V současné době existují na trhu různé technologie, které umožňují snížení emisí látek PCDD/F u energetického využívání odpadu na hodnotu danou směrnicí EU o spalování odpadů č. 76/2000 i českým zákonem o ovzduší č. 86/2002 Sb. Emisního limitu látek PCDD/F 0,1 ng TE/Nm3 má být dle české legislativy dosaženo nejpozději 28. 12. 2004.
K úspěšnému a efektivnímu omezení emisí látek PCDD/F při energetickém využívání odpadu je nutná kombinace tzv. primárních a sekundárních opatření. Zatímco u primárních opatření se jedná hlavně o správné dimenzování spalovacího prostoru, optimalizaci spalovacího procesu, vysoce efektivní odlučování úletového popílku, pokud možno o krátké době setrvání úletových popílků v odlučovacích výsypkách, rychlé ochlazení spalin nebo vysoce účinný proces čištění spalin, sekundární opatření jsou realizovatelná dále popsanými speciálními technologiemi, které pracují na principu adsorpce nebo katalyticko-oxidační destrukce.
Dávkování aktivního koksu
Eliminaci paměťového efektu lze dosáhnout pouze dávkováním aktivního koksu v práškové formě do proudu spalin po jejich výstupu z filtračního zařízení. Látky PCDD/F (a částečně rtuť) se adsorbují na povrchu matrice a dostávají se posléze do vstupního aparátu pračky spalin - quenche, a dále do jejího absorpčního systému.
Po nasazení dávkování aktivního koksu do proudu spalin emise látek PCDD/F postupně klesají a dosáhnou trvalé emisní hodnoty 0,1 ng TE/Nm3. Eliminace paměťového efektu je výrazně závislá na čase. Trvalého stavu je tedy dosaženo až po delší době. Tento okamžik je pro každé zařízení různý a závisí rovněž na koncentraci PCDD/F ve spalinách opouštějících ohniště, které je proto nutné provozovat při optimálních podmínkách. Než se prokáží emise látek PCDD/F kolem hodnoty 0,1 ng TE/Nm3, je třeba počítat se vstřikováním aditiva minimálně po dobu 6 měsíců při konstantním definovaném režimu.
Ze spalin odloučené škodliviny a rovněž použitý aktivní koks se koncentrují v cirkulačních pracích vodách pračky, které jsou pak podrobeny čisticímu procesu číření. Aktivní koks se odděluje ve speciálním, relativně náročném a nákladném filtračním zařízení (např. svíčkový filtr).
Výhodami procesu dávkování aktivního koksu do spalin jsou malé prostorové nároky, relativně nízké investiční a provozní náklady. Nevýhodami může být vyšší opotřebení oběhových čerpadel a trysek (obr. 1). Proces dávkování aktivního koksu do spalin je provozován v několika zařízeních na energetické využívání odpadu (Holandsko - AVIRA, Švýcarsko - KEBAG, SRN - MVA Stuttgart, USA - WTI East Liverpool).
Dávkování aktivního koksu do proudu spalin k omezování emisí látek typu PCDD/PCDF bylo provozováno v rámci pilotního zařízení v závodě TVO Liberec od července 2001 do října 2003. Po zhruba 130 dnech byla naměřena koncentrace PCDD/F 0,15 ng TE/Nm3, po 260 dnech 0,09 ng TE/Nm3. Nejnižší koncentrace - 0,068 ng TE/Nm3 - byla naměřena po zhruba 500 dnech. Nicméně průběh dalších měření ukázal, že se emise PCDD/F neudržely stabilně pod hodnotou 0,1 ng TE/Nm3: po 630 dnech byla koncentrace PCDD/F na úrovni 0,2 ng TE/Nm3, po 660 dnech na 0,08 ng TE/Nm3 a po 690 dnech činila 0,247 ng TE/Nm3. Vzhledem k těmto výkyvům výstupních koncentrací PCDD/F byla paralelně připravována instalace kombinovaného filtru.
Reaktor aktivního koksu
Proces reaktoru aktivního uhlí či aktivního koksu (používá se i termín adsorbér) byl v polovině osmdesátých let zaveden hlavně v zařízeních na energetické využívání odpadu ve SRN (např. RZR Herten). Koncept tohoto zařízení spočívá v podstatě v adsorpčním stupni na bázi aktivního pecního práškového koksu (HOK) a v jednom katalyzátorovém stupni na bázi formovaného aktivního koksu (FAK).
Proces má filtrační účinek pro jemný prach a dochází při něm k adsorpci organických látek (např. PCDD/F), SO2, HCl, těžkých kovů ve formě páry (např. Hg) na aktivní koks HOK.
Ve skladovacích silech a v procesním reaktoru může docházet k vytváření horkých míst a k samovznícení náplně. Kromě toho jemné částice a otěr mají sklon k vytváření výbušného ovzduší. Z tohoto důvodu musí být celý systém nepřetržitě kontrolován. V případě překročení určitých hodnot je systém inertizován vpouštěním dusíku v plynném stavu.
Procesní reaktor sestává z ocelové nádoby o výšce 22 m s vnitřními vestavbami, kde hloubka koksových loží je až 3 metry. Z prostorových důvodů je obtížné uvažovat o této technologii pro větší objemy spalin, proto se od ní upouští.
Proudová metoda v surových spalinách
Principem proudové metody je odstraňování látek typu PCDD/F ze spalin před jejich čištěním na základě jejich adsorpce na adsorbent, čímž může být práškový aktivní koks definované kvality nebo směs hydroxidu vápenatého a aktivního uhlí. Souběžně s adsorpcí organických látek jsou na strukturu aktivního koksu adsorbovány molekuly rtuti. Adsorbent je nastřikován do kouřovodu vedoucího z filtračního zařízení. V proudu spalin reaguje adsorbent ihned s uvedenými komponenty spalin.
Pro prodloužení reakční doby adsorpce a odstranění rozprášeného adsorbentu z proudu spalin je použito tkaninového filtru. Spaliny procházejí přes elementy filtru, na jejichž povrchu se vytvoří aktivní filtrační vrstva. Při prostoupení spalin vrstvou filtru je dosaženo optimálního kontaktu spalin s adsorbentem, a tím i dovršení žádané reakce.
Aby bylo možno dávkovaný adsorbent optimálně využít, jeho převážná část se recirkuluje, přičemž se asi 10 % dávkovaného množství nahrazuje čerstvým adsorbentem.
Podobná je proudová metoda ve vyčištěných spalinách, která je realizována pomocí textilního filtru, kde adsorbent tvoří určitou vrstvu na povrchu filtračního textilního elementu. Teplota nasycených spalin se pohybuje kolem 65 °C. Optimální teplota jak pro funkci textilního filtru, tak i pro adsorpční reakci je kolem 130 °C. Z toho důvodu je nutno spaliny ohřát, čehož je dosaženo výměníkem tepla pára/plyn. Po výstupu z výměníku tepla je adsorbent nastřikován do kouřovodu vedoucího z výměníku tepla do tkaninového filtru.
Selektivní katalytická redukce
Katalyzátory byly koncem osmdesátých let vyvinuty původně pro redukci oxidů dusíku ze spalin tepelných elektráren. Postupně byly tyto technologie použity i pro redukci oxidu dusíku a pro katalyticko-oxidační destrukci látek PCDD/F v zařízeních na energetické využívání odpadu. Termín technologie SCR (SCR - Selective Catalytic Reduction) pochází z tohoto období.
Nosné materiály katalyzátoru jsou keramické plásty nebo kovové desky s kanály. Katalyzátor sestává z ocelové konstrukce s vnitřními moduly o rozměrech 1 x 2 x 1 m. Aktivita katalyzátoru v průběhu času pozvolna ustává. Na deaktivaci má vliv zejména palivo, složení spalin a provozní teplota. Provozní doby katalyzátorů po dobu více než osmi let jsou normální. Spalovna odpadu Spittelau ve Vídni má po deseti letech provozu stále ještě první katalyzátorový materiál.
Je výhodné dimenzovat katalyzátor tak, aby mohly být spolu s emisemi látek PFCDD/F současně snižovány emise oxidů dusíku. V okamžiku, kdy je redukční prostředek spotřebován, dochází na katalytické vrstvě k reakci oxidační. Této vlastnosti je využito ke katalyticko oxidační destrukci látek PCDD/F ve spalinách, které jsou v procesu rozloženy na jejich elementy, čili C, H, Cl, F, O. Jejich množství ve spalinách jsou malá a nemají praktický vliv na výslednou kvalitu spalin.
Aby na katalyzátoru mohly probíhat žádoucí reakce, musí být teplota spalin přizpůsobena potřebám katalyzátoru. Ohřátí spalin za jejich čištěním je neodmyslitelný, investičně i provozně náročný postup. Po dosažení provozní teploty může v agregátu katalyzátoru probíhat reakce denox (s dávkovaným čpavkem) a dediox jako oxidačně-katalytická destrukce látek PCDD/F (obr. 2).
Kombinovaný filtr
Tato technologie má být vlastně kombinací procesních stupňů odlučování tuhých emisí (odprášení) a katalyticko-oxidační destrukcí látek PCDD/F pro čištění spalin. Základem je kombinovaný tkaninový filtr s katalytickými substancemi, integrovanými ve filtrační tkanině, která je chrání před účinky popílku.
Kombinovaný filtr může být zařazen za parním kotlem - v oblasti spalin nezbavených tuhých emisí nebo případně za filtračním zařízením (elektrofiltr, nebo klasický tkaninový filtr) v oblasti spalin téměř zbavených tuhých emisí. V obou případech je však v oblasti spalin nezbavených anorganických kyselin, oxidů síry a těžkých kovů, kde se teplota pohybuje v rozmezí od 180 °C do 220 °C. Protože je provozní teplota kombinovaného filtru limitována (max. kolem 200 °C), je vhodné zajistit chlazení spalin na max. přípustnou teplotu.
V libereckém zařízení TVO byl instalován kombinovaný filtr v roce 2003. Je zařazen do oblasti surových, v elektrofiltru předčištěných spalin před fyzikálně-chemickou absorpci. První výsledky měření koncentrace PCDD/F se pohybovaly kolem 0,04 ng TE/Nm3. V případě pozitivních výsledků z dlouhodobého provozu může technologie kombinovaného filtru nalézt odpovídající uplatnění v technologických řetězcích pro energetické využívání odpadu.
Výběr technologie pro snižování emisí látek PCDD/F, musí být proveden na základě konkrétních okrajových podmínek. Technologie k omezování emisí látek PCDD/F může výrazně ovlivnit související části technologického řetězce (úprava pracích vod, úprava zbytkových materiálů).
