Obsah skript | Časopis BIOM, články a sborníky | Domovská stránka     

Přednáška III.

Recyklace a zneškodňování odpadů a dekontaminace půdy

1. Příčiny vzniku odpadů a odpadové hospodářství

Veškerá lidská činnost je doprovázena vznikem odpadů. V odpady se postupně mění většina nedostatkových surovin. Recyklace odpadů je jedním z nejdůležitějších problémů ekologie. Odpadové hospodářství je novým technologickým odvětvím, které se dotýká všech stupňů výrobního a spotřebního cyklu od těžby surovin, přes výrobu a spotřebu produktů až po zneškodnění, likvidaci nebo recyklaci odpadů.

Základní činnosti v odpadovém hospodářství:

1. předcházení vzniku odpadu;
2. omezování vzniku odpadů;
3. nakládání s odpady:
   1. Shromažďování odpadů;
   2. Přeprava odpadů;
   3. Skladování odpadů;
   4. Úprava odpadů;
   5. Využívání odpadů;
   6. Zneškodnění odpadů.

Základem odpadového hospodářství je předcházení a omezování vzniku odpadů. Pokud již odpady vzniknou je třeba s nimi nakládat tak, aby byly maximálně využity jako druhotné suroviny a aby minimálně narušovaly životní prostředí.

Prevencí vzniku odpadů jsou bezodpadové nebo maloodpadové technologie. Tyto postupy jsou však energeticky značně náročné a vznik odpadů se přesouvá do energetiky.

Využití odpadů:

1. recyklace odpadů (kompostování bioodpadu, recyklace plastů, skla, papíru, kovů atd.);
2. energetické využití odpadů (spalování, výroba bioplynu z netříděného odpadu);
3. recyklace s energetickým využitím (výroba bioplynu z bioodpadu).

2. Efektivnost recyklace odpadů

Výrobou 1 t železa z železného šrotu se ušetří cca 2 t černého uhlí, 4 t železné rudy a 70 hodin lidské práce. 1 t sběrového papíru ušetří při recyklaci 2,5 plm. dřeva.

V některých případech (např. u plastů) je výroba materiálů z odpadních surovin nákladnější než z nových. Při celkovém posuzování je třeba brát v úvahu hledisko zneškodňování odpadů zatěžujících životní prostředí.

3. Spalování odpadů

Cílem spalování odpadů je snížit množství organických cizorodých látek v odpadech, omezit celkové množství odpadů a zakoncentrovat těžké kovy v zachycovaném popílku. Využití vzniklého tepla je pozitivním vedlejším jevem.

Odpady pro spalování:

1. komunální odpady
2. průmyslové odpady
3. čistírenské kaly
4. zvláštní odpady

Výhřevnost odpadů:

Spalování tuhých odpadů probíhá složitými procesy. Odpady se zahřívají stykem s horkými spalinami nebo předehřátým vzduchem a sáláním ze stěn pece. Při teplotách 50-150°C dochází k vysušení odpadů a při vyšších teplotách vznikají složitými rozkladnými procesy hořlavé těkavé látky, které po vznícení hoří plamenem. Zbývající materiál se odplyňuje a hoří pomaleji.

Tuhé odpady lze spalovat bez přídavného paliva je-li jejich výhřevnost větší než 5000 kJ.kg^-1. Takové palivo musí mít:

• obsah popelovin < 60%,
• obsah vlhkosti < 50%
• a obsah prchavé hořlaviny > 25%.

Při spalování odpadů musí být zajištěn přebytek kyslíku k hoření a dostatek tepla k rychlému zahřátí odpadu na zápalnou teplotu (240-400°C). Při pomalém zahřívání se škodliviny nemusí spálit, odpaří se a uniknou do ovzduší. Ve spalovnách komunálního odpadu musí být teplota spalin ve spalovací komoře vyšší než 850°C, ve spalovnách průmyslového odpadu musí být vždy dohořívací komora s teplotou 900-1200°C. Spaliny v dohořívací komoře se musí zdržet 1 2 vteřiny. Pro zneškodnění zbytku halogenovaných látek je třeba vyšších teplot (1200-1500°C) a většího zdržení spalin (3 sec.).

Druhy spalovacích pecí:

1. rotační pece (pomalu otáčené válce s mírným sklonem, kontinuální spalování tuhých i pastovitých odpadů);
2. muflové pece (spalování zdravotnických odpadů a jiných nebezpečných odpadů, periodický provoz);
3. etážové pece (pro spalování kalů, pec má tvar stojatého válce, odpadem jsou plněny horní etáže a spalovaný odpad postupuje směrem dolů, posunován lopatkami v každé etáži. Lopatky jsou připevněny ke hřídeli na ose válce. Odpady jsou shrnovány v každé etáži od obvodu ke středu, kde propadávají do nižšího patra. Proti směru postupu odpadů jde v protiproudu spalovací vzduch. Spalovací teploty jsou nad 800°C.);
4. fluidní pece (pro fluidní spalování se odpady drtí na stejnoměrnou zrnitost. Do vrstvy zrnitého paliva se vhání velkou rychlostí a tlakem primární vzduch, který zrna zvíří. Při tom probíhá intenzivně spalování v celé vrstvě ohniště. Spalovací teploty jsou 800-1000°C.).

Nové spalovací procesy:

1. vysokoteplotní fluidní reaktor (teplota 2500°C);
2. plasmové hořáky (použití vysoké teploty ionizujících plynů, ničení zbytků látek přerušením jejich chemických vazeb);
3. spalování v plasmovém oblouku;
4. pyrolyzní technologie (odpady se zpravidla pyrolyzují v rotační peci vytápěné zevně spalinami. Proces probíhá při teplotě 500-550°C v pyrolyzní komoře bez přístupu vzduchu. Vzniklé plyny se spalují v druhém stupni v tzv. termoreaktoru při teplotě 900-1300°C.).

Praxe v současné době využívá spalování některých nebezpečných odpadů (PCB) v cementárenských pecích při výrobě cementu. V SRN se používá spalování odvodněných kalů s uhlím v tepelných elektrárnách.

4. Skládkování odpadů

Zásadám ochrany životního prostředí vyhovuje pouze řízená skládka odpadů (opakem řízené skládky je divoká skládka).

Řízená skládka je technické zařízení určené k ukládání určitých druhů odpadů za daných technických a provozních podmínek, a při průběžné kontrole jejich vlivu na životní prostředí.

Řízená skládka musí být vybavena:

a) zařízením na zhutňování odpadů

b) dokonalým těsnícím systémem

c) drenážním systémem

d) zařízením na jímání skládkového plynu.

Projekt skládky musí zahrnovat i způsob její rekultivace.

Řízené skládkování odpadů se vyznačuje tím, že odpady jsou plánovitě naváženy na upravený terén, jsou rozhrnovány a zhutňovány v půlmetrových vrstvách až do výše cca 2 m. Zhutněný odpad je denně seshora i ze stran pokrýván asi 20 cm silnou vrstvou zeminy a skládka se po konečném zaplnění zrekultivuje.

Skládky odpadů:

a) podúrovňové

b) nadúrovňové

c) kombinované

d) podzemní

Zrání skládky je anaerobní fermentace probíhající v tělese skládky (je provázena tvorbou skládkového plynu).

Z 1 tuny komunálního odpadu vzniká 100-300 m³ bioplynu za dobu 5-30 let. Z tohoto množství lze zachytit 30%.

Řízené skládky musí mít těsněné podloží, např. vrstvu jílu 30-70 cm silnou. Při izolaci se uplatňují folie z plastů a nepropustné geotextilie. Dno musí mít mírný sklon 1-3% do místa vyvedení drenáže. Na těsnící vrstvu se pokládá drenáž a zasypává štěrkopískem.

Rekultivace skládky:

• technická rekultivace (urovnání povrchu, svahování,převrstvení ornicí);
• biologická rekultivace (biologická a agrotechnická opatření pro tvorbu svrchní vrstvy půdy).

Zemědělské rekultivace skládek odpadů bývají problematické a vyžadují až 60 cm pokrytí ornicí. Úniky bioplynu znemožňují lesnickou rekultivaci skládek komunálních odpadů. Výhodná je účelová rekultivace (parky, sportovní plochy, golfová hřiště, letiště).

Některé skládky z minulých dob představují časovanou ekologickou bombu, neboť zabezpečení některých skládek s nebezpečnými látkami je nedostatečné (např. zasypané reznoucí kovové sudy s chemikáliemi).

Nebezpečné odpady je možno skládkovat ve skládkách hlubinného typu. Horninové prostředí chrání takovou skládku ze všech stran. Je možno k tomu využít opuštěných dolů. Injektáž odpadů do horninového prostředí se ve světě stále více využívá. Odpad však je nenávratně ztracen k dalšímu zpracování.

Některé nebezpečné odpady tekuté nebo plynné se před skládkováním solidifikují (zpevňují). Solidifikace se provádí hydraulickými pojivy (cement) nebo v tuhnoucích taveninách (vitrifikace), nebo pomocí asfaltu (bitumenace) nebo s použitím sádry (odsíření spalin) nebo termoplastů.

5. Kontaminované půdy a způsoby jejich dekontaminace

Půda má schopnost zadržovat cizorodé látky. Malé množství organických cizorodých látek se rozkládá činností půdních mikroorganismů. Vysoká kontaminace však může ohrozit vodu a potravinový řetězec. Okyselování půdy podporuje rozpustnost a mobilitu těžkých kovů.

Hlavní zdroje znečištění půd:

• úniky ropných produktů (při dopravě, čerpání, skladování, haváriích),
• rezidua pesticidů, cizorodé látky v organických a průmyslových hnojivech
• a průsaky škodlivých látek ze starých skládek odpadů.

Dekontaminaci znečištěných půd lze provádět:

• přímo v místě znečištění bez vytěžení půdy (in situ),
• vytěžením kontaminované zeminy a její remediaci přímo na místě (on site), např. v mobilních dekontaminačních jednotkách
• nebo odvezením vytěžené kontaminované zeminy ke zpracování ve stabilním závodě (off site).

Při dekontaminaci půdy se využívají tyto procesy:

• fyzikální (transportní jevy, hydrodynamické jevy);
• fyzikálně-chemické (adsorpce a desorpce kontaminantů);
• chemické (reakce látek s polutanty);
• biologické mechanismy (biodegradace polutantů).

Tepelné dekontaminační metody:

se používají pro odstranění organických polutantů a kyanidů z půdy. Vytěžená půda se zahřívá v rotačních pecích. Při zahřívání nad 460°C se poškodí nutriční vlastnosti půdy, což způsobuje, že je pak nutno ji pro další použití doplnit humusovými látkami a biologicky oživit.

Extrakční dekontaminační způsoby:

Půda se promývá extrakční kapalinou (organické rozpouštědlo, EDTA apod.), rozpuštěná cizorodá látka se z této kapaliny oddělí a kapalina se znovu použije. Tyto postupy je možno provádět in situ v kombinaci s odsáváním půdního vzduchu nebo on (off) site. Extrakčními způsoby je možno odstraňovat organické cizorodé látky i těžké kovy.

Elektrosanační dekontaminační postupy:

Používají se nejčastěji in situ k odstraňování těžkých kovů z půdy pomocí elektrického pole vytvořeného stejnosměrným proudem 12-120 V. Kationty těžkých kovů se na ošetřovaném pozemku pohybují ke katodám. Z blízkosti katod jsou pak odstraňovány extrakčně roztokem EDTA.

Dekontaminace půdy pomocí rostlinných hyperakumulátorů:

Rostlinný hyperakumulátor je rostlina s vysokým transferfaktorem těžkého kovu nebo skupiny těžkých kovů. Je schopna v nadzemní hmotě kumulovat těžké kovy. Aby dekontaminace mohla být účinná, musí mít tato rostlina i vysokou produkci nadzemní hmoty (10 t sušiny. ha^-1 a více). Tyto rostliny jsou schopny vázat v biomase kovy tak, aby neinaktivovaly životně důležité enzymy. Některé rostliny (metalofyty) jsou odolné k několika těžkým kovům najednou a ukládají 1-8 g kovů v 1 kg biomasy (extrémně až 25 g).

Pro fytoremediace jsou použitelné např. tyto rostliny: jitrocel kopinatý a silenka obecná (Zn, Cu, Cd, Ni), trávy psineček a kostřava ovčí (Zn, Cu, Cd, As), tabák (Cd), křídlatka (Zn, Cd), zeleniny, salát, tropické vzplývavé vodní rostliny (vodní hyacint) hromadí těžké kovy a využívají se při detoxikaci povrchových vod. Biomasu s těžkými kovy je nutno spálit a kovy zakoncentrovat do popele.

Biologické dekontaminační postupy:

Organické cizorodé látky se působením aerobních bakterií oxidují na nezávadné produkty. Snadno se odbourávají uhlovodíky, obtížněji fenoly a polyaromatické uhlovodíky. Používají se uměle připravené kmeny bakterií nebo se rozmnoží vyizolovaná mikroflóra z kontaminované zeminy, která se aplikuje zpět do půdy (in situ) se živinami, případně okysličovadly (dusičnany, peroxid). Tímto způsobem dekontaminace se nenarušují fyzikální a chemické půdní vlastnosti.

Literatura:

Kuraš a kol.: Technologie zpracování odpadů. VŠCHT Praha, 1993.