14. Depon Pep i Sljake

Динко Кнежевић: „Одлагање индустријског отпада“, скрипта, верзија 1.1

1

14. ОДЛАГАЊЕ ПЕПЕЛА И ШЉАКЕ ИЗ ТЕРМОЕЛЕКТРАНА НА УГАЉ Угаљ, као енергетски извор је обележио економски и политички развој Европе у 19. и 20. веку. На почетку 21. века енергија из угља чини 36 % укупно произведене енергије у Европи и појединачно је најзначајнији енергетски извор [Euracoal, 2003.]. Производња угља у појединим европским државама у 2002.г. и процентуално учешће угља у производњи електричне струје дата је у табели 14.1.

Табела 14.1. Производња угља у Европи у 2002.г.

Држава

Камени угаљ,

милиона тона

Лигнит, милиона тона

Укупно, милиона тона

Учешће угља у производњи струје у 2001.

(%) Аустрија - 1,4 1,4 10,9 Босна и Херцеговина - 7,9 7,9 Бугарска 3,3 23,1 26,4 46,2 Чешка 14,5 48,9 63,4 71,6 Француска 1,5 0,1 1,6 5,4 Грчка - 70,8 70,8 66,0 Мађарска 0,6 13,4 14,0 24,7 Македонија - 8,6 8,6 Немачка 29,2 181,8 211 50,4 Пољска 102,1 58,2 160,3 90,1 Румунија 3,0 27,4 30,4 36,5 Словачка - 3,4 3,4 18,7 Словенија - 4,7 4,7 33,8 Србија - 32,0 32,0 66,1 Шпанија 13,8 8,6 22,4 29,6 Турска 2,2 59,0 61,2 31,4 Велика Британија 30,0 - 30,0 34,1 Укупно 200,2 549,3 749,5

Очигледно је да Србија спада међу европске државе код којих угаљ представља превладавајући енергетски извор. Практична потврда за ову констатацију добије се и ако се сагледа производња електричне енергије у


2

2007. години током које је у Србији (без Косова и Метохије) произведено 38.978 GWh електричне енергије од чега 27.545 GWh у термоелектранама на угаљ [Бошковић, 2008]. Односно, више од 74% струје се добива сагоревањем угља. Од укупно годишње произведеног угља у Србији у термоелектранама се сагори 96%, док се преостали део пласира, као сушени и класирани угаљ, у индустрији и тзв. широкој потрошњи [Игњатовић, 2001.] Да ће се овакав тренд одржавати и у годинама које предстоје показују и расположиве резерве лигнита приказане у табели 14.2.

Табела 14.2. Резерве лигнита у најзначајнијим басенима у Србији

Угљени басен

Експлоатабилне резерве, милиона

тона

Геолошке резерве, милиона тона

Искоришћене резерве, %

Косово 8.170 10.490 2,7 Колубара 2.573 3.635 21 Метохија 1.551 2.730 Костолац 635 1.569 14 Ковин 190 240 Укупно 13.119 18.664

Један од проблема који прати производњу електричне енергије из угља јесте проблем тзв. „енергетског отпада“. Под изразом “енергетски отпад” подразумевају се пепео и шљака који настају као несагориви и несагорели остаци при сагоревању угља и отпад (најчешће гипс) који се добија одсумпоравањем димних гасова. Количине енергетског отпада које се, у свету, годишње издвајају прелазе количину од милијарду тона. При томе, пепео и шљака се карактеришу као инертни, опасни и неопасни отпад, док се гипс сврстава у неопасни отпад. На нашим просторима као енергетски отпад појављују се само пепео и шљака јер ни једна термоелектрана још нема изграђен систем за одсумпоравање (очекује се да ће први систем бити изграђен на новој термоелектрани »Колубара – Б« или при изградњи трећег блока на ТЕ


3

»Никола Тесла Б«). Ако се домаћа пракса сагледа у духу препорука Европске заједнице [EC, 2000] и одредби домаћег „Закона о управљању отпадом“ [„Службени гласник РС“, бр. 36/2009] везаних за хијерархију у поступању са отпадом лако се све своди на последњу групу – сигурно депоновање. Од око 7.000.000 тона пепела и шљаке који се годишње издвоје користи се једва око 600.000 тона, и то највећим делом (око 80 %) за израду ободних насипа око властитих депонија. Према подацима са почетка осамдесетих релативне годишње количине пепела и шљаке прерачунате на површину и број становника дате су у табели 14.3. [Доуша, 1982.] Табела 14.3. Релативне количине пепела и шљаке у неким државама

Држава Количине пепела и шљаке прерачунате на површину, t/km2 становништво, t/st

Пољска 97,6 0,80 Канада 0,53 0,21 Немачка 88,3 0,38 Италија 4,0 0,02 Холандија 19,1 0,05 Бугарска 93,7 1,16 СССР 5,3 0,42 Велика Британија 53,3 0,22 САД 6,7 0,25 Индија 12,2 0,05 ЧССР 152,3 1,22 Јапан 11,7 0,04

У истом периоду у тадашњој СФРЈ произведено је 43 t/km2, односно 0,46 тона по становнику пепела и шљаке [Бранковић, 1991.] Променом граница на територији Србије и Црне Горе остали су значајни термоенергетски капацитети па је почетком деведетих у девет термоелектрана произвођено 7.370.000 тона пепела и шљаке годишње или прерачунато: 72,25 t/km2, односно 0,70 t/st. [Кнежевић, 1995.]. Током прошлих година процењује се да је у Србији, без Косова и Метохије, издвојено око 5 милиона тона пепела што даје приближно исте релативне


4

показатеље. Дакле, по релативним показатељима продукције пепела Србија се налази у, неславном, светском врху. 14.1. Порекло и настанак пепела Угаљ је минерална сировина сачињена од чврсте (органска и неорганска минерална материја), течне (вода) и гасовите (волатили) фазе. Односно, угаљ је могуће поделити на сагорљиви и несагољиви део. Сагорљиви део чини чврста органска супстанца и волативи, а несагорљиви део чине влага и пепео. Шематски приказ састава угља приказан је на слици 14.1.

Укупна маса

Осушена маса Сагорљива маса Органска маса

A C H O N S W

C-fix

кокс испарљиво влага Слика 14.1. Шематски приказ састава угља

Пепео је јалова минерална материја која се у угљу појављује као сингенетски, епигенетски и случајни минерални уклопци. Сингенетски пепео је настао у време акумулације биљног материјала у базенима и у стадијуму дијагенезе тресета, а епигенетски после формирања угљеног слоја, излучивањем минерала у прслине и међупросторе угљеног слоја. Минерали који су се на овај начин сјединили с угљем су углавном кварц, пирит, маркасит, лимонит, сидерит, кречњак, доломит, лискун, калцит идр. Случајни минерални уклопци који се налазе у ровном угљу су


5

последица рударске експлоатације при којој се уз угаљ захватају и јалови минерални прослојци, односно делови подине и повлате [Томанец, 2000].

Слика 14.2. Изглед пепела под електронским микроскопом

Хемичари пепео дефинишу као чврсти несагориви остатак који остаје након жарења угља. У индустријској пракси под појмом "пепео" подразумева се чврсти несагориви остатак који се издваја при сагоревању угља у котловима термоелектрана и топлана. При томе се, по месту издвајања, разликује више врста "пепела". У термоелектранама које примењују класични систем сагоревања спрашеног (уситњеног) угља разлику су:

• шљака (енглески: bottom ash), најкрупнији несагориви остатак сагоревања који се издваја на дну котла,

• котловски пепео (енглески: boiler ash), крупније класе које се из котла издвајају заједно са димним гасовима, али се на путу до електрофилтера гравитацијски таложе и издвајају испод канала димног гаса и испод загрејача ваздуха, и


6

• електрофилтерски или летећи пепео (енглески: fly ash), најситније класе које се из котла издвајају са димним гасовима, а издвајање из струје димних гасова се врши електростатичком сепарацијом у електрофилтерима.

У термоелектранама које сагоревање угља врше у флуидизациономслоју издваја се тзв. слојни пепео (енглески: bed ash) који чини мешавину претходно наведених врста. Са аспекта депоновања битна је подела на шљаку и пепео. При томе, пепео чини мешавину котловског и електрофилтерског пепела. Шљака се издваја због својих специфичних карактеристика, посебно крупноће и брзине таложења, које битно утичу на избор система транспорта. 14.2. Врсте пепела Разноврсне су поделе пепела. Често цитирана класификација дели пепео на "киселе" и "базичне" [Милосављевић, 1974, Брзаковић, 1971]. Кисели пепели настају сагоревањем камених угљева, а базични мрких и лигнита. По хемијском саставу код киселих пепела преовладавају SiO2 (30-50%) и Al2O3 (15-35%), док код базичних основну компоненту чини CaO (креће се у границама од 20-50%). Пепели се често додају цементу с обзиром да је одавно забележена њихова пуцоланска активност1. Са тог становишта, RILEM комитет (TC 67-FAB) је поделио пепео на четири типа [Рогић, 1991]. То су :

• тип I: кисели пепели са садржајем SiO2 изнад 50% и великом пуцоланском активношћу.

1 Пуцолани су алумо-силикатне материје изразито киселог карактера које саме по себи немају хидрауличких особина, али које у присуству воде и креча дају стабилне и у води нерастворне материје


7

• тип II: алумосиликатни пепели са нижим учешћем SiO2 (40-50%) уз Al2O3 (17-25%), Fe2O3 (8-12%) и CaO (9-22%) као основним компонентама; ови пепели су пуцоланско активни

• тип III: базични пепели са високим учешћем CaO (40-46%) и учешћем слободног и активног CaO до 10%; од осталих компонената најзначајнији су оксиди алуминијума и гвожђа (6 – 8 %) док је учешће SiO2 веома подређено (2-5%); ови пепели немају пуцоланске активности.

• тип IV: високо сулфатни и високо-базични пепели са учешћем SO3 (изнад 26%) и CaO (више од 33% од чега активног CaO има изнад 23 %);учешће SiO2 је ниже него код базичних пепела; ови пепели немају никаква пуцоланска својства.

Американци (ASTM C 618) су према хемијском саставу, односно пуцоланској активности пепеле поделили у две класе – Ц и Ф. Пепели класе Ц (одговарају типу II) су пуцолански активни и код њих је збирно учешће SiO2, Al2O3 и Fe2O3 између 50 и 70%, док су пепели класе Ф (одговарају типу I) превладава учешће силицијума и алуминијума, док је учешће калцијума подређено и они су пепели са високом пуцоланском активношћу. У руској литератури [Пантелеев, 1985, Мелентјев, 1978] најчешће се сусреће класификација начињена у УралВТИ "Ф.Е.Џержински". Ова класификација је настала на бази хемијског састава пепела, односно на бази учешћа CaO. Класификација је приказана на слици 14.3.


8

ПЕПЕО И ШЉАКА Хемијска својства

I II III АКТИВНИ СЛАБОАКТИВНИ ИНЕРТНИ

Показатељи квалитета материјала

Мо 0,5-2,8 0,1-0,5 < 0,1 Мс 1,5-7,8 1,4-3,6 1,3-3,2 K 1,0-3,6 0,5-1,5 0,4-0,9

Самоочвршћавајући материјали

Очвршћавање уз адитиве

Инертни материјали

Облик CaO,

%

CaOук 20-60 5-20 0,5-5 CaOслоб 0-30 0-2 0,1 CaOсулф 0,5-9 0,2-2 0,1-

1,6 ΔCaO 15-45 5-15 0-5

МО = CaO+MgO/SiO2+Al2O3 MS = SiO2/Al2O3

K = CaO+MgO+Al2O3/SiO2+MnO

Слика 14.3. Класификација пепела према УралВТИ "Ф.Е.Џержински" Пољаци су извршили поделу на свом гранском удружењу (ознака BN-79/6722-09) [Hycnar, 1985]. Подела је вишеструка и полази од основне поделе на пепео и шљаку, потом се на бази хемијског састава пепели деле на силикатне, глиновите и кречњачке да би се подела наставила на бази гранулометријског састава и губитка жарењем. Шљаке се деле у зависности од места и начина издвајања, те на бази крупноће и губитака при жарењу. На слици 14.4. дата је подела пепела онако како су то урадили у Пољској.


9

ПОДЕЛА ПЕПЕЛА И ШЉАКЕ НАСТАЛИХ СПАЉИВАЊЕМ УГЉА

ЛЕТЕЋИ ПЕПЕО ШЉАКА МЕШАВИНА ТИПОВИ ЛЕТЕЋЕГ ПЕПЕЛА ТИПОВИ ШЉАКЕ ТИПОВИ МЕШАВИНЕ из каменог из мрког из каменог из мрког из кам. из мрк. угља "ПК" угља "ПБ" угља "ЗК" угља "ЗБ" уг."МК" уг"МБ" силикатни

"к" глиновити "г"

кречњачки "w"

SiO2 >40 >40 >30 Al2O3 <30 >30 <30 CaO <10 <10 >10 SO3 <4 <3 >3 АСОРТИМАН ЛЕТЕЋЕГ ПЕПЕЛА АСОРТИМАН ШЉАКЕ СИТАН СРЕДЊИ КРУПАН

СИТНА СРЕДЊА КРУПНА

"I" "II" "III" Одсев на ситу од 63-71 μm, % масе величина зрна, mm <30 30-50 >50 <4 4-31,5 >31,5 КВАЛИТЕТ ЛЕТЕЋЕГ ПЕПЕЛА

КВАЛИТЕТ ШЉАКЕ

"1" "2" "3" "1" "2" "3" губитак жарењем, % губитак жарењем, % <5 5-10 >10 <10 10-30 >30

Слика 14.4. Пољска класификација пепела и шљаке Тежећи да поделу пепела прилагоди локалним приликама Рударски институт - Београд је издвојио три врсте пепела: силикатни, калцијски и силикатно-калцијски [Грбовић, 1986]. Подела је извршена на бази разлика у хемијском и минералошком саставу пепела и његовом различитом понашању при контакту и транспорту са водом. Силикатни пепели су


10

потпуно инертни, учешће калцијума је потпуно подређено, а основна компонента у хемијској грађи је SiO2, а у минералном саставу уз аморфну масу јавља се мулит, калцит, кварц, хематит и др. [Кнежевић, 1988]. Типични представник силикатног типа су пепели који се издвајају у термоелектранама које сагоревају лигнит из Колубарског и Костолачког угљеног басена. Калцијски пепели су изразито реактивни у контакту са водом, што је последица високог учешћа калцијума у хемијској грађи. У минералошком погледу поред слободног CaO, у грађи учествују анхидрит, гехленит, кварц и др. [Грбовић, 1990.] Типичан калцијски тип пепела се издваја на термоелектрани Гацко. Силикатно-калцијски тип пепела има у грађи и SiO2 и CaO, али је њихово учешће умереније и у приближном међусобном односу 1:1. [Кнежевић, 1996.] У минералном погледу уз слободни CaO јавља се анхидрит, гехленит, портландит, али и кварц, калцит и мулит. Мешовити силикатно-калцијски тип се сусреће на косовским термоелектранама. У контакту са водом силикатни пепели су потпуно инертни, таложе се релативно брзо уз издвајање површинског слоја бистре воде. Калцијски пепели веома бурно реагују са водом, активне компоненте реагују са водом мењајући минерални састав оквашеног пепела у односу на полазни суви и везујући значајне количине додате воде. Силикатно- калцијски такође реагују са водом мењајући минерални састав, али је реакције много успоренија, а добијени производ постојанији. Пепео и шљака настали сагоревањем угља с природно повишеном радиоактивношћу називају се ТЕНОРМ – технички обогаћен природни радиоактивни материјал (technically enhanced naturally occurring radioactive material). Због могућности да угрози околину са таквим материјалом се поступа као са опасним отпадом. У Србији нема о0ве врсте пепела, па самим тим ни депонија таквог материјала.


11

14.3. Карактеристике пепела 14.3.1. Хемијски састав Силикатна анализа пепела који се издваја на термоелектранама са подручја Србије и Црне горе приказан је у табели 14.4. [Кнежевић, 1996/2]. Резултати приказани у табели 14.4. показују да су код силицијских пепела основне компоненте у хемијском саставу оксиди силицијума и алуминијума, док су код силицијско-калцијских то оксиди силицијума и калцијума. Табела 14.4. Силикатна анализа пепела који се издвајају на термоелектрана у Србији и Црној Гори Басен Колубарски Костолачки Пљеваљски Косовски Врста пепела Силикатни Силикатно-

калцијски

Терм

оеле

ктрана

Никола

Тесла А

Никола

Тесла Б

Колубара

Костолац

А

Костолац

Б Пљевља,

леж

. Боровица

Пљевља-

леж

. По-

трлица

Косово А

Косово Б

SiO2 55,4 56,2 53,8 50,4 53,7 57,2 16,6 26,4 31,1 Al2O3 24,9 24,5 25,7 24,4 21,1 24,1 9,8 7,9 5,7 Fe2O3 8,6 9,0 7,4 9,7 9,9 3,9 7,9 6,0 7,1 CaO 4,6 5,2 4,3 8,6 9,2 7,6 54,7 44,7 37,4 MgO 2,1 2,0 1,7 4,2 3,6 1,8 0,8 4,3 3,8 TiO2 1,1 0,8 0,6 0,9 0,9 0,7 0,4 SO3 1,4 1,1 1,1 0,9 1,6 8,5 8,8 11,8 Na2O 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,9 1,0 1,6 K2O 1,8 0,9 1,1 0,5 0,4 2,4 0,4 0,5 P2O5 0,1 0,1 0,1 0,2 0,2 0,1 0,3 У тријангуларни дијаграм, приказан на слици 14.5., уцртани су, по хемијском саставу пепели са простора бивше СРЈ. Лако је уочљиво подручје у којима се налазе пепели из обе групе.


12

102030405060708090100

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

100

90

80

70

60

50

40

30

20

10

SiO 2 + A l2O 3 Fe2O 3 + R

CaO + MgO

12

3

4

2017

18

19

2122

169 1112

15

14 710

1365

824

23

Легенда:1-4. ТЕ "Косово-А", 5–7. ТЕ "Никола Тесла-А", 8-11. ТЕ "Костолац-Б", 12-14. ТЕ "Колубара-А", 15. ТЕ "Пљевља", 16. ТЕ "Морава", 17-22. ТЕ "Косово-Б", 23. ТЕ "Никола Тесла-Б" 24. Пепео који настаје сагоревањем угља из поља Тамнава-Запад (ТЕ "Колубара-Б")

Слика 14.5. Триангуларни дијаграм пепела термоелектрана из бивше СФРЈ

Разлике у хемијском саставу пепела и шљаке могу се уочити из резултата датих у табели 14.5. Табела 14.5. Упоредна анализа хемијског састава шљаке и пепела Врста пепела

Силикатни пепео (Никола Тесла-Б)

Калцијски пепео (Гацко)

Силикатно-калцијски пепео (Косово-Б)

Компо-ненте пепео шљака пепео шљака пепео шљака

SiO2 , % 56,51 53,28 8,08 18,12 29,5 - 32,1 57,1 - 63,7 Al2O3, % 22,52 19,11 6,69 2,65 5,1 - 6,5 8,2 - 9,8 Fe2O3, % 6,82 5,60 2,00 4,59 6,3 - 8,4 5,5 - 7,6 CaO, % 7,46 6,08 66,25 56,25 35,4 - 40,0 11,3 - 16,5 MgO, % 2,61 2,10 3,50 4,38 3,6 - 4,0 2,9 - 3,6 MnO, % 0,19 0,16 0,2 - 0,3 0,05 - 0,1 K2O, % 1,36 0,96 0,5 1,32 0,5 - 0,6 0,7 - 1,2 Na2O, % 0,46 0,43 0,32 0,51 1,5 - 1,7 1,6 - 2,3 SO3, % 0,27 0,25 7,91 10,11 11,0 - 12,5 2,2 - 3,5 губ.жар.% 1,46 11,51 3,17 1,21 3,3 - 4,3 6,9 - 12,7 Код све три групе показују се разлике у хемијском саставу пепела и шљаке. Код силикатних пепела учешће свих компоненти из силикатне анализе више је код пепела него код шљаке. Најизразитија је разлика код губитка


13

жарењем које је готово 8 пута више код шљаке него код пепела. Очигледно је да се несагорели угаљ издваја на дну котла заједно са шљаком. Код калцијских пепела у саставу пепела су заступљенији оксиди алуминијума и калцијума, док су сви остали заступљенији код шљаке. Овде је интересантно да је и губитак жарења већи код пепела него код шљаке. Код силикатно-калцијске врсте изразита разлика постоји у садржају оксида силицијума (двоструко више у шљаци у односу на пепео), калцијума (троструко више у пепелу него у шљаци) и сумпора (четвероструко више учешће у пепелу него у шљаци). Губитак жарењем је 3 пута виши код шљаке негокод пепела. 14.3.2. Гранулометријски састав Табела 14.6. Гранулометријски састав пепела и шљаке Класа крупноће, mm

Силикатни пепео (Никола Тесла-Б)

Калцијски пепео (Гацко)

Силикатно-калцијски пепео

(Косово-Б) пепео шљака пепео шљака пепео шљака

+9 8,2 -9+5 1,1 2,0 -5+3,3 2,3 2,0 -3,3+1,4 9,0 11,4 10,7 -1,4+0,833 9,6 26,1 36,5 -0,833+0,417 1,8 28,0 18,5 2,5 44,3 -0,417+0,208 4,3 36,2 20,8 35 3,1 -0,208+0,147 16,7 0,9 -0,208+0,104 1,3 7,6 20,2 -0,147+0,104 14,5 7,8 0,7 -0,104+0 3,9 11,6 1,5 -0,104+0,074 11,2 6,3 0,5 -0,074+0,053 8,7 7,8 4,8 -0,053+0,037 5,7 10,2 5,3 -0,037+0 37,2 68,9 58,6


14

Евидентна је разлика у крупноћи између пепела и шљаке. Пепео је изразито ситнији и веома ретко се појављују зрна крупнија од 0,5 mm. Најзаступљенија је класа -0,037+0 mm. Најкрупнији су пепели из групе силикатних, а најситнији пепели из групе калцијских.

Слика 14.6. Пепео: лево са ТЕ Никола Тесла Б, десно са ТЕ Костолац А Код шљаке се појављују и зрна крупнија од 9 mm, а учешће зрна ситнијих од 0,208 mm је занемарљиво мало. Обично су најзаступљеније класе између 3,3 и 0,208 mm.

Слика 14.7. Шљака: лево са ТЕ Никола Тесла Б, десно са ТЕ Костолац А 14.3.3. Минералошки састав, У зависности од врсте пепела мења се и минералошки састав. Код силикатних пепела превладава аморфна фаза (деградирана глина и


15

стаклене перле), а од кристалних фаза присутни су калцит, кварц, слободни CaO, мање количине анхидрита, фелдспата из групе плагиокласа и мелилитског минерала типа гехленита итд. Код сувих силикатно-калцијских присутни су анхидрит, калцијум оксид, портландит, гехленит, периклас, калцит, кварц, жисмондит и гетит, а после реакције са водом тоберморит, етрингит, портландит, анхидрит, калцит, гипс, калцијумоксид, кварц, браунмилерит, периклас. Код сувих калцијских пепела превладавају анхидрит и слободни CaO. 14.3.4. Густина Силикатни пепели имају најмању густину (око 2.100 kg/m3), силикатно- калцијски око 2.400 kg/m3, а код калцијских до 3.000 kg/m3. Сагласно густини мењају се и насипна и запреминска маса/густина. Код силикатних насипна је око 550 kg/m3, а запреминска око 750 kg/m3, док је код силикатно калцијских и калцијских за око 30 % више вредности. Густина шљаке је незнатно нижа од густине пепела. 14.3.5. Влажност Код пепела је око нуле, док је влажност шљаке изнад 50%. 14.3.6. Кохезија и угао унутрашњег трења Силикатни пепели не показују кохезију (C=0), док је код силикатно-калцијских и калцијских после контакта са водом кохезија изнад 40 kN/m2. Угао унутрашњег трења код силикатних пепела је између 28 и 30 степени, док је код калцијских и силикатно-калцијских угао нижи и износи између 22 и 24 степена. 14.3.7. Водопропустљивост Пепели се сматрају добро водопропустљивим материјалима. У зависности од начина депоновања коефицијент водопропустљивости има ред величине 10-5 – 10-6 m/s.


16

14.4. Условљеност технологије депоновања и врсте пепела Веза између врсте пепела и технологије транспорта и депоновања дата је на слици 14.8.

Слика 14.8. Веза између врсте пепела и технологије депоновања

На слици 14.8 су размотрена три основна система у технолошком процесу депоновања пепела:

• унутрашњи транспорт, односно систем прикупљања пепела и шљаке унутар главног производног објекта термоелектране (ГПО),

• спољашњи транспорт, односно систем транспорта пепела и шљаке од термоелектране до депоније, и

• депоновање, односно завршни корак унутар којег се прикупљени и транспортовани пепео и шљака безбедно депонују на посебно одабраном и припремљеном терену.


17

Унутрашњи транспорт. Евидентно је да силицијски и силицијско-калцијски пепели могу да се унутар ГПО транспортују хидраулички или пнеуматско-хидраулички, док се код калцијских пепела приоритетно захтева примена сувог, пнеуматског система транспорта. Код калцијских пепела приоритетно се намеће примена методе спонтане солидификације на депонији па би, углавном, неконтролисано мешање пепела и воде унутар ГПО могло компромитовати услове спонтаног очвршћавања. Спољашњи транспорт. Овај систем је у великој мери зависан од тога како је разрешен унутрашњи транспорт. Ако је унутар ГПО дошло до мешање воде са пепелом и шљаком тада је спољашњи транспорт потпуно дефинисан и своди се на хидраулички. Ако се пак као унутрашњи примени суви, пнеуматски транспорт тада се пружа могућност избора најподеснијег вида спољашњег транспорта, суво - механички и пнеуматски и мокро - хидраулички. Депоновање. Суви и механички спољашњи транспорт диктирају услове сувог депоновања и формирања суве депоније. Примена хидрауличког транспорта у основи нуди две могућности: депоновање у виду ретке хидромешавие и у виду густе хидромешавине. Ретка хидромешавина подразумева неконтролисано коришћење воде тако да је однос између количине чврсте (пепео и шљака) и течне фазе (вода) варира од 1:8 до 1:15. Оваква хидромешавина захтева веома захтевну и контролисану депонију велике површине и запремине. Насупрот томе могућа је и примена депоновања у виду густе хидромешавине. Однос чврсте и течне фазе је приближно 1:1. Ова хидромешавина омогућава једноставније депоновање на битно мањој површини. Постоје и могућности да се ретка хидромешавина згусне пре депоновања, али је технологија згушњавања и руковања са тако припремљеном хидромешавином прилично компликована. 14.5. Транаспорт и депоновање пепела Транспорт и депоновање пепела може се вршити:

• сувим поступцима (механички, пнеуматски), и


18

• мокрим поступцима (хидраулички). 14.5.1. Транспорт и депоновање сувог пепела Суви поступци подразумевају механички транспорт:

• камионима, различите изведбе и капацитета, и • транспортним тракама, класичним – покривеним и отвореним или

затвореним (пајп конвејори) Остали начини механичког и/или цикличног транспорта углавном се не користе. На слици 14.9. приказани су камиони за транспорт овлаженог пепела. То могу бити камиони са приколицама и цистерне. Приколица ових камиона има посебно урађену цераду за прекривање утовареног пепела у фази транспорта. По утовару церада се механички навлачи на приколицу, а по доласку на место истовара церада се на исти начин отвара (најчешће у облику хармонике).

Камиони за транспорт овлаженог пепела и/или шљаке

Цистерне за превоз сувог пепела

Слика 14.9. Камиони за транспорт пепела Транспортне траке се користе чешће за транспорт шљаке него пепела. Разлози за то су повезани са проблемима око спречавања аерозагађења околине. На слици 14.10 приказане су траке за транспорт шљаке на ТЕ „Угљевик“, а на слици 14.11 на ТЕ „Никола Тесла Б“. Уз траке на


19

транспортном мосту виде се цевоводи за пнеуматски транспорт пепела од места издвајања у термоелектрани до силоса.

Слика 14.10. Транспортне траке за превоз шљаке и цевоводи за

унутрашњи пнеуматски транспорт пепела (снимак са ТЕ „Угљевик“)

Слика 14.11. Траке за транспорт шљаке (снимак са ТЕ „Никола Тесла Б“)

У свим случајевима када се примењује механички транспорт пре утовара у транспортно средство потребно је обавити квашење или влажење пепела. За то се најчешће користе пелетир тањири и хоризонтални мешачи различите изведбе. Степен влажења зависи од карактеристика пепела и расположиве воде но најчешће се влажност креће у границама од 10 до 30%. На слици 14.12. дате су шеме и фотографије различитих уређаја за квашење пепела.


20

Једноосовински мешач

Двоосовински мешач

Двоосовински мешач (инсталисан на ТЕ „Угљевик“)

Пелетир тањири Слика 14.12. Различити типови мешача за квашење пепела


21

Најкритичнија фаза при сувом манипулисању са пепелом коришћењем механичких транспортних средстава јесте фаза истовара на депонији. Због временског трајања циклуса транспорта често се дешава да се (недовољно наквашени) пепео осуши што узрокује прашење ширег простора око места истакања (слика 14.13).

Слика 14.13. Прашење пепела у фази истовара на депонију


22

Пнеуматски транспорт пепела на веће удаљености се не практикује због велике потрошње енергије и због великог прашења у фази истовара на депонију. 14.5.2. Транспорт и депоновање пепеле и шљаке у облику хидромешавине (пулпе) Мокро или хидрауличко депоновање пепела подразумева да се пре спољашњег транспорта пепео додаје у воду и после краткотрајног мешања да се у облику хидромешавине транспортују до депоније где се различитим методама истачу. При овом виду манипулације јављају се два основна начина:

• транспорт и депоновање у виду ретке хидромешавине, и • транспорт и депоновање у виду густе хидромешавине.

Ретка хидромешавина углавном подразумева да је однос вода : пепео = 10:1 или је учешће воде још више. Ово је веома конфоран систем рада јер не захтева посебну технолошку дисциплину, бригу и аутоматизацију, али је трошење воде и енергије веома нерационално уз много проблема при одржавање статичке и еколошке стабилности депоније. На нашим просторима ово се сматрају старим и превазиђеним системима. Рационализација система се врши тако што се ободни насипи око депоније граде од класираног пепела и шљаке коришћењем хидроциклона, а депоновање унутар акумулационог простора се врши преко спигота. Густа хидромешавина подразумева да је однос воде и пепела приближно 1:1, односно да је тај однос строго контролисан. Ови системи подразумевају строгу технолошку дисциплину и увођење високо софистицираног система аутоматске регулације густине. На нашим просторима се ово сматрају савременим и прихватљивим системима. Израда ободних насипа се најчешће обавља слободним нагуравањем претходно депонованог пепела (тзв. "зечји насипи"), а истакање хидромешавине унутар тако створеног акумулационог простора се врши слободним истакањем кроз један или више независних истакача.


23

Слика 14.14. Изглед млаза на истицању из цевовода: лево – вода, у средини – ретка хидромешавина, десно – густа хидромешавина

14.5.2.1. Депоновање слободним истакањем хидромешавине Овај вид депоновања подразумева слободно истакање хидромешавине у унапред припремљени акумулациони простор. Технолошки је најпростији вид депоновања. Мана му је што се на месту где хидромешавина пада из цеви (истакача) на депонију јавља "кратер" великог пречника па често може да угрози стабилност насипа са којег се врши депоновање. Величини кратера посебно доприноси висина са које хидромешавина пада на претходно депоновани материјал. Наиме, пошто се истакачка цев монтира на унапред припремљени акумулациони простор то је висина истакача у односу на депоновани материјал равна висини ободног насипа са којег се врши истакање. Данас се слободно истакање среће углавном код густе хидромешавине. На слици 14.15 приказано је истакање ретке хидромешавине (лако се уочава кратер на месту истакања), а на слици 14.16 густе хидромешавине.


24

Слика 14.15. Истакање ретке хидромешавине (детаља са депоније пепела ТЕ "Костолац Б")

Слика 14.16. Истакање густе хидромешавине

(детаљ са депоније пепела ТЕ "Косово Б")


25

14.5.2.2. Депоновање преко спигота Најпростија варијанта спиготског истакања хидромешавине је када се магистрални цевовод избуши на приближно једнаком растојању тако да хидромешавина излази кроз више „истакача“ (рупа) малог пречника уместо кроз једну цев истог пречника као и магистрални цевовод. Истакањем хидромешавине кроз више „рупа“, на малом међусобном растојању, доприноси да се велики део површине уз насип (односно положај магистралног цевовода) налази потпуно наквашено (аерозагађење је јефтино и ефикасно онемогућено) уз широку и добру сегрегацију материјала по крупноћи. Наиме, отварањем великог броја „рупа“ смањује се излазна брзина хидромешавине из магистралног цевовода тако да се таложење најкрупнијих зрна обавља одмах по истицању из цеви уз остваривање лако уочљивог (видљивог) нагиба депоније од насипа (цевовода) у смеру отицања. Постиже се нагиб реда величине 1:50. На овај начин се постижу предуслови за повремено померање цевовода са „истакачима“ на виши ниво уз континуалну надградњу депоније без потребе да се посебно изграђују ободни или преградни насипи на депонији. При томе долази и до бољег међусобног слагања („паковања“) крупнијих и ситнијих зрна што доприноси бољој збијености и геотехничкој стабилности депоније. Наменски пројектовани и израђени спигот представља систем цеви сложених у облику „чешља“ са више „зубаца“. Зупци на чешљу си симетрично распоређени у односу на везну цев којом се спиготски чешаљ повезује са магистралним цевоводом. Овакав распоред показује да чешаљ увек има паран број истакача (зубаца). Непаран број истакача се избегава јер би један од истакача имао привилеговани положај ближе оси везне цеви па би расподела хидромешавине на истакаче била неравномерна. Основ доброг рада оваквог спиготског чешља лежи у (приближно) равномерној расподели долазне количине хидромешавине. Да би се то остварило после сваког спигота врши се смањење пречника цеви, односно тежи се задржавању исте брзине таложења у свим деловима спиготског чешља, као и у магистралном цевоводу. Да се не би реметио ток унутар магистралног цевовода површина попречног пресека свих истакача треба


26

да буде једнака површини попречног транспортера магистралног цевовода. Из практичних (финансијских) разлога број зубаца на чешљу је најчешће 4 или 6. Цртеж дела спигота приказан је на слици 14.17, а фотографија спигота на депонији пепела ТЕ "Никола Тесла Б" на слици 14.18.

Слика 14.17. Цртеж једне стране спигота

Слика 14.18. Спиготи у раду на депонији пепела ТЕ "Никола Тесла Б"


27

14.5.2.3. Израда насипа од ретке хидромешавине коришћењем хидроциклона Ретка хидромешавина подразумева да је акумулациони простор формиран пре него што почне истакање хидромешавине. Најпре се то радило од материјала из позајмишта (дробљени камен из каменолома, шљунак и песак), а потом је примењен систем као на флотацијским јаловиштима, а он подразумева класирање пепела у хидроциклонима како би се одвојила (крупнија) класа крупноће подесна за израду ободних насипа. Проблем који се при томе јавља јесте веома разређена хидромешавина, односно неодговарајући однос пепела и воде на излазу из термоелектране. Зато је ту примењен систем двостепеног хидроциклонирања. У првом степену примењује се хидроциклон - згушњивач са задатком да одвоји максималну количину воде и најситнијих (муљевитих честица), а у другом степену се користи класични хидроциклон - класификатор који издваја фракцију подесну за израду насипа. На слици 14.19. приказана је технолошка шема двоструког хидроциклонирања примењена на депонијама пепела ТЕ "Никола Тесла А" и "Костолац А и Б".

Слика 14.19. Технолошка шема израде насипа хидроциклонима


28

Слика 14.20. Примарна хидроциклонска станица (детаљ са депоније пепела ТЕ "Костолац А и Б")

Слика 14.21. Секундарни хидроциклон за израду насипа

(детаљ са депоније пепела ТЕ "Никола Тесла А")


29

Слика 14.22. Секундарни хидроциклон у раду (детаљ са ТЕНТ- Б)

У ситуацији када је количина хидромешавине на улазу велика граде се тзв. дуплекс хидроциклонске станице на којима се пристигла количина хидромешавине дели на два примарна хидроциклона који снабдевају згуснутом хидромешавином два секундарна хидроциклона. Технолошка шема такве дуплекс хидроциклонске станице приказана је на слици 14.23, а фотографије такве станице на сликама 14.24. и 14. 25.

Слика 14.23. Технолошка шема дуплекс хидроциклонске станице


30

Слика 14.24. Фотографија дуплекс хидроциклонске станице

(детаљ са депоније пепела ТЕ "Никола Тесла Б")

Слика 14.25. Дуплекс хидроциклонска станица, поглед на примарне

хидроциклоне На слици 14.26. приказан је ободни насип изграђен хидроциклонирањем пепела и шљаке.


31

Слика 14.26. Израда ободног насипа помоћу хидроциклона

(детаљ са депоније пепела ТЕ „Никола Тесла Б“)

Слика 14.27. Песак хидроциклона од којег се прави ободни насип

(детаљ са ТЕ Никола Тесла Б) 14.5.2.4. Депоновање густе хидромешавине Депоновање густе хидромешавине се остварује на више начина. На слици 14.28 приказана је технолошка шема дисконтинуалне припреме и депоновања густе хидромешавине. Шема је примењена на депонији "Дражљево" коју је својевремно користила ТЕ "Гацко". Због велике


32

геодетске разлике између локације термоелектране и депоније (више од 200 m) транспорт пепела се обављао камион-цистернама. Група од шест камион-цистерни се повезивало на један кондиционер где се густа хидромешавина припремала. Пре почетка убацивања пепела у кондиционер би се додала потребна количина воде. После мешања од 2-3 минута хидромешавина густина изнад 1500 kg/m3 (однос пепео : вода = 1:1) би се наизменично истакала у више малих касета.

Слика 14.28. Технолошка шема дисконтинуалне припреме и депоновања

густе хидромешавине (детаљ са ТЕ "Гацко")

Континуална припрема и депоновање густе хидромешавине подразумева постојање силоса за прихват сувог пепела и овлажене шљаке. Силос се користи за континуално дозирање потребних количина пепела у кондицинер. Истовремено се у кондиционер додаје и вода до успостављања заданог односа. Количине доданог пепела и воде, као и постигнута густина се континуално мере и регулишу. Технолошка шема припреме хидромешавине на ТЕ "Косово Б" приказана је на слици 14.29.


33

Слика 14.29. Технолошка шема припреме густе хидромешавине на ТЕ

"Косово Б"

Иглед силоса за шљаку и пепео и распоред опреме за припрему хидромешавине велике густине, део пројекта са ТЕ "Никола Тесла Б" приказан је на слици 14.30, а изграђени на фотографији, слика 14.31.


34

Слика 14.30. Део пројекта са силосима за шљаку и пепео и опремом за припрему густе хидромешавине (детаљ са ТЕ "Никола Тесла Б")

Слика 14.31. Спољашњи изглед бетонских силоса за шљаку: лево,

квадратни облик и за пепео у средини и десно, кружни облик (детаљ са ТЕ "Никола Тесла Б")


35

У случајевима када је формирана густина сувише велика да се не може транспортовати центрифугалним муљним пумпама примењују се клипне пумпе. Технолошка шема припреме густе хидромешавине (изнад 1600 kg/m3) примењена на аустралијског термоелектрани "Велс поинт" (“Vales Point”) приказан је на слици 14.32 [Bunn, 1993]. На нашим просторима још није примењен ни један систем у којем се транспорт обавља клипним пумпама.

Слика 14.32. Технолошка шема постројења за транспорт густе хидромешавине пепела на ТЕ “Vales Point” (Аустралија)

Густа хидромешавина могућава да се при депоновању користи способност пепела да дође до спонтане солидификације, као специфичног и веома пожељног стања депонованог пепела и шљаке. 14.6. Солидификација пепела Очвршћавање (или солидификација) као начин да се фино уситњени материјал укрупни и преведе у технолошки и еколошки стабилан облик је познат метод у светској науци и пракси. Познато је више десетина начина


36

остваривања очвршћавања. Све методе су подељене у шест основних група [Santhanam, 1991]:

1. стабилизација на бази додавања креча или цемента (додавањем креча и/или цемента добија се веома постојана маса)

2. стабилизација на бази самоочвршћавања (у контролисаним условима користе се природне особине отпадног материјала)

3. стабилизација на бази додавања силиката (додају се силика гел и цемент - погодни за анорганске отпаде са ниским учешћем тешких метала)

4. стабилизација на бази термопластичне импрегнације (користи се асфалт, битумен, парафин, полиетилен итд.)

5. стабилизација на бази импрегнације органским полимерима (користи се уреа-формалдехид за полимеризацију углавном нуклеарног отпада)

6. стабилизација на бази анорганске преципитације (користе се фери јони - Na2Fe3(SO4)2(OH)6 i Na2Fe(SO4)2(OH).3H2O )

У светској пракси комерцијалну примену су доживеле методе из прве групе - стабилизација на бази додавања креча или цемента. Највише су примењене за очвршћавање нуклеарног и хазардног отпада [Santhanam, 1991]. Нуклеарни отпад [Плећаш, 1991] помешан са цементом се ставља у бурад (пластичну или металну) или се одлаже у плитко ископани ров (најчешће се комбинује и једно и друго) и остави док потпуно не очврсне. Очвршћавање нуклеарног отпада је нашло велику примену због високе чврстине, ниске излуживости опасних елемената, задржавања стабилне форме у дугом временском периоду, незапаљивости и др. Очвршћавање пепела додавањем адитива није нашло ширу примену. Разлог, вероватно, лежи у ограниченом и малом негативном утицају на околину и великим трошковима које такав процес носи, посебно у погледу количина пепела које треба превести у чврсто стање.

Пољски научници [Kmiecik, патент] су развили метод очвршћавања пепела додавањем неког од адитива: CaO, CaCl2 .H2O, KNO3, NaHSO4 i KHSO4. У односу на масу пепела учешће ових адитива је око 7,5 %. Пепео


37

са доданим везивима се меша са водом у масеном односу 1:1 (када се транспортује као хидромешавина) или 3:1 (када се транспортује као паста). Временом долази до очвршћавања (најдаље за 10 дана) при чему формирана маса показује водопропустљивост не већу од 1 x 10-6 m/s и јачину на притисак не мању од 0,3 MPa. Овај систем депоновања је доживео полуиндустријску примену на ТЕ "Лагиша" (Пољска) при чему је депоновање вршено у откопане просторе оближње рударске јаме [Hycnar 1985]. Релативно брзо очвршћавање, добра геомеханичка својства и отсуство воде сврстали су очврсли пепео у добар материјал за запуњавање откопаних рударских јама.

Истраживачи Рударског института [Бранковић, 1991] су истраживали услове солидификације силикатног пепела из ТЕ "Костолац-Б" употребом креча и бентонита. Добијени су позитивни резултати у случају када је учешће адитива било 5, односно 10 %. Примера самоочвршћавања пепела на простору где је одложен има више. Превладавају примери спонтаног самоочвршћавања у неконтролисаним условима. Такво је самоочвршћавање пепела енергане "Вискозе" из Лознице [Кнежевић, 1989]. Пепео се у облику ретке хидромешавине (Ч:Т-1:10) транспортује на депонију и слободно истаче унутар претходно формираног акумулационог простора. Након кратког избистравања вода прелива у нижу касету где се додатно избистрава да би одатле била преко ободног канала одведена у реку Дрину. Присутни активни CaO из пепела реагује са водом и осталим компонентама из грађе пепела и CO2 из ваздуха и прелази у очврслу стенску масу. Очвршћавање тече споро уз нерационалну потрошњу воде и енергије за њен транспорт. Спонтано самоочвршћавање сусреће се и на хидрауличкој депонији пепела ТЕ Косово-А. Пепео и шљака се хидраулички транспортују у виду веома ретке пулпе (Ч:Т-1:15) до радне касете. Избистрена вода прелива у нижу касету и поново се враћа у процес. Честим изменама радне касете омогућава се очвршћавање кашасте масе. Очвршћавање је споро и постиже се тек након потпуног престанка депоновања на тој касети.


38

Потрошња воде је знатно већа него што је потребно, тако да се формира таложно језеро које угрожава стабилност депоније и околне воде. Веома чисто спонтано очвршћавање забележено је на естонској термоелектрани "Естонскаја ГРЕС" где се пепео помешан са водом у односу 1:10-1:20 одлаже на депонију величине 600 ha. Одлагање је фронтално уз релативно брзо одвођење замућене воде (1-2 дана) у другу депонију (површине око 300 ha) на додатно избистравање. Изменом места истакања делови депоније остају ван таложног језера и тада очвршћавају. Испод воде маса је кашаста. Спонтано самоочвршћавање, али у мањку воде запажа се на депонији пепела ТЕ "Какањ" у Ћатићима. Наиме, пепео се након влажења (w=10-20 %) транспортује жичаром и одлаже са унутрашње стране ободног насипа. Уз пепео се одлаже и овлажена шљака. Користећи присутну воду и воду од падавина присутни калцијум оксид реагује и ствара очврсли пепео. Очвршћавање није униформно због различитих услова у погледу садржаја воде. Када се уз пепео депонује и шљака (најчешће се шљака користи као додатак цементу) и у време падавина самоочвршћавање је интензивије него када се у сушном периоду одлаже само пепео. Примери контролисаног самоочвршћавања су веома ретки. На депонији пепела ТЕ "Гацко" примењена је оригинална технологија контролисаног самоочвршћавања [Грбовић, 1986]. У грађи пепела ТЕ „Гацко“ превладава CaO (66-90 %) с тим што је учешће слободног CaO od 12 do 49 %. CaO потиче из лапорца који се као интерслојна јаловина експлоатише и сагорева заједно са угљем. Након уситњавања и сагоревања лапорац се разлаже на CaO који иде са пепелом и CO2 који као гас одлази кроз димњак. Технологија самоочвршћавања је тако конципирана да се контролисаним додавањем воде, добрим мешањем и депоновањем у танким слојевима изврши реверзибилна хемијска реакција, односно да се дође до CaCO3. Процес карбонатизације је хемијски представљен на следећи начин: CaO + H2O = Ca(OH)2 + toplota Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O + toplota


39

Карбонатизација је основни процес [Грбовић, Кнежевић, Рогић]. Даље се хидратација наставља, но због веома подређеног учешћа соли алуминијума, гвожђа и сумпора даљи ток хидратације нема битног утицаја на карактеристике очврслог материјала. Због високог учешћа слободног CaO процес је егзотерман и доводи до пораста температуре до 96о C. Како је процес карбонатизације нестабилан при повишеним температурама то је безводна очврсла маса подложна распадању ако се потопи у воду пре него што се температура спусти на температуру околине. Ово је доказ да је карбонатизација главни процес очвршћавања. Међутим, како чврстоћа депоноване масе расте са временом то је евидентно да је присутна и хидратација. Потврду да је хидратација присутна даје и повишена температура воде унутар депоноване масе (до 55о C) на дубини од 5-10 m и без присуства ваздуха. Применом ове технологије депоновања аерозагађење околине је потпуно спречено, а како се сва вода хемијски веже у кратком временском периоду то није забележено ни загађење вода. Пошто све остаје унутар депоније не бележи се ни загађење околног земљишта. У литератури која се бави очвршћавањем минералних материја [Minnick, 1971, Šauman, 1975, Diffenbach, 1991 и др.] налазе се радови у којима се процес проучава са аспекта добијања комерцијалног производа, а не са аспекта депоновања. Амерички научник Миник (Minick) је проучавао процес хидратације пепела из осам термоелектрана којима је додавао везиво - креч набављен као стандардни трговачки производ од пет произвођача. Однос креча и пепела је дефинисао као 1:2. Мешавина је измешана на суво, потом је тој мешавини додавана вода уз ручно мешање у трајању од 5 минута, односно док се добије једнородна мешавина. Од сваке смеше су у калупима прављени узорци за даља испитивања. Након детаљних испитивања констатовано је да је реакција пепела, креча и воде веома сложена не само услед тога што је могућ велики број реакција већ и зато што постоји разноликост производа потенцијалних реакција (нарочито у случају хидратације алумината и силиката и комбинација које могу да настану). Миник је приказао следеће хемијске реакције уз напомену да је то само мањи део реакција које могу да се одигравају:


40

a) CaO + H2O = Ca(OH)2 + toplota b) CaO + H2O + CO2 = CaCO3 + H2O + toplota c) Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O + toplota d) Ca(OH)2 + SiO2 + H2O = x CaO y SiO2 z H2O e) Ca(OH)2 + Al2O3 + H2O = x CaO y Al2O3 z H2O f) Ca(OH)2 + Al2O3 + SiO2 + H2O=xCaO yAl2O3 zSiO2 wH2O g) Ca(OH)2+SO3+Al2O3+H2O=xCaO yAl2O3 zCaSO4 wH2O Анализе су показале да се присутни CaO влажењем хидратише (реакција под а) у врло кратком временском периоду градећи Ca(OH)2 који је веома употребљив за реакцију са осталим компонентама из пепела. Анализе насталих једињења су потврдиле да међу цементним минералима треба тражити минерале из групе тоберморита и етрингит (реакције под ф и г). Руски аутори [Пантелеев, 1985, Мелентјев, 1978] који су изучавали процес очвршћавања пепела и шљаке констатовали су да је због сложености састава систем веома тешко изучити па су предност дали простијим изучавањима индивидуалних саставних фаза. Наиме, у саставу шљаке и пепела бележи се присуство и до 40 минерала. Они с различитим брзинама ступају у реакцију са водом образујући производе хидратације и хидролизе различитог састава. Улога појединих минерала у стварању јачине структуре је различита. Виноградов [Пантелеев, 1985] је дао шему хидрауличке активности пепела и шљаке. По тој шеми, која се јавља при обради са топлом водом и у присуству активатора, редослед стварања једињења је следећи: трикалцијумсиликат алумоферит калцијума β модификација двокалцијум силиката базно стакло шљаке кисело стакло шљаке мелилит γ модификација двокалцијум силиката мервинит монтичелит


41

анортит ранкинит псеудоволастонит фајлит пироксен. Трикалцијум (3CaO SiO2 - алит) и β-дикалцијум (β-2CaO SиO2 - белит) силикат су главна једињења силикатног система. Алит је у реакцији са водом веома активан и поседује способност брзог очвршћавања. У нормалним условима хидролиза алита је много бржа од хидролизе белита. Више од 50% алита хидролизује у првих 24 часа реакције, док за исту количину белита треба 180 сати [Пантелеев, 1985]. Хидролиза алита и белита се може представити на следећи начин: 2Ca3SiO5+6H2O = Ca3Si2O7 3H2O + 3Ca(OH)2 2Ca2SiO4+4H2O = Ca3Si2O7 3,3H2O + 0,7Ca(OH)2 При узајамном дејству са водом зрна белита се током првих дана мењају веома мало, вода се засићава јонима калцијума и добија базни карактер са pH вредношћу између 11,5-12,5. Како белит очвршћава споро то се његова јачина повећава током наредних неколико година. Трикалцијум алуминат (3CaO Al2O3) има највећу растворљивост и најбрже хидролизује. При нормалној температури у засићеном воденом раствору хидроксида калцијума и сулфата калцијума хидролизује образујући трисулфатни облик хидросулфоалумината калцијума: 3CaO Al2O3+3CaSO4 2H2O+2H2O = 3CaO Al2O3 3CaSO4+31H2O Природни минерал оваквог састава назива се етрингит. При ниским концентрацијама калцијум хидроксида и калцијум сулфата образује се једносулфатни облик 3CaO Al2O3 CaSO4 12H2O. Брзина очвршћавања трикалцијумалумината је велика, али је чврстина очврснутог производа слаба.


42

Калцијумалуминат (CaO.Al2O3) брзо хидролизује и даје производ велике чврстоће. Већ након 12-13 часова од почетка реакције јављају се кристали хидроалумината калцијума. Метасиликат калцијума (CaO SиO2) се јавља у виду нискотемпературне β модификације (воластонит) и високотемпературне а модификације (параволастонит). Температура преласка једне у другу фазу је 1125о C. Воластонит не поседује хидратациону активност, док је активност параволастонита веома слаба. У присуству активатора (калцијум оксид, гипс) јављају се слаба везујућа својства. Процеси и производи хидролизе алумоферита и калцијум ферита су веома мало изучени. Тетракалцијум алумоферит (4CaO Al2O3 Fe2O3), браунмилерит, поседује високу хидролизујућу активност. Браунмилерит релативно брзо реагује, али споро отврдњава повећавајући јачину с временом. Дикалцијум ферит (2CaO*Fe2O3) хидролизује успорено. У 28-дневном процесу хидролизује скоро стопроцентно формирајући 4CaO Fe2O3 13H2O. Анхидрит (CaSO4) је познат као растворан и нерастворан. Растворни анхидрит има α и β модификацију. Хидратација α и β полихидрата завршава за 30-40 минута потпуном прекристализацијом. Као производ хидратације јављају се игличасти кристали гипса (CaSO4 2H2O). Калцијум оксид (CaO) је најједноставнија везујућа материја која узајамно дејствује са водом. Очвршћавање калцијум оксида засновано је на реакцији која се спроводи одвођењем топлоте и повећањем запремине воде [Пантелеев, 1985]. Растворљивост калцијум хидроксида се смањује са повећањем температуре. Процес хидратације калцијум оксида тече доста успорено и може изазвати деформације система који је већ у процесу очвршћавања или већ очврслог система. Слободни магнезијум оксид, у високо калцијумским пепелима достиже учешће од 2-4%, може да се нађе у активној и мало активној форми. Активни магнезијум оксид лако дејствује са водом, а мање активни


43

(периклас) дејствује успорено и изазива погоршање квалитета везујућих материја. Брзина хидролизе, као и код оксида калцијума, зависи од величине кристала. Ситнодисперзни оксиди хидролизују у року од 1-2 сата, а крупни кристали хидролизују више часова. 14.7. Утицај депонија пепела на загађење околине и мере заштите Проблематика сигурног депоновања може се разматрати са два аспекта – техничког и еколошког. Оваква подела је у сагласности и са препорукама међународног комитета за високе бране – ICOLD [ICOLD 74, 1989] који код свих брана и насипа стабилност разматра као геотехничку и еколошку. Међусобна повезаност овако разматране стабилности је тако блиска да сваки вид геотехничке нестабилност угрожава еколошку и обрнуто. С еколошке тачке гледишта основни проблеми везани за депоније пепела вежу се за:

• загађење ваздуха, • загађење вода, површинских и подземних, и • загађење земљишта.

Слика 14.33. Пијавица коју ветар прави на депонији пепела

(снимак са депоније пепела ТЕ „Никола Тесла Б“)


44

Побољшање услова за еколошки и геотехнички стабилно депоновање енергетског отпада може се разматрати кроз три групе мера за заштиту:

• смањење извора загађења, • као претходне мере заштите, и • као накнадне мере заштите.

14.7.1. Смањење извора загађења Смањење извора загађења са депонија подразумева активности које Европска заједница карактерише као “превентивно смањење количине отпада« и »рециклажа отпада«. За депоније пепела и шљаке ове активности су:

- селективно откопавање угља, - чишћење угља пре сагоревања, - повећање ефикасности опреме за сагоревање угља, и - налажење потенцијалних корисника пепела.

У прва два случаја ради о рударским радовима и активностима, те је, сагласно томе, јасно да “произвођачи” пепела и шљаке (термоелектране на угаљ) немају директног утицаја. Међутим, као корисници угља могу и треба да учествују и у дефинисању и планирању и тих радова. Повећање ефикасности опреме за сагоревање и налажење потенцијалних корисника пепела представљају активности које директно зависе од термоелектране и њене организованости.

14.7.1.1. Селективно откопавање

Селективно откопавање је светска рударска реалност и њена доследна примена у домаћим условима је неопходна. На примеру квалитета угља из лежишта Тамнава – Западно поље (табела 14.7) у зависности од селективности откопавања може се сагледати значај селективног откопавања на околину [Тамнава, 1986].


45

Табела 14.7. Учешће пепела у угљу са поља Тамнава – Запад у зависности од селективности експлоатације

Доњи топлотни

ефекат угља, kJ/kg

Откопавање са захватањем прослојака јаловине до 0,5 m

Откопавање са захватањем прослојака јаловине до 1,0 m

Маса,% Пепео,% Маса,% Пепео,%

< 1200 - - 13,58 41,95 1200-1400 15,95 29,6 18,81 33,92 1400-1600 24,09 24,4 29,35 25,83 1600-1800 42,44 18,1 29,2 19,20

> 1800 17,51 11,0 9,06 12,80 Укупно/ просечно 100,00 18,8 100,00 24,60

Дакле, захватањем прослојака дебљине 1,0 m количина пепела је за готово једну трећину већа него када се захватају само прослојци мање дебљине од 0,5 m. Сагласно повећању маса које треба депоновати треба очекивати и повећање негативног утицаја депонованог пепела на окружење.

Разуме се, смањење селективности не представља хир рудара већ последицу организационих, експлоатационих и економских проблема. Упркос свему, важно је проблем сагледати у свим сегментима па реалном, инжењерском, анализом доћи до закључка да ли је исплативије (расположива) средства уложити у селективно откопавање угља или у додатно одржавање опреме за сагоревање и накнадне мере за заштиту окружења. Процењује се да би увођење селектривног откопавања на угљенокопима Колубаре, Костолца и Косова смањило укупне количине пепела и шљаке за више од милион тона. Колико је то значајна количина може се видети из поређења по којем ту количину пепела годишње издваја ТЕ “Костолац-Б” (снаге око 700 МW). Осим користи коју би термоелектране имале смањењем количина отпада издвајање ових јалових прослојака, који пролазе кроз котлове термоелектране без икакаве шансе да се искористе, битно смањује радни век и поскупљује одржавање опреме за уситњавање и сагоревање.


46

14.7.1.2. Чишћење угља По нашој традицији ископани угаљ се након дробљења и просејавања упућује на сагоревање у термоелектрану (класа крупноће –30+0 mm). Тиме се разграничава зона деловања рудника и термоелектране. Односно, сагорева се оно што рудник упути без обзира на квалитет. Финансијски ефекти које би рудник имао да шаље квалитетнији угаљ од просечног (уговореног) су безначајни, као и пенали који се плаћају ако се испоручује угаљ слабијег квалитета тако да рудници нису финансијски мотивисани да приступе чишћењу угља који се сагорева у термоелектранама. Ваља напоменути да је дуго година владао принцип по којем се лигнити који се масовно сагоревају у термоелектранама не чисте, већ се на сагоревање шаље и међупроизвод процеса чишћења угља у којем количина пепела прелази 42 %. Колика се разлика може очекивати, у погледу учешћа пепела, види се из резултата датих у табели 14.8. Резултати чишћења угља из сложених слојева лежишта Тамнава (данас се тај угаљ води као ванбилансне резерве) приказани су у табели 14.8. [Грбовић, 1997]. Табела 14.8. Биланс чишћења угља Тамнава

Производ Маса, %

Влага, %

Пепео, %

ДТЕ, kJ/kg

Расподела, % Пепео Топлота

Ровни угаљ 100,0 42,6 32,4 4612 100,0 100,0 Чист угаљ 46,7 43,1 20,0 8420 28,8 85,3 Јаловина 53,3 42,3 43,3 1276 71,2 14,7

Чишћењем и повећањем топлотне вредности угља смањује се и учешће пепела што треба битно да допринесе смањењу извора загађења. Технологија и, посебно, опрема за чишћење угља је последњих година значајно унапређена. Развијене земље чисте све врсте угљева. Млађи угљеви (лигнити, мрки) се чисте поступцима гравитацијске концентрације у машинама таложницама, спиралама и хидроциклонима у води и тешкој средини. За старије угљеве (камени, антрацит) се поред гравитацијске


47

користе и поступци флотацијске концентрације. Може се констатовати да постоји широка лепеза техника и машина за чишћење свих врста и квалитета угљева. Једноставније методе, прихватљиве за чишћење великих количина угља, су јефтине, али од њих се може очекивати само да уклоне невезану (тзв. интерслојну) јаловину која упркос селективном откопавању стиже до термоелектране. Комбиновањем процеса селективног откопавања и чишћења угља могуће је извор загађења осетно умањити, а тиме и битно унапредити заштиту окружења око депонија пепела. У условима када се откопавање угља не врши селективно (као што је данас случај код нас) чишћење једноставним и јефтиним методама је једини начин да се количина потенцијално загађујућег енергетског отпада смањи. Процењује се да би се чишћењем угља (без селективног откопавања) количина пепела и шљаке смањила за око милион тона годишње, а комбиновањем селективног откопавања и чишћења и преко 1,5 милион тона. Остаје примедба да и јаловину из процеса чишћења угља треба негде депоновати, али сазнање да је то природна минерална сировина која није претрпела температурне трансформације у великој мери упрошћава мере заштите, односно смањује негативно дејство на окружење. 14.7.1.3. Хомогенизација угљева пре сагоревања Због редовне појаве да се код лежишта лигнита у угљеној серији налази велики број прослојака јаловине (често мале моћности и различитог положаја) с једне стране, и крупних машина континуираног дејства за масовну производњу (углавном роторних багера са великим пречницима радног точка) са друге стране, домети селективног рада су често ограничени, па хомогенизација угља тј. мешање угља бољег и лошијег квалитета у циљу добијања задовољавајућег излазног квалитета представља најчешће и једину могућност за усаглашавање интереса копова и термоелектрана.


48

Коришћење ровног угља квалитета испод договореног могуће је и ако се уведе систем чишћења. Међутим, проблем је у количинама које треба прерадити (очистити) и у проблемима са онечишћеном водом које остаје као нуспроизвод процеса чишћења. Употреба сувих метода чишћења није подесна због великих капацитета угља и малих јединичних капацитета машина које се могу користити. Уз то, ниска ефикасност практично елимише суве методе чишћења лигнита пре ложења у термоелектранама. Као подесно решење за боље коришћење расположивих природних ресурса и повољнију еколошку ситуацију јавља се процес хомогенизације угљева. Хомогенизовањем угља ће се постићи значајни еколошки ефекти јер ће се уједначити и количина чврстог отпада па ће се оптималним коришћењем опреме за скупљање и отпрему опреме на депоновање побољшати и стање животне средине. 14.7.1.4. Коришћење пепела и шљаке као секундарних сировина Од 7 милиона тона пепела и шљаке који се годишње издвоје на нашим термоелектранама свега око 600.000 тона се користи и од тога већи део за израду насипа око самих депонија. Дакле, процентуално се мање од 10% пепела користи као секундарна минерална сировина. У литератури се не може наћи податак колико се пепела у свету користи као секундарна сировина, али подаци из тридесетак земаља које се сврставају у највеће потрошаче угља (САД, Русија, Индија, Кина, Немачка, Чешка итд.) показују да се годишње користи од 20 до 100 % произведеног пепела. По правилу, у земљама које произведу велике количине пепела (више од 10 милиона тона) проценат коришћења је између 15-30 %, док је код земаља које имају од 1 до 2 милиона тона проценат коришћења иде и до 100%. Пепео и шљака се најчешће користе у путоградњи за израду различитих насипа и слојева, као јефтин материјал за попуњавање различитих рупа, удубљења и депресија (укључујући и рударске јаме и копове), као додатак при производњи цемента, за израду грађевинских блокова итд.


49

Коришћење пепела као секундарне сировине на овим просторима и даље има тежину академских дискусија и убеђивања. Све је јасно, сви се слажу да пепео треба депоновати, страна искуства су добро проучена, али се пепео само спорадично користи. Ако се изузме коришћење пепела као материјала за израду ободних насипа (до 500.000 t/god) онда се годишње корисно употреби мање од 100.000 t пепела (укупно испод 10 %). Решења вероватно нису у домену техничке применљивости и воље индустрије да пепео прихвате као сировину већ више у сфери комплексних друштвених и државних разумевања и навика [Нешић, 1995]. Изградњом система за одсумпоравање димних гасова на термоелектрани “Колубара-Б” појавиће се и гипс (зове се и “енерго гипс”) као нуспроизвод процеса одсумпоравања. Процењује се да ће се годишње на овој електрани издвајати око 50.000 тона. У светској пракси овај гипс се масовно користи у грађевинарству као замена за гипс који се добија рударским путем, за производњу “гипс-картонских” плоча итд., а на нашем тржишту постоји мањак гипса и производа од гипса те се процењује да се све количине могу валоризивати. Известан проблем чини неусклађеност између периода када се енерго гипс највише производи и када се највише користи. Наиме, термоелектране раде са нејвећим интензитетом током зимских месеци када је за грађевинарство “мртва” сезона, а у периоду када се грађевински радови најинтензивније обављају термоелектране се мање користе, односно обављају годишње ремонте и припреме за зимску сезону. Изградњом постројења за одсумпоравање на другим термоелектранама појавиће се вишак енерго гипса па је, већ данас, потребно почети са изналажењем могућности за његово коришћење. 14.7.2. Претходне мере заштите Претходне мере заштите могу веома ефикасно утицај на околину да сведу на минимум, а да при томе улагања буду незнатно виша него када се овај вид заштите не предвиђа. Ова група заштитних мера се базира на инжењерским решењима и сагледавањима, али се не може остварити без шире подршке не само друштвене заједнице, популације из окружења већ


50

и инжењера са рудника. Претходне мере заштите подразумевају следеће активности:

• избор рационалне технологије транспорта и депоновања, • оптимизација величине депоније, • избор одговарајуће локације за формирање депоније, • припрема простора за депоновање.

14.7.2.1. Избор рационалне технологије депоновања Дуги низ година није се посвећивала посебна пажња условима депоновања нити је оно прилагођавано карактеристикама материјала који се депонује и захтевима окружења, већ се доследно пресликавала технологија коју је, за сопствене потребе, развио најповољнији инострани понуђач. Тако је већина наших електрана стартовала са проблемима који носи циклус транспорта и депоновања пепела. Тек је промена друштвених односа и развој свести о нужности очувања околине довела до веће заинтересованости свих за смањење негативних утицаја депонија на окружење. Једна од првих ствари која је при томе разматрана јесте прилагођавање технологије депоновања карактеристикама пепела (у првом реду хемијском, минералошком и гранулометријском саставу) и специфичностима окружења (климатским, геотехничким, хидролошким). Развијен је и двосмерни модел разматрања технологије депоновања. По том моделу равноправно се разматрају услови депоновања и карактеристике пепела, а сагласно њиховим (обједињеним) карактеристикама бира се начин и услови транспорта и технологија депоновања. Прва потпуно успешна рационализација технологије депоновања забележена је на термоелектрани “Косово-Б” [Кнежевић, 1998]. Сагоревањем лигнита из оближњих копова добија се пепео силицијско-калцијског типа. Повољан хемијски и минерални састав је искоришћен за примену технологије транспорта у виду густе хидромешавине са очвршћавањем депонованог пепела. Поред повољног састава услов за појаву спонтаног очвршћавања јесте мешање пепела и воде у одговарајућем масеном односу.


51

Централни уређај у склопу целокупног технолошког процеса је кондиционер. У њему започиње мешање честица пепела и воде, односно припрема хидромешавине. Као технолошка вода се користи отпадна вода коју термоелектрана, након пречишћавања, испушта у реку Ситницу. Захватање воде се врши преко посебно израђеног водозахвата, одакле се пумпама транспортује до кондицонера. Пепео се, из постојећих силоса, гравитацијски уводи у кондиционер. Након троминутног мешања, мешавина се, муљним пумпама кроз пластични цевовод, транспортује на депонију. Депоновање се обавља у касетама. Укупно има шест касета, а место депоновања се мења свакодневно. На овај начин се обезбеђује време потребно да депонована маса очврсне. Након три (до пет) дана у касету улази булдозер који нагуравањем депонованог пепела прави наредни насип (висине око 0,5 m) и тако обезбеђује акумулациони простор за ново депоновање. Анализа утрошка електричне енергије и поређење се старим (механичким) системом показао је да је уштеда веома значајна јер је потрошња смањена за 4-6 пута [Марковић, 1997]. У еколошком погледу предности су евидентне – аерозагађење је потпуно спречено, таложног језера и слободне воде нема па тиме ни загађења површинских вода. Контрола површинских и подземних вода у окружењу депоније показује да нема битних разлика у њиховом квалитету пре почетка хидрауличког депоновања и данас када тај систем егзистира [Кнежевић, 1998/2]. На позитивном примеру рационалног депоновања пепела са термоелектране “Косово-Б” разрађује се и технологија депоновања енергетског отпада на новој српској термоелектрани “Колубара-Б”. Новина коју носи рационализација на овој термоелектрани везана је за коришћење откопаних простора на оближњем копу “Тамнава – западно поље” за формирање депоније енергетског отпaда (пепео, шљака и гипс из постројења за одсумпоравање).


52

14.7.2.2. Оптимизација величине депоније

Величина депоније подразумева анализу два параметра – заузету површину и достигнуту висину депоније. Оптимизација величине депоније може се разматрати као мера смањења извора загађења, али се може разматрати и као сегмент рационализације технологије депоновања. У првом случају, спречава се истовремено коришћење целокупног простора планираног за смештај пепела за сво време рада термоелектране. Успешно смањење активног простора за депоновање изведено је на више наших депонија. На термоелектрани “Никола Тесла – А” простор површине од око 382 ha је издељен у три касете површине од око 130 ha и уведен је радни режим по којем је само једна касета активна (радна касета), једна представља резерву за превазилажење могућих хаваријских ситуација (на њој је остављен извесни слободни акумулациони простор, али се предузимају све мере заштите као да није у употреби), а трећа је потпуно ван употреба (временски у наредних 6 до 10 година). Оваквим радним режимом 2/3 заузетог простора је затрављено, а као могући извор загађења остаје 1/3 површине [Кнежевић, 1982]. Мањи простор омогућава ефикаснију и економичнију експлоатацију и заштиту. Лоша страна оваквог рада је предимензионисаност активног простора који је последица примене неодговарајуће технологије транспорта. Наиме, ако се као параметар за димензионисање узме само количина пепела (у овом случају 250 - 300 t/h) онда је и простор од око 50 ha задовољавајући, али рад са ретком хидромешавином (однос Ч:Т = 1:10 – 1:25) захтева додатно ангажовање још најмање 50 ha како би се обезбедио простор за избистравање вишка воде и обезбедио одговарајући положај таложног језера у односу на насип (дакле, обезбедила хидротехничка и геотехничка стабилност).

У табели 14.9 дате су препоруке руских стручњака везане за величину (исказану преко површине) депоније пепела у зависности од годишње продукције пепела [Мелентјев, 1978].


53

Табела 14.9. Препоручена површина депонија у зависности од количина пепела и шљаке Количина пепела и шљаке, t/g Површина депоније, ha Мање од 100.000 10 – 80 100.000 – 500.000 20 – 200 500.000 – 1.000.000 60 – 300 1.000.000 – 1.500.000 100 – 400 Више од 1.500.000 200 – 500

Евидентан је велики распон у препорученој површини. Анализом 200 депонија у бившем СССР дошло до сазнања да се само 5 % налази у оквиру предложених норми, док остале заузимају већу површину. Други случај предвиђа анализирање величине депоније као сегмент рационализације процеса транспорта и депоновања. Прилагођавањем депоновања карактеристикама пепела и простора на којем се депонија формира могуће је активну површину за депоновање додатно смањити. Добар показатељ је депонија у кругу ТЕ “Косово-Б”. За депоновање око 130 t/h пепела било је довољно заузимање површине од око 7 ha. Ако би се исти метод обезбедио на депонији ТЕ “Никола Тесла-А” тада би активни део њене депоније требало да заузима око 16 ha. Разуме се овако директно пресликавање није коректно јер зависи од карактеристика пепела и простора на којем се депонује, али сликовито илуструје нерационалност у дефинисању процеса транспорта и депоновања. Проблем рационализације висине депоније није само технички већ и урбанистички. Остаје чињеница да превлада техничко мишљење чиме се додатно потенцира нерационално изабрана локација. Када је у питању висина ту је недоследност главна одлика процеса пројектовања и одлучивања. У два просторно блиска случаја (ТЕ “Никола Тесла-А”, Обреновац и ТЕ “Колубара-Б”, Каленић) се примењују два критеријума – без ваљаног или прихватљивог објашњења. У првом случају (ТЕ “Никола Тесла-А”, Обреновац), депонија лоцирана у равници се надграђује 37 m (постаје највеће брдо у окружењу), а у другом на сличном рељефу којег већ надвисују рударска одлагалишта висина депоније се ограничава на 10 m (чиме постаје најмање вештачко брдо у окружењу).


54

14.7.2.3. Избор локације

Избор локације може се разматрати и као почетна мера за смањење негативног утицаја депонија на окружење. Нажалост, локација готово свих данашњих депонија је у супротности са свим познатим, и у свету давно прихваћеним, факторима за избор локације. Тако нам се депоније налазе непосредно поред насељених места, поред водотокова, на правцу дувања ветрова, поред инфраструктурних објеката итд. Може се констатовати да су до сада постојала само опредељења да се пепео депонује на деградираном слободном простору угљенокопа. Најдаље се отишло са депонијама ТЕ »Косово-Б«, ТЕ „Гацко“ и ТЕ „Костолац Б“ чије депоније су лоцирана унутар простора копа »Добро Село«, односно „Грачаница“ (слика 14.34) и „Ћириковац“ (слика 14.35). Остаје као повољно опредељење да се депоније лоцирају на слободним просторима унутрашњих одлагалишта најближих површинских копова. Полазећи од тога опредељења, рационализација технологије транспорта и депоновања добија на још већем значају. Требало би афирмисати започете радове и опредељења тако да се нове депоније не могу формирати ван контура површинских копова, а да се технологија транспорта и депоновања мора довести на највиши ниво рационалности.

Слика 14.34. Депонија пепела ТЕ “Гацко” лоцирана унутар копа

“Грачаница”


55

Слика 14.35. Депонија пепела ТЕ “Костолац Б” унутар откопаног

простора напуштеног површинског копа “Ћириковац”

14.7.2.4. Припрема простора за депоновање Припрема простора за депоновање пре почетка експлоатације депоније је неопходна предрадња ако се жели унапредити квалитет подземних вода на простора око депоније. Припреме подразумевају хидроизоловање подине и унутрашњих (бочних) страна депоније. Према документима Европске заједнице депоније отпадног материјала треба изоловати тако да коефицијент водопропустљивости буде најмање 10-7 (за инертни отпад), односно 10-9 m/s (за хазардни отпад). Светска пракса показује да је коришћење пластичних фолија у комбинацији са глиновитим материјалима који се ваде из локалних позајмишта најповољније. Шездестих и седамдесетих година су облагане само мале депоније (површине испод 30 ха), али се у последњих петнаестак година бележе бројни примери облагања великих површина [EPA, 1997]. Када су у питању депоније пепела на нашим просторима фолије су коришћене у једном делу депоније ТЕ “Колубара-А”,на депонији ТЕ “Гацко” и ТЕ „Костолац Б“ (слике 14.34 и 14.35). Утицај фолија на квалитетнију средину је евидентно позитиван. Код нас се бележе и други покушаји држање простора депоније у изолованом стању у односу на


56

подземље. На депонији ТЕ “Косово-Б” решење је нађено у лоцирању депоније на простору у чијој подини су различите врсте глина моћности преко 300 m, најновија касета депоније пепела енергане “Вискозе” из Лознице је обложена глином из оближњег рудника (радови обављени 1991.г.), а на простору копа Тамнава-Запад решење предвиђа насипање слоја коповске откривке, дебљине 10-25 m пре постављања фолије. Лоцирање на природним изолаторима спада у домен рационалног избора локације депоније и треба га подржати, као и наношење свих природних материјала који могу да чине баријеру контаминацији подземља. Код свих наношења материјала из позајмишта треба тежити минимизацији маса које се наносе на подину и бокове депоније. Разлози су двоструки – смањују се трошкови прибављања, транспорта и наношења материјала и не заузимање простора намењеног за депоновање пепела. 14.7.3. Накнадне мере заштите Накнадне мере заштите имају најмањи ефекат и траже највећа улагања, али су нужност ако се жели очувати макар мир становништва које живи у окружењу депоније (које пати од тзв. NIMBY синдрома). Накнадне мере подразумевају следеће активности:

• одржавање таложног језера максимално дозвољене величине, • прскање откривених делова депоније водом или суспензијама

различитог састава, • формирање биопокривача.

14.7.3.1. Одржавање таложног језера максимално дозвољене величине Таложно језеро се одавно показало као добар заштитник околине од аерозагађења и као мера се често користи. Проблем, међутим, представља опасност коју водена маса скупљена у таложном језеру представља за одржавање депоније у геотехнички стабилном стању. Због тога се заштита околине одржавањем великог таложног језера може посматрати као “заштита на клацкалици” – добро је док је стање стабилно, али мало треба да се равнотежа поремети и да стање постане критично. Дакле, овај начин заштите се не може препоручити, али добро дође. Вештина, домишљатост,


57

спретност и дисциплина особља које величином таложног језера управља и регулише загађење ваздуха је за дивљење. Упркос свему не сме се заборавити ни питање “шта ако дисциплина и пажње мало попусте?” Хаварије депонија енергетског отпада, са трагичним последицама, заобилазили су наше просторе, али су се з свету догађале [Votruba, 1984].

Слика 14.36. Таложно језеро као мера заштите околине од аерозагађења 14.7.3.2. Прскање откривених делова депоније Прскање откривених делова депоније (делови депоније ван таложног језера) је често примењивана мера заштите. Као средства се користи преливна и дренажна вода са саме депоније или различите емулзије. Ефекти могу бити повољни, посебно са аспекта аерозагађења. Проблем настаје у потреби сталне будности и предвиђања стања која се могу догодити како би се благовремено прскање започело и како би исправност целог система била на задовољавајућем нивоу. Искуства са највећих депонија на овим просторима (ТЕ “Никола Тесла – А и – Б”) су позитивна. Проблем који прати овакав вид заштите јесте потреба за сталним улагањима па се на крају испостави да прскање амортизује “бес” јавности због аерозагађења, али истовремено и наплати све претходно пропуштене мере.


58

Слика 14.37. Прскање насипа на депонији пепела ТЕ “Никола Тесла Б”

Слика 14.38. Прскање откивених делова депоније пепела ТЕ “Никола

Тесла Б” 14.7.3.3. Формирање биопокривача Затрављивање неактивних и резервних делова депоније је одомаћена мера на нашим електранама. Резултати, посматрано са еколошког аспекта, су веома позитивни, али висока улагања и трошкови формирања и одржавања био покривача ограниченог века трајања су високи (на депонијама ТЕНТ-А и –Б око 500.000 евра по касети). Овако високи периодични трошкови (свако 5-6 година) носе жељу да се напусти овакав


59

начин заштите, па се поново долази до констатације да се и на овај начин плаћа данак пропустима у време конципирања и пројектовања депонија.

Слика 14.39. Дрвеће засађено око депоније пепела ТЕ „Никола Тесла Б“

Слика 14.40. Биопокривач на насипу и депонији пепела ТЕНТ-Б


60

Слика 14.41. Биопокривач на пасивној касети депоније пепела ТЕНТ-А

Слика 14.42. Биопокривач на пасивној касети депоније пепела ТЕНТ-Б


61

ЛИТЕРАТУРА 1. [Bunn, 1993] Bunn T.F., Chamber A.J., Experiences with dense phase hydraulic

conveying of Vales Point Fly Ash, Powder handling and processing, Vol. 5, No. 1, 1993, pp. 35-44

2. [Diffenbach, 1991] Diffenbach R.A. et al., Characterization of calcium oxide - fly ash sorbents for SO2 removal, Thermochimica Acta, No. 189, Amsterdam, 1991, pp. 1-24

3. [EC, 2000] European commission, Report on the implementation of legislation on waste (part 2), Europe envirnoment, No. 564, mart 2000.

4. [EPA, 1997] Anon, "The feasibility of lining tailings ponds", Izveštaj U.S. Environmental Protection Agency, Office of Solid Waste, 1997.

5. [Euracoal, 2003] xxx, 2003, Coal industry across Europe, European Association for Coal and Lignite (Euracoal), Brussels

6. [Hycnar 1985] Hycnar J., Znaczenie procesu grudkowania w gospodarce popiolowej, Zbornik simpozijuma Granulacja - stan techniki i perspektywy rozwoju procesow i aparaty, Pulawy, 1982, pp. 5.1-5.15

7. [ICOLD 74, 1989], “Tailings dam safety”, Bulletin 74, Internaational Committee On Large Dams, Committee on Mine and Industrial Tailings Dams, 1989.

8. [Kmiecik, patent] Kmiecik J.,et al., A method of filling with simultaneous packing superficial storage yards with waste materials from power plants thermal-electric power stations and heatingplants, Europiean Patent Office, Bulletin No. 82/39, patent br. 81102061.9

9. [Minnick, 1970] Minnick L.J., Reakcija hidratisanog kreča sa letećim pepelom dobijenim sagorevanjem sprašenog uglja, Zbornik simpozijuma Korišćenje letećeg pepela za stabilizaciju tla, izradu savremenih kolovoza i hidrotehničke radove, Beograd, 1970, pp.1-45

10. [Santhanam, 1991] Santhanam C.J. et al., Flue Gas Cleaning Wastes Disposal and Utilization, Noyes data corporation, Park Ridge, N.J., 1991.

11. [Šauman, 1975] Šauman Z., A study of the reactions between power station fly ash and CaO under hydrothermal conditions, Silikaty, No.3, Praha, 1975, pp. 193-202

12. [Votruba, 1984] Votruba L., Odkalište, Česke vysoke učeni technicke, Praha, 1984. 13. [Бошковић, 2005] Бошковић Б., 2005., Остварење електроенергетског биланса

Државне заједнице Србија и Црна Гора у 2004.г., Електропривреда, Вол. ЛВИИ, Но. 1, Београд, стр.90-103

14. [Бранковић, 1991] Бранковић Б. ет ал., 1991, Чишћење лигнита као основа заштите околине и повећања резерви угља, Рударски гласник, Но. 3-4, Београд, стр. 54-60

15. [Бранковић, 1991] Бранковић Б., Кнежевић Д., Милошевић М., Јоксимовић В., Моневски Б.: "Могућности и услови депоновања пепела ТЕ Костолац-Б", Рударски гласник бр. 1-2, Београд 1991., стр. 53-59,

16. [Брзаковић, 1971] Брзаковић П., Стаменковић В., Утврђивање основних карактеристика пепела из неких југословенских термоелектрана, Рударски институт, Београд, 1971. (студија у архиви РИ)

17. [Грбовић, 1986] Грбовић М., Кошутић Љ., Кнежевић Д., Хидрауличко депоновање пепела, Сепарат I југословенско-пољског симпозијума о ПМС, Опатија, 1986

18. [Грбовић, 1990] Грбовић М., Кнежевић Д., Тодоровић Д.: "Хидраулички транспорт и депоновање пепела ТЕ Гацко на постојећој депонији Дражљево", Рударски гласник бр. 2, Београд 1990., стр. 25-31,


62

19. [Грбовић, 1997] Грбовић М. ет ал., "Чишћење лигнита Тамнава", Енергија, економија, екологија, бр. 3-4, пп. 028-031, Београд, 1997.

20. [Доуша, 1982] Douša K., 1982., Svojstva zoli i šlaka čehoslovackih topliv i sposoj ih transportirovki i skladirovania, Seminar on the extraction, removal and use of ash from coal fired thermal power stations, Geneva

21. [Игњатовић, 2001] Игњатовић Д., 2001, Одређивање експлоатационог квалитета угља за сагоревање у термоелектранама Никола Тесла, Зборник радова 33. октобарског саветовања, Бор

22. [Кнежевић, 1982] Кнежевић Д.: "Нова технологија депоновања пепела и шљаке у ТЕ Никола Тесла -А", Рударски гласник бр.3, Београд, 1982., стр. 40-43

23. [Кнежевић, 1988] Кнежевић Д.: "Депоновање пепела у облику густе хидромешавине", Електропривреда бр. 3, Београд 1988, стр.107-111,

24. [Кнежевић, 1989] Кнежевић Д., Влајић М., Избор локације за депонију пепела и шљаке термоелектране Вискоза, Лозница, Рударски гласник, бр.1, Београд, 1989, стр.42-48

25. [Кнежевић, 1991] Кнежевић Д., 1995., Проучавање везивних ососбина пепела косовских лигнита ради дефинисања технологије ускладиштења, диокторска дисертација, Рударско-геолошки факултет, Београд

26. [Кнежевић, 1996] Knežević D.: Possibilities and conditions for ash self-solidification ash generated from Kosovo-B Thermal Power Plant, Mining Science and Technology, No.1-2, Vol.1, Beograd, 1996., pp. 19-36

27. [Кнежевић, 1996/2] Кнежевић Д., Матко З., Росић З.: Примена пепела у производњи цемента - количине, карактеристике, снабдевање и транспорт, Zbornik radova 2nd Inter. Symp. On Opencast Mining and Grade of Minerals for Cement Production Cement 96, Косјерић, 1996., стр.148-157

28. [Кнежевић, 1998] Кнежевић Д., Морачић М., “Нова технологија депоновања пепела на термоелектрани “Косово-Б”, Електропривреда, но. 3, пп. 23-29, Београд, 1998.

29. [Кнежевић, 1998/2] Knežević D. et al, “Impact of solidified ash from thermal power plant Kosovo-B deposit on the environment” Zbornik radova 2nd Inter. Simp. Mining and Environmental Protection, Beograd, 25-27, maj 1998., pp.190-195

30. [Марковић, 1997] Марковић З., Д. Кнежевић, Р. Ајтић, Д. Дражовић: Уштеда енергије као прилог заштити околине на новом систему за транспорт и депоновање пепела термоелектране Косово-Б, Зборник радова 23. Саветовања CIGRE, Саопштење Р37-07, Херцег-нови, 1997., није пагинирано

31. [Мелентјев, 1978] Мелентјев В.А. (редактор), “Золошлаковније материјали и золоотвали”, Енергија, Москва, 1978.

32. [Милосављевић, 1974] Милосављевић Р., Методе испитивања минералних сировина у припреми минералних сировина, Рударски институт, Београд, 1974.

33. [Нешић, 1995] Нешић Љ., Техно-технички аспекти валоризације споредних продуката из термоенергетских система, Зборник радова саветовања Рециклажа отпадних материјала и секундарних сировина у функцији заштите животне средине, пп. 347-356, ИТНМС, Београд, 1995.

34. [Пантелеев, 1985] Пантелеев В.Г., Состав и своyства золи и шлака ТЕС, Енергоатомиздат, Ленинград, 1985

35. [Плећаш, 1991] Плећаш И., Перић А., Третман опасних отпадака, Зборник саветовања Третман градског отпада у Београду, Београд, 1991, стр. 267-274

36. [Рогић , 1991] Рогић В. ет ал., Својства хидрауличких везива од ЕФ пепела ТЕ Гацко и разматрање могуће употребе у уваљаном бетону, зборник радова 14. конгреса југословенског друштва за велике бране, Струга, 1991, стр. 407-418


63

37. [Тамнава, 1986] “Квалитет ровног угља из површинског копа "Тамнавски копови - западно поље" као гориво за термоелектрану "Колубара Б", Рударски институт, Београд, 1986, Архива ТЕ “Колубара-Б”

38. [Томанец, 2000] Томанец А. Р., Методе испитивања минералних сировина у припреми минералних сировина, Рударско-геолошки факултет, Београд, 2000.

Documents

14. Depon Pep i Sljake