Αεριοποίηση - υαλοποίηση αποβλήτων με την τεχνική του πλάσματος
Authors: Μουστάκας Κωνσταντίνος 
Published: January 2014

Αντικείμενο της διδακτορικής διατριβής αποτελεί η διερεύνηση της μεθόδου της αεριοποίησης / υαλοποίησης αποβλήτων με την τεχνική πλάσματος με ιδιαίτερη έμφαση στο χαρακτηρισμό των παραγόμενων προϊόντων (αερίου σύνθεσης και στερεού υαλοποιημένου υπολείμματος) και τη μελέτη της περιβαλλοντικής της απόδοσης και της δυνατότητας παραγωγής ενέργειας από τα απόβλητα με την αποτύπωση των σχετικών ισοζυγίων. Στο θεωρητικό κομμάτι της παρούσας διδακτορικής διατριβής πραγματοποιείται εκτενής βιβλιογραφική ανασκόπηση των διαφόρων θερμικών μεθόδων για την επεξεργασία στερεών αποβλήτων. Τα βασικά στάδια της μεθοδολογίας που ακολουθήθηκε για την υλοποίηση της διδακτορικής διατριβής περιελάμβαναν:•Σειρά προκαταρκτικών δοκιμών για την εξαγωγή συμπερασμάτων αναφορικά με την επίδραση ευρείας σειράς παραμέτρων στη λειτουργία της επιδεικτικής μονάδας αεριοποίησης / υαλοποίησης•Χαρακτηρισμό των αποβλήτων που χρησιμοποιήθηκαν για την τροφοδοσία της επιδεικτικής μονάδας. •Προσδιορισμό της σύστασης του παραγόμενου αερίου σύνθεσης (% σύστασης σε CO, CO2, H2 και CH4)Το βασικό συμπέρασμα που προκύπτει είναι ότι το παραγόμενο αέριο σύνθεσης χαρακτηρίζεται από υψηλό περιεχόμενο σε CO και H2 και, κατά συνέπεια, υψηλό ενεργειακό περιεχόμενο. Μελετάται επίσης η επίδραση διαφόρων παραμέτρων, όπως το περιεχόμενο των προς επεξεργασία αποβλήτων σε υγρασία και ανόργανα συστατικά, στη θερμογόνο δύναμη του παραγόμενου αερίου σύνθεσης. •Αποτύπωση των ισοζυγίων μάζας και ενέργειας και εν κατακλείδι προσδιορισμό της ενέργειας που παράγεται και μπορεί να αξιοποιηθεί είτε ως ηλεκτρική ενέργεια, είτε ως θερμότητα.Αποτελεί ένα από τα βασικότερα στοιχεία της διδακτορικής διατριβής, μιας και αποτελεί καθοριστικό παράγοντα για την αξιολόγηση της βιωσιμότητας της συγκεκριμένης τεχνολογίας, αποτυπώνοντας τη δυνατότητα μετατροπής του περιεχομένου των αποβλήτων σε ηλεκτρική ενέργεια (ένα μέρος απαραίτητο για τις λειτουργικές ανάγκες του συστήματος και το υπόλοιπο διαθέσιμο προς εκμετάλλευση) και θερμότητα. Αναπτύχθηκε επίσης επιβοηθητικό υπολογιστικό εργαλείο για τον υπολογισμό της πυκνότητας του παραγόμενου αερίου σύνθεσης και του ενεργειακού του περιεχομένου ανά μονάδα όγκου και μάζας του με βάση την % κατά όγκο σύσταση του παραγόμενου αερίου σύνθεσης σε CO, H2, CO2 & CH4, όπως αυτή προσδιορίζεται πειραματικά. •Προσδιορισμό των τελικών αέριων εκπομπών και σύγκρισή τους με τα αντίστοιχα όρια που τίθενται από την Κοινοτική και εθνική νομοθεσία Το συμπέρασμα που προκύπτει είναι ότι η περιβαλλοντική συμπεριφορά της λειτουργίας της πιλοτικής μονάδας αεριοποίησης / υαλοποίησης αναφορικά με τις αέριες εκπομπές είναι πράγματι ικανοποιητική, μιας και οι ρυπαντικοί παράμετροι των αέριων εκπομπών είναι σε πολύ κατώτερο επίπεδο σε σύγκριση με τα όρια που θέτει η Κοινοτική Οδηγία για την αποτέφρωση των αποβλήτων. Η τροποποίηση της πιλοτικής μονάδας αεριοποίησης / υαλοποίησης με την προσθήκη εναλλάκτη θερμότητας στο σημείο εξόδου των τελικών αέριων εκπομπών στην ατμόσφαιρα για την ψύξη των αέριων εκπομπών και την υγροποίηση σημαντικού μέρους των περιεχόμενων υδρατμών συνέβαλε στη μείωση των εκλυόμενων τελικών αερίων στην ατμόσφαιρα. •Χαρακτηρισμό του παραγόμενου στερεού υαλοποιημένου υπολείμματος: Μελετήθηκαν:H περιεχόμενη υγρασία στο υαλοποιημένο στερεό υπόλειμμα το ολικό ποσοστό άνθρακα που περιέχεται στο στερεό υαλοποιημένο υπόλειμματο περιεχόμενο σε μέταλλαη εκχυλισιμότητα των μετάλλων από το στερεό υπόλειμμα με τη μέθοδο TCLP η εκχυλισιμότητα των μετάλλων με μέσο εκχύλισης το Η2Ο.Η επίδραση του τρόπου ψύξης του υαλοποιημένου υπολείμματος (με χρήση αέρα ή νερού) στις εκχυλιστικές ιδιότητές τουΗ επίδραση του pH, της θερμοκρασίας, του χρόνου επαφής, της ανάδευσης και του μεγέθους κόκκων του στερεού υαλοποιημένου υπολείμματος στην εκχυλιστική συμπεριφορά διαφόρων μετάλλωνΗ δομή του στερεού υαλοποιημένου υπολείμματος χρησιμοποιώντας SEM, XRD, XRF, EDX.Σχεδόν το σύνολο του ανόργανου περιεχομένου των προς επεξεργασία αποβλήτων καταλήγει στο στερεό υαλοποιημένο υπόλειμμα, ενώ το σύνολο του περιεχόμενου C μεταπίπτει στην αέρια φάση (αέριο σύνθεσης). Βασικό συμπέρασμα που προκύπτει είναι ότι το παραγόμενο υαλοποιημένο υπόλειμμα είναι αδρανές και χαρακτηρίζεται από χαμηλή εκχυλισιμότητα των περιεχόμενων μετάλλων. Αυτό πιστοποιείται από τα αποτελέσματα και των δυο διαφορετικών καθιερωμένων δοκιμών που πραγματοποιήθηκαν για την εκτίμηση της εκχυλιστικής συμπεριφοράς του υαλοποιημένου υπολείμματος της διεργασίας της αεριοποίησης / υαλοποίησης (TCLP & Κοινοτική Απόφαση 33/2003). Σχεδιάστηκαν μακρά και λεπτομερή πειράματα προκειμένου να αναδειχθούν οι διαφοροποιήσεις στη συμπεριφορά των διαφόρων μετάλλων κάτω από διάφορες συνθήκες pH, μεγέθους σωματιδίων, θερμοκρασίας και συνθηκών ανάδευσης. Ένα βασικό συμπέρασμα είναι ότι το υδρόψυκτο στερεό υπόλοιπο εμφανίζει μάλιστα ακόμα πιο χαμηλές τιμές εκχυλισιμότητας σε σχέση με το αερόψυκτο. Γενικά, η ολοκλήρωση του εκτεταμένου πειραματικού σκέλους της διδακτορικής διατριβής οδηγεί στο συμπέρασμα ότι η χρήση της τεχνολογίας αυτής είναι αποτελεσματική και ευέλικτη. Δεν αποτελεί μόνο μια διεργασία φιλική προς το περιβάλλον αλλά και έναν τρόπο κάλυψης ενεργειακών αναγκών. Το παραγόμενο αέριο σύνθεσης δύναται να αξιοποιηθεί ενεργειακά ή για την παραγωγή χημικών προϊόντων.