Comparative environmental analysis of waste processing methods in paper recycling

Abstract

У статті розглянуто перероблення відходів, що утворюються під час переробки паперу: первинних відходів паперового виробництва та осаду після очищення стічних вод. Автори проаналізували характеристики відходів переробки паперу, що утворюються на підприємстві з переробки паперу поблизу Києва (Україна): теплоту згоряння, вологість і зольність. Теплота згоряння відходів переробки паперу коливається від 6,5 до 24 кДж/кг і суттєво залежить від вологості. Потенційний вплив на довкілля великою мірою залежить від фізико-хімічних характеристик відходів, насамперед від вологості та складу. Для порівняльного аналізу досліджувані відходи (суміш первинних відходів паперового виробництва й осаду в рівних масових частках) було піддано термічному обробленню кількома наявними методами (що використовуються під час термічного оброблення інших видів відходів): спалюванням у обертовій печі, спалюванням у колосниковому сміттєспалювальному апараті та плазмовим плавленням. Кожне обладнання мало однакову мінімальну конфігурацію системи газоочищення. Екологічні показники оброблення відходів визначено експериментально. Виміряно концентрації найпоширеніших забруднювачів, що викидаються в атмосферу: дрібних частинок (пилу), оксидів азоту, оксиду вуглецю, діоксиду сірки та хлороводню. Спалювання в обертовій печі мало перевищення граничних значень викидів за пилом і оксидом вуглецю, концентрація хлороводню була близькою до граничної. Для оксидів азоту та діоксиду сірки перевищення граничних значень не спостерігалося. Колосниковий сміттєспалювальний апарат забезпечував перевищення концентрацій за всіма виміряними речовинами, крім оксидів азоту. Найбільше перевищення спостерігалося за пилом і оксидом вуглецю (у 7–8 разів). Під час використання плазмового плавлення автори виміряли перевищення граничної концентрації лише для оксидів азоту. Отримані дані свідчать, що з погляду екологічних показників найкращим методом спалювання відходів переробки паперу серед проаналізованих є плазмове плавлення. Крім того, можна припустити, що мінімальної системи газоочищення для таких сміттєспалювальних установок недостатньо для ефективного уловлювання забруднювачів.The paper deals with processing the waste generated in paper recycling: initial waste of paper mill and sludge after wastewater treatment. The authors have analyzed characteristics of the waste of paper recycling generated in paper recycling plant near Kyiv (Ukraine): calorific value, moisture and ash content. The heating value of waste of paper recycling range from 6.5 to 24 kJ/kg and significantly depends on moisture content. Potential environmental impact depends largely on the physical and chemical characteristics of the waste, first of all on humidity and composition. For comparative analysis, investigated waste (a mixture of initial waste of paper mill and sludge, equal weights) has been thermally processed by several existing methods (used in thermal processing of other waste types): incineration in rotary kiln, incineration in grate incinerator and plasma melting. Each equipment had the same minimal gas cleaning system configuration. The environmental performance of waste processing was experimentally identified. The concentrations of the most common pollutants emitted into the air were measured: fine particles (dust), nitrogen oxides, carbon monoxide, sulfur dioxide and hydrogen chloride. Incineration in rotary kiln had over-limit emissions for dust and carbon monoxide, hydrogen chloride concentration was close to the limit. For nitrogen oxides and sulfur dioxide limit excess was not observed. Grate incinerator provided over-limit concentrations for all measured substances except nitrogen oxides. The greatest excess was observed for dust and carbon monoxide (7-8 times). When using plasma melting the authors have measured over-limit concentration only for nitrogen oxides. The data received indicate that regarding to environmental performance the best incineration method for recycling paper waste among those analyzed is plasma melting. Besides, one can assume that minimal gas cleaning system for such incinerators is not enough to capture pollutants effectively.