dr hab. inż. Grzegorz Wielgosiński Politechnika Łódzka Pomiary i monitoring w spalarniach odpadów

Rozporządzenie Ministra Środowiska ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA z dnia 23 grudnia 2004 roku w sprawie wymagań w zakresie prowadzenia pomiarów wielkości emisji (Dz. Ust. 2004, Nr 283, poz. 2842); § 4.1. Ciągłe (..) pomiary emisji do powietrza prowadzi się dla (...) instalacji albo urządzeń: Spalania lub współspalania odpadów komunalnych (...), Spalania lub współspalania odpadów niebezpiecznych (...), Spalania lub współspalania odpadów (...). § 9.1. Zakres i metodyki referencyjne wykonywania (..) ciągłych i okresowych pomiarów emisji (dla spalania i współspalania) oraz częstotliwość prowadzenia pomiarów okresowych są określone w załączniku nr 4 do rozporządzenia.

Emisja ze spalarni - wartości dopuszczalne Zanieczyszczenie A (100%) B (97 %) Średnio-dobowe Pył całkowity 30 10 Dwutlenek siarki - SO2 200 50 Tlenki azotu - NOx 400 Tlenek węgla - CO 150 100 Chlorowodór - HCl 60 Fluorowodór - HF 4 2 1 Suma związków organicznych jako TOC 20 Rtęć i jej związki - Hg 0,05 0,1 Kadm oraz Tal i ich związki – Cd + Tl Pozostałe metale i ich związki jako suma: Antymon - Sb, Arsen - As, Ołów - Pb, Chrom - Cr, Kobalt - Co, Miedź - Cu, Mangan – Mn, Nikiel - Ni, Wanad - V 0,5 Polichlorowane dibenzo-p-dioksyny i polichlorowane dibenzofurany PCDD/PCDF (suma 17 związków) [ng TEQ/m3] - Wartości chwilowe w [mg/m3] , odniesione do temperatury 273 K, ciśnienia 1013 hPa, gazów suchych i 11 % tlenu.

Ciągły pomiar emisji Nazwa parametru Jednostka Metodyka referencyjna Pył ogółem mg/m3 Technika grawimetryczna NOx Absorpcja promieniowania IR (ISO 10849) HCl Absorpcja promieniowania IR CO Subst. org. (TOC) Detekcja FID HF SO2 Absorpcja promieniowania IR (ISO 7935) O2 % Metoda paramegnetyczna lub eletrochem. CO2 Prędkość spalin m/s Temperatura spalin K Wilgotność spalin Ciśnienie dyn. Pa Ciśnienie stat. Temperatura otocz.

Pomiary okresowe Nazwa substancji Jednostka Metodyka referencyjna Metale: Pb, Cr, Cu, Mn, Ni, As, Cd, Hg, Tl, Sc, V, Co mg/m3 Spektroskopia absorpcji atomowej Polichlorowane dibenzo-p-dioksyny i polichlorowane dibenzofurany PCDD/PCDF (suma 17 związków) ng/m3 PN-EN-1948-1, -2, -3 Pomiary okresowe prowadzi się nie mniej niż raz na 6 miesięcy, a przez pierwsze 12 miesięcy eksploatacji instalacji nie mniej niż raz na 3 miesiące

Pomiary - uproszczenia Jeżeli dotrzymane są wartości emisji HCl – pomiary HF można prowadzić okresowo, raz na 6 miesięcy, Jeżeli podczas spalania odpadów niebezpiecznych nie przekroczone jest 10% wartości standardów emisyjnych, można zrezygnować z ich pomiaru, za wyjątkiem ciągłego pomiaru CO oraz okresowych pomiarów PCDD/Fs.

Przeliczanie stężeń Zmierzone za pomocą analizatorów wartości stężeń wyrażone są często w ppm. Należy je przeliczyć na mg/m3 Gaz 1 ppm = ... mg/m3 CO 1,25 HCl 1,63 CO2 1,96 HF 0,89 NO 1,34 H2S 1,52 NO2 2,05 SO2 2,86 Przelicznik = Mcz/22,4

Przeliczanie stężeń Wartości dopuszczalnych stężeń w spalinach (standardy emisyjne podane są w mg/m3 dla warunków odniesienia: - warunki normalne (273 K, 1013 hPa), - spaliny suche, - standardowa zawartość tlenu – 11 %. O2 – stężenie tlenu w spalinach [%] w – zawartość wilgoci w spalinach [%], T – temperatura spalin [K] p – ciśnienie w przekroju pomiarowym [Pa]

Przeliczanie stężeń – wpływ stężenia tlenu Stężenie zanieczyszczenia w warunkach umownych dla różnych wartości stężenia tlenu w spalinach (przeliczenie na 11 % O2) O2 [%] cu [mg/m3] 5 41,76 12 74,24 6 44,55 13 83,52 7 47,73 14 95,45 8 51,40 15 111,36 9 55,68 16 133,64 10 60,74 17 167,04 11 66,82 18 222,73 crz = 50 mg/m3, w = 0,5 %, T = 90 oC, p = 1013 hPa

Przeliczanie stężeń – wpływ zawartości wilgoci Stężenie zanieczyszczenia w warunkach umownych dla różnych wartości wilgotności spalin w [%] cu [mg/m3] 0,1 66,55 0,6 66,88 0,2 66,62 0,7 66,95 0,3 66,68 0,8 67,02 0,4 66,75 0,9 67,09 0,5 66,82 1,0 67,16 crz = 50 mg/m3, O2 = 11 %, T = 90 oC, p = 1013 hPa

Przeliczanie stężeń – wpływ zawartości wilgoci Stężenie zanieczyszczenia w warunkach umownych dla różnych wartości wilgotności spalin w [%] cu [mg/m3] 1 67,16 13 76,42 3 68,54 15 48,22 5 69,98 17 80,10 7 71,49 19 82,08 9 73,06 21 84,16 11 74,70 25 88,64 crz = 50 mg/m3, O2 = 11 %, T = 90 oC, p = 1013 hPa

Przeliczanie stężeń – wpływ temperatury spalin Stężenie zanieczyszczenia w warunkach umownych dla różnych wartości temperatury spalin T [oC] cu [mg/m3] 70 63,14 95 67,74 75 64,06 100 68,66 80 64,98 105 69,58 85 65,90 110 70,50 90 66,82 120 72,34 crz = 50 mg/m3, O2 = 11 %, w = 0,5 %, p = 1013 hPa

Przeliczanie stężeń – wpływ ciśnienia Stężenie zanieczyszczenia w warunkach umownych dla różnych wartości ciśnienia p [hPa] cu [mg/m3] 990 68,37 1013 66,82 995 38,03 1015 66,69 1000 67,69 1020 66,36 1005 67,35 1025 66,04 1010 67,02 1030 65,71 crz = 50 mg/m3, O2 = 11 %, w = 0,5 %, T = 90 oC

Monitoring w spalarni odpadów

Przykład monitoringu

Sposób analizy Analiza ekstrakcyjna – pobór próbki gazu z emitora, analiza poza emitorem, Analiza bezpośrednia (in situ) – analizator umieszczony bezpośrednio w emitorze

Różnicowa Spektroskopia Absorpcyjna Monitoring: NOx SO2 CO CO2 H2O HCl HF NH3 Hg i wiele innych … Komin Analizator UV Analizator IR Światłowód

Zakresy absorpcji wybranych gazów Formaldehyd BTX, Fenol Cl2, ClO2 Hg O3 UV NO, NH3 SO2, CS2 NO2 200 400 600  [nm] HF CH4 N2O CxHy H2O HCl CO2 CO IR 1300 1600 1900 2200 2500  [nm]

Spektroskopia - Analizowane związki HBr o-, m-, p-Xylen HCl O3 Hg HF CS2 NO Styren NO2 COCl2 N2O HCN H2O CO2 CO H2S Cl2 Benzen SO2 Formaldehyd Toluen SO3 NH3 Fenol ClO2

Światło/sygnał elektryczny Schemat systemu Odbiornik Nadajnik Światłowód Siatka dyfrakcyjna Spektrometr Urządzenia skanujące Detektor HDD Modem Konwerter Światło/sygnał elektryczny Komputer

System analityczny Wyjścia analogowe i cyfrowe Alarm Obliczanie emisji Ocena danych Zabezpieczanie hasłem Komunikacja Zdalna kontrola Graficzna i liczbowa prezentacja danych Automatyczne generowanie raportów Analizy statystyczne

Przykład analizy

Przykład analizy

Przykład analizy

Przykład analizy

Metodyki pomiarowe Tlenki azotu PN-ISO-10849 Dwutlenek siarki Tlenek węgla PN-EN-15058 Rtęć PN-EN-13211 Suma związków organicznych PN-EN-12619, PN-EN-13526 HCl PN-EN-1911-1, -2, -3 Strumień objętości gazów PN-ISO-14164 PCDD/Fs PN-EN-1948-1, -2, -3 Pył (niskie stężenia) PN-EN-13284 Metale ciężkie PN-EN-14385

Tlenki azotu (PN-ISO-10849)

Dwutlenek siarki (PN-ISO-7935)

Rtęć (PN-EN-13211) Aspiracja do płuczek z roztworem KMnO4 w H2SO4 lub K2Cr2O7 w HNO3, dalej oznaczanie rtęci wg PN-EN-1483

Suma związków organicznych (PN-EN-13526) Oznaczane związki: aceton, acetylen, benzen, butan, butanol, chlorobenzen, chloroform, cykloheksan, dichlorometan, etan, etanol, etylobenzen, heksan, heptan, ksylen kwas octowy, metan, metanol, n-oktan, izo-oktan, octan butylu, octan etylu, octan metylu, propan, propanol, propen, tetrachloroetylen, toluen, trichloroetylen - w przeliczeniu na metan (CH4)

TOC (LZO) metodą FID (PN-EN-13526)

Dioksyny i Furany: PCDD/Fs (PN-EN-1948-1, -2, -3)

PCDD/Fs (PN-EN-1948-1, -2, -3) Analiza ilościowa i jakościowa pobranych próbek na GC/MS 17 kongenerów PCDD/Fs (7 PCDDs i 10 PCDFs) oraz 12 kongenerów PCBs

PCDD/Fs (PN-EN-1948-1, -2, -3)

Dokładność wyników pomiarowych (PN-EN 14181) PN-EN 14181 - Jakość powietrza. Dokładność pomiarów automatycznych systemów pomiarowych W normie podano procedury które powinny zostać zastosowane w celu zapewnienia jakości (dokładności) pomiarów emisji wyko- nywanych za pomocą automatycznych systemów pomiarowych zainstalowanych w systemach monitoringu emisji w przemyśle: - obliczania niepewności pomiaru; - zerowania systemów pomiarowych - kalibrowania systemów pomiarowych; - corocznego sprawdzania dokładności systemów pomiarowych; - porównywania uzyskanych wyników kalibracji z oznaczeniami wykonywanymi metodami manualnymi

Dokładność wyników pomiarowych (PN-EN 14181) Poziom Zastosowanie Dane QAL1 Przydatność sprzętu Ocena działania Obliczenia niepewności QAL2 Instalacja Kalibracja Funkcjonalność Testy referencyjne Sprawdzenie funkcjonalności Kalibracji układu pomiarowego Badania zmienności QAL3 Stabilność Wydajność Dryft zera Dryft span

Dokładność wyników pomiarowych (PN-EN 14181) QAL1 – dla wytwórców aparatury kontrolno-pomiarowej ciągłego monitoringu (wyznaczenie niepewności pomiaru) QAL2 – dla operatorów systemów ciągłego monitoringu (coroczny test walidacji, co 5 lat dokładne sprawdzenie parametrów systemu) QAL3 – weryfikacja instalacji ciągłego monitoringu (sprawdzenie instalacji i kalibracja systemu)

Dokładność wyników pomiarowych (PN-EN ISO 14956) PN-EN ISO 14956 - Jakość powietrza. Ocena przydat-ności procedury pomiarowej przez odniesienie do wy-maganej niepewności pomiaru W normie podano procedury pomiarów jakości powietrza dotyczące: - obliczania niepewności pomiaru na podstawie rzeczywistych lub deklarowanych wartości wszystkich istotnych statycznych chara-kterystyk metrologicznych; - oceny zgodności wyspecyfikowanych wartości tych charakterystyk pomiaru z wymaganą jakością wartości zmierzonej, przy ustalonej wartości wielkości mierzonej; - oceny przydatności procedury pomiarowej na podstawie wyników badań laboratoryjnych i potwierdzających je badań w terenie; - ustalenia wymagań dotyczących funkcjonowania przyrządów w warunkach dynamicznych. Norma ma zastosowanie do procedur pomiarowych, w których wiel- kość wyjściowa stanowi średnią z określonego przedziału czasu.

Monitoring – przykład umieszczenia sond pomiarowych

Monitoring – przykład urządzeń pomiarowych

Pomiary emisji dioksyn Sprzęt pomiarowy i laboratorium analiz dioksyn

Monitoring emisji dioksyn Pseudo-ciągły monitoring emisji dioksyn w spalarni Aspiracja spalin przez 14 dni i oznaczenie średniej emisji za ten okres

Monitoring emisji dioksyn Pseudo–ciągły monitoring dioksyn: zautomatyzowane pobieranie próbek do analizy

Monitoring emisji dioksyn

Monitoring emisji w spalarni Spalarnia odpadów komunalnych oraz elektrociepłownia na biomasę i węgiel w Norrköping (Szwecja), Spala odpadów: 160 000 Mg/rok

Przykład – monitoring emisji za SCR Stężenie NO Stężenie NH3 mg/m3 4.0 400.0 3.0 300.0 2.0 200.0 1.0 100.0 0.0 0.0 09:00 11:00 13:00 15:00 17:00 19:00

Społeczna kontrola emisji zanieczyszczeń Spalarnia Spittelau Wiedeń (Austria)

Społeczna kontrola emisji zanieczyszczeń Tablica wyników ciągłego monitoringu emisji zanie-czyszczeń w warszawskiej spalarni odpadów komunal-nych ZUSOK Widok od ul. Zabranieckiej

Społeczna kontrola emisji zanieczyszczeń Spalarnia w Herten (Niemcy)

Prezentacja wyników ROZPORZĄDZENIE MINISTRA ŚRODOWISKA z dnia 27 lutego 2003 roku w sprawie rodzajów wyników pomiarów prowadzonych w związku z eksploatacją instalacji lub urządzenia przeka-zywanych właściwym organom ochrony środo-wiska oraz terminu i sposobu ich prezentacji (Dz. Ust. 2003, Nr 59, poz. 529) Wymiary przekroju pomiarowego, Wyniki obliczeń przepływu spalin Wyniki oznaczeń stężeń zanieczyszczeń, Wyniki oznaczeń T, p, O2 i wilgotności spalin, Stężenia przeliczone na warunki umowne

Pomiary – prezentacja wyników Tabela z wynikami pomiarów emisji zanieczyszczeń wg podanego wzoru z Rozporządzenia Ministra Środowiska

Spittelau – Wiedeń (Austria) Vestvorbræding – Kopenhaga (Dania) Sterownia w spalarni Spittelau – Wiedeń (Austria) Vestvorbræding – Kopenhaga (Dania)

Kontrola procesu i emisji zanieczyszczeń Liberec – Republika Czeska Brugia - Belgia

Kontrola temperatury dla potrzeb SNCR Akustyczny pomiar temperatury w komorze spalania