Sortownie odpadów

Jest to jeden z głównych procesów decydujących o jakości pozyskanego z odpadów paliwa formowanego, a jego właściwa organizacja pozwala sprostać wymaganiom odnośnie jakości tego typu paliw. Chcąc zwiększyć efektywność sortowni w Polsce, należy wprowadzać nowe innowacyjne rozwiązania, w tym także sortowanie optyczne.

Nie ma uniwersalnych systemów sortowania do wszystkich rodzajów odpadów. W zależności od tego, z jakimi odpadami mamy do czynienia, odpowiednio organizujemy proces ich przetwarzania (w tym sortowania), aby w efekcie pozyskać jak najwięcej zbywalnych surowców czy produktów i dzięki temu zmniejszyć strumień odpadów trafiających na składowiska. Sortowanie realizowane jest w sortowniach odpadów, które są elementem zakładów zagospodarowania odpadów (ZZO).

Zgodnie z hierarchią postępowania z odpadami, wynikającą z Dyrektywy Unii Europejskiej w sprawie odpadów (dyrektywa 2008/98/WE z 19 listopada 2008 r.) i z polskiego prawa (ustawa o odpadach), recykling i inne metody odzysku winny być traktowane priorytetowo w ramach unieszkodliwiania odpadów (składowanie i spalanie odpadów w zakładach termicznego przekształcania odpadów). Dlatego w Polsce należy budować nowoczesne, zintegrowane ZZO, rozwiązujące problem gospodarki odpadami i umożliwiające recykling odpadów (organiczny i materiałowy), jak również odzysk poprzez wykorzystanie jako paliwa.

 

Odpady w systemie ich zagospodarowania stanowić winny źródło odnawialnych surowców i energii. Możliwość właściwego ich wykorzystania ma być realizowana w ZZO w powiązaniu z selektywną zbiórką, sortowaniem i przetwarzaniem odpadów. Działania te prowadzą do zwiększenia odzysku surowców wtórnych, pozyskania produktów, takich jak paliwo formowane czy kompost. Wiele miast i gmin stoi obecnie przed problemem budowy tego typu zakładów.

Niespełnienie unijnych dyrektyw w zakresie gospodarki odpadami skutkować może w najbliższym czasie wysokimi karami nałożonymi przez Unię Europejską.

Argumenty przemawiające za budową ZZO w Polsce¹ to konieczność realizacji przepisów prawa polskiego odnoszących się do obowiązkowych poziomów odzysku i recyklingu odpadów opakowaniowych i poużytkowych (DzU z 2007 nr 109, poz. 752), jak również Krajowego Planu Gospodarki Odpadami, wynikających z dyrektyw Unii Europejskiej, np. ,,składowiskowej”, ograniczającej ilość biofrakcji trafiającej na składowiska (dyrektywa w sprawie składowisk odpadów – 99/31/WE). Poza tym, zgodnie z Rozporządzeniem z 12 czerwca 2007 r. zmieniającym rozporządzenie w sprawie kryteriów oraz procedur dopuszczania odpadów do składowania na składowisku danego typu, obowiązuje zapis, że należy unikać składowania odpadów komunalnych, których ciepło spalania wynosi powyżej 6 MJ/kg suchej masy (DzU 2007 nr 121 poz. 832). Kolejnym argumentem jest wzrost opłaty marszałkowskiej za składowanie niesegregowanych odpadów komunalnych (w ostatnim okresie z 15,91 zł do 104,2 zł za tonę). Tak radykalne zwiększenie opłaty składowiskowej przyczyni się do rozwoju selektywnej zbiórki odpadów, a przede wszystkim wpłynie na konieczność budowy nowoczesnych ZZO, pozwalających na znaczne ograniczenie strumienia niesegregowanych odpadów komunalnych kierowanych na składowiska. Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2008/98/WE z 19 listopada 2008 r. w sprawie odpadów – artykuł 6 – mówi o utracie statusu odpadów. W wyniku przetwarzania odpadów w ZZO otrzymujemy produkty i surowce, a nie odpady, stąd konieczna jest nowelizacja polskiego prawa a przede wszystkim katalogu odpadów. Ponadto w znowelizowanej ustawie o odpadach przewiduje się możliwość odmowy wydania zezwolenia na prowadzenie działalności polegającej wyłącznie na odbieraniu odpadów komunalnych. Jest to instrument dla gmin, które będą mogły udzielać zezwoleń tym przedsiębiorcom, którzy zapewnią nie tylko transport odpadów, ale także ich przetwarzanie. Dodatkowo ograniczona zostanie ilość odpadów komunalnych kierowanych na składowiska. ZZO wymagają nieporównywalnie niższych nakładów inwestycyjnych w porównaniu ze spalarniami odpadów. Inwestycje tego typu są również akceptowane przez społeczeństwo. Spełniają ponadto wymogi o ograniczeniu strumienia odpadów i ich odzysku surowcowym oraz energetycznym (pozyskanie paliwa formowanego).

Rolę i miejsce ZZO w systemie gospodarki odpadami przedstawiono na rysunku 1. Ukazuje on także wzajemne powiązania między poszczególnymi elementami systemu gospodarki odpadami, gwarantujące właściwe działanie całej struktury. Brak jednego z nich bądź jego złe funkcjonowanie wpływa negatywnie na skuteczność całego systemu².

 

Kluczowym elementem prawidłowego funkcjonowania tego typu zakładów jest właściwa identyfikacja wsadu, która winna być podstawą organizacji procesu przetwarzania.

Instalacje takie mogą różnić się ilością i rodzajem zastosowanych urządzeń, kolejnością ich umiejscowienia w linii technologicznej, a tym samym sposobem realizacji sortowania, co decyduje o jego efektywności. Przy doborze instalacji należy kierować się wielkością strumienia odpadów na wejściu i oczekiwaną przepustowością. W zależności od ilości odpadów i dalszej koncepcji wykorzystywania wydzielonych z nich frakcji stosowane są różne warianty sortowni.

Nowoczesne kompleksowe systemy gospodarki odpadami komunalnymi wdrażane są w krajach wysoko rozwiniętych i tworzone na zasadzie ich segregacji i przetwarzania, które powinny objąć swym zasięgiem odpady z gospodarstw domowych, przemysłu, usług i handlu.

Urządzenia pracujące w ZZO mogą służyć do rozdrabniania (jedno lub wielowałowe urządzenia rozdrabniające, młyny młotkowe, kruszarki udarowe, młyny tnące itp.) i do klasyfikacji: przesiewanie (sita bębnowe, przesiewacze gwiaździste itp.), klasyfikatory powietrzne (o przemiennym przepływie powietrza, obrotowy klasyfikator powietrzny, dzwon odsysający, klasyfikator powietrzny poziomy i poprzeczno prądowy, klasyfikator ze złożem unoszonym itp.). Poza tym również do separacji i segregacji (separatory magnetyczne czy elektromagnetyczne, separatory indukcyjne, separatory optyczne i elektrostatyczne, flotacja, segregacja na podstawie gęstości materiałów itp.).

Nowoczesny zakład zagospodarowania odpadów obejmuje kombinację kilku procesów. Należą do nich: segregacja i sortowanie odpadów komunalnych oraz wybranych odpadów przemysłowych, kompostowanie lub fermentacji odpadów biodegradowalnych. Ponadto wytwarzanie paliw formowanych, przetwarzanie odpadów budowlanych, wielkogabarytowych itp. oraz rekultywacja czynna składowiska (nowa technologia przetwarzania odpadów ze składowiska).

 

Obecnie większość odpadów komunalnych zmieszanych w Polsce trafia na składowiska bez jakiegokolwiek przetworzenia, choć odpady te zawierają frakcje wysokokaloryczne i surowce wtórne. Zakłady zagospodarowania odpadów najczęściej lokalizowane są przy składowiskach, dlatego dodatkową ich funkcją może być technologia rekultywacji czynnej. Pozwala ona na rzeczywistą rekultywację składowisk, szczególnie tych, które nie posiadają odpowiednich zabezpieczeń i stanowią zagrożenie dla środowiska (zamknięte składowiska). Technologia ta umożliwia przetworzenie odpadów ze składowiska i wykorzystanie zawartych w nich części palnych jako składników paliwa formowanego. Na składowisku pozostaje jedynie przesiew z mobilnego przesiewacza bębnowego, który stanowi głównie frakcja mineralna odpadów. Obecnie wiele zamkniętych składowisk odpadów komunalnych zlokalizowanych jest na terenach atrakcyjnych przemysłowo, a niektóre z nich planuje się jako miejsce lokalizacji przebiegu dróg czy autostrad. Pojawia się problem uzyskania odpowiednich dla tego celu właściwości gruntu. Technologia rekultywacji czynnej składowisk wykorzystana może być także na składowiskach, które są obecnie eksploatowane. Jej zastosowanie pozwoli na znaczne przedłużenie ich dalszej eksploatacji, co przełoży się na wymierne korzyści finansowe dla właściciela składowiska i lokalnej społeczności.

Technologię zagospodarowania odpadów wraz z rekultywacją czynną składowisk opatentowano w 2009 r. pt. ,,Sposób zagospodarowania odpadów” i spotkały się z dużym zainteresowaniem oraz zostały uznane za nowość międzynarodowych targów ekologicznych Poleko 2005 w Poznaniu.

Sortownia odpadów składa się z szeregu urządzeń umiejscowionych w ciągu technologicznym w odpowiedniej kolejności. Celem typoszeregu urządzeń jest uzyskanie poszczególnych frakcji odpadów – surowców lub produktów (np. paliwa formowanego) o założonych wcześniej parametrach – właściwościach. Sortowanie ma pozwolić na uzyskanie frakcji o jak największym stopniu czystości, by odbiorca otrzymał surowiec o gwarantowanej jakości.

Dobór właściwych urządzeń do przewidywanej ilości i składu morfologicznego przerabianych odpadów stanowi podstawowy warunek skutecznego procesu ich segregacji i przetwarzania.

Wybór odpowiednich urządzeń w linii technologicznej jest czynnikiem warunkującym bezawaryjne i płynne funkcjonowanie instalacji sortowania. Dlatego osoby projektujące tego rodzaju zakłady powinny posiadać praktyczną i teoretyczną wiedzę dotycząca możliwości zastosowania konkretnych typów urządzeń do przeprowadzenia procesu segregacji i przetwarzania różnego rodzaju odpadów. Obecnie wybór urządzeń dla linii technologicznej sprowadza się jedynie do analizy danych oferenta i często skutkuje niedopasowaniem obiektu do potrzeb.

Producenci urządzeń podają najczęściej jedynie podstawowe informacje dotyczące ich wydajności, mocy znamionowej, gabarytów, wagi itp. Brakuje natomiast informacji dotyczących efektywności pracy tych urządzeń w przypadku konkretnego rodzaju i składu odpadów. Chodzi tu głównie o wskaźniki sortowalności i czystości dla poszczególnych frakcji otrzymywanych przy zastosowaniu urządzenia.

Do operacji jednostkowych, którym poddawane są odpady w ZZO, stosuje się specjalistyczne urządzenia, których przepustowość wynika ze schematu technologicznego ZZO, określonego w oparciu o bilans odpadów. Na tej podstawie otrzymuje się wielkości strumieni odpadów poddawanych konkretnym operacjom jednostkowym i trafiających do poszczególnych maszyn lub transportowanych między urządzeniami czy operacjami.

Kryteria i czynniki mające decydujący wpływ na dobór pracujących w ZZO urządzeń, jak również na określenie parametrów ich pracy to analiza obszaru, z którego będą trafiały odpady do instalację (liczba mieszkańców, typ zabudowy, wskaźnik nagromadzenia odpadów, rodzaj prowadzonej działalności na danym terenie – usługi czy turystyka). Ponadto sposób gromadzenia odpadów (selektywna zbiórka, system dwupojemnikowy, odpady mieszane), zbadanie składu morfologicznego i właściwości odpadów oraz kryterium ekonomiczne – koszty związane z zakupem poszczególnych urządzeń pracujących w instalacji, koszty energii, nakłady pracy i technicznych środków eksploatacyjnych. Istotne jest również określenie norm jakości otrzymywanych surowców wtórnych i produktów, by spełnić wymagania potencjalnych odbiorców oraz wpływ pór roku na zmianę składu morfologicznego odpadów komunalnych i pracę instalacji, określenie chłonności rynku na rozsortowane frakcje (możliwości zbytu).

 

W ZZO odpady podlegają różnym operacjom jednostkowym, wśród których należy wymienić przede wszystkim: rozdrabnianie, przesiewanie, mieszanie, zagęszczanie, magazynowanie, transport wewnętrzny, segregację, suszenie i ważenie.

Nowoczesny system zagospodarowania odpadów winien charakteryzować się dużą efektywnością procesu dzięki dywersyfikacji punktów przyjęcia odpadów w zależności od ich rodzaju i właściwości, a także możliwości pozyskania z nich szerokiego asortymentu produktów – surowców wtórnych, kompostu jak i paliwa formowanego. Możliwość zróżnicowania otrzymywanych z ZZO produktów pozwala na kierowanie przetwarzaniem odpadów w zależności od koniunktury na poszczególne surowce wtórne i produkty, a także może być receptą na obecny kryzys. Maksymalna przepustowość tego typu zintegrowanych zakładów zagospodarowania odpadów mieści się w zakresie od 50 tys. – 100 tys. Mg/rok (najczęściej 100 tys. Mg/rok przy pracy na dwie zmiany). Uzależniona jest od wydajności poszczególnych urządzeń, rozwiązania technologicznego punktu przyjęcia odpadów, logistyki przedsięwzięcia i innych aspektów³.

Koncepcja takiego ZZO została opracowana przez pracowników Katedry Technologii i Urządzeń Zagospodarowania Odpadów Politechniki Śląskiej w Gliwicach. Zaproponowana technologia zagospodarowania odpadów pozwala na kompleksowe rozwiązanie problemu zagospodarowania odpadów komunalnych (w tym odpadów wielkogabarytowych), wybranych odpadów przemysłowych, odpadów ze składowiska, selektywnie zbieranej biofrakcji, odpadów z zieleni miejskiej i innych.

Projekt dostosowano do uśrednionego składu morfologicznego oraz właściwości fizykochemicznych odpadów komunalnych wytwarzanych w rejonie lokalizowanej inwestycji. Proponowana technologia i wydajności poszczególnych urządzeń zostały tak dobrane, aby zagospodarować przewidywany strumień odpadów komunalnych kierowanych na instalację. Jej wydajność uwzględnia także prognozowany wzrost ilości odpadów komunalnych, jak również przewidywane zmiany ich składu morfologicznego.

Do głównych funkcji planowanego zakładu zagospodarowania odpadów należą: odzysk materiałowy surowców wtórnych (recykling), produkcja paliwa formowanego o określonych własnościach z przeznaczeniem dla elektrociepłowni czy cementowni i czynna rekultywacja składowiska. Poza tym również kompostowanie pryzmowe czystej biomasy z selektywnej zbiórki tej frakcji oraz przerób odpadów budowlanych.

Rysunek 2 przedstawia rzut parteru hali planowanego ZZO wg założeń ostatecznej koncepcji ZZO i rekultywacji istniejącego wysypiska w Hajnówce (autorzy: Hryb W., Kabac J., Huryń R., opracowanie: Dec A., Dec P., konsultacja naukowa: prof. dr hab. inż. Janusz W. Wandrasz, dr inż. S. Poskrobko).

 

Chcąc podnieść efektywność pracujących w Polsce sortowni odpadów i czystość otrzymywanych surowców wtórnych, należy wdrażać tzw. sortowanie automatyczne.

Obecnie możemy zauważyć rozwój nowych technologii w zakresie zautomatyzowanego sortowania odpadów. Trzeba tu szczególnie wymienić separatory optyczne: optoelektroniczne i optopneumatyczne, jak również elektrostatyczne. Zadaniem separatora jest automatyczne wydzielenie ze strumienia odpadów, danej frakcji, określonego rodzaju materiału. Technologie te znajdą w przyszłości powszechne zastosowanie w sortowniach w Polsce. Należy jednak podkreślić, że efektywna praca urządzeń umożliwiających w pełni automatyczną separację odpadów w stosunku do odpadów komunalnych i przemysłowych możliwa jest po wcześniejszym odpowiednim przygotowaniu strumienia odpadów. W przypadku odpadów komunalnych konieczne jest wcześniejsze wydzieleniu frakcji mineralnej i biologicznej (np. w przesiewaczu bębnowym). Strumień odpadów podawany do tego typu separatorów winien mieć odpowiednią granulację jak również powinien być równomiernie rozłożony na przenośniku taśmowym.

Jednakże systemy te mogą znaleźć zastosowanie głównie w przypadku tworzyw sztucznych, papieru i szkła, zbieranych w ramach selektywnej zbiórki ,,u źródła”.

 

Automatyczny separator⁴ danej frakcji materiałowej składa się najczęściej z: czujnika (skanera) z systemem lamp i komputerem, listwy z dyszami z regulatorem sprężonego powietrza oraz armatury sprężonego powietrza. Dodatkowo w skład systemu wchodzą: przenośnik przyspieszający z konstrukcją wsporczą czujnika, komora separatora oraz kompresor dla poszczególnego systemu lub jednej stacji kompresorów dla wszystkich systemów wraz z doprowadzeniem i przyłączem sprężonego powietrza do armatury.

Wraz z separatorami optycznymi stosuje się specjalne przenośniki przyspieszające z regulowaną prędkością przesuwu taśmy.

Odpady winny być podawane do separatora poprzez przenośnik bądź zespół przenośników wraz z niezbędnymi przesypami, zapewniającymi równomierne, jednowarstwowe rozłożenie odpadów na taśmie do sortowania przenośnika przyspieszającego, aby wykluczyć nakładanie się na siebie poszczególnych odpadów.

Szerokość taśmy przenośnika przyspieszającego i wydajność separatora musi być dostosowana do ilości segregowanych odpadów. Szerokość czynna (szerokość taśmy po odliczeniu części taśmy zakrytej przez burty boczne czy uszczelnienie) taśmy winna odpowiadać szerokości czujnika. Czujnik winien zostać zabudowany na konstrukcji wsporczej nad przenośnikiem przyspieszającym⁴.

Komora separacyjna winna posiadać przegrodę wyposażoną w obracającą się rolkę z możliwością regulacji – przesuwania oraz ustawiania w pionie i poziomie. Zakres regulowania przegrody musi być dostosowany do materiału i zapewniać optymalizację sortowania w zakresie min. +/- 100 mm od nominalnego położenia. Ponadto otwierane klapy rewizyjne powinny umożliwiać czyszczenie oraz odpowiednią regulację ustawienia konstrukcji, eliminującą niekontrolowane odbijanie się wydzielanych materiałów i wpadanie nie do miejsca przeznaczenia (np. mieszanie surowca z balastem).

Chcąc wyodrębnić z zmieszanych odpadów osobno poszczególne rodzaje tworzyw sztucznych, często z podziałem na kolory, np. PET biały, PET niebieski, należy zainstalować w ciągu technologicznym kilka separatorów optycznych.

Powinny one znaleźć zastosowanie również w instalacjach, w których jednym z produktów przetwarzania odpadów jest paliwo formowane. Separator optyczny może mieć np. zadanie wydzielania z mieszaniny tworzyw sztucznych (przeznaczonych jako komponent paliwa) tworzyw zawierających chlor (PCV) czy brom, które są niepożądane w paliwie.

Separator optoelektroniczny można tak zaprogramować, aby wydzielał np. tylko tworzywa sztuczne pożądane w paliwie, takie jak: PE, PP, PET, a przepuszczało dalej PCV (zawierający chlor) do balastu trafiającego na składowisko. Zastosowanie tego urządzenia może generować oszczędności, ponieważ dzięki niemu nie będzie potrzeby zatrudniania zbyt wielu pracowników do sortowania ręcznego w kabinie sortowniczej. Zasadę działania separatora optycznego przedstawia rysunek 3.

 

Zaprezentowana na rysunku 3 technologia sortowania odpadów umożliwia w pełni automatyczną separację materiałów nadających się do ponownego wykorzystania. Wprowadzany materiał jest transportowany przez obszar czujników zlokalizowanych ponad przenośnikiem taśmowym. Czujniki identyfikują właściwości materiału, takie jak kształt, struktura, kolor, gęstość i widmo, wymagane do jego rozpoznania. Materiały o wstępnie zdefiniowanych właściwościach są oddzielane pneumatycznie na końcu przenośnika taśmowego przez układ dysz⁵.

W zależności do zastosowanych czujników (np. czujnik NIR – bliskiej podczerwieni, czujnik VIS – czujnik światła widzialnego, czujniki Rtg – technika przetwarzania obrazów rentgenowskich o dużej rozdzielczości oraz sortowanie odpadów w oparciu o właściwą gęstość atomową) separatory te mogą znaleźć różne zastosowanie.

Jeden z producentów tego typu urządzeń oferuje separatory, które mogą być wykorzystane przy sortowaniu odpadów według typu materiału (sortowanie pozytywne polimerów – PET, PE, PCV itp. lub mieszanych tworzyw sztucznych na podstawie cech materiałowych, oddzielanie PCV od masy odpadów zmieszanych w instalacjach produkujących paliwa formowane). Ponadto przy wyodrębnianiu odpadów wg koloru (przezroczysty, jasnoniebieski itp.) i typu materiału, różnych rodzajów papieru, materiałów pod względem właściwości metalu, odpadów zarówno wg koloru, kształtu i rozmiaru, jak i wg właściwości metalu oraz szkła.

 

 

1. Hryb W., Wandrasz J. W.: ,,Kierunki rozwoju nowoczesnych instalacji w systemie zakładów zagospodarowania odpadów. Wyd. Helion ,,Archiwum Gospodarki Odpadami i Ochrony Środowiska’’ 2/2009.

2. Hryb W.: Analiza optymalizacyjna procesów segregowania i sortowania odpadów. Rozprawa doktorska, maszynopis dostępny w bibliotece Katedry Technologii i Urządzeń Zagospodarowania Odpadów. Gliwice 2007.

3. Hryb W.: Zróżnicowanie asortymentu produktów z zakładów zagospodarowania odpadów sposobem na kryzys gospodarczy. Wyd. PZITS. Poznań 2009.

4. Chełkowski M., Jaźwiec M., Gryglak M.: Program Funkcjonalno-Użytkowy Budowa kompleksowego systemu gospodarki odpadami dla miasta Bielsko-Białej i gmin powiatu bielskiego. Zakład Gospodarki Odpadami. Bielsko Biała, 2009.

5. www.titech.pl

 

 

dr inż. Wojciech Hryb,

Politechnika Śląska,

Wydział Inżynierii Środowiska i Energetyki,

Katedra Technologii i Urządzeń Zagospodarowania Odpadów,

Gliwice