Frakcja mineralna to – obok szkła i frakcji palnej – kolejny cenny surowiec, który można odzyskać ze stabilizatu. Zakład Zagospodarowania Odpadów w Marszowie badał możliwości nie tylko jego odzysku ze stabilizatu, ale również jego wykorzystania w budownictwie.

Od kilkunastu lat trwa proces zmiany modelu gospodarki odpadami z liniowego na cyrkularny. Celem gospodarki o obiegu zamkniętym jest utrzymanie wartości zasobów w gospodarce tak długo, jak to tylko możliwe. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady UE z 30 maja 2018 r. wprowadziła ambitne cele w zakresie osiągnięcia poziomów recyklingu odpadów komunalnych: 55% w roku 2025, 60% w roku 2030, a w roku 2035 aż 65%. 

W Polsce w roku 2018 wytworzono 12,5 Mg odpadów komunalnych, a ponad 7,6 Mg (ponad 60%) skierowano do instalacji MBP. W części mechanicznej instalacji, na sicie najczęściej o oczkach 80 mm (rzadko 100 mm), wydziela się frakcję organiczną, którą poddaje się stabilizacji, najczęściej w warunkach tlenowych. Wytworzony stabilizat praktycznie w 100% jest unieszkodliwiany przez składowanie. Przy zastosowaniu sita 80 mm frakcja organiczna stanowi ok. 48,5% masy przesiewanych odpadów komunalnych. Oznacza to, że w Polsce ok. 3,5 Mg frakcji organicznej pochodzącej ze zmieszanych odpadów komunalnych trafiło do stabilizacji biologicznej, w wyniku czego powstało ok. 2,45 mln Mg stabilizatu, który zdeponowano na składowiskach.

Pod koniec 2018 roku w Zakładzie Zagospodarowania Odpadów w Marszowie w woj. lubuskim oddano do użytku pierwszą w Polsce instalację do przetwarzania stabilizatu (rys. 1). Jej powstanie związane było z próbami wydobycia szkła opakowaniowego ze stabilizatu i osiągnięcia takich parametrów odzyskanego szkła, które umożliwiałoby przekazywanie go bezpośrednio do recyklingu.

Badania nad odzyskiem frakcji mineralnej

Badania przeprowadzono w okresie od 15 stycznia 2019 r. do 21 stycznia 2020 r. 

Łącznie wykonano 29 serii pomiarowych. W 23 seriach obróbce poddawano stabilizat wytwarzany w instalacji MBP w Marszowie, a w 6 seriach stabilizat dostarczony z innych MBP zlokalizowanych w różnych rejonach Polski (Gdańsk, Kryniczna, Ścinawka, Dąbrowa Górnicza, Stargard i Piotrowo Pierwsze).

W badaniach dotyczących zawartości frakcji mineralnej w stabilizacie skupiono się na czterech rodzajach odpadów powstających na tej linii: frakcja 0-10 mm (odpad M-1), frakcja 10-35 mm pozostająca po separacji przez Autosort Laser (odpad M-2), frakcja 10-35 mm po separatorze fotooptycznym Combisense (odpad M-3) oraz frakcja ciężka 35-80 mm po separatorze powietrznym NIHOT (odpad M-4). 

Zakład MBP w Marszowie przetwarza odpady z 22 gmin, zamieszkałych przez ponad 200 tysięcy mieszkańców. W części mechanicznej instalacji, po usunięciu odpadów tarasujących, po przejściu przez rozrywarkę worków strumień odpadów rozdzielany jest w sicie bębnowym o oczkach 80/280 mm na 3 frakcje. Frakcję > 280 mm i frakcję 80-280 mm poddaje się obróbce ukierunkowanej na produkcję paliwa z odpadów. Frakcję podsitową > 80 mm podaje się stabilizacji biologicznej w warunkach tlenowych. Proces prowadzony jest w dwóch etapach. Etap I to intensywna stabilizacja odpadów w bioreaktorach żelbetowych, z pełną automatyczną kontrolą jego przebiegu, przez 3 tygodnie. Etap II to dojrzewanie odpadów w pryzmach na otwartym terenie przez okres 10-12 tygodni, z przerzucaniem odpadów.

Do badań kierowano odpad po intensywnej stabilizacji. W ostatnim tygodniu stabilizacji parametry tego procesu ustawiono na takim poziomie, aby następowało intensywne suszenie odpadów.

Odpady dostarczane z innych zakładów MBP również stanowiły frakcję < 80 mm po intensywnej stabilizacji tlenowej. Dla tych zakładów różne są obszary zbierania odpadów komunalnych, stosowane urządzenia oraz parametry prowadzenia procesu biologicznej stabilizacji, w wyniku czego różne też charakterystyki badanych próbek. 

Masa obrabianych próbek wahała się od 28,4 do 154,5 Mg i wynosiła średnio 47,8 Mg. Próbki z ZZO Marszów były bardzo dobrze wysuszone. Ich wilgotność mieściła się w zakresie od 6 do 15,5% (średnia 10%). Stabilizaty z ZZO Marszów zawierały 51,4% frakcji < 10 mm, 9,1% gruzu i kamieni oraz 17,4% szkła. 

Masa dostarczanych próbek wahała się od 10,3 do 22 Mg i wynosiła średnio 17,5 Mg. Wilgotność próbek powierzonych była bardziej zróżnicowana i wynosiła od 9,6 do 32% (średnio 20,9%). Stabilizaty te zawierały 52,5% frakcji < 10 mm i 11,9% gruzu i kamieni. Średni udział szkła w odpadach z pozostałych zakładów był 1,5 razy niższy (11,4% szkła) – tab. 1.

Wyniki

Masę produktów pośrednich otrzymanych podczas procesu przetwarzania stabilizatów z Marszowa i powierzonych z innych instalacji MBP na linii do obróbki stabilizatu oraz ich skład materiałowy przedstawiono w tabeli 2. 

Dwupokładowy przesiewacz typu VARIOMAT rozdziela strumień stabilizatu na trzy frakcje: < 10 mm, 10-35 mm i > 35 mm. Frakcja < 10 mm stanowiła kolejno 50,9 i 53% masy stabilizatów. Była to mieszanina popiołu i piasku, a także, w dużych ilościach, frakcji organicznej, która została wysuszona i w znacznym stopniu rozdrobniona do ziarna < 10 mm podczas rozładunku komór, transportu stabilizatów na przesiewacz oraz operacji przesiewania. Potwierdzeniem dużej zawartości substancji organicznych w tej frakcji są wysokie wartości strat prażenia (od 27,1 do 45,8% s.m., średnio 36,8% s.m.).

Frakcja 10-35 mm kierowana do produkcji koncentratu szkła stanowiła 39,7% masy stabilizatów z Marszowa i 34,5% masy stabilizatów powierzonych. 

Udział frakcji > 35 mm w masie stabilizatów był mały – średnio 9,4% dla próbek z Marszowa i 12,5% w przypadku próbek powierzonych. Do tej frakcji przechodziły głównie tworzywa sztuczne, średnio 57,6 i 63,7%, metale – 28 i 23,4%, inne zanieczyszczenia – 21 i 21,6%, inerty (kamienie, gruz) – 20,7 i 21,4% oraz w przypadku odpadów powierzonych frakcja organiczna (strata prażenia - 30,6%). 

Pierwszą frakcją mineralną jest frakcja < 10 mm (M-1). Jej mineralny charakter potwierdziły wykonane próby przemysłowe do rozdzielenia tego odpadu na frakcję organiczną i mineralną oraz określenie rzeczywistej ilości minerałów do potencjalnego wykorzystania. Próba polegała na wykorzystaniu separacji powietrznej na stołach separacyjnych. Frakcję < 10 mm podawano do sita wibracyjnego, gdzie powietrze jest wprowadzane we frakcjonowany produkt za pomocą wentylatora ciśnieniowego pod pokładem przesiewającym. Powoduje to fluidyzację lekkich elementów i odseparowanie ich od elementów ciężkich. Cięższe części są przenoszone w górę stołu, a lżejsze transportowane w dół w kierunku wylotu frakcji lekkich, w zależności od ruchu i kąta nachylenia pokładu przesiewającego. W badaniach uzyskano następujące wyniki: frakcja mineralna 40,7% (w tym frakcja < 5 mm – 32,9% oraz > 5 mm, kamienie – 5,2% i szkło – 2,6 %), frakcja lekka 50,6% i pył 8,7%. Wykonano również próby na separatorach wodnych, które przeprowadzono w firmie BYŚ w Warszawie w lipcu 2019 r. Udział frakcji ciężkiej mineralnej we frakcji < 10 mm wynosił 51,2%. 

Dwie kolejne frakcje mineralne to balast (M-2) i balast (M-4),  które pod względem materi...