Przed Państwem sześćdziesiąty ósmy odcinek naszego cyklu Rozmowa z..., w której biorą udział Eksperci w branży laboratoryjnej i w ochronie środowiska.
Cykl ten nazwaliśmy: „Rozmowa z...”
CE2 Centrum Edukacji od 2003 roku współpracuje z ponad trzystoma Ekspertami, stąd też idea, aby przybliżyć Państwu ich sylwetki i porozmawiać jednocześnie o sprawach, które szczególnie teraz są ważne w naszej branży.
Rozmowa z Panem Prof. dr hab. inż. Grzegorzem Wielgosińskim, Dziekanem Wydziału Inżynierii Procesowej i Ochrony Środowiskowej. Politechniki Łódzkiej.
Profesor jest autorem podręczników oraz wielu publikacji naukowych, krajowych i zagranicznych. Zajmuje się zagadnieniami ochrony powietrza (oczyszczanie gazów odlotowych, rozprzestrzenianie się zanieczyszczeń w atmosferze, zarządzanie ochroną powietrza), gospodarki odpadami (termiczne przekształcanie odpadów, plany gospodarki odpadami, paliwa alternatywne) oraz zrównoważonego rozwoju.
Jest autorem monografii „Termiczne przekształcanie odpadów komunalnych – wybrane zagadnienia”.
Działalność Pana Profesora jest doskonałym przykładem współpracy nauki i biznesu. Wiele firm, w tym wszystkie spalarnie w Polsce korzystają ze wsparcia merytorycznego Pana Profesora. My również dziękujemy za wsparcie merytoryczne podczas ustalania tematyki IV Warsztatów pomiarów okresowych 6-9.05.25 Poznań, które odbędą się również na terenie ITPOK Poznań, dzięki przychylności Pana Prezesa Szymona Cegielskiego.
Pomiary emisji dioksyn, furanów i bromowanych bifenyli do powietrza z instalacji spalania odpadów i paliw stałych
Wprowadzenie
Dioksyny i furany (PCDD/F) stanowią grupę niezwykle toksycznych związków organicznych powstających w procesach termicznych, szczególnie podczas spalania odpadów komunalnych i paliw stałych. Według prof. Grzegorza Wielgosińskiego, autora książki "Termiczne przekształcanie odpadów komunalnych – wybrane zagadnienia", monitoring emisji tych substancji ma kluczowe znaczenie dla ochrony zdrowia publicznego i środowiska naturalnego.
Charakterystyka dioksyn i furanów
Dioksyny i furany to dwie grupy związków chemicznych o zbliżonej budowie, obejmujące:
- 75 kongenerów polichlorowanych dibenzo-p-dioksyn (PCDD)
- 135 kongenerów polichlorowanych dibenzofuranów (PCDF)
Prof. Wielgosiński podkreśla, że spośród tych związków, 17 kongenerów podstawionych atomami chloru w pozycjach 2,3,7,8 jest szczególnie toksycznych. Najbardziej toksycznym jest 2,3,7,8-tetrachlorodibenzo-p-dioksyna (TCDD), dla której przyjmuje się współczynnik toksyczności równy 1. Dla pozostałych kongenerów określono współczynniki toksyczności (TEF) w stosunku do TCDD, co umożliwia wyrażenie ich sumarycznej toksyczności jako równoważnika toksyczności (TEQ).
Mechanizmy powstawania dioksyn i furanów
W swojej książce prof. Wielgosiński szczegółowo omawia mechanizmy powstawania dioksyn i furanów podczas termicznego przekształcania odpadów. Wskazuje na trzy główne drogi tworzenia się tych związków:
- Obecność w odpadach - dioksyny i furany mogą być obecne w odpadach kierowanych do spalania, jednak ulegają one rozkładowi w wysokiej temperaturze procesu spalania.
- Synteza z prekursorów - powstawanie dioksyn i furanów z cząsteczek prekursorów, takich jak chlorofenole i chlorobenzeny, w temperaturze 250-650°C.
- Synteza de novo - tworzenie się dioksyn i furanów w wyniku heterogenicznych reakcji katalitycznych zachodzących na powierzchni popiołu lotnego w temperaturze 200-400°C z udziałem węgla elementarnego, tlenu i chloru, w obecności katalizatorów metalicznych (głównie miedzi).
Prof. Wielgosiński podkreśla, że synteza de novo jest dominującym mechanizmem tworzenia się dioksyn i furanów w procesach spalania odpadów komunalnych.
Czynniki wpływające na emisję dioksyn i furanów
Autor wskazuje na szereg czynników mających wpływ na powstawanie i emisję dioksyn i furanów:
- Temperatura spalania - optymalna temperatura spalania powinna wynosić powyżej 850°C, co zapewnia destrukcję już istniejących związków.
- Czas przebywania spalin w komorze dopalania - minimum 2 sekundy w temperaturze powyżej 850°C.
- Zawartość tlenu - odpowiednia ilość tlenu zapewnia pełne utlenienie związków organicznych.
- Obecność katalizatorów - związki miedzi, żelaza i aluminium katalizują reakcje tworzenia dioksyn i furanów.
- Szybkość chłodzenia spalin - szybkie schłodzenie spalin (quenching) z temperatury powyżej 400°C do poniżej 200°C zapobiega tworzeniu się dioksyn i furanów w procesie syntezy de novo.
Metody pobierania próbek do pomiarów emisji PCDD/F
Prof. Wielgosiński omawia w swojej książce metodykę pobierania próbek do oznaczania emisji dioksyn i furanów, która jest zgodna z normą PN-EN 1948. Wskazuje na trzy główne metody:
- Metoda filtr-kondensator - pobranie próbki gazów przez filtr zatrzymujący fazę stałą, a następnie przez układ kondensacyjny, gdzie następuje wykroplenie fazy ciekłej i części fazy gazowej.
- Metoda rozcieńczania - rozcieńczenie próbki gazów zimnym powietrzem, co powoduje kondensację związków lotnych na cząstkach stałych, które następnie są zatrzymywane na filtrze.
- Metoda z wykorzystaniem sorbentów - pobranie próbki gazów przez filtr zatrzymujący fazę stałą, a następnie przez sorbent (np. poliuretanowy lub XAD-2), który zatrzymuje fazę gazową.
Autor podkreśla, że każda z tych metod ma swoje zalety i ograniczenia, ale wszystkie są uznawane za równoważne w świetle normy PN-EN 1948.
Metody analityczne oznaczania PCDD/F
W książce "Termiczne przekształcanie odpadów komunalnych – wybrane zagadnienia" prof. Wielgosiński szczegółowo opisuje proces analityczny oznaczania dioksyn i furanów, obejmujący:
- Przygotowanie próbki:
- Ekstrakcja związków organicznych z próbki za pomocą odpowiednich rozpuszczalników
- Oczyszczanie ekstraktu za pomocą kolumn chromatograficznych
- Zagęszczanie ekstraktu
- Analiza chromatograficzna:
- Wysokorozdzielcza chromatografia gazowa (HRGC) połączona z wysokorozdzielczą spektrometrią mas (HRMS)
- Identyfikacja i oznaczanie ilościowe poszczególnych kongenerów
- Obliczanie toksyczności:
- Przeliczanie zmierzonych stężeń poszczególnych kongenerów na równoważnik toksyczności (TEQ)
Autor zwraca uwagę na fakt, że analiza PCDD/F jest bardzo złożonym i kosztownym procesem, wymagającym stosowania zaawansowanej aparatury i doświadczonego personelu laboratoryjnego.
Monitoring ciągły emisji dioksyn i furanów
Prof. Wielgosiński opisuje również rozwój technik ciągłego monitoringu emisji dioksyn i furanów, w tym:
- System AMESA (Adsorption Method for Sampling of Dioxins and Furans) - długoterminowe pobieranie próbek z wykorzystaniem adsorbentu XAD-2.
- System DECS (Dioxin Emission Continuous Sampler) - ciągły pobór próbek z automatyczną wymianą adsorberów.
- System DMS (Dioxin Monitoring System) - system izokinetycznego poboru próbek z automatyczną wymianą filtrów i adsorberów.
Autor podkreśla, że systemy te umożliwiają reprezentatywne pobieranie próbek przez dłuższy okres (od kilku dni do kilku tygodni), co pozwala na uzyskanie bardziej miarodajnych wyników niż tradycyjne pomiary okresowe.
Wymagania prawne dotyczące emisji PCDD/F
W książce omówiono również aspekty prawne związane z emisją dioksyn i furanów. Prof. Wielgosiński wskazuje, że zgodnie z polskimi i europejskimi przepisami:
- Dopuszczalna emisja dioksyn i furanów z instalacji spalania odpadów wynosi 0,1 ng TEQ/m³ (przy zawartości 11% tlenu w gazach odlotowych).
- Pomiary emisji powinny być wykonywane co najmniej dwa razy w roku.
- Czas pobierania pojedynczej próbki powinien wynosić od 6 do 8 godzin.
Autor podkreśla, że limity emisji dioksyn i furanów są jednymi z najbardziej rygorystycznych norm emisyjnych.
Techniki ograniczania emisji PCDD/F
Prof. Wielgosiński szczegółowo opisuje metody ograniczania emisji dioksyn i furanów z instalacji spalania odpadów, dzieląc je na:
- Metody pierwotne - zapobiegające powstawaniu dioksyn i furanów:
- Optymalizacja procesu spalania (temperatura, czas, turbulencja, zawartość tlenu)
- Szybkie chłodzenie spalin
- Usuwanie prekursorów z odpadów
- Metody wtórne - usuwające już powstałe dioksyny i furany ze spalin:
- Adsorpcja na węglu aktywnym
- Katalityczne utlenianie (np. w systemach SCR)
- Filtry katalityczne
Autor podkreśla, że najskuteczniejszym podejściem jest połączenie metod pierwotnych i wtórnych, co pozwala na redukcję emisji dioksyn i furanów do poziomu poniżej dopuszczalnych norm.
W kontekście współczesnych wyzwań związanych z monitoringiem emisji z procesów spalania, coraz większego znaczenia nabierają również inne grupy związków halogenowych, w tym bromowane bifenyle.
Bromowane bifenyle - charakterystyka i znaczenie
Profesor Wielgosiński zwraca uwagę, że bromowane bifenyle (PBB - polibromowane bifenyle) należą do grupy trwałych zanieczyszczeń organicznych (TZO) o strukturze i właściwościach podobnych do polichlorowanych bifenyli (PCB). Te związki, podobnie jak dioksyny i furany, charakteryzują się wysoką toksycznością, trwałością w środowisku oraz zdolnością do bioakumulacji.
W książce autor podkreśla, że bromowane bifenyle były stosowane głównie jako środki zmniejszające palność (uniepalniacze) w różnych produktach, takich jak:
- Tworzywa sztuczne
- Materiały tekstylne
- Sprzęt elektroniczny
- Materiały budowlane
Powstawanie bromowanych bifenyli podczas procesów spalania
Prof. Wielgosiński wyjaśnia, że bromowane bifenyle mogą powstawać podczas procesów spalania odpadów zawierających związki bromu na drodze mechanizmów podobnych do tych odpowiedzialnych za tworzenie się dioksyn i furanów:
- Niekompletny rozkład - PBB obecne w odpadach mogą nie ulec całkowitemu rozkładowi podczas spalania, szczególnie w warunkach niedoboru tlenu lub niewystarczającej temperatury.
- Synteza z prekursorów - podobnie jak w przypadku dioksyn i furanów, bromowane bifenyle mogą powstawać z prekursorów zawierających brom.
- Mechanizm de novo - w procesie podobnym do syntezy de novo dla PCDD/F, bromowane bifenyle mogą tworzyć się na powierzchni popiołów lotnych w obecności związków bromu.
Autor zwraca szczególną uwagę na fakt, że we współczesnych odpadach komunalnych zawartość związków bromu systematycznie wzrasta z powodu szerokiego stosowania bromowanych środków zmniejszających palność w produktach konsumenckich.
Współwystępowanie związków chlorowanych i bromowanych
Podczas spalania odpadów zawierających zarówno związki chloru, jak i bromu, mogą powstawać mieszane halogenowe pochodne, takie jak:
- Mieszane chlorowco-bromowane dioksyny i furany (PXDD/F)
- Mieszane chlorowco-bromowane bifenyle (PXB)
Związki te mogą wykazywać toksyczność podobną lub nawet wyższą niż ich chlorowane odpowiedniki, co powoduje, że monitoring emisji powinien uwzględniać również te grupy związków.
Podsumowanie
Prof. Grzegorz Wielgosiński szczególnie zajmuje się problematyką emisji dioksyn i furanów z instalacji spalania odpadów i paliw stałych. Uważa, że chociaż główny nacisk regulacyjny kładziony jest na monitoring i kontrolę emisji PCDD/F, to bromowane bifenyle i inne związki halogenowe również stanowią istotne zagrożenie dla środowiska i zdrowia publicznego.
Zwraca uwagę na potrzebę całościowego podejścia do problemu emisji trwałych zanieczyszczeń organicznych z procesów termicznych, uwzględniającego nie tylko związki chlorowane, ale również bromowane i mieszane halogenowe pochodne. Takie podejście pozwoli na bardziej kompleksową ocenę wpływu instalacji spalania odpadów na środowisko i skuteczniejszą ochronę zdrowia publicznego.
Monitoring emisji dioksyn i furanów jest kluczowym elementem kontroli pracy instalacji spalania odpadów, a ciągły rozwój technik analitycznych i systemów pomiarowych przyczynia się do coraz lepszej kontroli emisji tych niezwykle toksycznych substancji.
Zapraszamy do zapisów na szkolenie:
Poznań, 07.05.2025 - 09.05.2025
📢 Zapisz się na szkolenia i bądź na bieżąco z kluczowymi zmianami w branży!
Zdobądź wiedzę, która przełoży się na doskonalenie systemu zarządzania jakością w Twoim laboratorium.
Chcesz dowiedzieć się więcej? Zapraszamy do odsłuchania całej rozmowy.
Całość rozmowy znajdziesz na Youtube: https://youtu.be/bvldC5IKNu8
Sprawdź nasze Social Media:
 |
 |
|
Masz pytania? Zadzwoń. Chętnie udzielimy odpowiedzi.
