Spalarnia odpadów – zakład przemysłowy zajmujący się termicznym przekształcaniem w procesie spalania odpadów (komunalnych, przemysłowych lub niebezpiecznych, a także osadów ściekowych). Często pełni funkcję elektrowni lub elektrociepłowni produkując energię elektryczną lub cieplną.
Rozpowszechnienie spalarni odpadów
Pierwsze spalarnie odpadów powstały w drugiej połowie XIX w. w Wielkiej Brytanii. Uznawana za pierwszy taki obiekt spalarnia odpadów komunalnych w Paddington pod Londynem została uruchomiona w 1870 roku i bardzo szybko zamknięta z uwagi na nieefektywność. Jednak jeszcze w latach 70. XIX wieku otwarto kolejne tego typu obiekty w Wielkiej Brytanii (m.in. Nottingham, Leeds, Manchester). W Stanach Zjednoczonych pierwsze spalarnie powstały w 1885 r. W 1894 r. uruchomiono pierwszą spalarnię w Niemczech (Hamburg). Powodem tworzenia spalarni odpadów były względy higieniczne (ogromne ilości odpadów zalegające w ówczesnych miastach, powodujące zagrożenie chorobami – np. w Hamburgu podjęto decyzję o budowie po epidemii cholery), jak i gospodarcze (rosnące zapotrzebowanie na energię). Jeszcze przed pierwszą wojną światową w Wielkiej Brytanii powstało kilkaset takich obiektów, intensywnie rozwijały się także w USA, poza tym powstawały kolejne obiekty w Niemczech, a w pierwszych latach XX w. uruchomiono spalarnie w kolejnych krajach europejskich (Dania, Szwecja, Belgia, Szwajcaria, Czechy, Polska). Szybki wzrost liczby spalarni trwał do lat 20. XX w., a następnie po II wojnie światowej.
W 2009 roku 20% odpadów komunalnych wytworzonych w krajach Unii Europejskiej było przetwarzanych w takich zakładach (w Danii i Szwecji - blisko 50%). W 2013 r. w Europie istniało przeszło 470 tego typu obiektów, w tym we Francji 129, w Niemczech 72, w Szwecji 28, w Danii 23. W 30 szwajcarskich spalarniach termicznie przekształcane było wówczas 70% wytwarzanych w kraju odpadów. W 2019 roku w Polsce funkcjonowało 8 spalarni odpadów komunalnych. Według danych GUS z 2017r. 24,4% odpadów komunalnych w Polsce było poddawanych termicznemu przekształcaniu.
Technologie
Najpopularniejszą technologią spalania odpadów jest technologia rusztowa. Stosuje się także jednak inne rozwiązania, np. kotły fluidalne. Niekiedy spalaniu poddawane są odpady poddane wcześniej obróbce w celu uzyskania frakcji o wysokiej kaloryczności (tzw. RDF). Alternatywę stanowią inne procesy wysokotemperaturowe, np. piroliza lub technologia plazmowa (przy odpadach chemicznych).
Przygotowanie odpadów do spalania
Odpady dostarczane do spalarni są ważone oraz poddawane kontroli. Następnie gromadzone są w bunkrze (zasobniku), do którego zwykle są zsypywane z samochodów dostawczych (śmieciarek) przez zamykane włazy. Operatorzy za pomocą chwytaków na suwnicach gospodarują odpadami w bunkrze rozdrabniając je i mieszając w celu uzyskania jednorodnego paliwa, a także krusząc odpady wielkogabarytowe. Z bunkra zasysane jest powietrze i wykorzystywane do procesu spalania w komorze spalania, co zapobiega rozprzestrzenianiu się odorów wytwarzanych podczas magazynowania odpadów poza bunkier i halę rozładunkową. Pojemność bunkra zwykle pozwala na zmagazynowanie odpadów w ilości wystarczającej na 3–5 dni działania zakładu.
Rusztowa technologia spalania
Odpady są przenoszone chwytakami z bunkra do podajnika zsypowego, skąd przy pomocy rampy hydraulicznej lub innego urządzenia są wprowadzane na ruszt. Najczęściej stosowane są ruszty o przesuwnych rusztowinach, dzięki czemu odpady przechodzą przez kolejne strefy. Powietrze konieczne do procesu spalania w części podawane jest pod ruszt (tzw. powietrze pierwotne), w części powyżej rusztu (tzw. powietrze wtórne), dzięki czemu górnej części komory spalania następuje dopalanie produktów niepełnego spalania. Większość rusztów jest chłodzonych, zwykle przy użyciu powietrza, rzadziej wody. W komorze spalania są też zlokalizowane palniki pomocnicze, wykorzystywane do rozgrzania kotła do minimalnej temperatury przy jego rozruchu (niekiedy także używane w trakcie procesu spalania w przypadku spadku temperatury poniżej minimalnej).
Spalanie w złożu fluidalnym
Silny przepływ powietrza jest przepychany pod ruszt z otworami, a następnie przez warstwę rozdrobnionego, niepalnego materiału inertnego, składającego się m.in. z piasku, popiołu, sorbentu i węgla (3–5%). Poruszające się przez złoże powietrze generuje proces fluidyzacji, tworząc dynamiczną zawiesinę. Do tej intensywnie mieszającej się zawiesiny wprowadzane są odpady i paliwo (o ile proces tego wymaga), np. rozpalające czy też dodatkowe w przypadku niskokalorycznych odpadów. Wstępnie przygotowane (rozdrobnione) odpady mieszają się z piaskiem i zawieszają się w strumieniach powietrza, utrzymując całość w stanie podobnym do pęcherzyków pary we wrzącym płynie. Tak utrzymane złoże pozwala na utrzymanie jednolitej temperatury spalania oraz równomierne spalanie.
Produkcja energii elektrycznej i cieplnej (odzysk energii ze spalin)
Produkcja energii elektrycznej i energii cieplnej następuje dzięki przekazywaniu ciepła ze spalin do wody skierowanej do kotła w wymiennikach ciepła (wiązkach rur znajdujących się na drodze spalin) i zmiany jej pod wpływem wysokiej temperatury w parę. Para ta w pierwszej kolejności napędza turbinę przekazującą energię mechaniczną do generatora energii elektrycznej. Potem przez upust generatora trafia do wymiennika ciepła i tutaj ogrzewa wodę lub parę stanowiącą nośnik energii w sieci ciepłowniczej. Energia cieplna może także zostać uzyskana także poprzez zastosowanie systemów kondensacji spalin (skraplania pary zawartej w spalinach) oraz pompy ciepła.
Zagospodarowanie odpadów wtórnych
W wyniku procesu spalania odpadów komunalnych powstają odpady wtórne: żużel oraz popioły lotne, pyły z odpylania, placków filtracyjnych i innych. Żużel stanowi ok. 25% wagi spalonych odpadów, a popiół ok. 7,5%. Żużel powstający w spalarni po odpowiedniej obróbce ma charakter materiału obojętnego dla środowiska i może zostać wykorzystany gospodarczo, np. jako kruszywo budowlane przy budowie dróg. W przypadku popiołów podstawowym sposobem ich zagospodarowania jest składowanie (jako odpad niebezpieczny – np. w wyrobiskach kopalnianych). Istnieją jednak możliwości ich przetworzenia w celu zmiany ich charakterystyki i umożliwienia wykorzystania gospodarczego.
Technologie oczyszczania spalin
Istnieją różne rodzaje systemów oczyszczania spalin. Liczne elementy mogą być łączone w różnych kombinacjach. Na różnych etapach procesu są usuwane następujące zanieczyszczenia:
- pyły, które są głównym nośnikiem metali ciężkich i toksycznych związków organicznych – za pomocą elektrofiltrów (wykorzystujących pole elektrostatyczne), filtrów tkaninowych lub cyklonów (wykorzystujących siłę odśrodkową);
- kwaśne zanieczyszczenia gazowe (chlorowodór, fluorowodór, dwutlenek siarki) – za pomocą sorbentów w postaci np. wodorotlenku sodu lub wapna gaszonego, z którymi łączą się zanieczyszczenia:
- w metodzie suchej zanieczyszczenia w spalinach łączą się z sorbentem stałym podawanym w postaci mączki z wykorzystaniem zjawiska adsorpcji i są usuwane wraz z pyłami;
- w metodzie półsuchej spaliny są zraszane wodą z sorbentem (podawaną w postaci sprayu), następnie woda zostaje odparowana, a pozostałości w postaci stałej są usuwane wraz z pyłami,
- w metodzie mokrej stosowane są płuczki, a stałą pozostałością procesu może być np. gips;
- tlenki azotu – w większości wypadków za pomocą systemów selektywnej redukcji niekatalitycznej lub wymagającej niższych temperatur selektywnej redukcji katalitycznej, w których dzięki zastosowaniu amoniaku (w przypadku redukcji katalitycznej lub niekatalitycznej) lub mocznika (w przypadku redukcji katalitycznej), dochodzi do redukcji tlenków azotu do wolnego azotu; mogą również być stosowane dodatkowe metody zmniejszające ilość azotu już w komorze spalania takie jak wstrzykiwanie tlenu lub recyrkulacja gazów spalinowych (wprowadzenie ich do komory spalania wraz z powietrzem wtórnym);
- rtęć – m.in. poprzez przekształcenie w jony rtęci dzięki dodaniu utleniaczy, a następnie osadzenie w płuczce (w przypadku spalania odpadów niebezpiecznych konieczne jest odpowiednie nachlorowanie odpadów i wieloetapowe płuczki);
- toksyczne związki organiczne – w procesie adsorpcji poprzez dodawanie do spalin węgla aktywnego lub stosowanie adsorberów wypełnionych węglem aktywnym lub koksem aktywnym; do usuwania tych związków stosowane są także odpowiednio przystosowany system selektywnej redukcji katalitycznej lub katalityczne filtry workowe.
Kontrowersje
Technologia spalania odpadów, choć szeroko stosowana, wzbudza kontrowersje. Krytyka tego rozwiązania koncentruje się na wskazywaniu negatywnego wpływu stosowania spalania odpadów na stosowanie innych, bardziej efektywnych i tańszych metod utylizacji odpadów – spalanie jest prostsze i szybsze od recyklingu czy kompostowania. Podnoszony jest też negatywny wpływ spalarni na środowisko z uwagi na emitowane zanieczyszczenia powietrza.
Duńczycy w ciągu dekady planują ograniczyć o 30% ilość spalarni śmieci, zamykając 7 z 23 działających instalacji. Za powód podaje się to, że instalacje spalają więcej odpadów niż Dania sama produkuje i odpady muszą być importowane z Niemiec i Wielkiej Brytanii w ilości ok. 1 mln ton rocznie .
Zobacz też
- lista elektrowni w Polsce#Spalarnie odpadów z odzyskiem energii cieplnej
- spalarnia śmieci na Szelągu w Poznaniu
- skład morfologiczny odpadów mający wpływ na proces spalania
Linki zewnętrzne
- Animacja przedstawiająca działanie spalarni odpadów: Energy-from-Waste Facility Virtual Tour. Covanta (youtube.com). [dostęp 2018-08-21].
- Reference Document on the Best Available Techniques for Waste Incineration. European Commission, 2006. [dostęp 2012-11-01].
- Dokument referencyjny dla najlepszych dostępnych technik dla spalania odpadów. Komisja Europejska, 2006. [dostęp 2017-04-07].