Ocena technologii spalania odpadów komunalnych Wykorzystanie koncepcji najlepszej dostępnej technologii BATNEEC

Koncepcje BAT i BATNEEC w przepisach prawa

Koncepcja BAT w pierwotnym ujęciu to koncepcja „najlepszych dostępnych technologii” (best available technology), która w prawodawstwie Unii Europejskiej pojawiła się po raz pierwszy w dyrektywie dotyczącej zrzutu substancji niebezpiecznych do wód.

Dyrektywa wprowadziła wymaganie określania wartości granicznych takich zrzutów przy założeniu, że dla ich ograniczenia stosowana będzie właśnie najlepsza dostępna technologia.

Z kolei BATNEEC to koncepcja „najlepszych dostępnych technologii niepowodujących nadmiernych, nieuzasadnionych kosztów” (best available technology not entailing excessive costs), która po raz pierwszy pojawiła się w dyrektywie o zwalczaniu zanieczyszczeń powietrza pochodzących z zakładów przemysłowych.

Obecnie zgodnie z obowiązującą dyrektywą IPPC 96/61/EC [3] standard BAT ma służyć określaniu granicznych wielkości emisji w UE. Założenia tej koncepcji nie wymagają stosowania konkretnych urządzeń czy technologii, ale proponują limity emisyjne, które odzwierciedlają właściwe proporcje pomiędzy kosztami i korzyściami, stanowiąc jednocześnie o bezpieczeństwie ekologicznym proponowanych instalacji.

BAT jest więc pakietem warunków, założeń technologicznych czy zagadnień, które muszą być uwzględnione przy określaniu optymalnych środków zmniejszania zanieczyszczeń w każdym indywidualnym przypadku. Według przepisów dyrektywy należy rozumieć BAT jako najbardziej efektywny i zaawansowany stopień w rozwoju danych działań (wraz z prowadzonymi operacjami technicznymi), charakteryzujący się praktyczną użytecznością w stosowaniu takich technik, które umożliwiają osiągnięcie wymaganych standardów emisyjnych, a przez to zapobieganie bądź znaczące ograniczenie emisji i oddziaływań na środowisko jako całość. Wytyczne te stanowią podstawę ustalania granicznych wielkości emisyjnych mających na celu wyeliminowanie emisji lub jej ograniczenie.

Dokumenty referencyjne w gospodarce odpadami

Europejskie Biuro ds. Kontroli i Zapobiegania Zanieczyszczeniom w Sewilli opracowało dwa dokumenty referencyjne dla instalacji gospodarki odpadami: Reference Document (2005 [16] i 2006 [15]). Zawierają one wymagania dla instalacji przetwarzania odpadów oraz specyficzne wymagania m.in. dla instalacji biologicznego i mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów, w tym odpadów komunalnych, oraz instalacji produkcji paliw z odpadów, a także wymagania dla wszystkich instalacji termicznego przetwarzania odpadów.

Na ich bazie opracowano dokument stanowiący wytyczne do projektowania instalacji gospodarki odpadami [17]. Nie obejmuje on niestety instalacji spalających odpady.

Wymagania BAT przedstawione w dokumencie BREF [15] uwzględniają instalacje:

• spalania zmieszanych odpadów komunalnych, ewentualnie łącznie z odpadami z przemysłu i handlu o charakterystyce podobnej do charakterystyki odpadów komunalnych,
• spalania frakcji odpadów komunalnych zbieranych selektywnie lub wydzielonych z odpadów zmieszanych w taki sposób, że ich charakterystyka odbiega znacznie od charakterystyki odpadów zmieszanych,
• spalania paliwa wytworzonego z odpadów komunalnych.

Wymagania BAT dla osiągnięcia wymaganych standardów zostały przedstawione na dwóch poziomach: ogólnym, jako wspólne wymagania dla wszystkich instalacji termicznego przetwarzania odpadów (tzw. generic BAT), oraz na poziomie szczegółowym, uwzględniającym specyficzne wymagania dla poszczególnych grup technologii termicznego przetwarzania odpadów, w tym dla zmieszanych odpadów komunalnych oraz odpadów zbieranych selektywnie lub wstępnie przetworzonych.

Wymagania na poziomie ogólnym opisują możliwe rozwiązania techniczne i technologiczne instalacji spalających warunki prawidłowej ich eksploatacji i utrzymywania reżimu technologicznego spalania odpadów (np. temperatura, czas przepływu gazów i turbulencja) oraz procedur minimalizacji emisji szkodliwych substancji do środowiska, jak również produktów procesu termicznego.

W dokumencie [15] podano także zakresy poziomów emisji zanieczyszczeń do powietrza oraz emisji zanieczyszczeń w oczyszczonych ściekach odprowadzanych z oczyszczalni ścieków z mokrego oczyszczania gazów odlotowych ze spalarni odpadów.

Metodyka oceny opcji BATNEEC

To metodyka najlepszych dostępnych rozwiązań technicznych niepowodujących nadmiernych, nieuzasadnionych kosztów. Są to rozwiązania gwarantujące minimum zagrożeń dla środowiska naturalnego przy równoczesnej opłacalności ekonomicznej produkcji.

Ta metodyka oceny stosowana jest najczęściej przy wyborze technologii budowy instalacji produkcyjnej. Może być też zastosowana przy modernizacji technologii, w celu oceny i poprawy warunków funkcjonowania lub eksploatacji. Wówczas można ją traktować jako metodę zarządzania środowiskiem wskazującą na aspekty pracy technologii, które można lub należy poprawić. 

W artykule za pomocą tej metodyki oceniane będą różne technologie termicznego przekształcania odpadów komunalnych. Różnią się one wydajnościami oraz zastosowanymi instalacjami oczyszczania gazów odlotowych.

BAT oceniana jest zwykle metodami eksperckimi, przy czym najczęściej stosowanymi kryteriami są: realność techniczna realizacji, korzyści ekologiczne i opłacalność ekonomiczna [1, 5–7]. Metodyka oceny efektów ekologicznych i ekonomicznych opcji modernizacji procesu technologicznego lub też nowych procesów wytwórczych składa się z kilku etapów działania, które obejmują [1, 7, 12]:

• opracowanie technologii ocenianych wariantów możliwych do realizacji i ich szczegółowy opis, 
• przygotowanie tematyki i obszarów działania oraz zakresu i aspektów oceny poszczególnych rozwiązań technologicznych, 
• opracowanie szczegółowych kryteriów stanowiących podstawę oceny i metodykę ich wartościowania, 
• utworzenie zespołu problemowego, w skład którego wchodzą eksperci od wszystkich ocenianych aspektów, 
• ocenę opcji w poszczególnych jej aspektach. 

Zespoły problemowe mogą liczyć od kilku do kilkunastu osób [1, 3, 10]. Zestaw informacji przedstawiany zespołom problemowym przed rozpoczęciem ich pracy powinien obejmować procedury operacyjne, bilanse materiałowe i energetyczne, charakterystyki i wielkości strumieni surowców i odpadów, specyfikacje surowców i końcowego produktu oraz dokumentację przewidywanych zmian procesu opartą na wynikach badań laboratoryjnych i przemysłowych. 

Gdy zespół uzgodni ostateczną liczbę opcji, spośród których dokona wyboru najkorzystniejszej, ustala zestaw kryteriów, według których opcje te są oceniane. Często dodaje się do takiej oceny kryteria specyficzne, dostosowane do konkretnego rozwiązania technologicznego lub innych uwarunkowań lokalnych [6, 12, 18]. 

Oczywiście oceniane zadanie powinno być w pełni opisane i skwantyfikowane poprzez kryteria oceniające. Tylko w przypadku pełnego opisu można mówić o prawidłowej, pełnej i obiektywnej ocenie opcji BATNEEC [3, 4, 9, 10, 18].

Oceniane opcje były punktowane w ten sposób, że każdy z członków zespołu przydzielał od 0 do 10 pkt w ramach danego kryterium. Sumując punkty i dzieląc sumę przez liczbę punktujących, otrzymywano średnią punktację danego kryterium i zaokrąglano do pełnych wartości. Suma ocen kryteriów dawała ocenę opcji. Każdy zespół problemowy może zestawiać swoje własne kryteria, stąd w praktyce występuje ich znaczne zróżnicowanie, ale jednocześnie daje to pełną i obiektywną ocenę tych opcji. 

Opis ocenianych wariantów 

Spalarnia Spittelau mieści się w odległości ponad 2 km na północny wschód od centrum Wiednia, w bezpośrednim sąsiedztwie domów mieszkalnych, i należy do wiedeńskiego systemu elektrociepłowniczego. Rocznie spala się w niej ok. 250 tys. ton odpadów komunalnych dostarczanych przez blisko 250 śmieciarek dziennie. Spalanie odpadów odbywa się w piecach zaopatrzonych w dwutorowy ruszt kaskadowy firmy Martin.

W instalacji funkcjonuje czterostopniowy system oczyszczania spalin: redukowanie pyłu do poziomu 5 mg/m³(trójstrefowy elektrofiltr), usuwanie kwaśnych gazów (metoda mokra – dwustopniowy układ płuczący), redukowanie poziomu pyłu poniżej 1 mg/m³ (układ elektrodynamicznych dysz Venturiego), redukowanie NOx i dioksyn (układ selektywnej redukcji SCR-DeNOx). Ponadto spalarnia ma rozbudowany system oczyszczania wody biorącej udział w procesie płukania spalin. 

Produktami procesu termicznego są: żużel z paleniska, złom żelazny, pyły lotne z elektrofiltra oraz placki filtracyjne. Oczyszczona woda jako produkt systemu oczyszczania spalin jest zawracana do systemu albo odprowadzana do Kanału Dunajskiego. Żużel i pyły lotne z elektrofiltra wymieszane z cementem i wodą stanowią materiał do budowy ścian składowisk. Jedynie placki filtracyjne jako odpad niebezpieczny są wywożone do nieczynnej niemieckiej kopalni soli i tam składowane [11].

Do spalania odpadów komunalnych w Tarnobrzegu może być wykorzystana po modernizacji istniejąca elektrociepłownia. Obecnie pracuje ona w oparciu o cztery kotły OR-32 produkujące parę o ciśnieniu 4 MPa. Termiczne przekształcanie odpadów wymagałoby dostawienia pieca obrotowego. Skala procesu spalania odpadów do 100 000 t/r (średnio 2 m³ na mieszkańca rocznie, przy przyjętym ciężarze nasypowym 0,3 t/m³) pozwalałaby eksploatować tylko jeden kocioł jako układ dopalania spalin.

Instalacja pracowałaby tak, by w każdej chwili część odpadów (w przypadku ich braku) mogła zostać uzupełniona węglem. Po kotle dopalającym spaliny zamontowany zostałby układ ich oczyszczania, a oczyszczone spaliny kierowane byłyby do istniejącego komina.

Kotły mają cyklony odpylania suchego i układy mokrego gaszenia żużla (typowe). Bezpośrednim produktem wytwarzanym w spalarni odpadów jest para grzewcza o ciśnieniu roboczym 4,0 MPa (obliczeniowym 4,4 MPa) i temperaturze roboczej pary przegrzanej 400°C. W efekcie pracy generatora wytwarzana jest energia elektryczna o napięciu 380 V, która sprzedawana jest do sieci i wykorzystywana dla potrzeb własnych EC. 

Pyły powstające w czasie dopalania spalin opadać będą do układu mokrego gaszenia popiołu, wspólnego dla kotła i pieca obrotowego, po czym nastąpi suche odpylanie spalin w cyklonach. Pyły z cyklonu przekazywane będą do układu mokrego gaszenia popiołu z pieca obrotowego. Spaliny będą odpylane w dwustopniowym układzie odpylania mokrego. 

Pierwszy stopień odpylania stanowi płuczka pianowa zasilana mlekiem wapiennym, natomiast drugi stopień jest absorberem zasilanym roztworem wodorotlenku sodu [10, 13].

Zakład Unieszkodliwiania Stałych Odpadów Komunalnych (ZUSOK) w Warszawie jest eksploatowany od 2000 roku. Instalacja termicznego przekształcania poprzedzona jest sortownią i kompostownią odpadów komunalnych. W sortowni wydzielane są frakcje użyteczne i organiczne, które z kolei poddawane są procesowi tlenowego przetwarzania w kompostowni. 

W ZUSOK unieszkodliwia się rocznie ok. 65 tys. ton odpadów. Produktami spalania są żużle, popioły lotne zawierające substancje niebezpieczne oraz odpady stałe z oczyszczania spalin (pył pofiltracyjny z filtrów workowych). Unieszkodliwianie popiołów i pyłów polega na zestaleniu przy użyciu środka wiążącego Geodur cementu (spoiwo hydrauliczne) oraz wody.

Koncentrat Geodur jest mieszaniną substancji nieorganicznych i organicznych monomerów oraz polimerów aktywnych powierzchniowo. Jego komponenty skutecznie wiążą zanieczyszczenia i uniemożliwiają ich wymywanie na składowisku. Zastosowane w zakładzie rozwiązania technologiczne (m.in. suche metody oczyszczania spalin) powodują zamknięcie obiegu wód procesowych i zapewniają bezściekowy charakter instalacji [11]. 

Wyniki oceny technologii termicznego przekształcania odpadów komunalnych wg BATNEEC

Drugim etapem zaproponowanej metodyki oceny opcji BATNEEC było przygotowanie tematyki, obszarów działania oraz zakresu i aspektów oceny poszczególnych opisanych wcześniej rozwiązań technologicznych. Dla oceny skutków realizacji technologii termicznego przekształcania wybrano konsekwencje techniczne, ekologiczne i ekonomiczne wdrożenia lub prowadzenia poszczególnych opcji technologicznych [15]. 

Wśród aspektów technicznych pod uwagę wzięto: wykorzystanie produktów procesu termicznego (energii i produktów stałych); wśród aspektów ekologicznych uwzględniono: zmniejszenie ilości odpadów w wyniku procesu oraz wpływ procesu na środowisko naturalne. Aspekty ekonomiczne w głównej mierze uwzględniały: efektywność ekonomiczną, nakłady oraz koszty procesu. 

Kolejnym etapem postępowania było opracowanie szczegółowych kryteriów stanowiących podstawę oceny i metodykę ich wartościowania dla oceny wybranych opcji. Ocena taka ma charakter jakościowy, dlatego zarówno dobór kryteriów, jak i przypisywanie im wartości jest dokonywane przez ekspertów wielu dziedzin, którzy dokonują oceny w wielu aspektach. W tym przypadku opracowano 14 kryteriów oceniających opcje (tabela 1). 

Dla ułatwienia oceny opcji wprowadzono podział punktacji (wartości kryteriów, oceniających poziom spełnienia kryteriów BATNEEC) na pięć szczebli obejmujących efekty zerowe (0 pkt), małe (1–2 pkt), średnie (3–5 pkt), duże (6–8 pkt) i bardzo duże (9–10 pkt). Maksymalna ocena jednej opcji może wynieść 140 punktów. 

Kryteria tego typu mają charakter uniwersalny i mogą być stosowane po odpowiedniej adaptacji na potrzeby dowolnych procesów technologicznych [16]. Wyniki analizy i rankingu opcji przedstawiono w tabelach 1 i 2 na podstawie oceny dokonanej przez kilkuosobowy zespół ekspertów.

Analiza ocen z tabeli 2 wskazuje, że spalarnie odpadów osiągają wysokie oceny eksperckie jako rozwiązania o bardzo dużej efektywności ekologicznej i ekonomicznej oraz umiarkowanych nakładach inwestycyjnych. Wszystkie trzy oceniane instalacje mają zbliżone oceny (pomiędzy 103, a 112 pkt, przy maksymalnej ocenie 140 pkt).

Wiąże się to z tym, że instalacje pracują przy pełnym reżimie technologicznym, wg najnowszych rozwiązań technicznych, realizując zmniejszenie ilości i szkodliwego charakteru odpadów przy jak największym ograniczeniu wpływu instalacji na środowisko naturalne. Ograniczenia te narzucone są właśnie przez wymagania BATNEEC. 

Zgodnie z zaproponowaną metodyką oceniane były również inne technologie gospodarki odpadami komunalnymi [9], głównie różne technologie składowania odpadów, ale również infrastruktura do segregacji i magazynowania odpadów komunalnych, w tym także niebezpiecznych. Ocena przeprowadzona była na podstawie opisanych założeń i w oparciu o te same kryteria oceniające, zgodne z założeniami ekologiczno-ekonomicznymi oceny opcji BATNEEC. 

W niniejszym artykule przedstawiono jedynie wyniki wszystkich opcji, pozwalające na porównanie różnych technologii składowania z opcjami termicznego przekształcania odpadów. Porównanie to, łącznie ze zbiorczą oceną spalarni odpadów, przedstawia tabela 2. 

Zwraca uwagę stosunkowo wysoka punktacja wszystkich trzech opcji spalania (odpowiednio 80, 78 i 74% wartości maksymalnej), które można uważać za najlepsze dostępne techniki, redukujące strumień i szkodliwy charakter odpadów przy jednoczesnej opłacalności ekonomicznej.

Z analizowanych ośmiu opcji połowa osiągnęła ponad 50% maksymalnej liczby 140 punktów. Maksymalne punktacje na poziomie 75% mogą z drugiej strony świadczyć o bardzo zróżnicowanym, a jednocześnie prawidłowym doborze kryteriów oceny. Relatywnie dobry jest wynik analizy opcji dotyczących selektywnej zbiórki odpadów (53% wartości maksymalnej). 

Niskie są natomiast oceny opcji dotyczących wariantów składowania odpadów komunalnych (odpowiednio 33, 31, 24 i 16% wartości maksymalnej). Jako najbardziej niekorzystna wskazywana jest opcja najprostszego składowania odpadów z pełną emisją gazu wysypiskowego do środowiska. 

Podsumowanie i wnioski 

Techniki BATNEEC i ich wdrożenie to kolejny etap ewolucji koncepcji zmierzających do stworzenia wytycznych w ogólny sposób określających obowiązki wobec środowiska naturalnego dla podmiotów korzystających z niego. 

Stosowanie BATNEEC to nie tylko wskazówki dla budowy technologii, ale również odpowiednie procedury operacyjne, technologie i techniki, konserwacja, monitoring procesu oraz nadzór. Dla technologii termicznego przekształcania odpadów opracowane są dokumenty referencyjne BAT, uwzględniające technologie spalania zmieszanych odpadów komunalnych oraz frakcji odpadów komunalnych zbieranych selektywnie lub wydzielonych z odpadów zmieszanych.

Dokumenty referencyjne wskazują na prawidłowe rozwiązania i technologie, ale dla oceny funkcjonowania instalacji i prawidłowości prowadzenia procesów termicznych wymagane jest wprowadzenie wskaźników oceniających, pozwalających na określenie, w jakim stopniu wypełniane są wskazówki i zalecenia zapisane w dokumentach referencyjnych. Zaproponowana metodyka pozwala na ocenę porównawczą, a kryteria mają charakter uniwersalny. 

Wszystkie trzy oceniane instalacje termiczne mają zbliżone oceny, ponieważ pracują przy pełnym reżimie technologicznym i wg najnowszych rozwiązań technicznych. Niskie są natomiast oceny opcji dotyczących wariantów składowania odpadów komunalnych w porównaniu z technologiami termicznymi.

Zaproponowana metodyka może służyć jako narzędzie zarządzania środowiskiem i może być wykorzystywana do oceny innych procesów technologicznych, nie tylko w gospodarce odpadami komunalnymi. 

Artykuł powstał na podstawie referatu przedstawionego podczas Ogólnopolskiej Konferencji Naukowej „Gospodarka wodno-ściekowa i odpadowa miast i wsi”, Tuchola/Tleń, 5–7 września 2013 r.

Literatura 

1. Batneec Guidance Note for Board Manufacture 1992, Environmental Protection Agency Ardcavan, Wex­ford.
2. BAT Guidance Notes, http://www.epa.ie/whatwedo/advice/bat/.
3. Council Directive 96/61/EC of 24 September 1996 concerning integrated pollution prevention and control (Official Journal L 257, 10/10/1996).
4. Council Directive 2000/76/EC of 4 December 2000 on the incineration of waste (Official Journal L 332, 28/12/2000).
5. Dijkmans R., Methodology for selection of best available techniques (BAT) at the sector level, „J. Cleaner Prod.” Vol. 8 No. 1/2000.
6. Generowicz A., Kulczycka J., Kowalski Z., Banach M., Assessment of waste management technology using BATNEEC options, technology quality method and multi-criteria analysis, „Journal of Environmental Management” Vol. 92 No. 4/2011.
7. Kowalski Z., Czystsze technologie jako strategia ochrony środowiska naturalnego – 3, Biuletyn Komitetu Inżynierii Środowiska PAN, 1998.
8. Kowalski Z., Generowicz A., Makara A., Banach M., Ocena technologii produkcji kwasu fosforowego metodami opcji BATNEEC i analizy wielokryterialnej, „Przemysł Chemiczny” nr 5/2011.
9. Kowalski Z., Generowicz A., Makara A., Evaluation of municipal waste disposal technologies by BATNEEC, „Przemysł Chemiczny” nr 5/2012.
10. Kowalski Z., Kulczycka J., Ocena jakości technologicznej różnych wariantów składowania i spalania odpadów komunalnych, opracowanie IGSME PAN, 2009 (niepublikowane).
11. Kowalski Z., Kulczycka J., Kosińska I., Porównanie składowania i spalania odpadów komunalnych metodą analizy procesu w ujęciu rachunku skumulowanego, opracowanie IGSME, Kraków 2009 (nie­publikowane).
12. Kowalski Z., Mazanek C., Metoda oceny BAT (Best Available Techniques) na przykładzie przetwarzania rudy chromowej, „Gospodarka surowcami mineralnymi”, zeszyt specjalny, T 17, 2001.
13. Kowalski Z., Wzorek Z., Wilkosz A., Koneczny K., Kulczycka J., Analiza opłacalności spalania odpadów komunalnych w adaptowanej ciepłowni miejskiej, Czasopismo Techniczne Krakowskiego Towarzystwa Technicznego nr 90–93/2003.
14. Kulesza L., Generowicz A., Zysk energetyczny ze spalania odpadów komunalnych na przykładzie Krakowa, „Gaz, Woda i Technika Sanitarna” nr 3/2011.
15. Reference Document on Best Available Techniques for the Waste Incineration, European Commission, August 2006.
16. Reference Document on Best Available Techniques for the Waste Treatment Industries, European Commission, August 2005.
17. Szpadt R., Jędrczak A., Wytyczne dotyczące wymagań dla procesów kompostowania, fermentacji i mechaniczno-biologicznego przetwarzania odpadów, http://www.mos.gov.pl/g2/big/2009_07/ffc492d741b261340b1e 263cd1c05c85.pdf, dostępność: listopad 2013.
18. Wilson E.J. et al., Euro-trash: searching Europe for a more sustainable approach to waste management resources, „Conservation and Recycling” nr 31 (2001).
19. den Boer E., den Boer J., Szpadt R., Wymagania BAT dla instalacji unieszkodliwiania odpadów komunalnych, opracowanie IGSME PAN, 2009 (niepublikowane).
20. Kowalski Z., Kulczycka J., Konieczna R., Ocena technologii składowania i spalania odpadów komunalnych metodyką oceny ekologicznej i ekonomicznej opcji BATNEEC, opracowanie IGSME PAN, 2009 (niepublikowane).

Chcesz być na bieżąco? Zapisz się do naszego newslettera!