Darek Szwed

Piotr Rymarowicz

Federacja Zielonych - Kraków

Federacja Zielonych - Oświęcim

SPALANIE ODPADÓW KOMUNALNYCH

- bankructwo wszystkich mitów

Spalanie odpadów komunalnych stanowi stosunkowo nową metodę ich utylizacji. Nowoczesne urządzenia do spalania odpadów pełnią dwie funkcje: redukują ilość (objętość) odpadów mających trafić na wysypisko oraz stanowią źródło energii elektrycznej i/lub cieplnej.

Spalarnia to jednocześnie urządzenie zamieniające stosunkowo małoagresywne odpady komunalne w prawie taką samą ilość znacznie groźniejszych popiołów, pyłów, ścieków i pozostałości z oczyszczania spalin.

Spalarnia - zasada działania

Po wjeździe na teren spalarni, odpady są wyrzucane do zbiornika magazynowego o pojemności odpowiadającej ilości odpadów zbieranych w ciągu 48 godzin. Pozwala to na odbiór odpadów w przypadku planowanego lub nieplanowanego przestoju w spalarni. Ogromne żurawie chwytakowe załadowują odpady do komory spalania. Jest to szczególny rodzaj rusztu, na którym dochodzi do mieszania odpadów z powietrzem podczas przechodzenia śmieci przez komorę spalania. Proces ten ma na celu całkowite spalenie odpadów. Ruszty są różnie zaprojektowane, ale najczęściej instaluje się ruszty wykonujące ruchy posuwisto-zwrotne oraz ruszty wałkowe. W małych spalarniach stosuje się piece obrotowe. Skuteczność procesu spalania mierzy się poprzez ustalenie zawartości substancji palnych pozostałych w żużlu paleniskowym. Najczęściej poziom ten sięga 1-4%.

Spalanie jest uzależnione głównie od wartości kalorycznej odpadów, chociaż dla rozpalenia oraz utrzymania odpowiedniej temperatury czasami dodaje się do śmieci paliwa. Bojler i wymiennik ciepła są wykorzystywane do odzysku energii cieplnej z pieca. Energia zmagazynowana w parze wodnej lub przetworzona na energię elektryczną, zostaje przesłana do lokalnego systemu ciepłowniczego lub lokalnej sieci elektrycznej. Równocześnie jednak, przy odbieraniu ciepła, znacznie spada temperatura gazów spalinowych, co powoduje, że wzrasta ilość dioksyn i furanów w wyniku ich wtórnej syntezy. Jest to jeden z zasadniczych problemów na jaki napotykają konstruktorzy spalarni, gdyż nawet podniesienie temperatury spalania do 1200 ° C, czyli powyżej temperatury rozkładu dioksyn, nie gwarantuje ich nieobecności w gazach wylotowych.

Popiół i pyły - pozostałości po spalaniu

W procesie spalania powstaje żużel paleniskowy - materiał niepalny opadający przez ruszt. Stanowi on ok. 25% pierwotnej masy odpadów, a ilość ta zależy głównie od składu dostarczanych do spalarni odpadów. Im więcej w nich szkła, puszek, gruzu i popiołu z palenisk domowych, tym redukcja masy w efekcie spalenia będzie mniejsza. Po spaleniu żużel jest zbierany i wywożony na wysypisko. Pyły zbierane na filtrach są niejednokrotnie mieszane z żużlem i także wywożone na wysypisko. Zarówno w żużlu, jak i pyłach znajdują się substancje niebezpieczne w wysokich stężeniach. Zgodnie z normami amerykanskiej Agencji Ochrony środowiska (US EPA), pozostałości z pieców rutynowo oznacza się jako "odpady niebezpieczne". Podobnie, w Rozporządzenia Ministra Ochrony środowiska, Zasobów Naturalnych i Leśnictwa w sprawie ustalenia listy odpadów niebezpiecznych z 19 sierpnia 1993 (Dz.U. nr 76), na liście odpadów niebezpiecznych, pod pozycją 97, znajdują się pozostałości ze spalania odpadów. Fakt ten wiąże się oczywiście z większymi opłatami za składowanie tego rodzaju odpadów, co jest regulowane rozporządzeniem Rady Ministrów z dn. 27. grudnia 1993r. w sprawie opłat za gospodarcze korzystanie ze środowiska i wprowadzanie w nim zmian (Dz. U. z 1993r. nr 133, poz. 638).. Twierdzen firm oferujących budowę spalarni, że odpady te można wykorzystać np. do budowy dróg lub domów, nie należy traktować poważnie.

Pyły zatrzymywane przez filtry stanowią ok. 3% pierwotnej masy spalonych śmieci. Jeśli spalarnia jest w miarę nowoczesna, to posiada jeszcze system do oczyszczania spalin (głównie z tlenków kwasowych - SO2, NOx i z HCl). Do strumienia gazów wprowadza się zazwyczaj wapno (w postaci uzależnionej od stosowanej metody.) W takim przypadku na filtrach pozostają kolejne pyły w ilości 3% masy spalonych śmieci. W pyłach gromadzi się najgroźniejsza część toksyn, a im lepszy system filtracji spalin, tym ilość zebranych pyłów jest większa.

Część toksyn pozostałych ze spalania to metale ciężkie, które zostają uwolnione z odpadów, w których były związane. Odsetek metali w pozostałościach po spaleniu może być znaczny i, nawet po oddzieleniu żelaza (za pomocą elektromagnesu) sięgać kilku procent. Wiele z nich stanowiło dodatki do tworzyw sztucznych co oznacza, że wyrzucone na zwykłe wysypisko (nieizolowane) przechodziłyby do środowiska w tempie rozkładu plastyków, czyli przez kilkaset lat. Jednak po spaleniu odpadów zawarte w nich metale przechodzą w formy znacznie bardziej mobilne, np. chlorków i siarczanów, a wystawione na działanie czynników atmosferycznych (kwaśne deszcze) szybko zostają rozpuszczone i wypłukane. Badania wykazały, że po pewnym czasie 62% zawartego w pyłach kadmu, 30% miedzi i 32% cynku może ulec wypłukaniu.

W chwili obecnej większość firm eksploatujących spalarnie odpadów zdaje już sobie sprawę z zagrożenia, i dla składowania pyłów ze spalarni buduje specjalne składowiska, zatapia je w betonie lub przeprowadza proces zeszklenia. Podnosi to wymiernie koszty spalania, a w dodatku nie rozwiązuje problemu rosnącej góry pyłów.

Z zamieszczonej poniżej tabeli wynika, że nawet popiół ze spalarni, ze względu na duże stężenie antymonu, należałoby zaliczyć do odpadów toksycznych. Natomiast ze względu na zawartość miedzi i ołowiu powinien być on traktowany tak jak gleba wymagająca oczyszczenia, gdyż stanowi zagrożenie dla ludzi i środowiska. W pyłach stężenia wielu toksycznych metali przekraczają dopuszczalne wartości zarówno dla odpadów toksycznych, jak i dla gleby wymagającej oczyszczenia.

TABELA 1: Skażenie popiołów (żużli) i pyłów ze spalania odpadów w porównaniu do holenderskich norm dla skażonej gleby wymagającej oczyszczenia (norma C) i dla odpadów toksycznych (norma HWA). Stężenia wyrażono w mg/kg (ppm).

Składnik

Popioły

Pyły

Norma C

Norma HWA

kadm (Cd)

2-8

218-302

20

50

arsen (As)

19-23

43-47

50

50

bar (Ba)

1275-1760

1619-1900

2000

20.000

chrom (Cr)

235-296

434-714

800

5000

miedź (Cu)

669-3212

600-779

500

5000

rtęć (Hg)

0,03-0,2

2-10

10

50

molibden (Mo)

5-11

17-31

200

5000

nikiel (Ni)

40-86

60-114

500

5000

ołów (Pb)

1086-1637

5762-6094

600

5000

antymon (Sb)

28-58

260-361

-

50

selen (Se)

0,4-0,5

11-12

-

50

cyna (Sn)

62-77

547-891

300

5000

wanad (V)

40-52

31-45

-

5000

cynk (Zn)

1239-2125

13.453-14.864

3000

20.000

tal (Tl)

-

10-60

-

50

kobalt (Co)

-

35

-

5000

dioksyny (PCDD)

ppw

0,4

-

50

furany (PCDF)

ppw

0,3

-

50

PCDD/PCDF w TEQż

ppw

15.000 ng/kg

-

-

ppw - poniżej poziomu wykrywalności

żTEQ - równoważniki toksyczności - ilość dioksyn w przeliczeniu na najbardziej toksyczną 2,3,7,8-TCDD

Poza żużlem i pyłami, "produktem" spalania odpadów są ścieki, powstające podczas chłodzenia żużlu z paleniska. Szacuje się, że spalarnia o wielkości 500 t/dzien zużywa rocznie do tego celu około 500 tysięcy m3 wody. Często oczyszczanie spalin odbywa się metodą mokrą, a wtedy dochodzą jeszcze do tego kolejne odpady płynne. Otrzymane w efekcie ścieki zawierają szereg zanieczyszczen takich jak fenole, cyjanki, fluorki, arsen i metale ciężkie. Może się okazać, że ich stężenia przekraczają dopuszczalne wartości dla ścieków wprowadzanych do urządzen kanalizacyjnych, co oznacza, że spalarnia powinna zostać wyposażona we własną oczyszczalnię ścieków. Tak było w przypadku spalarni oferowanej przez francuską Compagne Generale de Chauffe. Tak będzie też w przypadku spalarni odpadów toksycznych, gdzie stężenia arsenu, ołowiu, kadmu, miedzi, chromu i niklu oraz suma metali ciężkich przekracza dopuszczalne wartości (por. poniższe tabele).

TABELA 2: Zawartość metali ciężkich w ściekach z oczyszczania spalin i szlamach pozostałych po ich oczyszczeniu dla typowej spalarni odpadów toksycznych.

METAL

stężenie w ściekach

(ppm, mg/l)

zawartość w szlamach

(ppm)ż

antymon

4

313

arsen

0,6

140

bar

ł1

183

kadm

0,7

400

chrom VI

0,526

0,01

chrom całkowity

1,4

55

miedź

11

8 300

ołów

2

1 600

rtęć

ł0,1

60

nikiel

4

2 200

srebro

0,2

0,6

tal

ł1

3

cynk

8

3 100

ż1 ppm (part per million) oznacza jedną część na milion czyli np. 1 mg kilogram lub gram na tonę. Dla porównania 1 ppb (z ang. part per billion) oznacza jedną część na miliard (w USA billion), czyli np. 1 mg na tonę, a 1 ppt (part per trillion) jedną część na bilion (1 mg/1000 ton, 1 ng/kg).

TABELA 3: Dopuszczalne wartości wskaźników zanieczyszczen w ściekach wprowadzanych do urządzen kanalizacyjnych stanowiących własność panstwa. (Rozporządzenie RM z dn. 14 grudnia 1987 r. (Dz.U. nr 42, poz. 248 i Dz.U. z 1990 r. nr 42, poz. 244). (wybór)

WSKAźNIKI

JEDNOSTKA STężENIA

MAX. STężENIE DOPUSZCZALNE

pięciodniowe biologiczne zapotrzebowanie tlenu (bzt5)

mg O2/l

700

chemiczne zapotrzebowanie tlenu metodą dwuchromianową

mg O2/l

1000

chlorki

mg Cl/l

400

siarczany

mg SO4/l

300

substancje rozpuszczone

mg/l

1000

zawiesina ogólna

mg/l

330

temperatura

° C

35

wartość pH

pH

6,5-9,0

azot amonowy

mg N-NH4/l

6

żelazo ogólne

mg Fe/l

10

rodanki

mg CNS/l

50

cyjanki, z wyj. cyjanków związanych (kompleksowo)

mg CN/l

1,0

fenole lotne

mg/l

40

detergenty (substancje powierzchniowo czynne)

mg/l

10

substancje ekstrahujące się eterem naftowym

mg/l

50

ołów

mg Pb/l

0,1

rtęć

mg Hg/l

0,5

miedź

mg Cu/l

0,2

cynk

mg Zn/l

2

kadm

mg Cd/l

0,1

chrom

mg Cr/l

0,2

nikiel

mg Ni/l

2

suma metali ciężkich

mg/l

3

bor

mg B/l

1

arsen

mg As/l

0,2

siarczki

mg S/l

3

Konieczność budowy oczyszczalni w celu usunięcia toksycznych substancji ze ścieków, to kolejny kłopot dla właścicieli spalarni. Tym bardziej, że po procesie oczyszczania pozostają toksyczne szlamy, których utylizacja nie jest praktycznie możliwa (byłoby to niezwykle drogie). Oznacza to konieczność gromadzenia szlamów i przechowywania ich przez czas bliżej nieokreślony.

Urządzenia do eliminacji zanieczyszczen różnią się od siebie zarówno pod względem skuteczności, jak i kosztów. Gazy wylotowe mogą być przepuszczone przez urządzenia do wytrącania (dla usunięcia większych cząstek i metali), przez płuczki (dla usunięcia rozpuszczalnych gazów (tlenków azotu, tlenków siarki i chlorowodoru) oraz przez filtry z aktywnego węgla. Najczęściej stosuje się zraszanie spalin mlekiem wapiennym, które wiąże ww. gazy tworząc odpowiednie sole wapnia. Są one następnie, wraz z innymi zanieczyszczeniami, usuwane ze strumienia spalin. Zaawansowane technologie w rodzaju reaktorów katalitycznych mogą być zastosowane w celu osiągnięcia niskiego poziomu emisji dioksyn i furanów do atmosfery (poniżej 0.1 ng/m3), co jest wymagane m.in. w Niemczech, Austrii, Holandii, Szwecji i Wielkiej Brytanii. Koszty urządzen oczyszczających już obecnie przekraczają koszty pozostałych urządzen spalarni i prawdopodobnie będą stanowiły jeszcze większą pozycję w przyszłości.

W Stanach Zjednoczonych ze względu na rosnące ryzyko ekonomiczne i środowiskowe od początku 1987 roku anulowano projekty budowy spalarni o wartości ponad 3 mld. USD. W Holandii w latach 1990-91 głównie z powodu nadmiernej emisji dioksyn i przekroczen ich dopuszczalnego stężenia w krowim mleku, zamknięto cztery spalarnie odpadów.

Wraz ze wzrostem ilości i jakości urządzen filtrujących rosną nie tylko koszty ich instalacji i eksploatacji, ale też masa otrzymywanych odpadów stałych i ciekłych. Przeciętna spalarnia na każdą tonę spalonych śmieci zużywa ok. 15 kg wapna i "produkuje" ok. 50 kg pyłów. Ze względu na ich skażenie, m.in. dioksynami i metalami ciężkimi, muszą one być składowane na składowiskach dla odpadów specjalnych, co dodatkowo podnosi koszty funkcjonowania spalarni.

Redukcja ilości odpadów podczas spalania

TABELA 4: Objętościowe ograniczenie ilości odpadów usuwanych na wysypisko przy zastosowaniu różnych programów zagospodarowania odpadów. (Wszystkie obliczenia dotyczą objętości odpadów.)

RODZAJ ODPADÓW Program I:

całość odpadów usuwana na wysypisko

Program II:

całość odpadów spalana

Program III:

recyklizacja 30%

Program IV:

recyklizacja 50%

odpady wielkogabarytowe, budowlane i szkodliweż

6

6

6

6

odpady niespaloneżż

-

15

-

-

żużel paleniskowy

-

8

-

-

pozostałe odpady

94

-

64

44

wielkość odpadów trafiających na wysypisko

100

29

70

50

żOdpady nie mieszczące się w pojemnikach, gruz budowlany, zużyte akumulatory, lodówki, zużyty olej samochodowy itp., w USA nie mogą one zostać spalone w spalarni odpadów komunalnych.

żżOdpady, które, ze względu na okresy remontów i konserwacji spalarni, nie zostaną spalone.

Program I - 100 % odpadów usuwana jest na wysypisko.

Program II - całość nie spalanych odpadów jest usuwana na wysypisko.

Program III i IV - całość nie odzyskiwanych jest kierowana na wysypisko.

Wielkość 6% zakłada odzyskiwanie większości odpadów budowlanych przez sektor usługowy.

W programie I wszystkie odpady trafiają oczywiście na wysypisko.

Program II pokazuje dlaczego spalanie "całości" odpadów powoduje usuwanie na wysypisko 29%, a nie 10%, z odpadów wytworzonych:

90-procentowy stopien redukcji eliminuje 71% odpadów (0.9 x 79) - dodatkowo 8% odpadów musi zostać usunięte na wysypisko.

W sumie zatem wielkość odpadów trafiających na wysypisko przy zastosowaniu programu spalania wszystkich odpadów, wynosi: 8% pozostałości z procesu spalania oraz 21% odpadów, które w ogóle nie trafiły do spalarni, czyli 29%. Program III wskazuje na fakt, że przy 30% odzysku surowców wtórnych, 70% odpadów musi trafić na wysypisko. Różnica w ilości odpadów usuwanych na wysypisko pomiędzy tym programem a programem II, wynosi 41%. Program IV pokazuje, że, jeśli osiągnie się 50-procentowy odzysk surowców wtórnych, 50% śmieci musi zostać usunięte na wysypisko. Przy dodatkowym zastosowaniu kompaktowania odpadów na wysypisku, zmniejsze- nie objętości odpadów w programie spalania oraz w przypadku 50-procentowego odzysku surowców wtórnych są wielkościami porównywalnymi.

Spalanie nie prowadzi zatem do znacznie większego, niż program odzysku surowców wtórnych, ograniczenia ilości odpadów usuwanych na wysypisko. Analiza ta stawia spalarnie w jeszcze bardziej niekorzystnym świetle, gdy do zintegrowanego systemu gospodarki odpadami włączymy program zmniejszania ilości odpadów "u źródła". A przecież w powyższym bilansie nie uwzględniono jeszcze faktu, że pozostałości po spalaniu odpadów i filtracji spalin wymagają składowania na składowisku odpadów specjalnych.

Toksyczność odpadów przed i po spaleniu

Ze względu na dużą różnorodność odpadów trafiających do spalarni (w większości przypadków nie stosuje się segregacji odpadów przed ich spaleniem, gdyż znacznie podnosi to koszty systemu) trudno jest dokładnie przewidzieć przebieg procesu spalania. łączy się z tym duże niebezpieczenstwo uwolnienia w czasie spalania substancji szkodliwych. Należą do nich: kwas solny (HCl), metale ciężkie (kadm, ołów, rtęć, selen, arsen, nikiel, wanad i cynk), produkty niepełnego spalania (z ang. PICs - products of incomplete combustion), tlenki azotu (NOx), tlenki siarki (SOx) oraz dioksyny i furany. Najgroźniejszymi z nich są związki metali ciężkich oraz dioksyny i furany.

TABELA 5: Standardy dla emisji substancji ze spalania odpadów wprowadzone w 1989 i w 1985 roku w Holandii (Richtlijn Verbranden- RV '89, '85) i obowiązujące w EWG dla istniejących spalarni (EC1) oraz dla nowych spalarni (EC2) w porównaniu do rzeczywistej emisji z holenderskich spalarni. W nawiasach umieszczono wartości średnie. Pomiarów dokonano w latach 1990-91, stężenia wyrażono w mg/m3 .

Składnik

RV'85

RV'89ż

EC1

EC2

rzeczywista emisja

pyły

50

5

100

30

1-1030 (48)

kwas solny (HCl)

50

10

-

50

1-890 (461)

kwas fluorowodorowy (HF)

3

1

-

2

0,1-6 (2,5)

tlenek węgla (CO)

-

50

100

100

16-2700 (172)

związki organiczne (w przeliczeniu na węgiel)

-

10

-

20

4-112 (7,8)

dwutlenek siarki (SO2)

-

40

-

300

75-400 (182)

tlenki azotu (NOx)

-

70żż

-

-

270-480 (347)

METALE CIężKIE:

łącznie w klasie I

w tym:

kadm Cd

rtęć Hg

 

 

0,1

0,1

 

 

0,05

0,05

-

0,2

 

 

 

0,0002-0,1 (0,045)

0,01-0,1 (0,045)

łącznie w klasie II

(arsen As, nikiel Ni, kobalt

Co, selen Se itd.)

 

1,0

-

1

-

łącznie w klasie III

(ołów Pb, chrom Cr, miedź

Cu, cynk Zn itd.)

5

1,0

-

5

0,004-2 (1) (Pb)

0,3-5 (2,4) (Zn)

dioksyny (w TEQżżż)

-

0,1 ng/m3

-

-

2,2-360 (35)

żStandardy obowiązują przez co najmniej 97 % okresu działania.

Standardy są oparte na suchych gazach wylotowych w warunkach normalnych (273 K; 101.3 kPa), zawartość tlenu 11%

żżod 1.01.1995

żżżTEQ - równoważniki toksyczności - ilość dioksyn w przeliczeniu na najbardziej toksyczną 2,3,7,8-TCDD

Związki metali ciężkich

Akumulatory, baterie, farby i wiele innych produktów zawiera w sobie metale ciężkie. Metale takie jak ołów, arsen i chrom mogą występować w formach bardziej toksycznych po, niż przed spaleniem. Na przykład chrom przed spaleniem może powodować stany zapalne skóry, natomiast utleniony (do Cr VI) może wywołać raka.

Koncentracja metali w popiołach jest znacznie większa niż w odpadach wyjściowych. Niektóre metale, szczególnie te o niskich temperaturach topnienia i wrzenia (a więc bardziej lotne), koncentrują się w drobnych cząstkach lotnych. Znaczna część z nich nie jest zatrzymywana przez filtry i zostaje wyemitowana do atmosfery. Dotyczy to - niestety - metali o wysokiej toksyczności: rtęci, ołowiu i kadmu. Szczegółowy obraz dystrybucji metali zawartych w spalanych odpadach przedstawia poniższa tabela.

TABELA 6: Bilans masy metali w spalanych odpadach komunalnych (w USA) i ich dystrybucja podczas spalania wyrażona w formie emisji (w kg na tydzien).

PIERWIASTEK

FRAKCJA PALNA

(ppm)

żUżEL, POPIÓł

(kg na tydzien)

POPIÓł LOTNY (PYłY)

(kg na tydzien)

CZąSTKI WYEMITOWANE

(kg na tydzien)

srebro Ag

3

2

3

1

glin Al

9000

3000

2400

60

bar Ba

170

90

30

3

wapn Ca

9800

2500

460

90

kadm Cd

9

3

1

4

kobalt Co

3

4

2

0.05

chrom Cr

55

32

23

2

miedź Cu

350

28

10

8

żelazo Fe

2300

990

480

34

rtęć Hg

1.2

0.02

0.02

~1

potas K

1300

390

240

~50

lit Li

2

1

1

~0.1

magnez Mg

1600

790

190

26

mangan Mn

130

190

30

6

sód Na

4500

510

320

370

nikiel Ni

22

13

36

1

ołów Pb

330

110

140

370

antymon Sb

45

7

7

9

cyna Sn

20

25

25

40

cynk Zn

780

340

200

460

Dioksyny i furany

Dioksyny jest to grupa 75 związków chemicznych znanych jako polichlorodibenzo-p-dioksyny (z ang. PCDDs). Dwie z nich - 2,3,7,8-tetrachlorodibenzodioksyna (2,3,7,8-TCDD) i 1,2,3,7,8-pentachlorodibenzodioksyna (1,2,3,7,8-PCDD) są najsilniejszymi truciznami kiedykolwiek wytworzonymi przez człowieka. Nie mają żadnego zastosowania i są produktem ubocznym wielu procesów chemicznych, np. przy produkcji papieru z użyciem chloru.

Furany (polichlorodibenzofurany - PCDF) to związki o podobnej budowie chemicznej do dioksyn. Spośród 135 furanów najgroźniejszy jest 2,3,7,8-tetrachlorodibenzofuran (2,3,7,8-TCDF).

TROCHę HISTORII

Wypadki, w wyniku których nastąpiło skażenie środowiska dioksynami, miały miejsce zapewne już w XIX wieku. Jednak dopiero niewyjaśnione objawy zatrucia po awariach w zakładach BASF i Boehringer w 1953 i 1954 roku sprowokowały naukowców do poszukiwania nieznanej toksyny. Po trzech latach K.W. Schulz z Eppendorfer Universitat - Hauptklinik odkrył najbardziej toksyczny izomer - 2,3,7,8-tetrachlorodibenzodioksynę (2,3,7,8-TCDD) - a W. Sandermann z Bundesforschungsanstalt w Hamburgu określił jej budowę chemiczną.

Najpoważniejsza dotychczas awaria z udziałem dioksyn miała miejsce w Seveso (Włochy) w 1976 roku. (Dlatego do dziś dioksyny określa się mianem trucizny Seveso.) W wyniku awarii w zakładach chemicznych Hoffman - La Roche doszło do eksplozji połączonej z emisją wielu trucizn, w tym także dioksyn. Objawy zatrucia, przejawiające się m.in. chorobą skóry zwaną chlorakną, wystąpiły u 1200 osób, w tym 607 dzieci. U niektórych z nich alergiczne zmiany na skórze ustąpiły dopiero po kilku latach. U osób narażonych na działanie trucizny obserwowano też zaburzenia w wytwarzaniu hemoglobiny, zapalenie trzustki, uszkodzenia wątroby, obniżenie bariery immunologicznej, pogorszenie samopoczucia, a nawet zmiany neurologiczne i zaburzenia płodności. Kobietom, które podczas awarii były w ciąży, zaproponowano jej usunięcie. U tych, które się na to nie zdecydowały zaobserwowano częstsze niż zwykle poronienia, a u urodzonych dzieci większa była ilość wad wrodzonych.

Po awarii okolicznych mieszkanców ewakuowano, a teren poddano długotrwałemu procesowi odkażania połączonego m.in. z usunięciem wierzchniej warstwy gleby (Dioksyny nie przenikają w głąb gleby gdyż, na szczęście, prawie nie rozpuszczają się w wodzie.) Po roku, 500 z 736 osób powróciło do swoich mieszkan, natomiast domy pozostałych trzeba było rozebrać, a gruz odizolować od środowiska. Z powodu skażenia dioksynami zabito 35 tys. zwierząt. Do dzisiejszego dnia niektóre tereny nie nadają się do uprawy. Nie jest też jasne, co stało się z kilkudziesięcioma beczkami zawierającymi najsilniej skażone pozostałości z likwidacji skutków awarii. Ostatnie doniesienia mówią, że nie zostały zniszczone, i znajdują się na jednym z wysypisk na terenie b. NRD.

Najlepiej udokumentowany wypadek miał miejsce we wspomnianych już zakładach BASF w Ludwigshafen w 1953 r. Zostało w nim poszkodowanych 55 pracowników koncernu, z czego 44 ciężko. Jeden uległ śmiertelnemu zatruciu kilka lat po awarii, podczas prac rozbiórkowych instalacji skażonej dioksynami. Także tu trzeba było rozebrać wiele domów, gdyż próby zmycia i zamalowania dioksyn, a nawet ich usunięcia wraz z tynkiem, nie powiodły się.

Inne znane wypadki poważnego skażenia ludzi dioksynami to:

TOKSYCZNOść

2,3,7,8-TCDD jest (dla świnek morskich) 500 razy bardziej toksyczna od strychniny i aż 10 tys. razy bardziej niż cyjanek potasowy. Jest najsilniejszym z kiedykolwiek badanych kancerogenów (substancji rakotwórczych). Jej zdolność do wywoływania zmian rakowych jest 50 razy większa niż aflatoksyny B1 i 50 milionów razy większa niż chlorku winylu (także znanego kancerogena). Dioksyna nie tylko może wywołać raka, ale znacząco wzmaga kancerogenność innych związków chemicznych. Specjaliści Amerykanskiej Agencji Ochrony środowiska stwierdzili, że nie są w stanie określić bezpiecznej dla człowieka dawki 2,3,7,8-TCDD. Dioksyny mają także działanie teratogenne (uszkadzają płód), powodują zaburzenia rozrodczości oraz obniżają poziom bariery obronnej organizmu. (Por. tekst "Dioksyny groźniejsze niż przypuszczano".)

TRWAłOść

Czas połowicznego rozpadu 2,3,7,8-TCDD w środowisku wynosi 29 lat.

BIOAKUMULACJA

Dioksyny rozproszone w środowisku ulegają koncentracji w tkance tłuszczowej żywych organizmów, z tym, że ich stężenie wzrasta gdy poruszamy się w górę piramidy pokarmowej. Gatunki znajdujące się na jej szczycie stają się naturalnymi zbiornikami toksyn. Stwierdzono, że stężenie dioksyn zakumulowanych w tkance dużych ryb było 159 tys. razy większe od stężenia w wodzie w której żyły. Człowiek, który zje kilogram takiej ryby, wchłonie dawkę dioksyn odpowiadającą wypiciu 1300 litrów wody, w której ryba pływała. Badania Agencji Ochrony środowiska Stanów Zjednoczonych (US EPA) wykazały, że tkanka tłuszczowa przeciętnego Amerykanina zawiera 1000 ppt dioksyn i furanów łącznie. (1 ppt oznacza 1 część na bilion - ang. trillion - czyli np. 1 mg na 1000 ton lub 1 ng na 1 kg.)

TABELA 7: Zawartość TCDD w przykładowych próbkach.

Badana próbka Stężenie w ppt
smoła papierosowa

1

osad w tłumikach samochodowych

3

tkanka tłuszczowa ludzi

1 - 10

kurz uliczny (St. Louis, Washington)

40

popiół ze spalarni śmieci

30 000

ziemia po awarii w Seveso (strefa A)

30 000

ziemia z osiedla Love Canal

300 000

Agencja Ochrony środowiska Stanów Zjednoczonych (US EPA) od wielu lat podtrzymuje stanowisko, że dioksyny stanowią substancje na tyle niebezpieczne, iż ludzie nie powinni być w ogóle narażeni na ich oddziaływanie. W 1992 amerykanska Agencja Ochrony środowiska rozpoczęła ponowne badania wpływu tych związków chemicznych na zdrowie ludzkie. Według głównej specjalistki ds. dioksyn Agencji, toksykologa Lindy Birnbaum, nie ma powodów aby przypuszczać, że dioksyny są mniej niebezpieczne niż to dotychczas sądzono.

Dioksyny tworzą się zawsze podczas spalania związków organicznych zawierających chlor lub w obecności chloru, nawet gdy jest on w formie nieorganicznej (np. w soli kuchennej). Dlatego też małe ilości dioksyn tworzą się nawet przy spalaniu węgla zanieczyszczonego chlorkami. Jednak raport niemieckiej Federalnej Agencji Ochrony środowiska (Umweltschutzbundesamt - UBA) dowodzi, że głównym źródłem dioksyn jest spalanie produktów chlorowanych, takich jak np. polichlorek winylu (PCW), chlorowane rozpuszczalniki oraz chlorowane pestycydy. Zaprzecza to wcześniejszym przypuszczeniom jakoby te niezwykle groźne substancje powstawały masowo przy spalaniu takich produktów jak papier, drewno czy wełna.

Szczególnie duże ilości furanów i dioksyn tworzą się podczas spalania polichlorobifenyli (PCBs), które przez wiele lat były stosowane jako przeciwpalne dodatki m.in. do olejów transformatorowych. Miliony ton tych związków jest nadal zgromadzonych w niezliczonych transformatorach na całym świecie. W efekcie podczas pożarów transformatorów uwolniono ogromne ilości PCDF i PCDD. W dodatku najpopularniejszą metodą "unieszkodliwiania" PCBs (także oleju ze zużytych transformatorów) przez wiele lat było ich spalanie.

Odzyskiwanie energii zawartej w odpadach - albo spalanie, albo recyklizacja

Odpady domowe zawierające papier, plastyk, szmaty i śmieci organiczne mają wartość kaloryczną około 10 kJ/kg (1/3 wartości kalorycznej węgla). W Polsce, ze względu na stosunkowo małą zawartość papieru i tworzyw sztucznych w odpadach, wartość energetyczna odpadów jest znacznie niższa niż w krajach wysokorozwiniętych. Z dostępnych danych wynika, że wartość kaloryczna odpadów w Polsce kształtuje się w granicach od 4 do 7 kJ/kg.

Na przestrzeni ostatnich 40-tu lat wartość kaloryczna odpadów na Zachodzie wzrosła z 5- 6 kJ/kg (wartość obecnie uzyskiwana w Polsce) do 9.5-11.5 kJ/kg. Fakt ten wiąże się ze znacznym zwiększeniem ilości papieru i tworzyw sztucznych w strumieniu odpadów. Jak to jednak wynika z analizy przeprowadzonej poniżej, bardziej efektywny jest odzysk surowców wtórnych (nawet tych o najwyższej wartości kalorycznej, czyli plastyku i papieru) niż ich spalanie.

Powstająca w wyniku spalania odpadów energia cieplna (i ew. elektryczna) jest wykorzystywana na potrzeby zakładu. Nadwyżka ciepła może zostać sprzedana w formie nieprzetworzonej lub w postaci energii elektrycznej. Może zatem częściowo poprawić bilans ekonomiczny realizacji inwestycji, jaką jest spalarnia odpadów. Mimo to odzyskiwanie energii zawartej w odpadach nie stanowi efektywnego sposobu oszczędzania energii. Ma na to wpływ kilka faktów:

  1. Wartość kaloryczna odpadów jest stosunkowo niska i sięga 10-12 kJ/kg (w Polsce nawet 4-7) w porównaniu z 28 kJ/kg dla węgla i 40 kJ/kg dla oleju.

Efektywność przetwarzania odpadów w energię elektryczną jest, podług standardów dotyczących elektrowni konwencjonalnych, stosunkowo niska - sięga jedynie 15- 18%.

Ilość energii odzyskiwanej w procesie spalania odpadów jest 3- do 5-krotnie mniejsza od ilości energii zaoszczędzonej w wyniku odzyskiwania surowców wtórnych (recyklizacji).

W Wielkiej Brytanii w roku 1990 zebrano i przetworzono 2,85 milionów ton makulatury. W przypadku całkowitego zaprzestania odzysku makulatury i sprowadzenia jej z zagranicy po cenach światowych, które sięgały w roku 1990 około 300 funtów brytyjskich (GBP) na tonę, za tę ilość makulatury należałoby zapłacić prawie 1 miliard funtów. W przypadku zaś spalenia 2,85 milionów ton makulatury, oszczędność energii sięgałaby wielkości równoważnej energii pochodzącej ze spalenia oleju o wartości tylko 70 - 80 milionów funtów.

Interesujący wpływ na efektywność ekonomiczną spalarni z odzyskiem energii mają zmiany w składzie odpadów wynikające z prowadzenia odzysku surowców wtórnych, wielokrotnego użycia produktów lub działan na rzecz redukcji odpadów. Wymóg podejmowania takich działan, jest dla przykładu zawarty w propozycji Dyrektywy Rady Wspólnot Europejskich (lipiec 1992), która zawiera program 60-procentowego ograniczenia ilości odpadów opakowaniowych. Program ten może zasadniczo zmniejszyć wartość opałową odpadów. W konsekwencji może zaistnieć konieczność dodawania do odpadów surowców energetycznych, tak aby ich spalenie było w ogóle możliwe.

TABELA 8: Spalarnie odpadów komunalnych w krajach Unii Europejskiej.

KRAJ ilość spalarni z odzyskiem energii odzyskana energia ilość spalonych odpadów na rok

(w tysiącach ton)

Belgia

6

2

1332

Dania

63

0

3321

Francja

33

9

5000

Grecja

0

0

0

Hiszpania

4

2

492

Holandia

5

4

2070

Luksemburg

2

2

292

Niemcy

43

29

7950

Portugalia

0

0

0

Wielka Brytania

7

3

1277

Włochy

6

1

1186

EWG

169

52

22922

źródło: Waste Incineration: Warmer Factsheet. The Warmer Campaign, Tunbridge Wells, UK, January 1990

Spalanie a efekt cieplarniany i "kwaśne deszcze"

Poza emisją do atmosfery substancji trujących i niebezpiecznych, w czasie spalania, do atmosfery uwalniany jest dwutlenek węgla, tlenki siarki oraz tlenki azotu. Dwa ostatnie z nich mają katastrofalny wpływ na lasy oraz wszelkiego rodzaju materiały, przyspieszając proces ich niszczenia poprzez powstawanie tzw. kwaśnych deszczów, a dwutlenek węgla jest głównym gazem "szklarniowym", powodującym "efekt cieplarniany", w wyniku którego podnosi się temperatura atmosfery Ziemi. W 1993 r. dwutlenek węgla został oficjalnie uznany przez Ministerstwo Ochrony środowiska, Zasobów Naturallnych i Leśnictwa za substancję zanieczyszczającą atmosferę, a jego emisję obłożono opłatą.

Koszty inwestycyjne budowy spalarni

Peter Chappell stworzył wykres pokazujący szereg kosztów budowy spalarni. Linia prosta poprowadzona poprzez ten szereg daje funkcję kosztów:

28 mln GBP ń 100 GBP ż roczny ciężar spalonych odpadów (w tonach)

Dla przykładu budowa spalarni dla miasta, którego mieszkancy, wytwarzają 250 000 ton odpadów, przy założeniu współczynnika działania spalarni 85%, będzie kosztować 49.25 mln GBP (28 mln GBP ń 100 GBP ż (250 000 ż 85%)). W przeliczeniu na złotówki (po kursie 1 GBP ź 31 300 zł) daje to horrendalną, jak na nasze warunki, kwotę 1,7 biliona złotych.

Taki wydatek czeka np. łódź, jeśli władze tego miasta zdecydują się na spalenie części odpadów (bowiem nie wszystkie odpady komunalne nadają się do spalania, o czym będzie jeszcze mowa). Dla porównania budowa w miarę nowoczesnego wysypiska (z odizolowanym podłożem) kosztowałaby ok. 8 razy mniej (200 mld zł), a kompostowni ok. 3 razy mniej. (To ostatnie przybliżenie jest bardzo zgrubne, gdyż trudno dokładnie przewidzieć ile odpadów nadających się do kompostowania pozostanie po wprowadzeniu segregacji, która powinna poprzedzać uruchomienie kompostowni.)

Różni uczeni w różny sposób określają koszty budowy spalarni, np. profesor Andrew Porteus z Open University korzysta ze współczynnika 0.9 mln GBPż ilość spalanych ton/godzinę, natomiast John Holmes, konsultant, używa współczynnika 1.0 mln GBP ż ilość spalanych ton/godzinę. Po dokonaniu obliczen uzyskuje się jednak wyniki, które w znaczący sposób nie odbiegają od uzyskanego powyżej.

Koszty operacyjne, opłata za spalanie odpadów

Chociaż możemy mieć do czynienia z wieloma dodatkowymi komplikacjami przy obliczaniu opłaty za spalanie opartej na analizie cyklu życia spalarni, takimi jak umowa o podziale zysku pomiędzy władzami lokalnymi a operatorem/właścicielem spalarni, podstawowymi wielkościami, na których opieramy się przy obliczaniu opłaty za spalanie odpadów są:

W Wielkiej Brytanii op3ata za spalenie 1 tony odpadów komunalnych we w miare nowoczesnej spalarni wynosi 17 GBP czyli ok. 600 tys. z3, natomiast Compagne Generale de Chauffe deklarowa3a, ?e w spalarni, któr1 oferowa3a Tychom, koszt spalenia 1 tony wyniesie ponad 1 mln z3.

Spalarnie a sprawa polska

W Polsce nie ma dotychczas spalarni odpadów komunalnych, do niedawna budowało się (od kilkunastu bodaj lat) jedną - w Dąbrowie Górniczej. (W I poł. 1994r. próbna instalacja została rozebrana.) Siłą rzeczy musimy się więc posługiwać danymi "zachodnimi". Nie oznacza to jednak, że wszystkie dane i wynikające z nich wnioski można mechanicznie przenosić na polski grunt. Błąd ten często popełniają firmy oferujące nam budowę spalarni odpadów. Do najistotniejszych elementów polskiej specyfiki należy zaliczyć:

1. Różnice w składzie, ilości i kaloryczności odpadów.

Skład polskich śmieci odbiega znacznie od składu śmieci w krajach wysokorozwiniętych. Generalnie mniej jest w nich papieru i tworzyw sztucznych (czyli frakcji palnej), a więcej odpadów organicznych (głównie odpadków kuchennych) oraz popiołu i żwiru. Wynika to z faktu, że większość posiłków przygotowujemy samodzielnie w domach, które w znacznej części są nadal ogrzewane węglem. W efekcie wilgotność odpadów komunalnych jest o ponad 10% wyższa niż na Zachodzie i wynosi ok. 50%, natomiast ich średnia kaloryczność nie przekracza 4600 kJ/kg (1100 kcal/kg).

W projektach technicznych większości spalarni za dolną granicę kaloryczności przyjmuje się 5000 kJ/kg (1200 kcal/kg). Oznacza to, że nie wszystkie odpady będą mogły być spalane. Przykładowo projekt spalarni Compagne Generale de Chauffe przewidywał, że odpady z domów opalanych węglem będą, ze względu na niską kaloryczność, tradycyjnie wywożone na wysypisko. (Alternatywą mogłoby być jedynie wzbogacanie odpadów, np. węglem, co oczywiście wiązałoby się z dodatkowymi kosztami.) Nie trzeba dodawać, że pozostaje to w sprzeczności z reklamowym sloganem spalarniowców: "problem odpadów rozwiążemy całkowicie".

Ilość odpadów komunalnych "produkowanych" przez jednego mieszkanca naszego kraju wynosi od 60. do 250. kg na rok i jest kilkakrotnie mniejsza niż w krajach wysokorozwiniętych. W "spalarniowej" praktyce oznacza to, że w Polsce przeciętna spalarnia musiałaby obsługiwać (przy tej samej wielkości) obszar co najmniej dwukrotnie większy niż na Zachodzie. (Różne źródła podają różne ilości odpadów komunalnych wytwarzanych przez przeciętnego Polaka. Można przyjąć, że górna granica 250 kg dotyczy bogatych - jak na nasze warunki - miast, natomiast dolna 60 kg ubogich wsi.)

Poniższa tabela przedstawia przeciętny skład odpadów komunalnych w krajach wysokouprzemysłowionych i w Polsce. Podano też skład odpadów dla Warszawy Pragi Północ, której władze usilnie zabiegają o budowę spalarni.

TABELA 9: Zestawienie składu odpadów komunalnych. Dla zobrazowania stopnia niepewności podanych informacji i rozrzutu w wynikach badan w zależności od ich autora przedstawiono dwie wersje dla USA. (Takiej zmiany składu jak w przypadku odpadków kuchennych nie można uzasadnić różnicą trzech lat pomiędzy badaniami.) Kursywą oznaczono frakcję niepalną.

Miejsce i rok badania

Udział procentowy składnika

USA 1977 USA 1980 Kanada 1982 Europa Centr. RFN 1979 RFN 1985 Francja 1990 Polska 1990 Kraków 1981ż Warszawa P.P. 1990żż
papier i karton 29,7 33,6 36,5 43,6 19,9(3) 17,9(3) 33 14 17,5 16,7
odpadki spożywcze 16,8 9,2 27,6 14,6(2) 26,8 3,2 23(2) 38(2) 30,2(2) 34,6(2)
odpadki ogrodowe 19,2 18,2 6,1   15,6(4) 16,0(4)        
tworzywa sztuczne 6,7(1) 6,0 5,2(1) 3,2(1) 6,1 5,4 10 2 3,3 6,7
drewno 3,4 3,9 4,2 b.d. b.d. b.d. b.d. b.d. b.d.. b.d.
tekstylia 2,4 2,3 4,3 1,7 1,5 2,0 3 2 5,0 2,5
guma i skóra b.d. 3,3 b.d. b.d. b.d. b.d. b.d. b.d. b.d. b.d.
szkło 10,7 11,3 8,4 5,4 11,6 9,1 10 7 11,9 9,3
metale 9,6 10,3 6,6 2,5 3,9 3,2 6 2 5,5 5,2
inne, np. popiół, gruz, żwir 1,5 1,9 1,2 29,1 11,7 14,1 15 35 26,6 25,2

(1) łącznie z gumą

(2) odpadki spożywcze i ogrodowe łącznie

(3) łącznie z laminatami

(4) odpady domowe średnie 8-40 mm

żWilgotność 46.4%, wartość opałowa 734 kcal/kg

(3071 kJ/kg)

żżWilgotność 46.9%, wartość opałowa 508 kcal/kg

(2127 kJ/kg)

P.P. - Praga Północ

O ile w polskich odpadach komunalnych jest stosunkowo mało tworzyw sztucznych, o tyle wśród tych ostatnich znacznie większy odsetek stanowi polichlorek winylu. Jego ilość dochodzi do 30% masy tworzyw. Ponieważ to przede wszystkim PCW jest odpowiedzialny za emisję dioksyn, to można się spodziewać, że nie byłaby ona niższa niż w Zachodnich spalarniach.

2. Normy emisji.

Firmy promujące budowę spalarni mamią polskich kontrahentów normami Unii Europejskiej. Tymczasem normy te są stosunkowo łagodne (tak aby nawet Grecja i Włochy były ich w stanie dotrzymać), a liczne kraje wprowadziły własne, znacznie ostrzejsze przepisy. (Por. tabela 5.) Najbardziej drastyczny przykład dotyczy emisji dioksyn, na które UE nie posiada norm w ogóle.

Wspomniana już spalarnia firmy Compagne Generale de Chauffe nie "trzymała" polskich norm na stężenie zanieczyszczen w ściekach, choć zapewniano, że jest zgodna ze standardami UE. Wynika z tego, źe są one nawet bardziej liberalne od naszych.

3. Koszty.

Okazuje się, że koszty budowy nowoczesnej spalarni w Polsce są nawet wyższe niż na Zachodzie. Wynika to m.in. z konieczności importu znacznej części elementów i urządzen (cło!), mniejszych zysków z produkcji energii (z powodu niskiej kaloryczności odpadów) oraz wysokiego oprocentowania kredytów. Budowa spalarni na 100 tys. ton odpadów rocznie kosztuje ok. 1 bln zł, a koszt "utylizacji" 1 tony odpadów ok. 1 mln zł. Szczególnie ta druga kwota jest wymowna, tyle bowiem odpadów produkuje rocznie przeciętna polska rodzina (która za wywóz tej ilości śmieci płaci obecnie 10 razy mniej).

Do kosztów budowy należy także doliczyć (o czym często "zapominają" potencjalni inwestorzy) nakłady na budowę składowiska odpadów specjalnych, na którym będą składowane pyły z oczyszczania spalin, normalnego składowiska, na które powędrują popioły, oraz opłat ekologicznych za składowanie odpadów. Te ostatnie będą wyższe niż w przypadku normalnych śmieci komunalnych, gdyż ww. odpady się do odpowiednio do pierwszej i drugiej kategorii uciążliwości.

Powyższą problematykę szerzej omawia Paweł Głuszynski w tekście "10 argumentów przeciwko budowie spalarni odpadów w Polsce".


DIOKSYNY GROŻNIEJSZE NIŻ PRZYPUSZCZANO - RAPORT AMERYKANSKIEJ AGENCJI OCHRONY ŚRODOWISKA