyszczalni komunalno-przemysłowych trudniej zagniwają, ze względu na swój skład, lecz na ogół lepiej się odwadniają. Ponadto zawierają zwykle więcej domieszek specyficznych: metali ciężkich i innych substancji niebezpiecznych. Osady powstają na różnych etapach oczyszczania ścieków charakteryzują się różnymi właściwościami fizyko-chemicznymi.

Informacje podstawowe dotyczące powstawania osadów ściekowych Podział osadów ściekowych ze względu na miejsce powstawania: -Osad wstępny -Osad wtórny -Osad chemiczny -Osad mieszany -Osad nadmierny

Informacje podstawowe dotyczące powstawania osadów ściekowych Osad wstępny – osad powstający w procesie sedymentacji w osadnikach wstępnych, stanowi pozostałość po procesie sedymentacji zawiesin ze ścieków w osadnikach znajdujących się na pierwszym etapie oczyszczania. Zawiera on znaczną ilość zanieczyszczeń mineralnych i organicznych (po około 50%) zawartych w ściekach. Jest to osad zazwyczaj łatwo zagniwający, o uciążliwym zapachu. Osad wtórny - wydzielany jest w osadnikach wtórnych. Z reguły są to osady wytworzone w procesach biologicznego oczyszczania ścieków. Osady te zawraca się do obiegu oczyszczania ścieków jako osady recyrkulowane lub usuwa z obiegu do dalszej przeróbki jako osady nadmierne

Informacje podstawowe dotyczące powstawania osadów ściekowych Osad chemiczny- powstają przy zastosowaniu koagulacji lub neutralizacji ścieków z użyciem związków chemicznych. Osad mieszany- powstaje w wyniku zmieszania osadów wstępnego i wtórnego. Osad nadmierny - powstaje w procesie oczyszczania biologicznego ścieków. Jest to osad czynny z komór biologicznych, nadmierny co do ilości w stosunku do potrzeb części biologicznej oczyszczalni. Osad ten stanowi masowo największą ilość odpadów z oczyszczania ścieków w oczyszczalni

Informacje podstawowe dotyczące powstawania osadów ściekowych Wymienione osady wstępne, wtórne, chemiczne czy mieszane są osadami surowymi. Natomiast osady po kolejnych stopniach przeróbki zalicza się do następujących grup: osady zagęszczone - po procesie zagęszczania, osady stabilizowane w procesach beztlenowych (przefermentowane), osady ustabilizowane w procesach tlenowych, osady odwodnione - po operacjach odwadniania, osady zhigienizowane . po pasteryzacji, wapnowaniu lub suszeniu.

Metody unieszkodliwiania i wykorzystania osadów ściekowych Cele przeróbki osadów ściekowych: zmniejszenia objętości osadów poprzez usunięcie z nich wody, stabilizacji osadów (stabilizacja osadów ściekowych polega na zmniejszeniu zagniwalności oraz zlikwidowaniu nieprzyjemnych zapachów poprzez zredukowanie ilości substancji organicznej zawartej w osadzie), higienizacji osadów (higienizacja obejmuje procesy, w wyniku których następuje usunięcie z osadu organizmów chorobotwórczych i uzyskanie produktu bezpiecznego sanitarnie), przygotowania osadów do ostatecznej formy zagospodarowania.

Metody unieszkodliwiania i wykorzystania osadów ściekowych Czynniki determinujące gospodarcze wykorzystanie osadów ściekowych (charakterystyka fizyko-chemiczna i mikrobiologiczna): - substancji organicznych, - składników nawozowych (głównie azot, fosfor, potas), - metali ciężkich, - toksycznych związków organicznych i mineralnych, - organizmów chorobotwórczych.

Metody unieszkodliwiania i wykorzystania osadów ściekowych Struktura gospodarki osadami ściekowymi wytworzonymi w Polsce w 2004 roku (dane z KPGO 2010).

Metody unieszkodliwiania i wykorzystania osadów ściekowych Sposoby zagospodarowania osadów ściekowych: Przyrodnicze zagospodarowanie Wapnowanie osadów ściekowych Kompostowanie osadów ściekowych Składowanie osadów Suszenie i termiczne przekształcanie

Metody unieszkodliwiania i wykorzystania osadów ściekowych Przyrodnicze zagospodarowanie Jest to sposób pozwalający wykorzystać właściwości nawozowe osadów ściekowych. Charakteryzuje się niskimi kosztami, jednak jego zastosowanie wiąże się z ograniczeniami wynikającymi ze składu sanitarnego i chemicznego osadów. Przyrodnicze wykorzystanie osadów ściekowych może polegać na zastosowaniu ich do: - nawożenia gleb i roślin nie przeznaczonych do spożycia i produkcji pasz, - rekultywacji gruntów bezglebowych, - biologicznego i roślinnego utrwalania powierzchni pylących i rozmywanych przez wody opadowe (utwory geologiczne pozbawione pokrywy glebowej wskutek robót ziemnych, erozji, zwałowiska i nasypy naturalnych mas ziemnych), - do uprawy roślin przeznaczonych do produkcji kompostu i preparatów nawozowych.

Metody unieszkodliwiania i wykorzystania osadów ściekowych Wapnowanie osadów ściekowych Metoda właściwa dla osadów zawierających metale ciężkie na poziomie pozwalającym na ich przyrodnicze wykorzystanie. Do osadów dodawane jest wapno palone w ilościach niezbędnych do higienizacji osadu. Dodawanie wapna powoduje stabilizację osadów i polepsza ich zdolność do odwadniania. Produkt końcowy można traktować jako nawóz, który służy do odkwaszania gleb poprawiający jej strukturę, jednocześnie dostarcza roślinom niezbędnych składników w ilościach porównywalnych z innymi nawozami organicznymi. Możliwość wykorzystania wapna do niszczenia organizmów chorobotwórczych opiera się na wykorzystaniu ciepła, które wywiązuje się podczas reakcji hydratacji tlenku wapna z wodą zawartą w osadach. Proces ten zachodzi zgodnie z równaniem poniższym:

Metody unieszkodliwiania i wykorzystania osadów ściekowych Wapnowanie osadów ściekowych Poza temperaturą istotnym czynnikiem wpływającym na biobójczość procesu jest również wysoki odczyn wapnowanych osadów. Wiadomo, że wysokie stężenia zarówno jonów wodorowych, jak i wodorotlenowych powodują zmiany w jonizacji białek, co w konsekwencji prowadzi do zahamowania procesów życiowych organizmów. Dodawanie wapna do osadów ściekowych to nie tylko higienizacja, ale również możliwość ustabilizowania osadów oraz polepszenie ich zdolności do odwadniania.

Metody unieszkodliwiania i wykorzystania osadów ściekowych Kompostowanie osadów ściekowych Kompostowanie osadów ściekowych jest procesem tlenowym spełniającym wiele funkcji, zapewniającym: stabilizację osadów, zniszczenie organizmów chorobotwórczych, redukcję masy i uwodnienia. Substancja organiczna, po przetworzeniu na kompost może być wykorzystana jako materiał nawozowy, strukturotwórczy i rekultywacyjny. Kompost jest cennym nawozem organicznym mogącym zastąpić obornik i inne nawozy organiczne w produkcji ogrodniczej.

Metody unieszkodliwiania i wykorzystania osadów ściekowych Składowanie osadów W 2004 r. dominującym kierunkiem zagospodarowania osadów ściekowych było ich unieszkodliwianie poprzez składowanie. Według danych z KPGO 2010 było to ponad 41% masy osadów wytworzonych Obok przyczyn ekonomicznych (składowanie generowało najmniejsze koszty unieszkodliwiania osadów), przyczyną takiego stanu był brak możliwości skierowania osadów do odpowiednich instalacji (kompostowania lub termicznego przekształcania) oraz przekroczenia dopuszczalnych parametrów jakościowych osadu, które wykluczały bądź ograniczały możliwość zastosowania rolniczego lub do rekultywacji. Zmiana z dnia 12 czerwca 2007 r. do rozporządzenie Ministra Gospodarki i Pracy z dnia 7 września 2005 r. w sprawie kryteriów oraz procedur dopuszczenia odpadów do składowania na składowisku odpadów danego typu (Dz. U. Nr 186, poz. 1553), zasadniczo nie dopuszcza do składowania nieprzetworzonych osadów ściekowych.

Metody unieszkodliwiania i wykorzystania osadów ściekowych Suszenie i termiczne przekształcanie W wyniku termicznego suszenia osad przekształcany jest w produkt o zawartości około 90% s. m., który może być wykorzystywany jako nawóz organiczny lub paliwo energetyczne. Objętość mechanicznie odwodnionego osadu maleje wówczas 4-5 krotnie. Osad pozbawiony jest organizmów chorobotwórczych i jeśli nie zawiera nadmiernej koncentracji metali ciężkich, może być wykorzystywany przyrodniczo. Termiczne metody przekształcania osadów mogą w dużym stopniu rozwiązać problem ich unieszkodliwiania. Realizacja tego założenia wydaje się bardzo poważnym przedsięwzięciem, do wykonania którego potrzeba nowych zakładów termicznego unieszkodliwiania bądź wykorzystania istniejącej infrastruktury spalania paliw konwencjonalnych oraz przemysłu cementowego. Obecnie wiele oczyszczalni ścieków modernizuje tzw. ciągi osadowe, planując zastosowanie wariantu termicznego przekształcania osadów.

Metody unieszkodliwiania i wykorzystania osadów ściekowych 2.1.2 Tendencje dotyczące metod unieszkodliwiania osadów ściekowych

Metody unieszkodliwiania i wykorzystania osadów ściekowych Regulacje prawne w zakresie wykorzystywania osadów ściekowych Ustawa z dnia 27 kwietnia 2001 o odpadach (Dz.U. Nr 62, poz. 628 z późn. Zm. ) Rozporządzenie Ministra Środowiska z 1 sierpnia 2002 r w sprawie komunalnych osadów ściekowych (DzU Nr 134 poz. 110 i Nr 155 poz. 1299); Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 20 grudnia 2005 r. w sprawie standardów emisyjnych z instalacji (Dz U Nr 260, poz. 2181 z późn. Zm.); Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 21 marca 2002r. w prawie wymagań dotyczących prowadzenia procesu technologicznego przekształcenia odpadów (Dz U Nr 37, poz. 339). Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 1 sierpnia 2002r w sprawie komunalnych osadów ściekowych (Dz.U. Nr 134 poz. 1140 i Nr 155, poz. 1299). Rozporządzenie weszło w życie z dniem 11 września 2002 r i określa warunki stosowania , dawki dopuszczalne oraz zakres częstotliwości i metody referencyjne badan zarówno gruntów i sadów, które mogą być na tych gruntach stosowane.

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych 3.1. Właściwości paliwowe osadów ściekowych Podstawowe uwarunkowania determinujące wybór technologii termicznego przetwarzania osadów ściekowych to właściwości paliwowe osadów ściekowych określające możliwość ich autotermicznego spalenia, czyli spalenia bez użycia paliwa wspomagającego. O możliwości autotermicznego spalania osadów decyduje stopień ich uwodnienia, udział substancji palnej w masie osadów oraz zawartość substancji mineralnych. Najczęściej warunek autotermicznego spalania nie jest możliwy do uzyskania bez zastosowania w częściowym choćby zakresie suszenia osadów. Należy mieć również na uwadze, iż na różnych etapach procesu oczyszczania ścieków i przeróbki osadów powstają osady ściekowe charakteryzujące się odmiennymi właściwościami, różniące się podatnością na odwadnianie czy zawartością substancji organicznych (osady wstępne, przefermentowane, odwodnione).

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych Do właściwości paliwowych odpadów zalicza się: wilgotność;zawartość części palnych (C, H, N, S, Cl, F,)w tym udział części lotnych; zawartość części niepalnych; ciepło spalania wartość opałowa Osady o zawartości wody ok. 40% spalają się bez konieczności wspomagania, a ich ciepło spalania wynosi od 10 do 17 MJ/kg. W takich osadach poziom wilgotności podobny jest do miału węglowego, zaś wartość kaloryczna podobna jest do węgla brunatnego

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych Do właściwości paliwowych odpadów zalicza się: wilgotność; zawartość części palnych (C, H, N, S, Cl, F,)w tym udział części lotnych; zawartość części niepalnych; ciepło spalania wartość opałowa Osady o zawartości wody ok. 40% spalają się bez konieczności wspomagania, a ich ciepło spalania wynosi od 10 do 17 MJ/kg. W takich osadach poziom wilgotności podobny jest do miału węglowego, zaś wartość kaloryczna podobna jest do węgla brunatnego

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych Rysunek nr 2. Trójkąt Tannera ilustrujący charakterystykę energetyczną odpadów.

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych 3.2. Procesy stosowane w przeróbce osadów ściekowych zagęszczanie, stabilizacja, odwadnianie, suszenie, unieszkodliwianie

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych 3.2.1. Zagęszczanie Zagęszczanie osadów jest pierwszym etapem w ciągu technologicznym przeróbki osadów, w którym z osadów usuwana jest woda. Wynikiem tego procesu jest zmniejszenie objętości osadów, przez co zmniejsza się koszty inwestycyjne i eksploatacyjne kolejnych etapów przeróbki. W procesie zagęszczania można usunąć jedynie wodę wolną, oddzielającą się w sposób samorzutny od cząstek osadów w procesie odsączania. Do procesu zagęszczania wykorzystywane są zagęszczacze: grawitacyjne, mechaniczne, flotacyjne. Podstawą zagęszczania mechanicznego jest wprowadzenie do procesu dodatkowej siły wspomagającej rozdział faz. Jest to siła odśrodkowa w przypadku zagęszczaczy wirówkowych, filtracja w przypadku zagęszczaczy sitowo-taśmowych bądź połączenie obu tych elementów.

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych 3.2.2. Stabilizacja Stabilizacja osadów ściekowych ma celu rozkład substancji organicznych znajdujących się w osadach. Proces ten eliminuje uciążliwe zapachy oraz zdolność osadów do zagniwania. Po stabilizacji osady ściekowe łatwiej poddają się odwadnianiu, charakteryzują się mniejszą zawartością suchej masy. Rozkład substancji organicznych może przebiegać w warunkach tlenowych (stabilizacja tlenowa) oraz beztlenowych (fermentacja metanowa).

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych Fermentacja metanowa ma na celu rozkład wielkocząsteczkowych substancji organicznych zawartych w osadach przez różne grupy bakterii do związków prostych, chemicznie ustabilizowanych — głównie metanu i dwutlenku węgla. Analiza mechanizmów fermentacji metanowej systematyzuje przebieg procesu w cztery fazy: Faza I — hydroliza Faza II — acidogeneza (faza kwaśna) Faza III — octanogeneza Faza IV — metanogeneza

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych 3.2.3. Odwadnianie Odwadnianie jest ważnym elementem ciągu technologicznego oczyszczalnia ścieków ułatwiającym przeróbkę osadów ściekowych ze względu na zmniejszenie ich objętości. Odwadnianie osadów może być prowadzone w warunkach naturalnych 1ub sztucznych. W procesach mechanicznego odwadniania usuwana jest z osadów woda kapilarna oraz koloidalna. Najbardziej efektywnym sposobem odwadniania osadów jest odwadnianie w warunkach sztucznych z wykorzystaniem urządzeń, których działanie oparte jest na sile odśrodkowej lub filtracji cieczy przez warstwie osadu. Efekt odwadniania zalety od zdolności filtracyjnych substancji stałych zawartych w osadach oraz od warunków prowadzenia procesu.

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych 3.2.4. Unieszkodliwianie Unieszkodliwianie osadów ściekowych może być realizowane poprzez przyrodnicze wykorzystanie osadów ściekowych bądź ich termiczne przekształcanie. Przyrodnicze wykorzystanie osadów ściekowych pozwala na odzyskanie składników zgromadzonych w osadach. Wybór metody unieszkodliwiania osadów ściekowych musi być poprzedzony analizą wielu czynników: ekonomicznych, technicznych, ekologicznych i uwarunkowań lokalnych. Obecnie wiele oczyszczalni ścieków planuje modernizację „ciągu osadowego" i skłania się ku termicznym metodom ich przeróbki

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych 3.3. Suszenie osadów ściekowych Suszenie osadów ściekowych pozwala na redukcję masy i objętości osadów, umożliwia uzyskanie produktu o określonych parametrach, ułatwiających ostateczne wykorzystanie osadów. Proces suszenia nie zmienia w zasadzie składu chemicznego osadów, stąd też właściwości nawozowe pozostają bez zmian, a kaloryczność osadu wzrasta w wyniku obniżenia zawartości wody. Suszenie osadów jest wykorzystywane jako proces pośredni, przygotowujący osady do dalszej przeróbki, przede wszystkim do spalania. Ułatwia również magazynowanie osadów oraz ich transport. Woda zawarta w osadach ściekowych występuje w postaciach różniących się podatnością na jej usuwanie. Część wody usuwana jest już w procesach sedymentacji i odwadniania, część wymaga procesów, w których następuje niszczenie wiązań chemicznych bądź struktury cząstki osadu

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych Wśród sposobów suszenia osadów ściekowych rozróżnia się suszenie konwekcyjne i kontaktowe. Podczas suszenia konwekcyjnego suszone osady ściekowe maja bezpośredni kontakt z nośnikiem ciepła przepływającym nad osadem. Ciepło przenoszone jest z nośnika do osadów, zaś woda z osadów do medium grzewczego i z nim usuwana jest na zewnątrz. Suszenie kontaktowe polega na przenoszeniu ciepła z nośnika ciepła do suszonych osadów przez powierzchnię. suszenie wstępne suszenie zasadnicze suszenie końcowe

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych 3.4. Procesy termiczne stosowane do unieszkodliwiania osadów ściekowych Zgodnie z ustawą o odpadach pod pojęciem termicznego przekształcania odpadów rozumie się: spalanie odpadów przez ich utlenienie oraz inne procesy termicznego przekształcania odpadów, w tym pirolizę, zgazowanie i proces plazmowy, i ile substancje powstające podczas tych procesów termicznego przekształcania odpadów są następnie spalane. Każdy z tych procesów to zbiór przemian fizycznych, chemicznych lub fizykochemicznych zachodzących pod wpływem zmian parametrów termicznych w określonym środowisku (tlenowym, beztlenowym) przy współudziale różnych stymulatorów

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych Procesy zróżnicowano w zależności od temperatury i współczynnika nadmiaru powietrza. Współczynnik nadmiaru powietrza λ określa się jako stosunek rzeczywistej ilości powietrza potrzebnej do całkowitego i zupełnego spalenia paliwa do ilości teoretycznej: λ =Vrz/Vt gdzie: Vrz - rzeczywiste zapotrzebowanie powietrza Vt - teoretyczne zapotrzebowanie powietrza. Przy λ=0 zachodzi proces uwęglania, natomiast przy λ>0 proces spopielania. Przy czym dla λ<1 mają miejsce procesy zgazowania, zaś dla λ>1 procesy spalania.

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych 3.4.1. Spalanie Spalanie najprościej można zdefiniować jako utlenianie związków organicz­nych do dwutlenku węgla i wody. Proces ten przebiega z wydzieleniem dużych ilości ciepła. Spalanie określane jest jako proces przebiegający powyżej temperatury zapłonu substancji organicznej przy określonym nadmiarze powietrza, któremu towarzysza procesy uwęglania i zgazowania. W przypadku spalania odpadów stałych można zaobserwować kilka procesów: podgrzewanie, suszenie, odgazowanie, zgazowanie i ewentualne dopalenie całkowicie nieopalonych produktów spalania. Procesy te mogą nakładać: się na siebie lub wzajemnie zazębiać, dlatego ich kontrola jest utrudniona. W tak złożonym procesie, jakim jest spalanie, można wyróżnić następujące etapy: suszenie odgazowanie zgazowanie i spalanie dopalanie palnej stałej pozostałości na ruszcie oraz gazowych produktów niezupełnego spalania jest końcowym etapem spalania odpadów.

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych 3.4.2. Piroliza Pod pojęciem pirolizy rozumie się endotermiczny proces termicznej transformacji bogatych w węgiel substancji organicznych, który odbywa się w temperaturze 200-800°C, w środowisku całkowicie pozbawionym tlenu lub przy pomijalnie małej jego obecności. Warunkiem przebiegu procesu pirolizy odpadów jest podwyższona temperatura, umożliwiająca wydzielanie czeki lotnych z substancji stałej oraz brak utleniacza W procesie tym osiąga się zmniejszenie objętości i ciężaru odpadów, przy jednoczesnym skoncentrowaniu ich wartości kalorycznej w produktach procesowych (gaz i koks). Procesy pirolizy realizowane są w zakresie temperatur od 250 do 1000°C. W zależności od zastosowanej temperatury wyróżniamy pirolizę nisko- i wysokotemperaturową. Podczas obróbki odpadów w temperaturze od 450-500°C mówi sic o pirolizie niskotemperaturowej, natomiast przy temperaturach 700-800°C ma miejsce piroliza wysokotemperaturowa.

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych 3.4.3. Zgazowanie Zgazowanie jest procesem obejmującym wiele przemian chemicznych i termochemicznych zachodzących pod wpływem podwyższonej temperatury pomiędzy substancją organiczną odpadu a środkami zgazowującymi. Jako czynnik zgazowujący wykorzystywany może być tlen, powietrze, para wodna, węglowodory oraz dwutlenek węgla Przebiegające reakcje egzotermiczne dostarczają energii dla przebiegu pozostałych reakcji endotermicznych.

Przekształcanie osadów ściekowych w procesach termicznych 3.4.4. Witryfikacja Witryfikacja jest procesem umożliwiającym zmianę właściwości i postaci modyfikowanego materiału. Polega na kontrolowanym dostarczaniu energii do substancji, która w wysokiej temperaturze ulega rozkładowi z wydzieleniem substancji gazowych, następnie ulega spopieleniu i stopieniu. Dzięki witryfikacji można uzyskać redukcję objętości przekształcanego materiału o ok. 95% oraz wbudowanie nieorganicznych składników w strukturę szkła. Frakcja nieorganiczna ulega witryfikacji w zakresie temperatur 1500-2000°C (proces przebiega najbardziej ekonomicznie). Witryfikacja umożliwia unieszkodliwianie różnego rodzaju odpadów, np.: skażonej ziemi, popiołów lotnych, odpadów radioaktywnych, odpadów azbestowych, odpadów medycznych, przeterminowanych lekarstw, toksycznych szlamów i osadów. Proces witryfikacji wymaga wysokich temperatur, co związane jest z dużą energochłonnością. Witryfikacja może być realizowana z wykorzystaniem metod termicznych, realizowanych w piecach obrotowych i w paleniskach cyklono­wych, oraz metod elektrycznych: procesów grzania oporowego oraz procesów plazmowych.

Dziękuję za uwagę