Utylizacja rtęci - Notatki - Geologia, Notatki z Geologia

Pobierz Utylizacja rtęci - Notatki - Geologia i więcej Notatki w PDF z Geologia tylko na Docsity! Utylizacja rtęci SPIS TREŚCI 1. Wstęp 2. Cel pracy i koncepcji 3. Wybrane zagadnienia dotyczące odpadów zawierających rtęć 3.1 Charakterystyka rtęci 3.2 Toksyczność rtęci 3.3 Produkcja rtęci 3.4 Zużycie rtęci 3.5 Emisja rtęci 3.6 Usuwanie rtęci 4. Rozwiązania prawne i technologiczne unieszkodliwiania odpadów rtęci 4.1 Prawo ochrony środowiska i recykling 4.2 Technologie stosowane w świecie 4.3 Rozwiązania stosowane w Polsce 5. Koncepcja wdrożenia systemu selektywnej zbiórki zużytych lamp fluorescencyjnych na terenie Radomia i regionu 5.1 Ogólna informacja o Radomiu 5.2 Szacunkowy bilans odpadów dla Radomia i regionu 5.3 Opis proponowanego systemu 5.4 Analiza ekonomiczna systemu 6. Podsumowanie i wnioski 7. Literatura 1. WSTĘP Toksyczność rtęci i niebezpieczeństwo związane ze skażeniem środowiska zostało dogłębnie przebadane. Rtęć jest łatwo wchłaniana do ustroju człowieka i zwierząt z powodu bardzo dużej podatności do parowania. Trafia do organizmu poprzez drogi oddechowe, błony śluzowe, skórę, a także po przez spożywanie skażonej wody i żywności. Tak wchłonięta rtęć krąży w organizmie, który nie ma możliwości jej wydalenia i osadza się głównie w nerkach i wątrobie powodując ciężkie schorzenia. Ma również wpływ na rozwój chorób układu nerwowego.Pierwsze wzmianki o masowym zatruciu rtęcią pochodzą z okresu starożytności i dotyczą chorób niewolników rzymskich pracujących przy wydobywaniu i przetwarzaniu cynobru. W XIX wieku związki rtęci zdobyły ponurą sławę jako klasyczne trucizny o opóźnionym efekcie działania powodujące nieodwracalne uszkodzenia nerek. Rozwój przemysłu spowodował, że rtęć została doceniona jako metal o specjalnych właściwościach i tanim pozyskaniu, zaczęła być wykorzystywana w wielu procesach technologicznych w (m.in. przy produkcji oświetlenia) i wraz ze ściekami trafiała do wód gruntowych oraz była emitowana do atmosfery.W latach 1953-1960 w Japonii miało miejsce jedno z największych zatruć związkami rtęci. U mieszkańców zatoki Minamata wystąpiła masowa choroba, której objawami było silne uszkodzenie nerwów i często kończyła się śmiercią. Badania wykazały, że choroba ta była spowodowana spożywaniem ryb i skorupiaków wyławianych z zatoki, w których stwierdzono wysokie stężenie rtęci. Objawy tej choroby wystąpiły również u zwierząt i ptaków. Okazało się, że wody tej zatoki były odbiornikiem ścieków niewielkiej fabryki aldehydu octowego, gdzie jako katalizatora wykorzystywano związki rtęci. W osadach dennych zatoki rtęć przenikała do spożywanych przez mieszkańców ryb i skorupiaków osiągając poziom 10 mmol/kg. W roku 1920 stwierdzono, że związki rtęci są trujące dla grzybów glebowych, które atakują kiełkujące nasiona. Zaczęto więc stosować środki grzybobójcze zawierające rtęć. W 1972 roku w Iraku silnemu zatruciu uległo tysiące osób, którego przyczyną było spożywanie produktów z ziarna konserwowanego przez fungicyd zawierający metylortęć, oraz mięsa drobiowego i wieprzowego pochodzącego od zwierząt karmionych tym ziarnem. Stężenie rtęci w ziarnie dochodziło do 1 mg/kg, a w mięsie do 20 mg/kg.Ze względu na swoje unikalne właściwości rtęci znalazła zastosowanie w produkcji przyrządów pomiarowych, baterii, wodorotlenku sodowego i chloru metodą elektrochemiczną oraz w przemyśle oświetleniowym. Według obecnych trendów rozwój techniki oświetleniowej w Polsce i na świecie stosowania rtęci do produkcji energooszczędnego oświetlenia nie da się wyeliminować. Zatem należy opracować tak skuteczne systemy zbierania tego typu odpadów i stosować bezpieczne technologie ich utylizacji, aby uniknąć dalszego degradowania środowiska naturalnego poprzez skażenie rtęcią. 2.CEL PRACY Aktualne przepisy prawne w zakresie gospodarki odpadami niebezpiecznymi stają się w ostatnich latach bardziej rygorystyczne jednak nałożone na nas obowiązki nie rozwiązują do końca problemu, ponieważ muszą zafunkcjonować skuteczne systemy ekonomiczne i techniczne. Ze względu na obowiązek jaki nakłada na Gminę ustawa Prawo Ochrony Środowiska, wskazując na Gminę jako odpowiedzialną za stan środowiska, uważam za konieczne rozwiązanie problemu jakim jest bezpieczne gromadzenie i gospodarcze wykorzystanie zużytych świetlówek i innych lamp zawierających rtęć z terenu danej Gminy.Przez dłuższy czas w zakresie gromadzenia, transportu i unieszkodliwiania odpadów niebezpiecznych nie istniały żadne konstruktywne rozwiązania.Nie sortując wyrzucano wszystko co nie było już przydatne. Dziś sytuacja ulega stopniowo zmianie, mimo to każdy rok przynosi miliony ton odpadów powstałych w zakładach przemysłowych i gospodarstwach Pierwsze zarejestrowane zatrucie dużej grupy osób miało miejsce w latach 1953-1960 w Japonii. U ludzi na wybrzeżu zatoki Minamata wystąpiła choroba, której objawami było silne uszkodzenie nerwów i która często kończyła się śmiercią. Badania wykazały, że choroba ta spowodowana była spożywaniem ryb i skorupiaków w organizmach których stwierdzono wysokie stężenia rtęci. Objawy tej choroby wystąpiły również u zwierząt i ptaków. Okazało się, wody zatoki były odbiornikiem ścieków niewielkiej fabryki aldehydu octowego, gdzie jako katalizator wykorzystywano związki rtęci. W osadach dennych pod wpływem drobnoustrojów rtęć nieorganiczna uległa przemianie w metylortęć. Związek ten ulegając zagęszczeniu w złożonych łańcuchach pokarmowych osiągnął u ryb i skorupiaków poziom 10 mmol/kg.Około 1920 roku stwierdzono, że związki rtęci są trujące dla grzybów glebowych, które atakują kiełkujące nasiona. Zaczęto więc stosować zaprawy nasienne zawierające rtęć. W 1972 roku w Iraku silnemu zatruciu uległo tysiące osób, którego przyczyną było spożywanie ziarna zaprawionego fungicydem zawierającym metylortęć. Na skutek zatrucia zmarło kilkaset osób.W Polsce masowe zatrucie miało miejsce w 1975 roku. Wiele osób zatruło się wówczas mięsem świń i kurczaków, które karmiono zaprawionym ziarnem. Stężenie rtęci w ziarnie dochodziło do 1 mg/kg, a w mięsie do 20 mg/kg. Działanie toksyczne rtęci i jej związków zależy od dróg wnikania do organizmu, dawki oraz czasu ekspozycji. Prężność par rtęci w temperaturze pokojowej jest na tyle wysoka, że stężenie rtęci w temperaturze 24C w atmosferze wynosi 18 mg/m3, co kilkaset razy przekracza dopuszczalne stężenia. Największe zagrożenie metaliczną rtęcią następuje podczas wchłaniania jej par przez płuca, gdyż rtęć metaliczna praktycznie nie jest wchłaniana z przewodu pokarmowego. Część wchłoniętej rtęci przedostaje się do krwi, natomiast część przenika do mózgu. Prowadzi to do upośledzenia układu nerwowego, którego objawem są drżenie rąk, zaburzenia osobowości, a w cięższych zatruciach stany zapalne dziąseł. Symptomy te pojawiały się po przewlekłej ekspozycji na stężenie rtęci w powietrzu powyżej 0,1 mg/m3. Wchłanianie związków nieorganicznych rtęci z przewodu pokarmowego następuje w niewielkim stopniu (kilkanaście procent), podczas gdy związków organicznych np. metylortęci w blisko 100%. Po wchłonięciu, metylortęć poprzez krew doprowadzana jest do wszystkich tkanek organizmu, gromadząc się w nerkach, mózgu i wątrobie. Klasycznymi objawami zatruć metylortęcią są: zaburzenie czucia w palcach, dłoniach i stopach, zaburzenia słuchu, wzroku i zaburzenia osobowości polegające na utracie uczuć wyższych. Efekty zatrucia są najczęściej nieodwracalne. Tragiczne jest również działanie tego związku na płód. Łożysko ciężarnej kobiety nie stanowi dla metylortęci odpowiedniej bariery. Rozwój dzieci, matki których podczas ciąży spożywały skażone metylortęcią produkty żywnościowe, początkowo przebiegał normalnie lub był nieznacznie opóźniony. Później jednak występowały zmiany dotyczące rozwoju psychicznego dziecka obejmujące niemożność uczenia się, zapamiętywania czy kojarzenia a w przypadkach cięższych zahamowanie rozwoju umysłowego, upośledzenie słuchu i ślepotę. Dzieci te często nie przeżywały pierwszych kilku lat życia. Amerykańska Agencja Ochrony Środowiska oszacowała, że konsumpcja ryb stanowi dominującą drogę narażenia na metylortęć. Spożywanie dziennie przez całe życie poniżej 0,1 mg metylortęcią na kilogram masy ciała na dzień nie powinno spowodować ujemnych skutków u ludzi, nawet z uwzględnieniem czułych subpopulacji. Szacuje się, że w Stanach Zjednoczonych 1 do 3% kobiet w wieku prokreacyjnym spożywa wystarczająco dużo ryb aby być zagrożonymi metylortęcią. W Polsce w okresie 20-letniego funkcjonowania Zakładów Lamp Wyładowczych Polam - Rzeszów stwierdzono 15 przypadków przewlekłego markurializmu, w tym 10 wśród pracowników Zakładu. W lipcu 1993 roku rozpoznanych było 30 przypadków chorób zawodowych spowodowanych ekspozycją na rtęć.Rtęć, kumuluje się przez długie lata w środowisku, przez wodę, spożywanie roślin i produktów zwierzęcych trafia do organizmu ludzi i zwierząt, powodując przy tym bardzo niebezpieczne schorzenia. Zatrzymuje się w czerwonych krwinkach i nerkach, wywołując początkowo ból głowy, trudności w koncentracji, nudności i senność. W dalszej fazie pojawia się zaczerwienienie skóry twarzy, przyspieszone tętno i poty, wypadanie zębów. Po dłuższym działaniu rtęci następuje zaburzenia ruchu i mowy, drżenie rąk i powiek, a nawet języka, otępienie. Towarzyszy temu niekiedy nadmierna pobudliwość, zmienność nastrojów, sztywnieją stawy, a w końcu dochodzi do uszkodzenia nerek i wątroby oraz nieodwracalnych zmian układu nerwowego. Raz zaatakowany organizm już nie wraca do normalnego stany. Rtęć metaliczna najszybciej przenika z krwi do mózgu. Przy większych dawkach rtęci następuje szybka śmierć. 3.3. PRODUKCJA RTĘCI Światowa produkcja rtęci wynosiła przeciętnie 4000 ton rocznie w latach 1900-1940. W roku 1968 wynosiła już 8000 ton, a w 1973 roku osiągnęła poziom 10000 ton. Z uwagi na problem zanieczyszczenia środowiska, zużycie rtęci gwałtownie obniżyło się w końcu lat osiemdziesiątych. Niektóre państwa wstrzymały całkowicie wydobycie rtęci (np. Stany Zjednoczone w 1990 roku). W ostatnich latach produkcja ustabilizowała się na poziomie 2600-2700 ton 3 . Do największych producentów tego metalu należą: Hiszpania, Kirgistan, Chiny i Algieria. Światowe zasoby rtęci szacowane są na 600000 ton znajdują się głównie w Kirgistanie, Rosji, Słowenii, Hiszpanii i Ukrainie.Tabela 1. Wydobycie rtęci w poszczególnych krajach w tonach Kraj 1993 1994 1995 1996 1997 1998 Algieria 459 414 292 368 370 300 Chiny 520 470 780 510 500 bd Kirgistan 1000 379 380 584 611 600 Finlandia 98 83 90 88 90 bd Hiszpania 64 393 1497 862 1000 1000 Tadżykistan 80 55 50 45 40 bd Ogółem świat 2390 1960 3250 2580 2730 2600 Znaczna ilość rtęci może być uzyskiwana jako produkt uboczny podczas produkcji innych metali oraz może być odzyskana z odpadów zawierających ten pierwiastek, takich jak: zużyte baterie, lampy fluorescencyjne, amalgamat dentystyczny czy przyrządy kontrolno- pomiarowe. W Stanach Zjednoczonych w 1997 roku uzyskano 389 ton rtęci w wyniku odzysku oraz kilkadziesiąt ton jako produkt uboczny w pięciu kopalniach złota. 3.4. ZUŻYCIE RTĘCI Ze względu na swoje unikalne właściwości rtęć na różnorodne zastosowanie. Wykorzystywana była między innymi do produkcji oświetlenia elektrycznego, przyrządów elektrycznych, baterii, jako elektroda podczas elektrolizy chlorku sodowego, farb, przyrządów kontrolno-pomiarowych, materiałów dentystycznych oraz w laboratoriach. Dziesięć lat temu znaczna ilość tego metalu stosowana była do produkcji farb oraz przyrządów elektrycznych (przełączniki). Obecnie rtęć nie jest stosowana do produkcji farb, a głównym odbiorcą rtęci jest przemysł chemiczny, a w szczególności produkcja wodorotlenku sodowego i chloru metodą elektrochemiczną. W poniższej tabeli zestawiono zapotrzebowanie na rtęć w Stanach Zjednoczonych.Tabela 2. Zużycie rtęci w Stanach Zjednoczonych (w tonach) Zużycie 1989 1996 1997 Produkcja chloru i wodorotlenku sodowego 419 136 160 Oświetlenie elektryczne34 29 29 Przyrządy elektryczne i przełączniki155 49 57 Przyrządy kontrolno-pomiarowe 96 41 24 Materiały dentystyczne 43 31 40 Baterie 275 Bd bd Farby 211 - -Inne użycie 102 86 36 Ogółem 1335 372 346 3.5. EMISJA RTĘCI Emisja rtęci może następować w wyniku naturalnych procesów geochemicznych i biologicznych (metylacji) oraz jako skutek zróżnicowanej farbie było emitowane do atmosfery, przy czym czas uwalniania trwał kilka lat. Źródła punktowe - procesy spalania. Źródła punktowe odpowiedzialne są za emisję 98% rtęci emitowanej do atmosfery ze źródeł antropogenicznych. Głównymi grupami źródeł odpowiedzialnych za emisję rtęci są procesy spalania, z których pochodzi rocznie w Stanach Zjednoczonych 137,7 ton rtęci (87% emisji antropogenicznej) i procesy produkcyjne (15,6% emisji). Rtęć występuje jako naturalny śladowy pierwiastek obecny w paliwach. W polskich warunkach przeciętnie z jednej tony spalonego węgla kamiennego wyemitowanych zostaje około 0,17 g związków rtęci, a z jednej tony węgla brunatnego 0,11 g. Ponieważ węgiel stanowi w Polsce podstawowe paliwo stosowane w celach energetycznych procesy spalania są najważniejszym źródłem emisji tego pierwiastka. Rtęć emitowana z gazami odlotowymi występuje głównie w fazie gazowej, a tylko 5-15% w lotnym popiele. Efektywność usuwania rtęci z gazów odlotowych jest niska i zależy w niewielkim stopniu od technologii oczyszczania. Przy zastosowaniu elektrofiltrów stopień usuwania rtęci wynosi ok. 15%, przy użyciu skruberów w instalacjach odsiarczania spalin ok. 24%. W Stanach Zjednoczonych zawartość rtęci w węglach zmieniała się od 0,1 ppm do 0,7 ppm (średnio w spalanym węglu 0,21 ppm). W wyniku spalania węgla w przemyśle energetycznym w Stanach Zjednoczonych emitowanych jest do atmosfery 51,6 tony rtęci (1995 r.), a ze spalania oleju opałowego 0,2 tony. W 1995 roku w USA było 130 spalarni odpadów komunalnych utylizujących ponad 40 ton odpadów na dobę, o łącznej zdolności przerobowej 99000 ton/dobę. Ilość emitowanej rtęci zależy od masy spalanych odpadów, zawartości w nich odpadów zawierających rtęć oraz technologii oczyszczania spalin. Największy udział w strumieniu rtęci trafiającej do odpadów komunalnych mają baterie, lampy fluorescencyjne, termometry, termostaty i pigmenty. W 1989 roku rtęć zawarta w bateriach trafiających na wysypiska ważyła 419 ton, co stanowiło 60% ogólnej ilości tego metalu w strumieniu odpadów (709 ton). W następnych latach ilość odpadów zawierających rtęć gwałtownie zmniejszyła się, głównie za przyczyną ograniczenia wykorzystania rtęci w produkcji baterii, dodatków do farb oraz zakazu składowania baterii zawierających rtęć na wysypiskach. Szacuje się, że w roku 2000 w strumieniu odpadów znajdowało się tylko 144,6 ton analizowanego metalu. Ocenia się, że w USA około 27 ton rtęci trafia na wysypiska ze zużytymi lampami fluorescencyjnymi. Z ilości tej 13% jest kierowana do spalarni odpadów komunalnych. W przybliżeniu 90% rtęci zawartej w tych lampach odparuje i zostanie wyemitowana do atmosfery razem z gazami odlotowymi jeżeli spalarnia nie jest wyposażona w efektywny system oczyszczania spalin.W Polsce lampy fluorescencyjne mogą być utylizowane przez kilka firm: Philips Lighting, Maya, Utimer i Abba Comet. Brak jest danych na temat ilości lamp utylizowanych przez te firmy; można przypuszczać że utylizowanych jest 8-10 milionów lamp rocznie. W najbliższych latach rola tego źródła w zanieczyszczeniu środowiska będzie malała za przyczyną selektywnej zbiórki zużytych lamp oraz małej zawartości rtęci w lampach. Stałym źródłem zanieczyszczenia środowiska rtęcią są termometry lekarskie. Szacuje się, że w USA rocznie ok. 10 ton rtęci z termometrów trafia na wysypiska, a część trafia do odpadów medycznych. Odpady te w znacznej części są spalane. Ze źródła tego emitowane jest 16 ton rtęci rocznie (1996 rok). Wprowadzenie w niektórych stanach ostrych przepisów ograniczających emisję zanieczyszczeń z procesów spalania odpadów medycznych ograniczyło radykalnie emisję rtęci w ostatnich latach. Spalarni odpadów medycznych w USA jest 2400 i utylizują one 0,268 milionów ton odpadów patologicznych i 1,574 milionów ton odpadów ogólnomedycznych. Spalarnie odpadów niebezpiecznych to kolejne źródła emisji rtęci do atmosfery. W USA w listopadzie 1994 roku funkcjonowało 162 spalarni odpadów niebezpiecznych. Spalały one 54% odpadów niebezpiecznych i emitowały 3,95 ton rtęci. Ponadto spalanie odpadów niebezpiecznych prowadzi się w 41 piecach obrotowych cementowni (na 212 pieców).