Monitorizarea și analiza poluanților rezultați din industria materialelor de construcții [306012]

[anonimizat] I – CARACTERISTICI PRINCIPALE ALE DIFERITELOR FABRICI DIN INDUSTRIA CIMENTULUI ȘI A CERAMICII

Materialele de construcție sunt materiale naturale sau artificiale folosite în construcții. Drept materie primă pentru fabricarea materialelor de construcție servesc materialele de proveniență minerală (calcar, pietriș, nisip, gips, granit, marmură ș.a.), de proveniență vegetală (lemn, deșeuri agricole etc.), [anonimizat] a industriei de prelucrare a petrolului (bitum, polimeri, gudroane etc.).

[anonimizat]:

[anonimizat], poroase sau compacte ([anonimizat], granit, gresie ș.a.) și artificiale (cărămidă, olane etc.).

lianți (varul, cimentul, ipsosul, [anonimizat], bitumurile, gudroanele, rășinile etc.) Varul de construcție se folosește ca liant de bază pentru mortare de tencuială sau ca adaos plastifiant la mortarele de ciment. Ipsosul de construcție este unul dintre cei mai răspândiți lianți aerieni. Cimentul ([anonimizat], [anonimizat], expansive, [anonimizat]) se folosește în cele mai diverse domenii ale construcțiilor.

agregate – naturale și artificiale. [anonimizat], [anonimizat], tuful, azbestul ș.a. [anonimizat], [anonimizat] ș.a. Agregatele artificiale sunt zguri și roci arse (deșeuri industriale).

materiale hidroizolante folosite la acoperirea suprafețelor contra acțiunii apei și vaporilor. [anonimizat].

materiale termoizolante pentru protecția construcțiilor contra încălzirii sau pierderilor de căldură.

materiale fonoizolante utilizate pentru izolarea acustică. [anonimizat].

[anonimizat], plăcile și foile de căptușeală etc.

În România există următoarele unități de producere a materialelor de construcții prezentate în figura următoare:

Fig. Nr. 1 – Unități de fabricare a materialelor de construcții

Una dintre problemele cele mai acute de protecția mediului este reprezentată de gestiunea deșeurilor. [anonimizat] a [anonimizat]. [anonimizat].

Legislația europeană și românească definesc deșeul ca fiind “orice substanță sau obiect pe care deținătorul îl aruncă ori are intenția sau obligația să îl arunce” .

Fig. 1.1. Strategia Naționala de Gestionare a Deșeurilor 2014 – 2020

În anul 2013, Guvernul României a adoptat Strategia Națională de Gestionare a Deșeurilor 2014-2020, prin care își propune următoarele direcții de acțiune principale:

– Prioritizarea eforturilor în domeniul gestionării deșeurilor în linie cu ierarhia deșeurilor;

– [anonimizat]abilă a resurselor;

– Creșterea ratei de reciclare și îmbunătățirea calității materialelor reciclate, lucrând aproape cu sectorul de afaceri și cu unitățile și întreprinderile care valorifică deșeurile;

– Promovarea valorificării deșeurilor din ambalaje;

– Reducerea impactului produs de carbonul generat de deșeuri;

– Încurajarea producerii de energie din deșeuri pentru deșeurile care nu pot fi reciclate;

– Organizarea bazei de date la nivel național și eficientizarea procesului de monitorizare;

– Implementarea conceptului de “analiză a ciclului de viață” în politica/de gestiune a deșeurilor.

De asemenea, se dorește îmbunătățirea serviciilor către populație și sectorul de afaceri prin:

Încurajarea investițiilor verzi;

Susținerea inițiativelor care premiază și recompensează populația care reduce, reutilizează și reciclează deșeurile din gospodării;

Colaborarea cu autoritățile administrației publice locale pentru creșterea eficienței și calității deșeurilor colectate, făcându-le mai ușor de reciclat;

Colaborarea cu autoritățile administrației publice locale și sectorul de afaceri pentru îmbunătățirea sistemelor de colectare a deșeurilor.

În domeniul legislativ, în ultimii ani au fost adoptate reglementări importante în domeniul gestiunii deșeurilor și anume reglementări privind regimul deșeurilor și deșeurilor periculoase, gestiunea uleiurilor uzate, gestiunea PCB-urilor și celorlalți compuși desemnați, gestiunea deșeurilor industriale reciclabile, regimul bateriilor și acumulatorilor care conțin substanțe periculoase, depozitarea deșeurilor, gestiunea ambalajelor și deșeurilor de ambalaje, serviciile publice de salubrizare a localităților, incinerarea deșeurilor.

Industria noastră este în măsură să utilizeze multe tipuri de deșeuri industriale și să dispună de experiență în acest domeniu pentru identificarea unor soluții avantajoase ecologice și viabile privind gesiunea și valorificarea deșeurilor.

Fabricarea cimentului

Incă din cele mai vechi timpuri, omenirea a încercat să descopere un material capabil să unească pietrele masive într-o masă solidă și durabilă. Folosirea argilei a fost o metoda inventată de asirieni și babilonieni, în timp ce egiptenii au inventat și valorificat ghipsul, mortarul și calcarul pentru a putea construi piramidele. Grecii și romanii au contribuit și ei la îmbunătățirea materialelor de construcție, aceștia ridicând edificii foarte rezistente, ale căror urme se mai pot vedea și în zilele noastre. Prima formă de ciment a fost descoperită de către romani. Aceștia înlocuind calcarul cu marne și marnocalcare în cuptoarele de obținere a varului și crescând temperatura de ardere, au obținut un material care, fin măcinat și amestecat cu cenușă vulcanică, este considerat primul ciment din istorie („caementum”). Amestecul s-a numit și ciment puzzolanic după numele localității Pouzzolli de lângă Vezuviu, de unde s-a exploatat prima dată cenușa vulcanică .

Cimentul este unul dintre materiale indispensabile folosite în construcția locuințelor și a infrastructurii, fiind însă un mare consumator de energie și materii prime.

După cum sunt enumerate de către Consiliul Central de Control al Poluării, industria cimentului este una dintre cele 17 industrii cele mai poluante și este una dintre industriile cele mai de bază implicate în dezvoltarea unei țări. Cimentul este materialul cel mai utilizat construcție în întreaga lume .

Protocolul de la Kyoto impune, la scară mondială, reducerea emisiilor de gaze cu efect de seră (CO2, CH4, N2O) din toate sectoarele de activitate. Dintre aceste gaze, CO2 reprezintă componenta principală (circa 75%), obiectivul prioritar fiind reducerea sa .

Industria cimentului este responsabilă pentru 2% din consumul mondial de energie și 5% din emisiile globale de CO2 rezultate din activitățile umane (1,5Gt CO2) . Emisiile de CO2 provin din decarbonatarea amestecului brut -circa 50%, din arderea combustibililor – circa 40%, și din transport și energia electrică –circa 10% (fig. 1.2).

Fig. 1.2. – Emisia globală de CO2

Încălzirea globală a devenit o preocupare a comunității internaționale, în special cantitatea mare de emisii de CO2 de gaze cu efect de seră care este factorul principal al încălzirii climatice. Controlarea emisiilor de CO2 este sarcina urgentă cu care se confruntă societatea umană. Suma totală a emisiilor de CO2 la nivel global, în 2013, a fost de 36 de miliarde de tone, din care emisiile de CO2 industriale au reprezentat aproximativ 29%, iar industria cimentului a fost unul dintre cele mai importante sectoare industriale care au generat emisii de CO2 . Producția de ciment la nivel mondial este de aproximativ 4,2 miliarde de tone în 2013 .

Conform Getting the Numbers Right, un proiect global organizat de către ”O industrie durabilă a cimentului” – CSI, pentru a produce o tonă de clincher se emit, în medie, 825 kg de CO2, excluzând emisiile de la generarea electricității. Cele mai performante fabrici au emisii de aproximativ 650 kg CO2 per tonă de clincher .

Orice reducere a energiei necesare are influență benefică atât asupra viabilității fabricii de ciment, cât și asupra mediului înconjurător. În contextul îndeplinirii angajamentelor asumate în Protocolul de la Kyoto, industria cimentului trebuie să găsească în continuare modalități de diminuare a emisiilor cu efect de seră, în particular a emisiilor de CO2 .

Abordările care vizează reducerea consumurilor energetice și a emisiilor de CO2 la fabricarea clincherului de ciment portland sunt direcționate, în special, către îmbunătățirea randamentului instalațiilor, în vederea diminuării pierderilor de căldură, și spre substituția combustibililor fosili cu combustibili alternativi de tipul uleiuri uzate, anvelope uzate etc, fiind mai puțin abordată înlocuirea materiilor prime tradiționale (calcarul și argila) cu alte materiale care conțin CaO într-o formă necarbonatată, SiO2, Al2O3 si Fe2O3 .

Conform CEMBUREAU, 90% din totalul fabricilor de ciment din Europa sunt dotate cu coșuri eficiente energetic, astfel că în ultimii 20 de ani, industria europeană de ciment a redus emisiile de CO2 per tonă de ciment de la 719 kg în 1990, la 660 kg în 2010 .

Pe termen scurt, pentru reducerea emisiilor din industria cimentului sunt trei acțiuni critice care trebuie îndeplinite:

îmbunătățirea eficienței energetice a procesului,

reducerea conținutului de clincher al cimentului cu substituenți minerali

înlocuirea cărbunelui și cocsului cu combustibili alternativi cu conținut scăzut de carbon .

Conservarea resurselor naturale neregenerabile a fost obținută prin valorificarea deșeurilor ca materii prime pentru producerea clincherului și combustibili alternativi. Prin această valorificare, industria cimentului contribuie la rezolvarea problemelor societății privind deșeurile prin reducerea cantității de deșeuri depozitată (cu beneficii adiționale în reducerea emisiilor de CO2) .

Încă de când primul ciment Portland a fost produs în 1843 de către William Aspdin a existat un continuu proces de evoluție a tehnologiei de producere a cementului .

Clincherul de ciment Portland este componentul principal al tuturor sortimentelor de ciment, asigurând acestora caracteristicile necesare pentru utilizarea în construcții (rezistențe mecanice, timp de priză, stabilitate etc.)

Procesul chimic de bază al fabricării cimentului constă în descompunerea carbonatului de calciu (CaCO3) la circa 9000C în oxidul de calciu (CaO, var) și dioxidul de carbon (CO2); acest proces este cunoscut sub numele de calcinare. Acesta este urmat de procesul de clincherizare în care oxidul de calciu reacționează la o temperatură ridicată (de obicei 1400-1500oC) cu SiO2, Al2O3 și oxid feros pentru a forma silicați, aluminați și feriți de calciu care sunt înglobați în clincher. Clincherul este apoi concasat sau măcinat împreună cu gipsul și alți aditivi pentru obținerea cimentului .

Principala etapă în producerea cimentului o reprezintă obținerea produsului intermediar denumit clincher, rezultat prin arderea amestecului brut de materii prime care să furnizeze oxizii necesari formării clincherului: CaO, SiO2, Al2O3 și Fe2O3, la temperaturi de aproximativ 1450-1500 °C.

Clincherizarea amestecului brut de materii prime reprezintă operația tehnologică care necesită cel mai mare consum de energie din procesul de obținere a cimentului portland și generează aproximativ 90% din emisiile de CO2 rezultate în procesul de obținere a cimentului . Pentru producerea unei tone de ciment sunt necesare aproximativ 1,5 tone materii prime .

Mai jos, în figura 1.3. este prezentată o sinteză a proceselor care se desfășoară la fabricarea cimentului.

Fig. 1.3. Procesele care au loc la fabricarea clincherului de ciment Portland

Există patru procedee principale pentru obținerea cimentului: procedeul uscat, semi-uscat, semi-umed și umed:

În procedeul uscat, materiile prime sunt măcinate și uscate până ajung în stadiu de făină brută. Făina este alimentată într-un cuptor cu schimbător de căldură sau precalcinator sau, mai rar, într-un un cuptor lung.

În procedeul semi-uscat, făina brută este granulată cu ajutorul apei și alimentată la un schimbător de căldură cu grătar înainte de cuptor sau într-un cuptor lung dotat cu bare încrucișate.

În procedeul semi-umed pasta este mai întâi deshidratată cu ajutorul filtrelor presă. Turta filtrată este extrudată în granule și alimentată fie într-un schimbător de căldură cu grătar sau direct într-un filtru presă uscător pentru producerea făinii.

În procedeul umed, materiile prime (adesea cu un conținut ridicat de umiditate) sunt măcinate în apă pentru a forma o pastă pompabilă. Pasta este alimentată direct în cuptor sau mai întâi într-un uscător de pasta .

Figura 1.4. prezintă schema procedeului uscat iar figura 4 schema procedeului umed.

Fig. 1.4. Procedeul uscat

Fig. 1.5. Procedeul umed

Compoziția mineralogică a cimentului

În procesele de ardere a materiilor prime, oxizii existenți în compoziția acestora, reacționează între ei formând compuși mineralogici. Cei mai importanți ca pondere sunt următorii:

Silicatul tricalcic (alitul) – 3CaOSiO2 – C3S;

Silicatul bicalcic (belitul) – 2CaOSiO2 – C2S;

Feroaluminatul tetracalcic (celitul I sau brownmilleritul) – 4CaOAl2O3F2O3 – C4AF;

Aluminatul tricalcic (celitul II) – 3CaOAl2O3 – C3A.

Etapele de producere a cimentului implică următoarele activități conform schemei de flux tehnologic (fig. 1.6.):

Extracție din cariere a materiilor prime calcar și marnă (1, 2)

Concasare calcar și marnă (3) în cariere în primă fază, urmate de definitivarea dimensiunilor prin reconcasare pe amplasamentul fabricii

Obținere făină pentru clincher (4) – calcarul, marna și cenușa de pirită, după o rețetă stabilită de laborator, sunt dozate și transportate la turnul de uscare iar de aici la moara de făină. Uscarea materiilor prime se face cu gaze de la cuptorul de clincher. Măcinarea făinii se face în moara cu bile bicamerală, pe procedeu închis. La ieșirea din moara materialul este dus la un separator dinamic. Partea fină este transportată pneumatic la silozurile de făină iar partea grosieră se reîntoarce în moară.

Producere clincher (5) – făina din silozurile de depozitare este dozată și transportată la schimbătorul de căldură în 4 trepte, Humboldt, unde are loc preîncălzirea făinii de la 60 C la aprox. 800 C. Căldura este preluată de la gazele fierbinți de la cuptor care străbat schimbătorul de căldură în contracurent cu făina alimentată. Făina preîncălzită și parțial decarbonatată în schimbătorul de căldură parcurge zonele din cuptorul rotativ astfel încât la 1450 C în zona de clincherizarea are loc formarea clincherului. Din cuptorul rotativ clincherul este descărcat în răcitorul grătar unde cu ajutorul aerului insuflat de 9 ventilatoare este răcit de la 1350 C la aproximativ 100 C. Clincherul este depozitat în silozuri. Cuptorul de clincher funcționează pe procedeul uscat și corespunde cerințelor BAT.

Producere ciment (6) – prin măcinarea în mori tubulare cu bile, bicamerale și funcționează pe procedeu închis a clincherului cu gips pentru reglarea timpului de priză și diverse adaosuri pentru producerea diverselor tipuri de ciment standardizate (calcar, zgură granulată de furnal, tuf vulcanic etc). Materialul din moară este dus la un separator dinamic, unde se separă, partea fină (cimentul) fiind preluat de un releu de transport și însilozat în silozurile de ciment, iar partea grosieră se reîntoarce în moară.

Expediție ciment (7) – din silozuri, cimentul poate fi livrat atât vrac cât și însăcuit. Expedierea cimentului se poate face fie auto, fie pe CFR.

Fig. 1.6. – Fluxul tehnologic al producerii cimentului într-o fabrică

Materii prime

In procesul de producție a cimentului sunt consumate cantități uriașe de resurse naturale și sunt generate cantități mari de poluanți care includ dioxidul de carbon responsabil pentru efectul de seră și care provine din descompunerea termică a calcarului și din combustia combustibililor fosili. Arderea amestecului brut pentru obținerea clincherului reprezintă procesul energetic cel mai intensiv din întregul proces de fabricare a cimentului portland și este un proces care produce circa 50% din emisiile de CO2 eliberate în procesul de producere a cimentului .

În ultimii ani a crescut interesul pentru utilizarea ca materii prime sau combustibili alternativi a reziduurilor solide și sub-produselor derivate din alte activități oferind o contribuție semnificativă la o dezvoltare durabilă .

În același timp, există o preocupare puternică pentru obținerea unui clincher de bună calitate în condiții de mediu prietenoase .

În România, pentru producerea cimentului portland se folosesc următoarele materii prime:

calcar, ca sursă pentru CaO necesar formării clincherului;

argile și marne, ca surse pentru SiO2 și Al2O3, Fe2O3

cenușă de pirită, ca sursă corectoare a conținutului de Fe2O3

Calcarul sau carbonatul de calciu este o rocă sedimentară, de culoare albă, cenușie sau galbenă, compusă în special din mineralele calcit și aragonit ambele având formula chimică (CaCO3).

Calcarele sedimentare au o răspândire mare în țara noastră. Cariere mai importante în țara noastră sunt la Lespezi (Dâmbovița), Bicaz – Chei (Neamț), Măgura Feredeului (Hunedoara), Luminița – Tașaul (Constanța), Suseni (Gorj), Măgura Căciulata (Brașov), Dealul Hulei Mateiaș (Argeș), Subpiatra Aleșd (Bihor), constituind sursa componentei calcaroase la fabricarea cimentului în fabricile grupurilor HOLCIM, LAFARGE și CARPATCEMENT–Heidelberg Group .

Proporția calcarului în amestecul brut pentru obținerea clincherului de ciment portland reprezintă circa 75% din masă. CaO necesar desfășurării reacțiilor pentru obținerea clincherului proceselor de clincherizare se obține prin descompunerea CaCO3, la temperaturi cuprinse in intervalul 850-900oC, cu degajare de CO2 .

Argila (deseori Lut) este o rocă sedimentară cu granulație fină (< 2 µm), alcătuită dintr-un amestec de silicați și din fragmente de cuarț, mică etc.

Din punct de vedere mineralogic o rocă argiloasă trebuie să conțină minerale argiloase în proporție de cel puțin 50% .

Mineralelele argiloase reprezintă hidrosilicați de aluminiu cu formula generală nSiO2·Al2O3·H2O. Pe lîngă hidrosilicații de aluminiu, argila mai conține: cuarț, feldspați, illit, mică, carbonați, alcalino – pământoși, gips, compuși cu fier, materiale organice, etc. Dintre mineralele secundare, nisipul cuarțos îngreunează procesul de ardere, iar feldspații și mica au influențe negative asupra calității clincherului. Dimpotrivă, combinațiile fierului din argile, ca oxizi sau hidroxizi, sulfurile sau sulfații și mineralele argiloase feruginoase, reprezintă componenți valoroși deoarece participă la formarea clincherului .

Argilele pot avea culoarea albă, galbenă, brună, roșie, verde sau neagră în funcție de substanțele străine conținute. De regulă, proporția de rocă argiloasă în compoziția amestecului brut se situează în jurul valorii de 25% .

Marnele sunt roci sedimentare marine cu o compoziție chimică și mineralogică intermediară între calcare și argile, fiind compuse din carbonat de calciu și minerale argiloase în proporții variabile, 20 – 70 %, (caolinit, montmorilonit etc.). Acestea au structuri foarte variabile în funcție de constituienți, de la compacte și dure, până la moi și friabile.

În general sunt roci de culoare deschisă, dar pot exista și marne roșii, brune, etc. În România se găsesc zăcăminte de marnă pentru industria cimentului la Aleșd (jud. Bihor) – de culoare cenușie, Malu Roșu – Fieni (jud. Dâmbovița) – de culoare roșie.

În procesul de fabricație al cimentului, alegerea și dozarea materiilor prime de bază, calcarele și argilele/marnele se face în funcție de compoziția mineralogică a cimentului preconizat a se obține. Un clincher de ciment portland normal trebuie să conțină CaO în proporție de 60 – 67%, SiO2 19 – 24%, Al2O3 4 – 7%, Fe2O3 2 – 6%. Ca urmare, în industria cimentului se pot utiliza atât calcarele, (conținutul în CaCO3 cuprins între 95 – 100%) cât și calcarele marnoase, (CaCO3 între 90 – 95%), marnele calcaroase, (CaCO3 între 70 – 90%) și marnele, (CaCO3 între 40 – 70%).

Pentru corectarea conținutului de Fe2O3 din amestecul brut de materii prime se utilizează cenușa de pirită – subprodus rezultat în procesul de obținere a îngrășămintelor chimice. Este un material pulverulent, de culoare roșiatică, caracterizat printr-un conținut de Fe2O3 care variază între 50-80%. De regulă, se dozează în proporție de 1-2% .

Co-procesarea deșeurilor

Industria producătoare de ciment este obligată să modernizeze în mod constant și să îmbunătățească procesul tehnologic pentru a satisface pe de o parte constrângerile guvernamentale în creștere cu privire la impactul asupra mediului și pentru a crește profitabilitatea prin creșterea capacității de producție și reducerea consumului de energie.

De-a lungul ultimelor decenii, tehnologia de producere a cimentului prin cuptor rotativ a fost îmbunătățită în mod constant: trecerea de la procesul umed la procesul uscat de producție, separarea locului unde au loc diferite reacții chimice, sisteme de by-pass a gazelor, sisteme de recuperare a energiei, etc. sunt unele dintre schimbările care au crescut foarte mult capacitatea de producție și au redus consumul de energie și poluarea.

O atenție deosebită a fost pusă pe consumul mare de energie (energie termică și electrică) implicată în producția de ciment. O posibilitate de reducere a costurile combustibililor o reprezintă introducerea combustibili alternativi, cum ar fi deșeuri menajere, biomasa, materiale plastice, cauciucuri, anvelope, deșeuri de hârtie, nămoluri de epurare, uleiuri uzate și solvenți, în producția de ciment .

O soluție de gestionare a deșeurilor care a luat o tot mai mare amploare în ultima perioadă este co-procesarea lor în fabricile de ciment. Coincinerarea deșeurilor în cuptoarele de clincher este un subiect complex, care cuprinde o arie largă de aspecte. Utilizarea industrială, eficientă a combustibililor alternativi pe bază de deșeuri, în cuptoarele rotative, implică asigurarea securității și protecției personalului angrenat în aceste activități, presupune realizarea de investiții pentru stocarea, dozarea și alimentarea combustibililor alternativi, uneori și pentru pretratarea lor. Aceste activități nu pot fi desfășurate decât cu condiția obținerii de autorizații specifice și îmbracă, de asemenea, o latură de marketing și comunicare .

Utilizarea combustibililor alternativi pe bază de deșeuri la producerea clincherului de ciment are implicații asupra desfășurării procesului de ardere și astfel, poate aduce modificări ale calității clincherului și cimentului rezultate și asupra emisiilor de poluanți rezultați din proces. Există un număr mare de deșeuri, care fiind combustibile, pot fi, considerate drept potențiali combustibili alternativi. În realitate, utilizarea acestora în cuptoarele de clincher este restricționată de motive economice, tehnice sau de legislație. Ca regulă generală, pentru a putea fi co-procesate, deșeurile acceptate drept combustibili alternativi în cuptoarele de clincher trebuie să aducă procesului energie termică, produsă de componenta organică a deșeurilor și valoare materială, prin componenta lor minerală.

În alegerea deșeurilor pentru a fi co-procesate în fabricile de ciment, există mai multe elemente care sunt considerate simultan: cerințe determinate de procesul termotehnologic din cuptorul de clincher, parametrii de calitate ai produsului (ciment) și reglementările privind emisiile generate de proces și care sunt stipulate în autorizații .

La alegerea tipurilor de combustibili alternativi și în timpul utilizării acestora, trebuie să se îndeplinească mai multe obiective:

respectarea tuturor cerințelor legale privind protecția mediului, siguranță și sănătate ocupațională, precum și standardele tehnice;

evitarea efectelor negative asupra calității produsului și a desfășurării procesului;

asigurarea celui mai favorabil tratament pentru deșeuri, comparativ cu alte tehnologii și respectarea ierarhiei deșeurilor;

minimizarea costurilor nete globale, implicate de gestiunea deșeurilor .

Pentru a fi utilizați la arderea clincherului, combustibilii alternativi trebuie să fie disponibili în cantități suficiente și să aibă o calitate constantă. Astfel, este foarte important să aibă putere calorifică suficient de mare, un conținut redus de metale grele (mai ales Hg și Tl), să poată fi manipulați și introduși în cuptor prin arzătoare sau prin alte dispozitive. În anumite situații, prin autorizații se stabilește nivelul maxim al poluanților care pot fi conținuți în deșeurile acceptate la coincinerare sau la pre-tratare . Totuși, nu există un nivel unic acceptat, dat fiind că întotdeauna, co-procesarea deșeurilor este dependentă de situația specifică, locală și de o multitudine de criterii:

politicile naționale de mediu;

impactul industriei cimentului în contextul dezvoltării industriale regionale;

compoziția materiilor prime și a combustibililor tradiționali pe care deșeurile îi înlocuiesc;

posibilitățile de pre-tratare pentru deșeurile disponibile;

nivelul de toxicitate al poluanților în deșeuri;

cerințele de calitate pentru ciment .

Co-procesarea deșeurilor la fabricarea cimentului cuprinde două aspecte:

Valorificarea termoenergetică a deșeurilor cu conținut energetic – prin pre-tratarea și co-incinerarea acestora (substituția parțială a combustibililor tradiționali cu combustibili alternativi – deșeuri)

Valorificarea materială a deșeurilor cu conținut mineralogic similar cu:

materiile prime (substituția parțială a acestora cu deșeuri ca materii prime alternative)

produsul intermediar, clincher (ca adaosuri la măcinare în producerea cimentului)

Starea actuală a măsurilor integrate în proces, precum și tehnologiile de reducere secundare asigura emisii scăzute menținând în același timp influența asupra funcționării cuptor la un nivel minim .

Produsele ecologice rezultă din utilizarea minimă a materiilor prime și a energiei în timpul procesului de fabricație, cu impact negativ minim asupra mediului .

Tehnologia de producție de clincher folosită, metoda de alimentare a deșeurilor, viteza de răcire a gazelor de ardere sunt parametri importanți în producerea clincherului. În cazul unor substanțe (SO2, HCl sau metale grele), o anumită schimbare (reducerea sau creșterea) a volumului de emisie a fost observat uneori, atunci când compoziția combustibililor alternativi arși în volume mari diferă în mod considerabil în conținutul de sulf, clor sau metale grele, în comparație cu combustibilii convenționali utilizați într-un anumit cuptor de ciment .

Când se înlocuiește în jur de 45% din energia cărbunelui primar cu diferiți combustibili alternativi la arzătorul principal, capacitatea de producție trebuie să fie redusă cu 1,2%, 1,8%, 2,8% și 14,7% pentru deșeurile periculoase solide, deșeuri derivate de combustibil, deșeuri de lemn și deșeuri periculoase lichide, respectiv, în scopul de a menține temperatura gazelor de evacuare a cuptorului și, prin urmare, să păstreze calitatea clincherului nemodificată. Valoarea foarte mare pentru deșeurile periculoase lichide este, în principal datorită conținutului foarte ridicat de apă în acest combustibil .

Diferiți autori au concluzionat ca matricea cimentului Portland normală sau cu anumiți aditivi este adecvată pentru solidificarea/stabilizarea metalelor, ca de ex. Zn, Cu, Pb, Cd, printre altele, convertind compușii toxic în unii inofensivi .

De asemenea, ei au raportat formarea unor faze intermediare în sistemul metal – oxid – CaO – SiO2 , Al2O3 care este stabilizat în timpul clincherizării și/sau hidratării cimentului Portland .

S-a demonstrat că cele mai multe metale grele, care sunt în combustibilii sau materiile prime utilizate în cuptoarele de ciment sunt încorporate în mod eficient în clincher sau sunt reținute de dispozitivele standard de control al emisiilor .

Cu toate acestea, problema cea mai des analizată în legătură cu arderea deșeurilor și a combustibililor obținuți din deșeuri în cuptoare de ciment este emisia de poluanți în aer, ceea ce implică și necesitatea de a îndeplini cerințe suplimentare legate de procesul de ardere a deșeurilor (inclusiv monitorizarea gazele de ardere și necesitatea de a se conforma standardelor de emisie stricte în ceea ce privește mai multe substanțe . Subliniat frecvent în lucrări publicate anterior este faptul că emisiile de poluanți atmosferici care au loc în timpul substituirii parțiale a combustibililor convenționali cu cei alternative, de obicei, nu diferă în mod considerabil de emisiile care apar în timpul utilizării numai a combustibililor convenționali . Rezultatelor măsurătorilor obținute la diferite fabrici de ciment din întreaga lume dovedesc că nu se observă nici o relație de exemplu între emisia de dibenzo-p-dioxine și dibenzofurani (PCDD / PCDF) și tipul și volumul de deșeuri ars în cuptoarele de ciment .

Avantajele co-incinerării deșeurilor în fabrica de ciment comparativ cu procesul de incinerare

Fig. 1.7. Avantajele co-incinerării deșeurilor în fabrica de ciment comparativ cu procesul de incinerare

Activitățile de incinerare și co-incinerare au drept scop prevenirea sau reducerea efectelor negative asupra mediului, în special asupra poluării aerului, solului, apelor de suprafață și subterane, precum și a oricăror riscuri pentru sănătatea populației.

Aceste activități constituie una din posibilitățile de valorificare a deșeurilor la nivel național, prin adaptarea la condițiile locale specifice a celor mai bune tehnici utilizate pe plan internațional și de a deschide un parteneriat cu toți factorii interesați în rezolvarea acestei probleme stringente.

La nivel European, reglementările pentru fabrici de ciment sunt prevăzute în Directiva Europeană 2000/76/CE privind incinerarea deșeurilor și Directiva Europeană 96/61/CE – IPPC (Prevenirea și Controlul Integrat al Poluării) , directive transpuse în legislația românească.

Toate instalațiile de coincinerare trebuie echipate astfel încât să se prevină emisii în atmosferă care să genereze creșterea semnificativă a poluării aerului la nivelul solului; în particular, gazele trebuie evacuate într-o manieră controlată și în conformitate cu standardele naționale și internaționale privind calitatea aerului, prin intermediul unui coș a cărui înălțime este astfel calculată încât să asigure, cel puțin la limita primei zone locuite, o dispersie corespunzătoare a unor emisii sub valorile normale ale indicatorilor de poluare, în orice condiții atmosferice.

Abordarea UE în ceea ce privește gestionarea deșeurilor se bazează pe trei direcții principale de acțiune:

– Prevenirea generării deșeurilor – factor considerat a fi extrem de important în cadrul oricărei strategii de gestionare a deșeurilor, direct legat atât de îmbunătățirea metodelor de producție cât și de determinarea consumatorilor să își modifice obiceiurile de consum, generând astfel cantități mai reduse de deșeuri;

– Reciclarea și valorificarea – încurajarea unui nivel ridicat de recuperare a materialelor componente, preferabil prin reciclare materială. În acest sens sunt identificate câteva fluxuri de deșeuri pentru care reciclarea materială este prioritară: deșeurile de ambalaje, vehicule scoase din uz, deșeuri de baterii, deșeuri din echipamente electrice și electronice;

– Eliminarea finală a deșeurilor – în cazul în care deșeurile nu pot fi valorificate, acestea trebuie eliminate în condiții de siguranță pentru mediu și sănătatea umană, cu un program strict de monitorizare .

Co-procesarea este principalul proces prin care industria cimentului își aduce contribuția la reducerea cantităților de deșeuri. Procesul de co-procesare consta in introducerea unei fracții de deșeuri care înlocuiește o anumita cantitate de combustibil primar necesar pentru asigurarea temperaturii de 1.500 de grade Celsius din cuptorul de clincher. Sunt acceptate o serie de 150 de tipuri de deșeuri printre care se numără deșeurile menajere sortate, deșeurile petroliere, deșeurile lemnoase, mase plastice sau anvelope uzate. Din cauza temperaturilor extrem de ridicate gazele din ardere sunt eliminate iar cenușa este asimilata produsului final.

Unități de producție a cimentului

In prezent, în România există următoarele unități de producție a cimentului:

S.C. CARPATCEMENT Holding (HEIDELBERG CEMENT GROUP – Germania), deține 3 fabricile de ciment la Bicaz, Deva și Fieni

S.C Holcim (România) (Holcim – Elveția), deține 2 fabrici de ciment la Aleșd și Câmpulung Muscel și o stație de măcinare la Turda

S.C LAFARGE (ROMÂNIA) (LAFARGE – Franța) deține 2 fabrici de ciment la Medgidia și Hoghiz și o stație de măcinare la Tg-Jiu

S.C Ceminter International (Ceminter Hispania) – deține o instalație de descărcare și o instalație de omogenizare ciment în portul Constanța

S.C Cemrom – deține o stație de măcinare la Corbu, în județul Constanța

Fig. 1.8. Instalații de producere a cimentului în România

Fig. 1.9. Instalații de co-incinerare a deșeurilor în România

Tipuri de ciment

SR EN 197-1:2011 definește și prezintă specificațiile pentru 27 cimenturi uzuale diferite, 7 cimenturi uzuale rezistente la sulfați precum și pentru 3 cimenturi de furnal distincte cu rezistență inițială mică și 2 cimenturi de furnal rezistente la sulfați cu rezistență inițială mică și pentru componentele lor. Definirea fiecărui ciment include proporțiile în care componentele sale trebuie combinate pentru a rezulta aceste produse diferite într-o gamă de nouă clase de rezistență. De asemenea, sunt definite și condițiile pe care componentele trebuie să le satisfacă precum și cerințele mecanice, fizice, chimice și condițiile necesare de durabilitate ale cimenturilor.

Cele 27 produse sunt grupate în 5 tipuri de ciment, după cum urmează:

CEM I – Cimenturi Portland (95% clincher)

CEM II – Cimenturi Portland compozite (65-94% clincher)

CEM III – Cimenturi de furnal (5-64% clincher)

CEM IV – Cimenturi puzzolanice (45-89% clincher)

CEM V – Cimenturi compozite (20-64% clincher)

Tipuri de deșeuri utilizabile ca și combustibili alternativi la producerea clincherului Portland. Caracteristici principale

Combustibilii fosili, cum ar fi cărbunele, petrolul și gazele naturale furnizează cea mai marte parte a energiei necesare. Cărbunii și gazele naturale sunt utilizate în formele lor naturale, dar petrolul și alți combustibili fosili, cum ar fi de șisturile și nisipurile bituminoase necesită distilare și rafinare pentru a oferi combustibili utilizabili. Caracterul finit al resurselor globale de combustibili fosili, prețurile ridicate și cel mai important, efectul lor dăunător asupra mediului subliniază necesitatea de a dezvolta și utiliza combustibili alternativi.

Cimentul este considerat unul dintre cele mai importante materiale de construcții din întreaga lume .

Producția de ciment este un proces intens consumator de energie termică de ordinul a 3,3 GJ / tonă de clincher produsă, ceea ce reprezintă 30-40 la sută din costurile de producție . La nivel mondial, cărbunele este combustibilul predominant utilizat în cuptoarele de ciment, producția de ciment consumând aproximativ 120 de kg de cărbune per tona de ciment. În Uniunea Europeană aproximativ 25 milioane de tone de cărbune este solicitată anual de Cembureau . În 2005, industria globală a cimentului a consumat aproximativ 9 exajoules (EJ) de combustibili și energie electrică pentru producția de ciment .

Deșeurile combustibile reprezintă o alternativa viabila și sigura pentru combustibilii fosili utilizați în mod tradițional in producția de ciment.

Există o foarte mare diversitate de tipuri de combustibili alternativi pe bază de deșeuri care pot fi utilizați în cuptoarele de clincher.

Un amestec de combustibili fosili și combustibili alternativi în proporție optimă este utilizat pentru a produce energia termică necesară în industria cimentului. Avantajul semnificativ al utilizării combustibililor alternativi este conservarea surselor regenerabile de energie neregenerabilă precum și reducerea siturilor de depozitare a deșeurilor. Utilizarea combustibililor alternativi prezintă mai multe provocări deoarece aceștia au caracteristici diferite, în comparație cu combustibilii convenționali.

În timp ce fabricile de ciment nu produc deșeuri, acestea utilizează deșeuri provenite din alte ramuri ale industriei ca aditivi sau combustibili alternativi. Acest lucru este posibil datorită condițiilor tehnologice în cuptoare rotative. Mulți ani de experiență au arătat că utilizarea deșeurilor drept combustibili alternativi de fabricile de ciment este atât ecologic cât și economic justificată. Înlocuirea combustibililor fosili cu combustibilii alternativi va contribui la reducerea costurilor de energie, oferind un avantaj competitiv pentru o fabrica de ciment, folosind această sursă de energie .

Cu toate acestea, pe lângă beneficiile economice evidente, utilizarea combustibililor alternativi (inclusiv combustibili proveniți din deșeuri derivate) în cuptoarele de ciment, în locul combustibililor convenționali, poate implica, de asemenea, multe probleme și pericole. De exemplu, încărcarea deșeurilor cu un conținut substanțe minerale (cenușă) prea mare în zona cuptorului, în care combinația de materii prime este deja granulată, poate provoca neomogenitatea clincherului și astfel, diminuând calitatea . Un conținut excesiv al unor metale grele în combustibilii alternativi pot perturba ușor progresul procesului de formare al clincherului și crește în mod semnificativ concentrația acestora în ciment și praful de ciment, crescând astfel riscul de spălare a acestor metale în condiții de mediu .

Combustibilii alternativi provin din industrii diferite sau din agricultura și pot fi recuperați prin incinerare în cuptoare de clincher într-o maniera sigura, procesul fiind atent controlat și verificat de-a lungul dezvoltării sale.

Introducerea combustibililor alternativi în procesele de producție a fost precedata de construirea de facilitați speciale pentru combustibili, prin dezvoltarea unor proceduri speciale de prevenire a riscurilor, de achiziționarea de noi echipamente (pentru transport, prelucrare, pornire, monitorizare etc.) .

Combustibilii alternativi pe bază de deșeuri pot fi clasificați în funcție de diverse criterii, una dintre clasificări, fiind prezentată în tabelul 1.1 .

Tabel 1.1. Tipuri de combustibili alternativi pe bază de deșeuri

Combustibilii solizi pot avea diferite granulații, în funcție de sursa din care provin :

pulverizați, granulați sau măcinați fin

concasați sau măcinați grosier

combustibili alternativi în bucăți: anvelope uzate întregi, materiale în saci, butoaie

Combustibilii solizi – fin sau grosier măcinați, pot fi de asemenea împărțiți în următoarele categorii :

solizi, uscați, granulați sau măcinați fin, care nu se aglomerează (dimensiuni <2 mm, umiditate < 10-15 %); exemple: rumeguș, talaș, coji de orez;

solizi, uscați, granulați sau măcinați grosier, care nu se aglomerează (dimensiuni <20 mm, umiditate <10-15 %); exemple: deșeuri de plastic, cauciuc, lemn, reziduuri din producția de alimente;

solizi, uscați, care au tendința să adere și să se lipească (dimensiuni < 20 mm, umiditate < 10-15 %); exemple: făină animală, rumeguș impregnat;

amestecuri de diferite materiale în bucăți (dimensiuni <200 mm, umiditate <20 %); exemple: hârtie, plastic, cartoane, lemn.

Din punctul de vedere al posibilităților de folosire a deșeurilor în cadrul unui flux tehnologic de obținere al cimentului se poate discuta despre două tipuri de deșeuri:

deșeuri necombustibile (nonenergetice) – utilizate ca materii prime, ca adaosuri corectoare în amestecul de materii prime sau ca adaosuri la măcinarea clincherului, cu substituirea parțială a materiilor prime tradiționale (calcar, argilă, ghips) sau a produselor intermediare (clincher) cu deșeuri care au compoziție mineralogică similară.

deșeuri combustibile (energetice) – utilizate ca înlocuitor parțial al combustibilului la arderea clincherului, cu substituirea parțială a combustibililor tradiționali (cărbune, gaze naturale, păcură) cu deșeuri care au putere calorică.

In acest sens se poate face o clasificare a deșeurilor utilizate în procesul de coincinerare în cadrul fluxului tehnologic după cum urmează:

Principalele tipuri de combustibili alternativi folosiți în fabricile de ciment din România.

Anvelope uzate si deșeuri de cauciuc, provenite din activitățile industriei auto. (inclusiv anvelope auto de mari dimensiuni pentru care am investit special într-un sistem hidraulic de tăiere și mărunțire urmat de dozare si transportul ulterior spre banda de alimentare);

Materiale plastice, folii, carton, hârtie, lemn si textile, provenite din diverse activități industriale, dar si din deșeurile menajere sortate;

Uleiuri uzate si solvenți, proveniți din industriile auto si chimica. Acordam o atenție speciala transportului lor din cauza compoziției chimice si a pericolului de explozie;

Deșeuri petroliere, provenite din activitățile curente ale industriei petroliere precum si din activități de ecologizare a batalurilor istorice cu produse petroliere. Și în acest caz este nevoie de o supraveghere atentă a transportului;

Rumeguș pe care îl impregnam cu uleiuri, lacuri, vopseluri sau deșeuri petroliere in instalații speciale. Din cauza riscului de poluare pe care îl reprezintă, rumegușul impregnat trebuie transportat și manipulat cu o atenție deosebită;

Deșeuri lemnoase, provenite din industria agricola, silvicultura sau din industria de procesare a lemnului .

Utilizarea tipurilor de deșeuri precizate mai sus ca materii prime (deșeuri necombustibile) prezintă avantajul că se elimină în totalitate, are loc o reducere a emisiilor de CO2 în atmosferă și cel mai important avantaj că nu afectează calitatea mediului înconjurător sau calitatea produselor finite.

Referitor la avantajele utilizării deșeurilor combustibile, cuptorul de clincher este un echipament sigur pentru valorificarea și arderea în siguranță a acestor deșeuri datorită unor caracteristici cum sunt:

temperatura foarte ridicată a gazelor (2000șC) și a materialului (1450șC);

timpul de staționare în cuptor de 5 – 10 secunde la o temperatură de peste 1100șC;

posibilitatea alimentării continue cu deșeuri combustibile;

posibilitatea valorificării totale a potențialului energetic al deșeurilor în procesul tehnologic de fabricare a clincherului.

Pe baza caracteristicilor fizico-chimice ale combustibililor alternativi și funcție de tipurile de cuptoare, se stabilesc puncte de alimentare a combustibililor, având în vedere, ca regulă generală, că acei combustibili care conțin componente periculoase, să fie introduși în zone unde temperaturile sunt suficient de înalte, de regulă la arzătorul principal, pentru ca substanțele periculoase să fie distruse .

În conformitate cu Foaia de parcurs privind Tehnologia Cimentului 2009 , raportul privind consumul de combustibil alternativ a fost de 16% în țările dezvoltate și 5% în țările în curs de dezvoltare în 2006 și este de așteptat să crească până la 40%, 60% și respectiv 10%, 20%, până în 2030 .

Reciclarea deșeurilor, care sunt dificil de utilizat în alte industrii vor contribui în mod semnificativ la protecția mediului, precum și prin reducerea emisiilor de CO2 .

Din date statistice, la nivelul anului 2011 s-au colectat 60 mii tone de anvelope uzate din care 75% au fost co-procesate în fabricile de ciment .

Ca regulă generală, combustibilii care conțin o proporție importantă de carbon au puteri calorifice mai mari, în timp ce combustibilii bogați în hidrogen sunt mai volatili.

Există mari diferențe între gradul de substituție a combustibililor fosili cu combustibili alternativi în diferite părți ale lumii. Media în țările europene (EU28) este semnificativ mai mare decât în Japonia, SUA, Canada și Australia.

În același timp, în Europa există țări în care co-incinerarea deșeurilor în industria cimentului are o lungă istorie, a devenit o practică curentă și gradele de substituție sunt mari – Olanda cu precădere, unde gradul de substituție a depășit 80 %, dar în care trebuie menționat că există o singură fabrică de ciment, Elveția, Austria, Germania, cu peste 40 %. Există însă și țări unde industria cimentului este puternic dezvoltată – Italia, Spania, Polonia, dar unde practica utilizării combustibililor alternativi este la început.

În anul 2012 la nivelul Europei, industria cimentului a reușit să-și asigure aproape o treime din necesarul de energie termica din combustibilii alternativi pe baza de deșeuri rezultate din cadrul altor industrii și activități.

Această situație are cauze legate de dezvoltarea pieței deșeurilor din zonele respective, precum și de posibilitatea industriei cimentului de a le utiliza, având în vedere cadrul legal, investițiile necesare, relațiile cu părțile interesate etc.

Pe de o parte, utilizarea combustibililor alternativi reduce emisiile de gaze cu efect de seră și ajută la valorificarea deșeurilor generate de alte industrii și activități. Pe de altă parte, folosirea lor nu este lipsită de riscuri, de aceea aceasta activitate este reglementată prin legislație specifică, implementată în autorizațiile fabricilor și atent monitorizată atât de către fabrici cât și de autorități.

Astfel:

Nu se utilizează combustibili alternativi dacă aceștia ar putea avea un impact negativ asupra sănătății umane, mediului înconjurător sau a comunității locale;

Se folosesc doar deșeuri și combustibili alternativi cu origini bine cunoscute și care corespund strict criteriilor de acceptare, disponibile la cerere;

Nu se folosesc ca și combustibili alternativi deșeuri pentru care există soluții mai ecologice de valorificare;

Nu se utilizează combustibili alternativi dacă emisiile rezultate din arderea lor sunt mai mari decât emisiile rezultate din arderea combustibililor tradiționali;

Înainte de a fi introduse în cuptoare, toate deșeurile sunt supuse unor teste riguroase în ceea ce privește caracteristicile fizico-chimice. Analizele complete sunt obligatorii la începutul utilizării fiecărui nou tip de deșeu și pe parcurs, ca proba medie, pe anumite cantități;

Activitatea de co-incinerare este strict reglementată de autorizații emise de autoritățile competente. Emisiile la coș sunt monitorizate continuu .

Prin co-procesarea deșeurilor se asigură:

Conservarea resurselor naturale: cărbune, păcura, gaz, gips, calcar, argilă, etc.

Reducerea indirectă a emisiilor de gaze, care s-ar genera în cazul în care deșeurile ar fi tratate prin depozitare sau incinerare în incineratoare amenajate special

Diminuarea riscurilor de mediu (depozitări necontrolate, poluarea solurilor, apelor etc)

Evitarea supraaglomerării depozitelor controlate (halde)

Îmbunătățirea imaginii mediului ambient

Fabricarea ceramicii

În general termenul „ceramică” (produse ceramice) este utilizat pentru materiale anorganice (posibil cu un anumit conținut organic), formate din compuși nemetalici permanentizați printr-un proces de ardere. Pe lângă materialele pe bază de argilă, ceramica actuală include o multitudine de produse cu o fracțiune mică de argilă sau chiar deloc. Ceramica poate fi smălțuită sau mată, poroasă sau vitrificată .

Industria de ceramică este inclusă în CAEN-ul European (Clasificarea Activităților Economice din Comunitatea Europeană) Diviziunea 26 corespunzătoare fabricării altor produse din minerale nemetalice. Această diviziune include unele dintre următoarele grupe înrudite:

• 26.2 Fabricarea produselor ceramice nerefractare, altele decât construcții; fabricarea produselor ceramice refractare.

• 26.21 Fabricarea de articole de uz casnic și produse ceramice decorative.

• 26.3 Fabricarea plăcilor ceramice și steaguri.

• 26.4 Fabricarea de cărămizi, țigle și produse pentru construcții, din argilă arsă .

Sectorul produselor minerale nemetalice îndeplinește rolul intermediar de a lua minerale care au fost adesea detonate sau extrase din carieră și de a le transforma în produse care pot fi utilizate în mai multe industrii (industria de construcții, construcții civile, procese metalurgice, fabricarea cimentului, sticlei, incineratoare, obiecte sanitare si tacamuri). Caracteristicile produselor ceramice includ durată lungă de viață, rezistență la uzură, inerția chimică și toxicitate scăzută, rezistență la căldură și foc, etc..

În general materialele ceramice sunt amorfe, însă circa 30% din totalul lor au structură cristalină. În funcție de domeniul de utilizare, materialele ceramice se împart în:

ceramice de uz casnic (oale, vase, tuburi, rezervoare, conducte, robinete)

ceramice pentru construcții (cărămizi, țiglă, faianță, conducte)

ceramice tehnice pentru filiere de trefilat, inele de etanșare, rotoare de turbine, rulmenți cu bile, pistoane, segmenți, racorduri, etc.

Tipuri de materiale ceramice tehnice

Materialele ceramice tehnice sunt caracterizate prin proprietăți fizico-mecanice superioare celor ale materialelor metalice dure și extradure prin :

densitate redusă, de circa 1/3 din aceea a materialelor metalice;

duritate mare, cuprinsă între 1500 – 2100 HV;

rezistența la uzură, de 2-3 ori mai mare decât aceea a materialelor metalice;

stabilitate dimensională și de formă geometrică până la temperature de circa 2000 °C

Din punct de vedere al compoziției chimice și al domeniului de utilizare, ceramicile pot fi grupate în:

ceramici silicioase sau vitroceramici, obținute prin cristalizarea dirijată a sticlelor cu ajutorul unor agenți de nucleație (catalizatori) metalici, halogenuri sau compuși oxidici

ceramici nemetalice, caracterizate prin structuri metalografice complexe, realizabile prin presare la temperaturi > 1700 °C și presiuni >14 MPa

ceramici metalice cu cermeți cu structura metalografică complexă, foarte rezistenți la solicitări, temperaturi ridicate și coroziune

ceramici oxidice de forma alumina Al2O3 în proporție de 99% restul fiind ZrO2; SnO2; Fe2O3; ZnO; BeO; MgO; TiO2 – folosite la fabricarea semiconductorilor;

ceramici magnetice, constituite din ferită de formă: MFe2O4 unde M=nichel, mangan, magneziu, cupru, cobalt.

Materia prima

Materia primă de bază folosită la fabricarea produselor ceramice o reprezintă argila (de tip caolinitic).

Amestecul plastic cuprinde în compoziție și alte materiale în cantități mici cum ar fi:

degresanți sau aglomeranți;

fondanți;

eventual, adaosuri refractare

Degresanții sunt materiale de adaos ce au rolul de a micșora plasticitatea argilelor și totodată contracția ei la uscare. Aceste materiale au rolul de a reduce volumul fisurilor ce apar la uscare. Din această categorie fac parte următoarele materiale: nisipul silicios, praful de șamota (argilă refractară arsă și măcinată), cenuși, zgură măcinată etc .

Aglomeranții sunt materiale de adaos ce au rolul de a mari plasticitatea argilelor slab plastice, în vederea reducerii manoperei de fasonare a formelor crude. Din categoria materialelor de aglomerare fac parte: varul, dextrina, melasa, gudroanele etc.

Fondanții (topitori) sunt materialele de adaos ce au rolul de a coborî temperatura de clincherizare și vitrificare a masei argiloase, în scopul reducerii consumului de combustibil necesar arderii produselor ceramice. Din această categorie fac parte următoarele materiale: feldspat, calcar, dolomita etc.

Adaosuri refractare sunt materiale care introduse în masa ceramică îi măresc punctul de refractaritate, deci favorizează obținerea unor produse refractare(cu temperatura de topire mai mare). Din această categorie fac parte următoarele materiale: șamota, cuarțul etc.

Procesul tehnologic

Procesul tehnologic de fabricare a produselor ceramice cuprinde succesiunea operaiilor și proceselor, tabelul 1.2, prin care una sau mai multe materii prime convenabil alese, sunt preparate, fasonate, supuse tratamentului termic și finisate corespunzător caracteristicilor și cerinelor de utilizare ale produselor respective. Materialul preparat poartă numele de masă ceramică.

Fabricarea produselor ceramice are loc în diferite tipuri de cuptoare, cu o gamă largă de materii prime, în numeroase forme, dimensiuni și culori. Cu toate acestea, procedeul general de fabricare a produselor ceramice, este destul de uniform, pe lângă faptul că pentru fabricarea plăcilor de gresie și faianță, a ceramicii de uz menajer, a articolelor sanitare și a ceramicii tehnice este utilizat adesea un procedeu de ardere în mai multe trepte .

În general, materiile prime sunt amestecate și turnate, presate sau extrudate în formă. Apa este utilizată în mod regulat pentru amestecare completă și modelare. Această apă este evaporată în uscătoare, iar produsele sunt așezate fie manual în cuptor – în special în cazul cuptorului tip vagon operat periodic – sau sunt așezate pe vagonete care sunt duse prin cuptoare tip tunel sau pe vatră cu role operate continuu. Pentru fabricarea agregatelor de argilă expandată sunt utilizate cuptoare rotative .

În timpul arderii, este necesar un gradient foarte precis de temperatură care să asigure că produsele sunt tratate corect. Pe urmă, este necesară răcirea controlată, astfel încât produsele să elimine treptat căldura și să-și păstreze structura ceramică. Apoi produsele sunt ambalate și depozitate pentru livrare .

Tab. 1.2. Faze și operaii tehnologice

Arderea produselor ceramice determină transformarea timp-temperatură a substanțelor minerale componente, de obicei într-un amestec de noi substanțe minerale și faze vitroase. Proprietățile caracteristice ale produselor ceramice includ rezistență ridicată, rezistență la uzură, durată lungă de viață, inerție chimică și netoxicitate, rezistență la căldură și la foc, (de obicei) rezistență electrică și uneori și o porozitate specifică .

În funcție de procesele de fabricație specifice, instalațiile care produc produse ceramice provoacă emisii care se degajă în aer, în apă și în sol (deșeuri). În plus, mediul înconjurător poate fi afectat de zgomot sau de mirosuri neplăcute. Tipul și volumul de aer poluat, de deșeuri și de ape uzate depind de diferiți parametri. Acești parametri sunt, de exemplu, materiile prime utilizate, agenții auxiliari, carburanții folosiți și metodele de producție :

emisiile în aer: particule/praf, funingine, emisii gazoase (oxizi de carbon, oxizi de azot, oxizi de sulf, compuși anorganici de fluor și clor, compuși organici și metale grele) pot rezulta din fabricarea produselor ceramice

emisii în apă: apele uzate din proces conțin în special componente minerale (particule insolubile) și alte materiale anorganice, cantități mici de numeroase materiale organice precum și anumite metale grele

pierderile din proces/deșeurile: pierderile din proces care provin din fabricarea produselor ceramice, constau în special din diferite tipuri de nămol, produse sparte, matrițe de ghips uzate, agenți de sorbție uzați, reziduuri solide (praf, cenușă) și deșeuri din ambalaje

consumul de energie/emisii de CO2: toate sectoarele din industria ceramică sunt mari consumatoare de energie, deoarece o parte importantă a procesului de fabricație implică uscarea urmată de ardere la temperaturi între 800 și 2000 șC. La ora actuală, gazul natural, gazul de petrol lichefiat (propan și butan) și păcura EL sunt utilizate în special pentru ardere, în timp ce păcura grea, gazul natural lichefiat (GNL), biogazul/biomasa, curentul electric și combustibilii solizi (de exemplu cărbune, cocs petrolier) pot juca un rol ca surse de energie pentru arzătoare.

Prelucrarea argilelor și a altor materii prime ceramice duce inevitabil la formarea prafului – în special în cazul materialelor uscate. Uscarea (inclusiv uscarea prin pulverizare), cominuția (sfărâmare, măcinare), sortarea, amestecarea și transportul pot genera emisii de praf fin. De asemenea, praful se formează și în timpul decorării și arderii obiectelor, precum și în timpul prelucrării sau al operațiunilor de finisare pe obiectele arse. Emisiile de praf nu sunt generate doar de materiile prime descrise mai sus, ci și combustibilii contribuie la aceste emisii în aer.

Compușii gazoși emiși în timpul uscării și al arderii provin în special din materiile prime, dar și combustibilii contribuie la emiterea poluanților în formă gazoasă. Aceștia sunt în special SOX, NOX, HF, HCl, COV și metale grele.

Apa uzată din proces rezultă în special când materialele argiloase spălate sunt în suspensie în jetul de apă din procesul de fabricație și al curățării echipamentului, dar emisiile în apă apar și în timpul operării epuratoarelor umede de gaze reziduale. Apa adăugată direct în amestecurile din obiectele ceramice se evaporă apoi în aer în timpul fazelor de uscare și ardere.

Pierderile din producție pot fi adesea reciclate și reutilizate în cadrul unității datorită specificațiilor produsului sau cerințelor de fabricație. Materialele, care nu pot fi reciclate în interior, sunt scoase din unitate și utilizate în alte industrii sau sunt furnizate unităților externe de reciclare sau de depozitare a deșeurilor.

Pentru a reduce emisiile de praf difuze sau canalizate se pot aplica măsuri pentru operațiunile care generează particule sau pentru zonele de depozitare în vrac, de ex. se pot monta filtre cu sac, curățarea uscătorului, sisteme de desprăfuire/filtrare, iar pentru a preveni emisiile de poluanti gazoși în aer (în special SOX, NOX, HF, HCl, COV) – utilizarea combustibililor cu emisii reduse de cenușă și reducerea formării de pulberi provenite din încărcarea obiectelor care vor fi arse în cuptor.

Capitolul 2

FORMAREA POLUANȚILOR IN PROCESUL DE FABRICARE A CLINCHERULUI ȘI CERAMICII

Fabricarea cimentului

Masa de poluanți evacuată în atmosferă este supusă unui proces de dispersie care determină scăderea concentrației de poluanți pe măsura depărtării de sursă. Dispersia poluanților depinde de o serie de factori ce acționează simultan:

factori ce caracterizează sursa de emisie respectivă, cantitatea de poluant evacuată în unitatea de timp și proprietățile fizico-chimice ale poluantului;

factori care caracterizează mediul aerian în care are loc emisia și care determină împrăștierea orizontală și verticală a poluanților (factorii meteorologici);

factori care caracterizează zona în care are loc emisia (orografia și rugozitatea terenului).

Diversele zone au posibilități diferite de dispersie, astfel încât aceeași cantitate de noxe evacuată în atmosferă în condiții similare are ca rezultat atingerea unor concentrații la sol diferite de la o zona la alta, în funcție de caracteristicile atmosferice și orografice ale zonei respective.

Cunoașterea proporției în care se realizează într-o zonă dată acele caracteristici atmosferice care frânează sau favorizează difuzia poluanților permite estimarea posibilităților de dispersie precum și determinarea calitativă și cantitativă a concentrațiilor de poluanți.

Sursele de poluare a atmosferei sunt de două categorii:

dirijate, caracterizate de faptul ca poluanții rezultați din procese sunt colectați, transportați și exhaustați în atmosferă prin mijloace mecanice; acestea sunt de două feluri: controlate, caracterizate prin faptul că sunt prevăzute cu instalații de epurare și necontrolate, caracterizate de faptul că nu sunt prevăzute cu instalații de reținere a poluanților;

nedirijate, caracterizate prin faptul ca poluanții rezultați din proces sunt evacuați în mod liber în atmosferă.

Din activitatea de utilizare a deșeurilor rezultă poluanți în principal, la arderea acestora în cuptorul de clinker. Directiva IPPC cuprinde o listă generală a principalelor substanțe poluante ale aerului care trebuie luate în considerare pentru stabilirea valorilor limită ale emisiilor.

În toate sistemele de cuptoare, gazele exhaustate trec în final printr-un dispozitiv de control al poluării aerului (electrofiltru sau filtru cu saci) pentru separarea prafului înainte de evacuare la coșul principal .

În procedeul uscat, gazele de evacuare pot avea o temperatură relativ ridicată și pot furniza căldură pentru moara de făina când aceasta este în funcțiune (funcționare compusă). Dacă moara de făina nu funcționează (funcționare directă), înaintea intrării în dispozitivul de control al poluării aerului, gazele sunt în mod normal răcite prin pulverizare de apă într-un turn de condiționare, atât pentru a reduce volumul lor cât și pentru a îmbunătăți caracteristicile de precipitare .

Comparativ cu 1990 emisiile de praf produse de industria cimentului din România au fost reduse cu 95%, iar cantitățile de oxid de azot si dioxid de sulf au scăzut cu 50% .

“In ultimii 10 ani industria a reușit să co-proceseze peste 1.300.000 de tone de deșeuri”. Deși la nivel național cantitatea de deșeu menajer a fost de aproximativ 4,5 milioane tone (potrivit datelor Eurostat pe 2013), doar 3% din acestea au putut fi folosite de fabricile de ciment.

În ultimii 20 de ani, industria europeană de ciment a redus emisiile de CO2 per tonă de ciment de la 719 kg în anul 1990 la 660 kg în anul 2010 prin înlocuirea procedeului umed cu cel uscat, procedeu mult mai eficient energetic. La ora actuală, peste 90% din clincherul produs se bazează pe această tehnologie, îmbunătățirea tehnologiilor de măcinare având ca rezultat un consum de energie mai scăzut și, prin urmare, reducerea emisiilor.

La producerea cimentului, cel mai important impact asupra mediului îl au:

emisiile gazoase la coș și pulberile (emisiile la coș și sursele fugitive);

alte emisii – zgomote și vibrații, mirosuri, apă uzată, deșeuri de producție;

consumul de resurse – energie, materii prime .

Poluanții emiși la producerea clincherului sunt rezultatul reacțiilor chimice în care sunt implicate materiile prime introduse în cuptor și al arderii combustibililor.

Constituenții principali ai gazelor de ardere emise la coșul cuptorului de clincher sunt azotul din aerul de combustie, CO2 din decarbonatarea materiilor prime și din ardere, vaporii de apă din procesul de ardere și din materiile prime și oxigenul în exces.

Alături de aceștia, în compoziția gazelor de ardere se regăsesc pulberi, oxizi de azot (NOx), oxizi de sulf, (în proporție covârșitoare, SO2), cloruri, fluoruri, monoxid de carbon și cantități reduse de metale grele și compuși organici . Emisiile pot proveni din diferite puncte în procesul de producere al cimentului, în funcție de materiile prime și combustibili, procedurile de pregătire și a cuptoarelor, și a sistemelor utilizate pentru controlul emisiilor.

Principalele etape de fabricație, care sunt, de asemenea, surse potențiale de emisii, sunt:

Extracția și prepararea materiilor prime

Manipularea combustibililor

Producerea clincherului

Măcinare

Ambalare

Depozitare

Transport

Încărcarea materialului

Cele mai importante emisii din procesele de producție sunt pulberile, oxizii de azot (NOx) și dioxidul de sulf (SO2). Alte emisii sunt compușii organici volatili (VOC), dioxine p-dibez policlorinate (PCDD) și dibenzofurane (PCDF) și clorura de hidrogen (HCL).  De asemenea, trebuie ținut cont și de oxizii de carbon (CO, CO2), fluorură de hidrogen (HF), amoniac (NH3), benzen, toluen, etilbenzen și xilen (BTEX), hidrocarburi poliaromatice (PAH, metale și compușii acestora, zgomot și mirosuri.

Formarea poluanților

Pulberi

Emisiile de pulberi au fost una dintre principalele preocupări legate de mediu în ceea ce privește fabricarea cimentului. Principalele surse sunt procesul de pregătire a materiilor prime (unități pentru materia primă), unitățile de măcinare și de uscare, procesul de ardere a clincherului, pregătirea combustibilului și unitatea de măcinare a cimentului (instalații de măcinare). De asemenea, alte surse de praf sunt concasarea materiilor prime, benzile rulante și lifturile pentru materii prime, depozitarea materiilor prime și a cimentului, depozitarea combustibililor, expedierea cimentului (încărcare) .

Sursele punctuale de pulberi sunt instalația de ardere și răcire, morile de ciment și echipamentele de mărunțire și uscare a materiilor prime .

Pulberile din surse difuze „pulberi fugitive” rezultă din manipulări și depozitări ale materialelor pulverulente, precum și ca urmare a transportului. Pulberile au reprezentat pentru o lungă perioadă de timp, cea mai serioasă problemă pe care o punea o fabrică de ciment din punct de vedere al mediului înconjurător și chiar al sănătății angajaților și vecinilor .

În ultimii 20 de ani, emisiile de pulberi, mai cu seama cele punctuale, au fost reduse cu mai mult de 90 % în majoritatea fabricilor de ciment, prin montarea de instalații de desprăfuire moderne – filtre cu saci și electrofiltre .

Emisiile de praf de PM10 și PM2,5 constau din particule fine, cu o granulație mai mică de 10, respectiv mai puțin de 2,5 microni (formă solidă sau aerosoli). Aceste tipuri de praf fin pot rezulta dintr-o serie de reacții fizico-chimice care implică diferite gaze precursoare (oxizi de azot și sulf, pulberi în suspensie de azotat și amoniu). Aceste emisii pot cauza probleme pentru sănătatea oamenilor. În industria cimentului, PM10 și PM2,5 pot apărea din procesul de ardere și de răcire.

Oxizi de azot (NOx)

Oxizii de azot, definiți ca NOx = NO + NO2 se formează în cuptoare în procesul de ardere, prin oxidarea azotului din aerul de combustie si azotului conținut în combustibil.

NO și NO2 sunt oxizii principali din gazele exhaustate din cuptorul de clincher (NO >90 % din oxizii de azot).

In cuptor, are loc formarea “NO termic”, la temperaturi ridicate, începând cu 12000 C concentrația sa depinzând de temperatura flăcării (variind aproape instantaneu cu modificările de temperatura), de concentrația de O2, procedeul de ardere folosit și de aptitudinea la ardere a materialului. NOx termic – o parte din azotul din aerul de combustie reacționează cu oxigenul pentru a forma diferiți oxizi de azot.

Viteza reacției în cazul NOx termic creste odată cu temperatura; de aceea, amestecuri greu de ars care necesita zone de ardere mai fierbinți vor tinde sa genereze mai mult NOx termic decât cuptoarele cu amestecuri mai ușor de ars. Viteza reacției creste de asemenea odată cu creșterea conținutului de oxigen (exces de aer) .

“NO combustibil’, provenit din azotul conținut în combustibil, se formează în zone cu concentrație redusă în O2, concentrația lui depinzând relativ puțin de temperatura față de ‘NO termic”. În plus, NOx poate fi, de asemenea, format prin oxidarea NH3 .

Formarea NO2 are loc la temperaturi scăzute, prin oxidarea NO format in timpul combustiei. In condițiile existente în cuptoare, cantitatea de NO2 reprezintă mai puțin 5 – 10% din totalul de NOx emis.

NOx din combustibil este generat de arderea azotului prezent în combustibil. Azotul din combustibil fie se combină cu alți atomi de azot pentru a forma gazul N2 fie reacționează cu oxigenul pentru a forma NOx din combustibil .

Într-un precalcinator temperatura predominanta este între 850 – 950°C, care nu este destul de ridicata pentru a forma NOx termic în cantități semnificative, dar va apărea NOx combustibil.

În mod asemănător, alte tipuri de ardere secundara a combustibilului la capul cuptorului, cum ar fi conducta ascendenta a cuptorului cu schimbător în suspensie sau camera de ardere a unui schimbător tip grătar, pot genera NO din combustibil. De aceea, în cuptoarele cu precalcinare, unde până la 60 % din combustibil poate fi ars în calcinator, formarea NOx din combustibil contribuie în mod semnificativ la emisia totala de NOx. Formarea de NOx termic în aceste cuptoare este mult mai scăzută în comparație cu cuptoarele unde tot combustibilul este ars în zona de sinterizare. În afara temperaturii si a conținutului de oxigen (exces de aer) formarea de NOx poate fi influențată de forma si temperatura flăcării, de geometria camerei de ardere, de reactivitatea si conținutul în azot al combustibilului, de prezenta umidității, de timpul de reacție și tipul arzătorului .

S-a observat, de asemenea, cum combustibilii cu conținut mai mare de substanțe volatile au tendința sa contribuie la reducerea NO, pentru ca ard cu flăcări mai fierbinți si formează rapid CO și radicali ai hidrocarburilor . Cuptoarele care utilizează combustibil gazos produc o cantitate mai mare de NOx termic decât cuptoarele în care se ard cărbuni . Pe de altă parte, cărbunii au în compoziție o cantitate mai mare de N decât gazul natural, în care azotul este aproape inexistent, deci NOx din combustibil este mai mare în cazul arderii cărbunilor. Comparând însă cuptoarele care funcționează pe procedeul uscat, se observă că emisiile de NOx sunt semnificativ mai mari pentru cuptoarele care utilizează gaze naturale, ceea ce confirmă faptul ca formarea NOx termic este procesul dominant în cuptorul de clincher, datorită temperaturii înalte .

Oxizii de azot se formează în cursul procesului de ardere a combustibililor în cuptorul de clincher, prin mai multe procese, în urma oxidării azotului din aerul de combustie, din combustibil și din amestecul de materii prime. Materiile prime utilizate la producerea clincherului pot să conțină în unele cazuri, cantități importante de azot. Calcarul în special, sau argilele, fiind roci sedimentare, pot sa conțină mici cantități de azot legat chimic, de presupus în compuși organici .

Oxizii de sulf (SO2)

Emisiile de SO2 provenite de la fabricile de ciment depind de cantitatea totală de compuși de sulf și de tipul procedeului folosit. În primul rând, depinde de conținutul de sulf volatil din materiile prime și de combustibili .

În materiile prime, sulful este prezent sub forma de sulfați sau sulfuri (pirita sau marcasită FeS2), iar în combustibili se găsește sub forma de compuși anorganici sau organici .

Sulfații sunt stabili termic până la temperaturi de aproximativ 1200° C, deci ajung în zona de

clincherizarea, ca atare, unde sunt descompuși și pun în libertate SO2 gazos .

Emisiile potențiale de SO2 depind, de asemenea, de circulația sulfului care are loc în sistemele de cuptor (SO2 în gazele de evacuare, CaSO4 în clincher și în praf). Cu toate acestea, cea mai mare parte din sulf este încorporată în clincher sau descărcată din sistemul de către proces .

Principalul component al SOx este SO2 (99 %) pe lângă acesta rezultând și SO3 în condiții reducătoare H2S. Sulful din materia primă, sub formă de sulfură și sulful combinat organic se vor evapora iar 30 % sau mai mult pot fi emise de la prima treaptă a schimbătorului de căldură. Gazele de la această treaptă vor fi emise fie direct în atmosferă sau alimentate în moara de făină dacă aceasta este în funcțiune. În moara de făină, 20-30 % din SO2 va fi fixat în materia prime fin măcinată. Astfel, este important ca măcinarea brută să fie optimizată astfel încât moara de făină să acționeze ca o instalație de reducere a SO2 pentru cuptor. Sulful din combustibilii care alimentează cuptoarele cu preîncălzire nu va conduce la emisii semnificative de SO2, datorită naturii alcaline puternice din zona de sinterizare, de calcinare și la treapta inferioară a schimbătorului. Acest sulf va fi fixat în clincher. Oxigenul în exces (1 până la 3 % O2 menținut în cuptor pentru calitatea cimentului) în mod normal va oxida imediat orice sulfuri la SO2 .

Compuși anorganici cu clor

Compușii anorganici cu clor, sub formă gazoasă, sunt compuși minori, existenți în gazele de ardere, a căror sursă o constituie materiile prime și combustibilii – fosili sau alternativi. Fie că sunt introduși prin amestecul brut, fie prin intermediul combustibililor, compușii cu clor reacționează cu alcaliile și formează cloruri alcaline. Acestea se găsesc sub formă de vapori în zonele de temperaturi ridicate din cuptor, dar, antrenate de fluxul de gaze de ardere, condensează în zonele mai reci ale cuptorului și ale schimbătorului de căldură (între 700 și 900°C), pe particulele de amestec brut sau praf de electrofiltru și reintră în sistemul cuptorului unde se volatilizează din nou. Ca urmare a acestui circuit care se formează între cuptor și schimbătorul de căldură, sistemul cuptorului se îmbogățește în compuși ai clorului, care prin depuneri, în anumite zone, pot determină blocaje și dificultăți în funcționarea cuptorului .

Clorul existent în exces în sistemul cuptorului, poate determina scăderea punctelor eutectice de topire și accelerarea formării lipiturilor și implicit a blocajelor .

Soluția pentru reducerea concentrației compușilor cu clor este realizarea unui sistem de bypass la capul rece al cuptorului, prin care sunt extrase o parte din gaze.

Acestea sunt răcite, ceea ce determină condensarea compușilor cu clor pe particulele fine de praf care sunt eliminate din sistem printr-un colector de praf. Praful de bypass este introdus, în condiții controlate, la măcinarea cimentului .

Emisiile de compuși anorganici ai clorului se măsoară ca emisie de HCl .

Compuși anorganici cu fluor

Compușii anorganici cu fluor, existenți în instalația de ardere, provin din materiile prime sau combustibili. În proporție de 90 – 95 %, aceștia se leagă în clincher, iar restul se adsorb pe particulele de praf, sub formă de CaF2, care este stabilă în condițiile existente în cuptor .

Emisiile de fluor gazos sau HF sunt practic excluse, datorită mediului alcalin și excesului de ioni Ca2+ din sistem. Emisiile extrem de reduse de compuși gazoși cu fluor, măsurate ca HF, la coșul cuptorului, se explică prin faptul că aceștia sunt adsorbiți pe particulele ultrafine de pulberi care trec de filtrul dispozitivului de măsurare, simulând emisii de compuși ai fluorului .

Oxizii de carbon (CO2, CO)

Compusul carbonului rezultat în cele mai mari cantități din procesul de producere a clincherului este CO2 – în medie, 900 – 1000 kg/t clincher, în funcție, în special de consumul specific de energie termică (între 3500 – 5000 MJ/t clincher) și, de asemenea, de tipul combustibilului. Aproximativ 60 % – 62 % din emisiile de CO2 rezultă din procesul de calcinare și restul de 38 % – 40 %, din arderea combustibililor .

Emisia de CO este legată de conținutul de materie organică din materia prima, dar poate să rezulte de asemenea dintr-o ardere necorespunzătoare când controlul alimentării cu combustibil solid nu este optimă. Între 1,5 și 6 g de carbon organic pe kg de clincher sunt aduse în proces de către materia primă (zăcământ). Analize efectuate asupra materiilor prime de origini diferite, au arătat că la o concentrație de 3 % O2, între 85 % și 95 % din carbonul organic este oxidat la CO2, iar între 55 și 15 %, se transformă în CO .

În condiții normale de funcționare, emisiile de CO și COV sunt reduse datorită condițiilor existente în cuptorul de clincher. Cantități mai mari de CO emis în cadrul procesului, rezulta însă în urma arderii necorespunzătoare sau a condițiilor improprii în care se desfășoară arderea secundară și care conduc la apariția de valori momentane ridicate. Creșterea emisiilor de CO este corelata cu diminuarea emisiei de NOx, însă atât pentru desfășurarea procesului de clincherizare, cât si pentru nivelul emisiilor la coș, este deosebit de importantă funcționarea în condiții constante a cuptorului .

Controlul nivelurilor de CO este important în cuptoarele de ciment atunci când sunt folosite electrofiltre pentru reducerea emisiilor, astfel încât să se asigure concentrații de CO sub nivelul de explozie cel mai scăzut. Dacă nivelul concentrațiilor de CO din electrofiltru crește (de obicei până la 0.5 % din volum) atunci sistemul electric este închis (oprit) pentru a elimina riscul de explozie. Aceasta conduce la emisii mari de particule provenite din cuptor. Formarea de CO poate fi cauzată de condițiile de funcționare instabile ale sistemului de ardere. Acestea apar uneori la combustibilii solizi de alimentare, așadar sistemele de alimentare cu combustibil solid trebuie a fi proiectate pentru a împiedica supraîncărcarea de combustibil în arzător. Conținutul de umiditate a combustibililor solizi este un factor important în această privință și trebuie controlat cu atenție pentru a preveni retențiile sau blocajele în pregătirea combustibilului și a sistemelor de alimentare .

Compușii organici volatili (COV)

În general, în procesele de ardere, apariția compușilor organici (și a monoxidului de carbon) este adesea asociată cu o ardere incompletă. In cazul cuptoarelor de ciment, emisia va fi mai mică în condiții stabile și normale, datorită timpului lung de staționare a gazelor în cuptor, a temperaturii ridicate și a mediului oxidant din cuptor. Concentrațiile pot crește în timpul pornirilor sau al funcționărilor necorespunzătoare. Aceste fenomene pot apărea cu o frecvență diversă, de exemplu, o dată sau de două ori pe săptămână până la o dată la două sau trei luni.

Emisiile de compuși organici volatili (VOC) pot apărea în primele etape ale procesului (schimbător de căldură, precalcinator), când materia organică ce este prezentă în materia primă se volatilizează pe măsură ce materialul alimentat se încălzește. Materia organică este eliberată la temperaturi între 400 și 600oC . Emisiile de COV se măsoară ca și compuși organici totali (COT) .

Dioxine și furani – Formarea dioxinelor și furanilor în procesul de producere a clincherului. Factori de influență

Cu mai puțin de 20 ani în urmă, cuptoarele din fabricile de ciment erau considerate drept responsabile pentru cea mai mare parte a dioxinelor și furanilor din aer; datele recente, furnizate de mai mult de 2000 de măsurători realizate la cuptoare de clincher, indică faptul că industria cimentului contribuie cu mai puțin de 1 % la emisia totală de dioxine și furani în aer .

Aceste investigații detaliate și măsurători au fost realizate asupra unui număr foarte mare de cuptoare de diferite tipuri – cuptoare lungi, Lepol, cu schimbător de căldura în suspensie, cu calcinator și fără, care acoperind diferite tehnologii – procedeul umed și uscat, și cu utilizarea atât a combustibililor fosili cât și a unei game largi de deșeuri periculoase și nepericuloase alimentate în calcinator, pe la arzătorul principal și pe la capul rece al cuptorului .

Datorită condițiilor specifice pentru producerea clincherului: temperaturi ridicate, de aproximativ 2000 °C pentru gaze și perioade lungi de staționare a gazelor de ardere în cuptor (circa 10 secunde la temperaturi mai mari de 1100 – 1200 °C și 5-6 secunde chiar la temperaturi de peste 1800 °C), emisiile de dioxine și furani ale cuptoarelor de clincher sunt foarte reduse, indiferent de combustibilii utilizați, chiar și în cazul combustibililor alternativi pe bază de deșeuri periculoase .

Datorită condițiilor existente în cuptoarele de clincher se poate realiza un factor de distrugere și eliminare (DRE) DE 99,9999% pentru compușii organici persistenți, categorie din care fac parte și dioxinele și furanii. Datele măsurătorilor realizate în lume, dar și în România confirmă nivelul foarte redus al emisiilor de dioxine și furani ai cuptoarelor de clincher .

Pentru formarea dioxinelor și furanilor este necesara prezența simultana a următorilor factori :

• conținut de hidrocarburi;

• conținut de clor;

• un catalizator – ionii Cu2+ si Fe2+ pot avea acest efect;

• un interval de temperaturi de 200 – 400° C cu efect maxim între 300 – 325° C;

• un timp suficient de lung de menținere a reactanților în acest interval de temperatura;

• oxigen molecular prezent în fluxul de gaze.

Dioxinele și furanii formați în aceste condiții în schimbătorul de căldura, sunt descompuși când ajung în zonele mai calde ale cuptorului. Procesul de distrugere a dioxinelor si furanilor formați în fazele incipiente ale procesului, este favorizat de deplasarea amestecului brut pe care sunt adsorbiți acești compuși, către zonele cu temperaturi mai ridicate (400 – 600 C), unde sunt distruși termic sau transformați în compuși cu greutate moleculara mai mica. Aceștia sunt preluați de curentul de gaze de ardere fierbinți si, în zonele mai reci ale schimbătorului (200 – 300 C), condensează pe particulele de amestec brut si reintra în zona de temperatura ridicata a cuptorului. Dioxinele și furanii, distruși în instalația de ardere, la anumite temperaturi, se pot forma din nou, dacă sunt întrunite condițiile menționate, prin așa numita „sinteza de-novo”, în intervalul de temperaturi 200 – 400°C. Pentru a împiedica acest proces, este extrem de important sa se asigure răcirea rapida a gazelor de ardere care părăsesc instalația de ardere. Acest lucru se întâmpla în cazul cuptoarelor cu schimbător de căldura în suspensie de gaze, unde înainte de a intra în filtrul cu saci sau electrofiltru, gazele arse sunt răcite și umidificate în turnul de condiționare .

Metale grele

Materiile prime și combustibilii conțin întotdeauna metale, a căror concentrație variază în mare măsură în funcție de zăcământ, iar în cazul combustibililor alternativi, în funcție de originea deșeului.

Metalele sunt grupate astfel:

metale cu compuși refractari sau non-volatili, cum ar fi Ba, Be, Cr, As, Ni, Al, Ti, Ca, Fe, Mn, Cu, Ag ;

metale cu compuși semi-volatili, cum ar fi Sb, Cd, Pb, Se, Zn, K, Na;

Taliu și compuși de taliu (volatili);

Mercur și compușii săi (volatili).

Comportarea metalelor și nivelul emisiilor acestora la producerea clincherului, depind de mai mulți factori, printre care: volatilitatea lor sau a unor compuși care îi conțin, concentrația lor în instalația de ardere, ținând cont că provin din materii prime și combustibili, tipul instalației de ardere și mai ales, de eficiența sistemului de desprăfuire a gazelor eliminate la coș.

Metalele care pătrund în cuptor, atât prin materiile prime, cât și prin deșeurile periculoase sau nepericuloase, în funcție de volatilitatea lor, reacționează cu constituenții prezenți în fază gazoasă și condensează pe particulele de material în zonele cu temperaturi mai scăzute ale instalației. O parte dintre acestea sunt antrenate în circuite interne sau externe (cazul mercurului) și în cele din urmă, sunt emise împreună cu gazele de ardere, la coș.

Datorită fineții înaintate, amestecul brut este un foarte bun material de adsorbție a metalelor din gazele de ardere. Conținutul de metale al materiilor prime este mai important decât cel al combustibililor, ținând cont că, așa cum rezultă din bilanțurile de masă, raportul dintre masa amestecului brut și masa combustibilului este de 10:1 .

Pulberile rezultate la producerea clincherului conțin mici cantități de metale cum ar fi, As, Cd, Sb, Pb, Cr, Zn și compuși metalici, iar sursa acestora este reprezentată de instalația de ardere care include schimbătorul de căldura, calcinatorul, cuptorul rotativ și răcitorul.

Concentrația metalelor la evacuare depinde de concentrația acestora în materiile prime și combustibili și de fenomenele de recirculare care au loc în instalația de ardere. Utilizarea cărbunilor sau a combustibililor alternativi poate să determine, în anumite situații creșterea conținutului de metale la intrarea în proces.

Datorită volatilității lor și temperaturii ridicate, metalele și compușii acestora se regăsesc și sub formă de vapori în gazele de ardere eliminate din sistem. Elementele în urme care se regăsesc în emisii în aer, la producerea clincherului, pot fi clasificate în 3 categorii, funcție de volatilitatea lor sau a sărurilor lor :

Metale nevolatile sau care formează compuși nevolatili, metale semi-volatile sau care formează compuși nevolatili și metale volatile.

Metalele nevolatile sau care formează compui nevolatili – Al, Ag, As, Ba, Be, Ca, Cr, Cu, Fe, Mn, Ni, Ti și V – sunt încorporate în clincher, în proporție de aproape 100 % și nu circulă în sistemul cuptorului.

Ca regulă generală, suma emisiilor elementelor în urme (metale grele) nevolatile este întotdeauna mult sub 0.1 % din totalul elementelor intrate în instalația de ardere .

Emisiile acestor metale sunt foarte scăzute și nu se regăsesc decât în pulberile captate de instalațiile de desprăfuire.

În consecință, emisiile de metale nevolatile depind de cantitatea intrată în instalația de ardere și de eficiența instalației de desprăfuire.

Metale semi-volatile sau care formează compui semi-volatili – Sb, Cd, Pb, Se, Na, K – condensează sub formă de sulfați sau cloruri, la temperaturi ridicate, în intervalul 700 – 900 °C (treptele inferioare ale schimbătorului de căldură) și sunt antrenate în circuite interne care se stabilesc între cuptor și schimbătorul de căldura. Aceste elemente sunt doar parțial înglobate în clincher și se regăsesc în proporție semnificativă în praful reținut de filtru sau electrofiltru. Cum acesta este reintrodus în cuptor în proporție de 100 % în cele mai multe situații, aceste elemente se acumulează în circuite interne și externe și nu părăsesc sistemul, sub formă de emisii la coș.

Metale volatile – Tl și Hg.

Compușii taliului, de exemplu TlCl, condensează la temperaturi între 450 și 550 °C, în zona superioară a schimbătorului de căldură, unde se acumulează, fiind implicați în circuite interne și externe .

Din cauza volatilității, Tl și Hg au tendința de a părăsi sistemul în emisii și nu se regăsesc decât în mică măsură în clincher.

O parte însemnată a acestor elemente care părăsesc instalația de ardere cu gazele arse, sunt reținute în făina brută, în moara de făină și când sunt reintroduse în instalația de ardere creează circuite externe, în cazul Tl.

Fiind foarte volatil, mercurul și compușii săi se volatilizează în cicloanele superioare ale schimbătorului de căldură și este eliminat cu gazele de ardere sub formă de vapori și adsorbit pe particulele de pulberi, iar în momentul în care ajunge în zonele mai reci, condensează în turnul de condiționare și în filtre/electrofiltre. Praful reintrodus în sistem conduce la reluarea ciclică a procesului de volatilizare/condensare și îmbogățire a sistemului în mercur.

Pentru a împiedica creșterea concentrației în sistem poate fi necesară eliminarea continuă sau intermitentă a unei părți din praful de filtru/electrofiltru care este reintrodus în sistem (bypass de praf). O altă metodă de a reduce emisiile de mercur o reprezintă reducerea temperaturii gazelor de ardere când ajung la coș, astfel încât să se favorizeze precipitarea. De regulă, aceasta se întâmplă atunci când cuptorul funcționează în tandem cu moara de făină .

Măsurători efectuate la cuptoare cu schimbătoare de căldură în suspensie de gaz au arătat că în cazul funcționării cu moara de făina oprită, când temperatura gazelor a crescut la 130 °C, concentrația mercurului a crescut cu 90 % . Cu cât eficiența filtrelor sau electrofiltrelor este mai mare și rețin o cantitate mai mare de pulberi, cu atât mai scăzute sunt și emisiile de metale grele, în special metalele volatile, care sunt în mare măsură adsorbite pe particulele de pulberi.

Tabel 2.1 Factorii de influență a emisiilor de poluanți la producerea clincherului

Fabricarea ceramicii

Formarea poluanților

Prelucrarea argilelor și a altor materii prime ceramice duce inevitabil la formarea prafului – în special în cazul materialelor uscate. Uscarea (inclusiv uscarea prin pulverizare), cominuția (sfărâmare, măcinare), sortarea, amestecarea și transportul pot genera emisii de praf fin. De asemenea, praful se formează și în timpul decorării și arderii obiectelor, precum și în timpul prelucrării sau al operațiunilor de finisare pe obiectele arse. Emisiile de praf nu sunt generate doar de materiile prime descrise mai sus, ci și combustibilii contribuie la aceste emisii în aer. Praful este unul dintre principalii poluanți, din punct de vedere cantitativ, din procesele ceramice .

Compușii gazoși emiși în timpul uscării și al arderii provin în special din materiile prime, dar și combustibilii contribuie la emiterea poluanților în formă gazoasă. Aceștia sunt în special SOx, NOx, HF, HCl, COV și metale grele. Dioxid de sulf și alți compuși ai sulfului.

Dioxid de sulf și alți compuși ai sulfului

Concentrația de SOx (în principal SO2), din gazele de ardere este strâns legată de conținutul de sulf al materiei prime și al combustibilului. Materialele ceramice pot conține sulf sub formă de pirită (FeS2), gips și alți sulfați și compuși organici cu sulf. Combustibili gazoși sunt practic fără sulf, dar combustibilii solizi și uleiurile combustibile contribuie cu oxizi de sulf la ardere .

Compușii de bază din materiile prime (de exemplu, CaO format prin disocierea CaCO3 în timpul arderii) pot reduce emisiile de sulf prin reacția cu oxizi de sulf. Produsele de reacție sunt reținute în corpul articolului.

Oxizi de azot și alți compuși ai azotului

NOx este produsă în principal de "fixarea" termică a azotului și oxigenul din aerul de combustie. Această reacție este favorizată de temperaturi ridicate (mai ales >1200 °C) și de oxigen în exces. Fixarea poate sa apara in flacari la cald, chiar și atunci când temperatura reală a cuptorului este sub 1200 °C. Compuși cu azot prezenți în combustibili (în principal, solizi sau lichizi), sau în aditivi organici, formeaza NOx în timpul arderii la temperaturi mult mai scăzute.

Monoxidul de carbon (și dioxid de carbon)

Monoxidul de carbon, CO, provine din arderea materiei organice în corpul ceramic – în special în condiții reduse de oxigen. Acesta poate fi format prin reacția "carbonului fix" cu dioxidul de carbon (CO2) eliberat de disocierea termică a alcalilor și a carbonaților alcalini, de exemplu calciu sau carbonat de magneziu în timpul arderii .

Compuși organici volatili (COV)

Materiile prime ceramice pot conține ele însele materie organică, și o gamă largă de materiale organice sunt adăugate sub formă de agenți de legare, agenți de formare a porilor, ajutoare de uscare, adezivi, combustibili, etc. In timpul procesului de încălzire timpurie, carbonizarea compușilor organici poate să apară odată cu eliberarea unei game complexe de compuși organici volatili .

Metale și compușii lor

Conținutul în metale grele al celor mai multor materii prime pentru ceramică este foarte scăzut și nu cauzează probleme de emisie .

Excepții apar în cazul pigmenților ceramici și a materialelor pentru glazură, dar practica cea mai bună este de a utiliza compuși colorați ("pete" conținând pigmenți), care sunt stabile la temperaturi ridicate și inerte în sistemele de silicat, unde oxizii metalici au o structură cristalină stabilă . Aceste tipuri de glazura sunt supuse unor cicluri de ardere extrem de scurte, minimizând riscul de volatilitate.

Păcura și combustibilii solizi pot conține niveluri scăzute de nichel și vanadiu, dar testele au arătat că aceste elemente sunt absorbite în mare parte printr-o reacție cu produsul în timpul arderii.

Clorul și compușii lui

Majoritatea argilelor conțin urme de clorură, de multe ori derivate dintr-o formațiune marină originală, dar și aditivi sau apă conținând clorură sunt posibile surse de emisii de acid clorhidric (HCl) (de exemplu, conținutul în Cl al apei adăugate în timpul preparării materiilor prime poate fi între intervalul de 50 – 100 mg/l sau chiar ridicat).

Datorită descompunerii sărurilor minerale care conțin clorură, la temperaturi de peste 850°C și a compușilor organici care conțin clorură, la temperaturi cuprinse între 450 și 550 °C, HCI apare în timpul procesului de ardere din gazele de ardere ale unui cuptor .

Fluorul și compușii lui

Aproape toate materiile prime naturale conțin cantități fracționate de fluorură (care substituie cu ușurință grupe OH în argile și minerale hidratate). Acidul fluorhidric (HF) provine, în principal, din descompunerea acestor fluorosilicati prezenți în materialul de lut. Emisia de HF are loc în conformitate cu două mecanisme diferite:

prin descompunerea directă a mineralelor cu fluor, care depind foarte mult de tipul de argilă

prin descompunerea CaF2 la temperaturi de peste 900 °C; reacția este favorizată de prezența vaporilor de apă .

Emisii în apă

Apa uzată din proces rezultă în special când materialele argiloase spălate sunt în suspensie în jetul de apă din procesul de fabricație și al curățării echipamentului, dar emisiile în apă apar și în timpul operării epuratoarelor umede de gaze reziduale. Apa adăugată direct în amestecurile din obiectele ceramice se evaporă apoi în aer în timpul fazelor de uscare și ardere. Apa uzată rezultată din proces, în cea mai mare parte este colorată datorită particulelor foarte fine în suspensie de glazură și argilă minerale .

Din punct de vedere chimic, acestea sunt caracterizate prin prezența:

materiilor solide în suspensie: argile și silicații insolubili, în general

anioni dizolvați: sulfați

metale grele suspendate și dizolvate: de ex plumb și zinc

bor în cantități mici

urme de materii organice (vehicule de serigrafie și cleiurile utilizate în operațiuni de glazurare).

Deșeuri

Pierderile din proces/deșeuri care provin de la fabricarea produselor ceramice, constau în principal din următoarele materiale:

diferite tipuri de nămol provenite de la instalațiile de tratare a apelor reziduale.

materiale/produse sparte provenite din modelarea, uscarea, ardere, tratarea ulterioară etc.

praf provenit din unitățile de reținere a gazelor

matrite din ipsos utilizate provenite din procesele de modelare

agenți de sorbție utilizați (calcar granular, praf de calcar) rezultați din sistemele de epurare a gazelor evacuate

deșeuri de ambalaje (plastic, lemn, metal, hârtie, etc.) apărute în etapa de ambalare

reziduuri solide, de ex cenușă provenită din arderea combustibililor solizi.

Impactul asupra mediului și sănătății

Ca rezultat al dezvoltării industriale, societatea noastră emite cantități mari de substanțe chimice în atmosferă. Poluarea aerului poate fi o amenințare pentru calitatea vieții, deoarece poluarea excesivă poate afecta sănătatea umană și poate crea un mediu impropriu pentru locuit. Efectele depind de concentrația și tipurile de poluanți, timpul de expunere și fluctuațiile sezoniere. Poluarea afectează în principal sănătatea umană, plantele, ecosisteme, stratosfera și vizibilitatea și clima .

Acțiunea mediului poluant asupra organismului uman este foarte variată și complexă. Ea poate merge de la simple incomodități în activitatea omului, disconfortul, până la perturbări puternice ale stării de sănătate și chiar pierderea de vieți omenești .

În Europa, preocupările majore privind sănătatea în legătură cu mediul sunt legate de poluarea aerului în interior și în exterior, calitatea inferioară a apei, igiena precară și produsele chimice periculoase. Impacturile aferente asupra sănătății cuprind afecțiuni respiratorii și cardiovasculare, cancerul, astmul și alergiile, precum și afecțiunile sistemului de reproducere și tulburările de dezvoltare neurologică .

Instituțiile europene conduc politicile de mediu pentru controlul, prevenirea și reducerea emisiilor industriale . Multe măsuri au fost luate în trecut pentru a realiza îmbunătățiri majore privind reducerea emisiilor din sectoarele industriale cheie .

Se cunosc mult mai puține despre impacturile substanțelor chimice asupra sănătății. Există o preocupare crescută pentru efectele expunerii la amestecuri de produse chimice la niveluri scăzute și pe perioade îndelungate pe parcursul vieții noastre, în special în perioada preșcolară și în timpul sarcinii . Substanțele chimice persistente cu efecte pe termen lung, precum bifenilii policlorurați (PCB-uri) și clorofluorocarburile CFC și cele utilizate în structurile de viață îndelungată – de exemplu materialele de construcție – pot prezenta riscuri chiar și după ce producția a fost finalizată .

Mulți poluați cunoscuți ca având efecte asupra sănătății umane intră treptat sub control reglementat. Totuși, există probleme emergente pentru care căile ecologice și efectele asupra sănătății sunt încă greu de înțeles .

Poluarea aerului exterior este o problemă majoră de sănătate a mediului care afectează atat țările dezvoltate cât și cele în curs de dezvoltare.

Ea se poate defini prin prezența în aerul atmosferic a unei substanțe străine de compoziția sa normală sau variația importantă a proporțiilor componenților săi, care pot avea efecte nocive și/sau pot induce direct sau indirect modificări asupra sănătății populației. În general, poluarea aerului este de tip complex, astfel încât se traduce prin prezența mai multor categorii de poluanți care își pot însuma sau potența posibila acțiune nocivă asupra sănătății populației. Din punct de vedere al igienei, aerul influențează sănătatea atât prin compoziția sa chimică, cât și prin proprietățile sale fizice (temperatură, umiditate, curenți de aer, radioactivitate, presiune). Acțiunea poluanților atmosferici asupra organismului se traduce în efecte acute și cronice care pot fi cuantificate prin modificarea unor indicatori specifici (mortalitate, morbiditate etc.) .

Efectele directe sunt reprezentate de modificările care apar în starea de sănătate a populației ca urmare a expunerii la agenți poluanți. Aceste modificări se pot traduce în ordinea gravității prin: creșterea mortalității, creșterea morbidității, apariția unor simptome sau modificării fizio-patologice, apariția unor modificări fiziologice directe și/sau încărcarea organismului cu agentul sau agenții poluanți. Efectele de lungă durată sunt caracterizate prin apariția unor fenomene patologice în urma expunerii prelungite la poluanții atmosferici. Aceste efecte pot fi rezultatul acumulării poluanților în organism, în situația poluanților cumulativi (Pb, F etc.), până când încărcarea atinge pragul toxic. Efectele de lungă durată apar după intervale lungi de timp de expunere care pot fi de ani sau chiar de zeci de ani. Manifestările patologice pot îmbrăca aspecte specifice poluanților (intoxicații cronice, fenomene alergice, efecte carcinogene, mutagene și teratogene) sau pot fi caracterizate prin apariția unor îmbolnăviri cu etimologie multiplă, în care poluanții să reprezinte unul dintre agenții etimologici determinanți sau agravanți (boli respiratorii acute și cronice, anemii etc.). În cazul poluanților atmosferici primul afectat este sistemul respirator, iar populația cea mai vulnerabilă face parte din categoria populației infantile și apoi a grupei de vârstă > 65 ani .

Majoritatea poluanților atmosferici provin din arderi, combustii generatoare de energie, activități industrial, care conduc la emisii de substanțe și particule care se degajă în atmosferă putând atinge concentrații nocive .

În funcție de acțiunea lor asupra organismului poluanții atmosferici pot fi clasificați în: iritanți, fibrozanți, toxici sistemici, asfixianți, alergizanți și cancerigeni. Acțiunea acestora asupra organismului se traduce în efecte acute și cronice care pot fi cuantificate prin modificarea unor indicatori specifici (mortalitate, morbiditate etc.).

Poluanții principali care acționează negativ asupra organismului uman sunt: oxizii de azot (oxid de azot și bioxid de azot), dioxidul de sulf, ozonul troposferic, monoxidul de carbon, formaldehida, fenolii, pulberi în suspensie.

Cele mai importante emisii din procesele de producție ale cimentului sunt pulberile, oxizii de azot (NOx) și dioxidul de sulf (SO2). Alte emisii sunt Compușii Organici Volatili (VOC), dioxine p-dibez policlorinate (PCDD) și dibenzofurane (PCDF) și clorura de hidrogen (HCL).  De asemenea, trebuie ținut cont și de oxizii de carbon (CO, CO2), fluorură de hidrogen (HF), amoniac (NH3), benzen, toluen, etilbenzen și xilen (BTEX), hidrocarburi poliaromatice (PAH, metale și compușii acestora, zgomot și mirosuri .

Praf (materie în suspensie)

Emisiile de praf (PM) au fost una dintre principalele preocupări legate de mediu în ceea ce privește fabricarea cimentului. Principalele surse sunt procesul de pregătire a materiilor prime (unități pentru materia primă), unitățile de măcinare și de uscare, procesul de ardere a clincherului, pregătirea combustibilului și unitatea de măcinare a cimentului (instalații de măcinare). De asemenea, alte surse de praf sunt concasarea materiilor prime, benzile rulante și lifturile pentru materii prime, depozitarea materiilor prime și a cimentului, depozitarea combustibililor, expedierea cimentului (încărcare).

În Europa, cele mai multe dintre emisiile de praf sunt cuprinse între 0,27 și mai puțin de 30 mg/Nm3 (valorile măsurate se referă la 1m3 de gaz uscat în condiții standard).

Emisiilor de praf de PM10 și PM2,5 constă din particule fine, cu o granulație mai mică de 10, respectiv mai puțin de 2,5 microni (formă solidă sau aerosoli). Aceste tipuri de praf fin pot rezulta dintr-o serie de reacții fizico-chimice care implică diferite gaze precursoare (oxizi de azot și sulf, pulberi în suspensie de azotat și amoniu). Aceste emisii pot cauza probleme pentru sănătatea oamenilor .

Particulele cu diametrul mai mic de 10 micrometri trec prin nas, gât și pătrund în alveolele pulmonare, provocând inflamații și intoxicări. Sunt afectați în special copiii, vârstnicii și astmaticii. Copiii sub 15 ani inhalează mai mult aer și în consecință mai mulți poluanți. Ei respirǎ mai repede decât adulții și tind să respire mai mult pe gură ocolind filtrul natural din nas. Sunt mai vulnerabili, deoarece plămânii lor nu sunt dezvoltați, iar țesutul pulmonar este mai sensibil. Poluarea cu pulberi înrăutățește simptomele astmului: tusea, dureri în piept, dificultăți respiratorii. Expunerea pe termen lung la o concentrație scăzută de pulberi poate cauza cancer și moarte prematură .

Oxizi de azot

Procesul de ardere a clincherului este un proces realizat la o temperatură ridicată, iar rezultatul este formarea de oxizi de azot (NOx).  Aceștia sunt formați în timpul procesului de combustie. NO și NO2 sunt oxizii de azot dominanți în gazele de evacuare din cuptoarele de ciment.  NO reprezintă aproximativ 95% și NO2 aproximativ 5% din gazele de evacuare din instalațiile cu cuptor rotativ. Emisiile de NOx depind de procesul de ardere în cuptor care este folosit. Cuptoarele de ciment european, ca medie anuală, emit aproximativ 785 mg NOx/Nm3 cu un minim de 145 mg/Nm3 și un maxim de 2040 mg/Nm3 .

Oxizii de azot sunt responsabili pentru formarea smogului, a ploilor acide, deteriorarea calității apei, efectului de seră, reducerea vizibilității în zonele urbane.

Oxizii de azot au efect eutrofizant asupra ecosistemelor și efect de acidifiere asupra multor componente ale mediului, cum sunt solul, apele, ecosistemele terestre sau acvatice, dar și construcțiile și monumentele. NO2 este un gaz ce se transportă la lungă distanță și are un rol important în chimia atmosferei, inclusiv în formarea ozonului troposferic. Expunerea la dioxid de azot în concentrații mari determină inflamații ale căilor respiratorii și reduce funcțiile pulmonare, crescând riscul de afecțiuni respiratorii și agravând astmul bronșic. Expunerea pe termen lung la o concentrație redusă poate distruge țesutul pulmonar ducând la emfizem pulmonar. Persoanele cele mai afectate sunt copiii. Emfizemul pulmonar este o afecțiune difuză a plămânilor, caracterizată printr-o distensie a alveolelor cu distrugerea peretelui lor . Concentrațiile de NO2 din aerul înconjurător se evaluează folosind valoarea limită orară pentru protecția sănătății umane (200 g/m3 ) care se permite a se depăși de 18 ori/an și valoarea limită anuală pentru protecția sănătății umane (40 g/m3 ) .

Dioxid de sulf

Emisiile de SO2 provenite de la fabricile de ciment depind de cantitatea totală de compuși de sulf și de tipul procedeului folosit. În primul rând, depinde de conținutul de sulf volatil din materiile prime și de combustibili .

Emisiile potențiale de SO2 depind, de asemenea, de circulația sulfului care are loc în sistemele de cuptor (SO2 în gazele de evacuare, CaSO4 în clincher și în praf). Cu toate acestea, cea mai mare parte din sulf este încorporată în clincher sau descărcată din sistemul de către proces .

Dioxidul de sulf poate afecta atât sănătatea oamenilor prin efecte asupra sistemului respirator cât și mediul în general (ecosisteme, materiale, construcții, monumente) prin efectul de acidifiere .

Expunerea la o concentrație mare de dioxid de sulf pe o perioadă scurtă de timp poate provoca dificultăți respiratorii severe.Sunt afectate persoanele vărstnice, copiii și persoanele cu boli respiratorii cronice (bronșite cronice, emfizem pulnonar, astm bronșic). Expunerea la o concentrație mică de dioxid de sulf timp îndelingat poate provoca infecții ale tractului respirator .

Concentrațiile de SO2 din aerul înconjurător se evaluează folosind valoarea limită orară pentru protecția sănătății umane (350 g/m3 ) care se permite a se depăși de 24 ori/an, și valoarea limită zilnică pentru protecția sănătății umane (125 g/m3 ) care se permite a se depăși de 3 ori/an .

Oxizi de carbon (CO2, CO)

Monoxidul de carbon este un gaz extrem de toxic ce afectează capacitatea organismului de a reține oxigenul, în concentrații foarte mari fiind letal. Provine din surse antropice sau naturale, care implică arderi incomplete ale oricărui tip de materie combustibilă, atât în instalații energetice, industriale, cât și în instalații rezidențiale (sobe, centrale termice individuale) și mai ales din arderi în aer liber (arderea miriștilor, deșeurilor, incendii etc.) .

Concentrațiile de CO din aerul înconjurător se evaluează folosind valoarea limită pentru protecția sănătății umane (10 mg/m3 ) calculată ca valoare maximă zilnică a mediilor pe 8 ore (medie mobilă).

Este un gaz toxic, în concentrații mari este letal (conc. 100 mg/m3) prin reducerea capacității de transport a oxigenului în sânge, cu consecințe asupra sistemului respirator și sistemului cardiovascular .

La concentrații scăzute are următoarele efecte:

afectează sistemul nervos central;

slăbește pulsul inimii, micșorănd volumul de sânge distribuit în organism ;

reduce acuitatea vizuală și capacitatea fizică .

Expunerea pe o perioadă scurtă poate cauza:

oboseală acută;

dificultăți respiratorii și dureri în piept persoanelor cu boli cardiovasculare;

determină iritabilitate, migrenă, lipsă de coordonare, greață, amețeală, confuzie, reducerea capacității de concentrare .

Segmentul de populație cel mai afectat la expunerea la monoxid de carbon este reprezentat de: copii, vârstnici, persoane cu boli respiratorii și cardio-vasculare, persoanele anemice, fumătorii .

La concentrații crescute ale dioxidului de carbon, tulburările produse precum și intensitatea lor variază în funcție de concentrația realizată:

1 – 2%, crește frecvența respiratorie prin stimularea centrului respirator.

2 – 3%, tensiunea arterială și frecvența cardiacă cresc.

4%, apar dificultăți în respirație (dispnee) și senzația de constricție toracică.

5%, dispneea se accentuează și apar manifestări digestive (grețuri, vărsături).

6 – 7%, apar primele manifestări nervoase (amețeli, dureri de cap)

8 – 10%, toate simptomele se agravează, este posibilă pierderea cunoștinței. Există riscul de deces prin stop cardio-respirator.

Peste 15%, moartea se poate produce în câteva minute prin paralizia centrilor respiratori .

Dibenzo-p-dioxine policlorurate (PCDD) și dibenzofurani policlorurați (PCDF)

Dioxinele sunt absorbite usor din tractul gastro-intestinal in sange si limfa si de aici mare parte sunt depuse in ficat si tesutul adipos. Deasemenea dioxinele traverseaza usor placenta catre fetus, si se regasesc in laptele matern. Dioxinele sunt compusi extrem de toxici deoarece produc efecte adverse la concentratii foarte scazute si se acumuleaza in organism :

Expunerea pe termen scurt la niveluri ridicate de dioxine produce leziuni cutanate cunoscute ca si cloracnee, leziuni persistente;

Expunerea pe termen lung produce o varietate de efecte toxice, incluzand imunotoxicitate, efecte asupra dezvoltarii si neurodezvoltarii, efecte asupra tiroidei si hormonilor steroizi si afectarea functiei de reproducere. Se considera ca fetusii si nou nascutii sunt foarte sensibili;

Agentia Internationala pentru Cercetari in Domeniul Cancerului (IARC) a clasificat compusul TCDD in Grupa 1 (cancerigen pentru oameni) si celelalte dioxine in Grupa 3 (neclasificabile ca si cancerigene pentru oameni). Bifenilii policlorinati PCBs ca si grup sunt clasificati in grupa 2A (probabil cancerigeni pentru oameni). In plus recent IARC a clasificat compusii 2,3,4,7,8-pentaclordibenzofuran si 3,3′,4,4′,5-pentaclorobifenil in Grupa 1. Se considera ca aceste substante sunt cancerigene dar nu genotoxice .

Metale și compușii acestora

Materiile prime și combustibilii vor conține întotdeauna metale. Concentrațiile acestora sunt foarte diferite de la o locație la alta. Metalele sunt grupate în patru clase:

metale cu compuși refractari sau non-volatili, cum ar fi Ba, Be, Cr, As, Ni, Al, Ti, Ca, Fe, Mn, Cu, Ag (în praf);

metale cu compuși semi-volatili, cum ar fi Sb, Cd, Pb, Se, Zn, K, Na;

Taliu și compuși de taliu (volatili);

Mercur și compușii săi (volatili) .

Potențialul toxic al metalelor depinde de biodisponibilitate și de proprietățile fizico-chimice ale acestora .

Expunerea la un nivel slab de crom poate irita pielea și cauza ulceratie, expunerea pe termen lung poate provoca probleme ale rinichilor și ficatului. Cromul adesea se acumulează în organismele acvatice, fiind un pericol in plus consumul de pește, care se poate să fi fost expuși la un nivel ridicat de crom .

Cuprul este un element esențial pentru viața umană, dar în doze mari acesta poate provoca anemie, daune ale ficatul și a rinichilor, de stomac .

Pătrunderea plumbului în organism are loc pe cale respiratorie și prin ingerare. Absorbția pe cale respiratorie este puternică în vecinătatea surselor industriale, ajungând uneori la 100-500 µg/zi. Particulele de praf deși pătrund pe cale respiratorie pot fi ușor deviate spre tubul digestiv. Transportul Pb în organism se face în principal pe globule roșii, ajungând astfel în întreg organismul și fiind reținut în cea mai mare parte în sistemul osos. Sistemul nervos este lezat de plumb mai ales la nivelul cerebelului .

Nichelul in cantitate redusa este necesar corpulului uman pentru a produce celule roșii, cu toate acestea, în cantități excesive, poate deveni ușor toxic. Nu s-au determinat pana acum probleme de sanatate privind expunerea la nichel pe termen scurt, dar pe termen lung expunerea poate provoca scăderea greutatatii corporale, probleme ale inimii și ficatului și iritarea pielii. Nichelul se poate acumula în organismele acvatice dar prezența lui nu este amplificata de-a lungul lanțurilor alimentare .

Intoxicația cu zinc la om se manifestă, în raport cu durata și doza, sub diferite forme clinice, de la iritația gastric și alte fenomene digestive până la complexe consecințe metabolice, are determină tulburări ale nutriției, aparatului respirator .

Printre factorii de risc identificați în vederea evaluării stării de sănătate a populației se numără și zgomotul. Datorită ritmului alert de desfășurare a activităților zilnice, zgomotul devine unul dintre cei mai influenți factori de stres, acesta conducând la creșterea oboselii influențând activitățile umane.

Poluarea fonică reprezintă un factor de risc pentru sănătate. Astfel, influența zgomotului asupra organismului uman depinde de mai mulți factori ca:

tipul de zgomot: intensitate, frecvență, timp de acțiune, caracter continuu sau intermitent

caracteristici individuale: vârstă, activitate, starea de oboseală, obișnuință, dispoziție, sensibilitate, cultură, educație

factori de mediu: dimensiunea spațiului, structura arhitecturală etc. .

Zgomotul apare la prepararea si procesarea materiilor prime, de la arderea clincherului la depozitarea materialelor și expedierea și transportul produselor finale. Utilajele grele si ventilatoarele de mari dimensiuni utilizate în diferite părți ale fabricii de ciment pot da naștere la zgomot și / sau emisii de vibrații:

jgheaburi și pâlnii

operațiuni care implică concasarea, strivirea, măcinarea și așa mai departe

ventilatoare de evacuare

suflante

conducte cu vibrații .

Fig. 1.2. – Fluxul tehnologic al producerii cimentului și emisii rezultate

emisii de la fabrici altele decât CO2 (SO2, NOX, praf, etc.) și transportul local de materii prime și produse către și de la fabrici;

transportul și extragerea de materii prime (cariere) și impactul acestora asupra mediului (zonele rurale, resursele naturale și biodiversitatea) și asupra mediului de viață al oamenilor (praf și alte emisii legate de transport, vibrații, poluare sonoră);

emisiile de CO2 de la fabrici (emisiile de la fabrici și vehicule) și consumul de energie (utilizarea combustibililor fosili neregenerabili).

Conform Raportului anual privind starea mediului în Romania, analizând tendințele privind concentrațiile medii anuale ale anumitor poluanți atmosferici din perioada 2009-2014 înregistrate la diferite tipuri de stații de monitorizare a calității aerului din țară, se constată că exista o tendință generală de reducere a concentrațiilor medii anuale, care de regulă s-au situat sub valorile limită / valorile țintă .

Producția de ciment necesită un volum mare de materii prime, care nu pot fi înlocuite decât într-un grad limitat. Din motive naturale și practice, extracția de materii prime este situată, respectiv transportul se face foarte adesea în zone de o frumusețe naturală deosebită, ceea ce intră în conflict cu nevoia societății de a proteja mediul natural. Trebuie găsit un echilibru între diferitele interese implicate și cea mai bună soluție la nivel local. Autoritățile naționale responsabile pentru protecția mediului și comunitățile locale și regionale (societatea civilă, guvernul local) ar trebui implicate în acest proces, în special atunci când astfel de zone sunt utilizate în scopuri recreaționale sau sunt habitatul unor specii rare sau protejate. Amenajarea corespunzătoare a teritoriului este, de asemenea, una din principalele metode de combatere a schimbărilor climatice și efectelor acestora (sisteme de protecție împotriva inundațiilor, influența echilibrată a silviculturii și agriculturii asupra ciclului dioxidului de carbon etc.)

Fig. 1.2. – Fluxul tehnologic al producerii ceramicii și emisii rezultate

Fig. 1.3.4. Emisii rezultate din fabrica ceramicii si efectele asupra mediului

CAPITOLUL 3

Reglementări privind emisiile de poluanți la producerea clincherului

Reglementările privind protecția mediului în Europa sunt puternic influențate de directivele europene în domeniul mediului; pentru sectorul ceramicii, Directiva CE 96/61 privind prevenirea și controlul integrat al poluării (IPPC) este deosebit de relevantă .

Scopul Directivei este de a realiza o prevenire și un control integrat al poluării provenite de la activitățile industriale, conducând la un nivel ridicat de protecție a mediului, în întregul său .

Poluarea industrială trebuie să fie reduse la minimum la sursă prin aplicarea celor mai bune tehnici disponibile (BAT) proceselor de producție considerate .

În Europa, în funcție de natura combustibililor folosiți, reglementările legale sunt diferite.

Astfel, dacă la producerea clincherului se utilizează exclusiv combustibili fosili, se aplică Directiva 96/61/EC privind Prevenirea și Controlul Integrat al Poluării . Aceasta nu stabilește limite de emisii, ci descrie procedurile de autorizare a instalațiilor, pe baza documentelor BREF (BAT Reference Documents) care stabilesc cele mai bune tehnici disponibile BAT (Best Available Technologies).

Prin utilizarea acestor documente, directiva IPPC permite stabilirea limitelor de emisie impuse instalațiilor în mod flexibil, prin considerarea condițiilor tehnice ale instalațiilor, a poziției geografice și a condițiilor specifice, locale de mediu. În această situație, prin autorizații se impun limite de emisie pentru pulberi, NOx și SO2, iar monitorizarea emisiilor nu este obligatoriu să se facă în mod continuu .

În cazul în care o parte din combustibilii fosili sunt înlocuiți cu combustibili alternativi, alături de Directiva IPPC se aplică și Directiva 2000/76/EC privind incinerarea deșeurilor , care stabilește condițiile pe care trebuie să le îndeplinească instalațiile de incinerare și în cazul particular al cuptoarelor de clincher, condițiile care trebuie îndeplinite de instalațiile de coincinerare a deșeurilor, precum și valorile limită de emisie pentru poluanți.

Cerințele care trebuie satisfăcute de instalația de coincinerare conform prevederilor legale

În Romania, cerințele sunt stabilite prin Legea nr. 278 din 24 octombrie 2013 privind emisiile industriale, publicată în MO nr. 671 din 1 noiembrie 2013 .

În această lege sunt prevăzute limite speciale pentru cuptoarele de ciment, precum și Cerințele tehnice privind exploatarea, urmărirea și controlul instalațiilor și proceselor de incinerare și coincinerare a deșeurilor.

Aceste cerințe precum și modul în care sunt acestea îndeplinite de fabricile din țara noastră, sunt prezentate în cele ce urmează:

(4) Instalațiile de coincinerare a deșeurilor sunt proiectate, echipate, construite și exploatate astfel încât, chiar în condițiile cele mai nefavorabile, gazele rezultate din coincinerarea deșeurilor să fie aduse, în mod controlat și omogen, la o temperatură de cel puțin 850°C, timp de cel puțin două secunde .

Se observă că această condiție este perfect îndeplinită de cuptorul de clincher unde temperatura necesară desfășurării procesului tehnologic este de peste 2000 °C pentru flacără și 1450 °C pentru material, iar timpul de contact în cuptor (deci la temperaturi mai mari de 1100 – 1200 °C) este de 6 – 8 secunde pentru gaze și peste 30 de minute pentru material. În acest fel, compușii organici alimentați în cuptor pe la arzătorul principal sunt complet distruși .

Figura 2.2.1 Regimul temperaturilor și timpii de retenție pentru gaze în schimbătorul de căldura cu cicloane și în cuptorul rotativ .

(10) Instalațiile de incinerare a deșeurilor și instalațiile de coincinerare a deșeurilor dispun de sisteme automate care împiedică alimentarea cu deșeuri, în următoarele situații:

a) în timpul fazei de pornire, până când este atinsă temperatura prevăzută la alin. (3)-(5) ori temperatura stabilită potrivit art. 51 alin. (1);

b) de fiecare dată când nu se menține temperatura prevăzută la alin. (3)-(5) sau temperatura stabilită potrivit prevederilor art. 51 alin. (1);

c) de fiecare dată când măsurătorile continue arată că una dintre valorile-limită de emisie este depășită din cauza unor dereglări sau deficiențe ale sistemelor de tratare a gazelor reziduale .

Autorizațiile de funcționare sunt eliberate pe baza studiilor de impact în cadrul cărora sunt considerate caracteristicile fiecărei instalații, circumscrise parametrilor specifici ai zonei în care este amplasată instalația. Printre alte elemente, prin aplicarea modelului de dispersie a poluanților, este verificată înălțimea coșurilor filtrelor/electrofiltrelor de evacuare a gazelor de ardere de la cuptoarele de clincher, astfel încât să asigure o dispersie corespunzătoare .

(11) Căldura rezultată din instalațiile de incinerare a deșeurilor sau din instalațiile de coincinerare a deșeurilor trebuie recuperată, în măsura în care este posibil .

În cazul cuptoarelor rotative de clincher moderne, această condiție este îndeplinită prin automatizarea conducerii procesului de producție: debitul de material introdus în sistem, temperaturile și parametrii de funcționare ai sistemului cuptorului sunt monitorizați continuu.

Din punct de vedere al condițiilor impuse de reglementările legale pentru coincinerarea deșeurilor, cuptoarele de clincher îndeplinesc cerințele și se poate afirma că producerea clincherului – un proces care se desfășoară la temperaturi înalte și foarte bine controlat, este perfect adaptat pentru distrugerea tuturor compușilor organici existenți în combustibili .

Reglementarea emisiilor de poluanți în condițiile coincinerării deșeurilor la producerea clincherului

Directiva 2000/76/EC privind incinerarea deșeurilor, transpusă în legislația românească prin Legea nr. 278 din 24 octombrie 2013 privind emisiile industrial, stabilește limite totale de emisie pentru pulberi, NOx, HCl, HF, metale grele, dioxine și furani, precum și limite de emisie privind contribuția combustibililor alternativi, pentru carbon organic total (COT) și SO2.

Pentru COT și SO2 nu există limite unice de emisie, ci acestea sunt stabilite pe baza contribuției materiilor prime și combustibililor fosili, la care se adaugă contribuția combustibililor alternativi.

Nivelele limită de emisie stabilite prin Directiva 2000/76/EC implementată în legislația românească prin Legea nr. 278 din 24 octombrie 2013, sunt prezentate în tabelele 2.2. și 2.3. .

Tabelul 2.2. Nivele de emisie conform Directivei 2000/76/EC

* Pentru dioxine si furani, Valoarea limită de emisie este valabilă pentru o concentrație totală de dioxine si furani, calculată folosindu-se noțiunea de echivalent toxic (TE) în conformitate cu anexa nr. 3. TE se calculează prin multiplicarea concentrațiilor gravimetrice ale diferitelor specii de dioxine si furani cu factorii de echivalență indicați în aceasta anexă, funcție de gradul de toxicitate. .

(1) Până la 1 ianuarie 2016, autoritatea competentă poate acorda derogări de la valoarea-limită pentru NOx în cazul cuptoarelor Lepol și al cuptoarelor rotative lungi cu condiția ca autorizația de mediu să prevadă o valoare-limită de emisie totală pentru NOx care să nu depășească 800 mg/Nm3 .

Tabel 2.3. Nivele limită de emisie conform Directivei 2000/76/EC

Autoritatea competentă pentru protecția mediului cu responsabilități în emiterea autorizației de mediu acordă derogări de la valorile-limită de emisie stabilite la acest punct în cazul în care SO(2) și COT nu provin din coincinerarea deșeurilor .

Stabilirea limitelor de emisii unice la incinerarea deșeurilor, pe baza Directivei 2000/76/EC, se bazează pe faptul că pentru pulberi, NOx, HCl, HF, metale grele, dioxine și furani, nivelul emisiilor nu este influențat de tipul combustibilului, spre deosebire de COT și SO2, unde există influența cumulată a combustibililor și materiilor prime .

În SUA, nivelul emisiilor impus instalațiilor de producere a clincherului, reprezintă o combinație de reglementări federale ale EPA (Environmental Protection Agency) și reglementări specifice fiecărui stat. Tabelul 2.4 prezintă nivelul limită de emisii stabilit în general, în SUA .

Tabel 2.4. Nivele limită de emisie în SUA

CAPITOLUL III

MODELAREA MATEMATICĂ A EMISIILOR DE POLUANȚI ÎN ATMOSFERĂ

Împreuna cu monitorizarea, modelarea matematică a emisiilor de poluanți în atmosferă reprezintă un instrument valoros in managementul calității aerului.

Dispersia atmosferică caracterizează evoluția, în timp și spațiu, a unui ansamblu de particule (aerosoli, gaze, pulberi) emise în atmosferă. Fenomenul de dispersie atmosferică este influențat de condițiile atmosferice, parametrii solului și valorile emisiilor. Modelul de dispersie atmosferică (MDA) reprezintă simularea matematică a modului de împrăștiere a poluanților în atmosferă. MDA sunt folosite pentru estimarea concentrației poluanților atmosferici emiși în urma activității industriale sau a traficului auto în direcția vântului [42].

Modelele de dispersie atmosferică necesită mai multe date de intrare:

condițiile meteorologice cum ar fi viteza vântului și direcția, turbulența atmosferică (caracterizată prin clasele de stabilitate), temperatura aerului ambiental;

parametrii emisiilor cum ar fii înălțimea și locația sursei, diametrul coșului de fum, viteza și temperatura de ieșire și rata debitului masic;

datele geografice ale locației unde este amplasată sursa și receptorul, dacă este posibil se ține seama chiar și de modul de utilizare al terenului;

locația, înălțimea și lățimea oricărei surse obstrucționale (de exemplu clădiri sau alte structuri).

Conform Directivei 2008/50/EC[43], pe lângă măsurători, care pot oferi cel mult o baza pentru o descriere discreta a câmpului de concentrații, modelarea matematica reprezintă un instrument obligatoriu în evaluarea calității aerului în zone si aglomerări urbane, acesta oferind informații cu acoperire spațială completă [44].

Modele la scară urbană/medie dintre care s-a selectat modelul utilizat pentru evaluarea calității aerului prin modelare:

TAPM – model eulerian (având inclus și un submodul lagrangian) – poate fi utilizat pentru modelarea la scară urbană în areale caracterizate de teren complex și condiții atmosferice nestaționare prin coborârea grilelor de calcul la rezoluții adecvate modelării la această scară;

AERMOD – model de dispersie gaussian – pentru modelarea la scară medie/urbană pentru teren complex sau plat și condiții atmosferice cvasistaționare;

OML-multi – model de dispersie gaussian – pentru modelarea la scară medie/urbană pentru teren aproximativ plat și condiții atmosferice cvasistaționare pe intervale relativ lungi de timp;

ARIA Impact – model de dispersie gaussian – pentru modelarea la scară medie/urbană pentru teren aproximativ plat și condiții atmosferice cvasistaționare pe intervale relativ lungi de timp;

CALINE 4 – model de dispersie de tip gaussian – utilizat la scară locală, destinat evaluării impactului datorat traficului din zona analizată, capabil să surprindă valorile concentrațiilor într-o grilă foarte densă de receptori localizați de-a lungul arterelor de trafic.

Se menționează că aceste modele se află printre modelele recomandate și agreate la nivelul UE, fiind citate corespunzător în documentele de referință.

TAPM (The Air Pollution Model)

TAPM este un model combinat meteorologie – dispersie dezvoltat de CSIRO (Australia).

Componenta meteorologică a TAPM este un model de prognoză, incompresibil, non-hidrostatic, de ecuație primitivă rezolvată în coordonate care urmăresc topografia.

Modelul rezolvă ecuațiile impulsului pentru componentele orizontale ale vântului, ecuația de continuitate incompresibilă din care derivă viteza verticală și ecuațiile scalare pentru temperatura virtuală potențială și umiditatea specifică a vaporilor de apă, a apei din nori și a apei din precipitații.

Soluția pentru câmpul de vânt, temperatură virtuală potențială și umiditatea specifică, este secvențial asimilată prin valorile sinoptice ale acestor mărimi furnizate în baza de date a modelului.

Funcția de presiune Exner este separată în componente hidrostatice și non-hidrostatice, iar ecuația Poisson este rezolvată pentru componenta non-hidrostatică. Sunt incluse și procesele microfizice explicite din nori [45].

Termenii de turbulență din aceste ecuații au fost determinați prin rezolvarea ecuațiilor energiei cinetice turbulente și a ratei de disipare și apoi prin folosirea acestor valori în reprezentarea fluxurilor verticale printr-o abordare de închidere, incluzând un termen invers de gradient pentru fluxul de căldură. La suprafață, este aplicată o parametrizare a vegetației și a fluxurilor de căldură din sol, parametrizare extinsă și asupra fluxurilor la nivele superioare [45].

Modelul eulerian de dispersie constă din soluții telescopice (modelul poate rula în mod „nest”) ale ecuației euleriene a concentrației reprezentând advecția, difuzia și reacțiile chimice. Sunt incluse de asemenea, procese de depunere uscată și umedă.

Ecuația prognostică a concentrației este similară cu cea folosită pentru temperatura virtuală potențială și pentru variabile de umiditate specifică din modelul meteorologic.

Date de intrare

Datele meteorologice utilizate ca date de intrare pentru model sunt furnizate de un model de analiză la scară sinoptică (LAPS) și constau din date modelate la intervale de șase ore într-o rețea geografică – longitudine/latitudine cu rezoluție de 0,75 grade (aproximativ 75 km) ce acoperă Emisfera Nordică [45].

Datele de teren sunt furnizate de US Geological Survey, Earth Resources Observation Systems (EROS), Data Centre Distributed Active Archive Centre (EDC DAAC) cu o rezoluție latitudine de 30 secunde (aproximativ 1 km). US Geological Survey furnizează de asemenea cu aceeași rezoluție și datele de utilizarea teritoriului [45].

OML-multi (Operational Meteorological Air Quality Models)

OML-multi este un model pentru dispersia locală a poluanților, creat în anii ’80 de către Institutul Național de Cercetare de Mediu – Danemarca. Modelul a devenit operațional în anii ’90 și a fost folosit pe scară largă în Danemarca pentru evaluarea calității aerului în diferite zone. Modelul poate fi folosit atât pentru zonele urbane cât și pentru cele rurale, pe o rază de aproximativ 30 km [46]. A fost modificat și îmbunătățit în ceea ce privește baza teoretică și prezentarea rezultatelor.

OML-multi este un model multi-sursă gaussian. A fost proiectat să încorporeze principalele aspecte ale fenomenelor fizice care guvernează dispersia atmosferică a poluanților din surse industriale sau de alt tip. Modelul acceptă atât surse punctuale, cât și de suprafață. A fost de asemenea astfel proiectat încât:

să arate un comportament mai bun pentru majoritatea condițiilor meteo posibile;

să evite discontinuitățile în descrierea fenomenului de dispersie;

să devină aplicabil pentru scopuri operaționale.

Astfel, în comparație cu alte modele gaussiene realizate până acum, OML-multi introduce:

noi metode de estimare a parametrilor de dispersie ca funcții continue ce depind de parametrii fizici ai stratului limită,

noi metode de calculare a supraînălțării penei de poluant,

modelarea penetrării stratului limită,

noi metode de tratare a dispersiei orizontale pentru viteze ale vântului foarte mici sau pentru schimbări sistematice ale direcției vântului,

noi metode de a simula efecte de construcție.

Inițial, OML a fost creat să modeleze dispersia poluanților pe terenuri plate, atât în zone urbane, cât și rurale. Noua versiune include câteva metode de a trata terenuri relativ ușor ridicate. A fost implementată de asemenea o schemă fotochimică simplă NOx-NO2-O3.

Structura OML-multi constă în:

Procesorul meteorologic – model pentru calculul parametrilor fizici necesari pentru modelarea proceselor de dispersie, începând cu măsurătorile meteorologice. Rezultatele procesorului meteorologic sunt parametrii stratului limită, cum ar fi viteza de fricțiune, scala Monin-Obukhov, fluxurile de căldură sensibile, scala vitezei convective și înălțimii de amestec [46]

Modelul de dispersie – model de calcul pentru evaluarea câmpurilor de concentrație într-un sistem predefinit de receptori pe baza parametrilor fizici și a altor date de intrare necesare (date de emisie, date ale terenului, etc.) [46]

Există un număr de caracteristici care determină selectarea modelului OML. Acestea sunt:

Un model de dispersie operațional bine recunoscut și recomandat în Europa și dezvoltarea acestuia prin intermediul unei instituții de cercetare foarte competente – Institutul Național de Cercetare de Mediu din Danemarca;

Un model de dispersie gaussian modern, rafinat, care tratează sursele punctuale și de suprafață;

Este potrivit pentru tratarea condițiilor atmosferice complexe;

Este aplicabil zonelor urbane și rurale pe o rază de aproximativ 30 km; de asemenea este ușor de folosit pentru scopuri operaționale;

Date de intrare meteorologice relativ simple;

Folosește foarte bine statisticile – percentile sau valori medii legate de Directivele Uniunii Europene pentru calitatea aerului;

Interfață prietenoasă cu utilizatorul – ușor de operat cu modelul – ușor de exportat câmpurile de concentrații și de prezentat ulterior în GIS;

Complet implementat în România între 2001 ÷ 2002.

Personalul agențiilor pentru protecția mediuluii (APM) este instruit să colecteze datele într-un format specific (chestionare privind sursele de emisie), ușor de importat și de folosit ca date de intrare în modelul OML.

AERMOD

AERMOD este un model de pană staționară de tip gaussian, aplicabil atât zonelor rurale, cât și urbane, pe teren plat sau complex, pentru emisii la suprafață sau la înălțime și pentru surse multiple, de toate categoriile: punctuale, de suprafață și de volum.

AERMOD (Modelul Reglementar AMS-EPA) a fost elaborat de AERMIC (Comitetul AMS-EPA de Îmbunătățire a Modelelor Reglementare), un grup de lucru format din oameni de știință ai AMS (Societatea Americană de Meteorologie) și U.S. EPA (Agenția de Protecție a Mediului a Statelor Unite), înființat în 1991, cu scopul de a dezvolta un model de ultimă oră pentru aplicații reglementare, capabil să ia în considerare, de exemplu, noile concepte cu privire la stratul limită planetar, interacțiunea penei de poluant cu terenul, emisii de suprafață, efectul de clădire, dispersia în condiții urbane, urmărindu-se și ca modelul:

să ofere estimări rezonabile ale concentrațiilor de poluanți într-o varietate de condiții, cu minimum de discontinuități;

să fie “user-friendly”, având un necesar rezonabil de date de intrare și resurse ale sistemului de calcul;

să surprindă procesele fizice esențiale, păstrându-și totuși, totodată, simplitatea;

să integreze cu ușurință modificări datorate evoluției în timp a științei.

Astfel, în AERMOD au fost implementați algoritmi noi sau îmbunătățiți pentru:

dispersia atât în stratul limită convectiv, cât și cel stabil;

supraînălțarea și portanța penei de poluant;

penetrarea stratului de inversiune de la înălțime;

calculul profilelor verticale de vânt, turbulență și temperatură;

stratul limită urban, nocturn;

tratarea receptorilor pe orice tip de teren, de la suprafață până deasupra penei de poluant;

tratarea efectelor de clădire;

o abordare îmbunătățită a caracterizării parametrilor fundamentali ai stratului limită.

De-a lungul timpului, modelului i-au fost aduse îmbunătățiri, cum ar implementarea proceselor de depunere umedă și uscată, pentru gaze și pentru particule.

Sistemul de modelare AERMOD constă în modelul de dispersie propriu-zis AERMOD și două preprocesoare: preprocesorul meteorologic AERMET, care pune la dispoziție modelului de dispersie informațiile meteorologice de care are nevoie pentru a caracteriza stratul limită planetar, și preprocesorul de teren AERMAP, care caracterizează terenul și generează grile de receptori pentru modelul de dispersie.

Preprocesorul meteorologic (AERMET)

Scopul principal al AERMET este să calculeze parametrii stratului limită pe care îi folosește AERMOD. În plus, AERMOD preia toate observațiile meteorologice făcute de AERMET.

Ca date de intrare, AERMET necesită observații meteorologice standard: viteza vântului, direcția vântului, temperatura și acoperirea cu nori, precum și caracteristici ale suprafeței: albedoul, rugozitatea și raportul Bowen. Pe baza lor, AERMET calculează parametrii stratului limită: viteza de fricțiune, lungimea Monin-Obukhov, scara vitezei convective, scara temperaturii potențiale, înălțimea de amestec și fluxul de căldură sensibilă. Acești parametri sunt transmiși interfeței interne AERMOD, unde sunt folosite relații de similitudine pentru a calcula profile verticale pentru: viteza vântului, turbulența laterală și verticală, temperatura potențială și gradientul temperaturii potențiale.

Preprocesorul de teren (AERMAP)

AERMAP utilizează date de teren în grilă (obținute din modele digitale altimetrice) pentru a calcula o înălțime reprezentativă de influență a terenului, numită și scara înălțimii terenului. Aceasta este definită pentru locația fiecărui receptor și pe baza ei se calculează înălțimea de divizare a profilului de curgere. Cu AERMAP se creează și grilele de receptori. Pentru fiecare receptor, AERMAP transmite către AERMOD: locația receptorului, înălțimea sa deasupra nivelului mediu al mării și scara înălțimii terenului specifică receptorului respectiv.

Modelul de dispersie (AERMOD)

AERMOD este un model de pană staționară, în sensul că presupune că valorile concentrațiilor la toate distanțele față de surse, corespunzătoare unei ore modelate, sunt determinate pe baza valorilor variabilelor meteorologice mediate pe ora respectivă.

Estimarea concentrațiilor de poluanți

În stratul limită stabil, distribuția concentrațiilor este considerată gaussiană atât în plan orizontal, cât și în plan vertical. În stratul limită convectiv, distribuția în plan orizontal este considerată gaussiană, iar distribuția verticală este descrisă cu o funcție de densitate de probabilitate bi-gaussiană. Acest comportament al distribuției concentrațiilor în stratul limită convectiv a fost demonstrat de Willis și Deardorff (1981) și de Briggs (1993). În plus, în cadrul stratului limită convectiv, AERMOD ia în calcul așa-numita "pană ascensională", prin care, o parte a masei unei pene generate de o sursă se ridică și rămâne în apropierea părții superioare a stratului limită, înainte de a se amesteca în stratul convectiv limită. AERMOD urmărește, de asemenea, orice pană care penetrează în stratul stabil înalt, permițându-i apoi să reintre în stratul limită când și dacă este cazul. AERMOD tratează și cazul special al „sursei injectate”, când înălțimea de emisie este mai mare decât înălțimea de amestec; pana de poluant rezultată este modelată ca în condiții stabile, dar considerând și influența turbulenței și vânturilor din stratul de amestec. Deci, AERMOD simulează 5 tipuri de pană de poluant, în funcție de stabilitatea atmosferică și de poziția în stratul limită sau deasupra acestuia: directă, indirectă, penetrată, injectată și stabilă.

AERMOD ia în considerare fenomenul de șerpuire laterală a penei de poluant, datorat vârtejurilor turbulente de frecvență joasă, nedifuzive, interpolând între două concentrații limită: limita penei coerente (care presupune că direcția vântului este distribuită aproximativ după o direcție bine definită a vântului mediu, cu variații datorate doar turbulenței laterale) și limita penei aleatoare (care presupune o probabilitate egală pentru orice direcție a vântului).

În zonele urbane, AERMOD ia în considerare natura dispersivă a stratului limită de tip convectiv care se formează în condiții de noapte, mărind valoarea turbulenței față de cea care este așteptată în zonele adiacente, rurale, cu strat limită stabil. Turbulența crescută este rezultatul fluxului de căldură urban și al stratului de amestec asociat, estimate din diferența de temperatură între mediul urban și cel rural, după modelul sugerat de Oke (1978; 1982).

Terenul

AERMOD încorporează, printr-o abordare nouă și simplă, conceptele actuale privind curgerea și dispersia în terenuri complexe. În cazurile în care acest lucru este necesar, pana este modelată cu o traiectorie care are impact cu terenul și/sau cu o traiectorie care urmărește topografia terenului. Această abordare a fost concepută ca fiind reală din punct de vedere fizic, simplu de implementat, evitând necesitatea de a distinge între topografii simple, medii și complexe, așa cum o cer reglementările în vigoare. Astfel, AERMOD elimină necesitatea de a defini regimuri de topografie complexă; toate tipurile de terenuri sunt tratate într-o manieră unitară, continuă și simplă, păstrând în același timp conceptul divizării profilului de curgere (Snyder, et al., 1985) în condiții de stratificare stabilă.

Estimarea coeficienților de dispersie

Deviațiile totale standard ale distribuțiilor laterale și verticale ale concentrațiilor sunt o combinație între dispersia datorată turbulenței ambientale și dispersia indusă de portanța penei (precum și turbulența indusă de clădiri, dar care este luată în considerare printr-o abordare separată).

AERMOD ia în considerare variația dispersiei datorate turbulenței ambientale cu înălțimea, prin folosirea unor „parametri efectivi”. AERMOD tratează dispersia verticală datorată turbulenței ambientale ca pe o combinație între o abordare specifică la suprafață, și o abordare mai tradițională la înălțime, după Taylor (1921). În apropierea suprafeței, este folosită o relație empirică pentru coeficientul de dispersie laterală pe baza setului de date Prairie Grass. Dispersia datorată portanței penei este considerată direct proporțională cu supraînălțarea.

Efectele dispersiei datorate turbulenței ambientale și cele ale dispersiei induse de portanța penei sunt presupuse a fi independente.

Supraînălțarea penei de poluant

În stratul limită convectiv, supraînălțarea penei pentru sursa directă este dată de suprapunerea efectelor de impuls al sursei și de portanță (Briggs, 1984). Pentru pana indirectă, este folosită o metodă modificată, pentru simularea fumigației, adăugându-se o supraînălțare virtuală.

Pentru stratul limită stabil, este folosită formularea lui Weil (1988), modificată printr-o abordare iterativă, similară cu cea a lui Perry et al. (1989), pentru a lua în considerare scăderea portanței penei odată cu creșterea temperaturii potențiale, pe măsură ce pana se înalță într-o atmosferă cu gradient de temperatură potențială pozitiv. De asemenea, sunt introduse relații noi pentru calculul supraînălțării în condiții neutre (după Weil, 1985) sau de calm (Morton et al., 1956; Briggs, 1969).

Efectul de clădire

Pentru estimarea creșterii dispersiei penei de poluant și a reducerii supraînălțării acesteia datorită influenței clădirilor, AERMOD utilizează algoritmii PRIME (Plume Rise Model Enhancements). În PRIME, lângă clădiri, pana este împărțită într-o regiune de cavitate, în care are loc o recirculare, și o regiune cu dispersie crescută, în funcție de masa penei care interceptează marginile cavității.

Dispersia în zona cavității se bazează pe geometria clădirii și se estimează pe baza unei funcții de densitate de probabilitate. Este presupusă o amestecare uniformă pe verticală. Dincolo de granița regiunii de cavitate, masa penei care iese din aceasta este combinată cu masa care nu a fost capturată în cavitate și dispersată cu o rată mai mare, în funcție de locația sursei, înălțimea de emisie și geometria clădirii, folosind un model de difuzivitate a vârtejului turbulent (Weil, 1996).

Supraînălțarea penei în cazul surselor influențate de clădiri este estimată prin utilizarea unui model numeric ce include efectele devierii liniilor de curent lângă clădire, forfecării pe verticală datorate vitezei vântului, diluției crescute din cauza turbulenței și deficitului de viteză.

Reacțiile chimice

Este utilizată o schemă chimică foarte simplă, ce ia în considerare doar 2 reacții:

formarea NO2 în interiorul coșului;

oxidarea NO de către ozonul ambiental.

Ca valori ale concentrațiilor de fond, sunt necesare doar cele pentru ozon.

Depunerile

AERMOD are implementați algoritmi de calcul al depunerilor umede și uscate, atât pentru particule, cât și pentru gaze. Fluxul de depunere uscată este calculat ca produsul dintre concentrație și o viteză de depunere, oră de oră și însumat pentru a se obține fluxul total, pentru o perioadă de timp specificată de utilizator. Vitezele de depunere uscată sunt simulate printr-o schemă de rezistență, pentru particule fiind determinate și pe baza distribuției dimensiunilor dominante ale acestora.

Fluxul de depunere umedă pentru particule este produsul dintre concentrația medie în coloana de aer a particulelor, coeficientul de spălare a particulelor și rata de precipitații. Pentru gaze, fluxul de depunere umedă se obține prin înmulțirea concentrației poluantului în faza lichidă, masei moleculare a poluantului și ratei de precipitații.

Depunerea poluanților conduce la îndepărtarea de masă din pana de poluant, ceea ce reduce concentrația la nivelul solului și fluxurile de depunere pe măsură ce pana se deplasează. Acest consum este implementat în AERMOD prin metoda simplă de consum al sursei (Chamberlain, 1953). Această metodă calculează un factor de consum al sursei, care este înmulțit cu concentrația și/sau fluxul de depunere neconsumat(ă), pentru a se obține consumul.

Caracterizarea surselor

Sursele de emisie pot fi introduse în AERMOD ca surse punctuale, de suprafață sau de volum. Sursele punctuale necesită ca date de intrare: locația sursei, elevația, înălțimea sursei, diametrul interior la vârf, rata de emisie, temperatura și viteza gazelor la evacuarea în atmosferă. Pentru sursele de suprafață și de volum sunt necesare locația, înălțimea de elevație (opțional), înălțimea de emisie și rata de emisie. În plus, sursele volumice necesită și specificarea dimensiunilor inițiale ale penei de poluant (laterală și verticală). Sursele de suprafață pot fi introduse ca cercuri sau ca poligoane cu până la 20 de laturi.

Datele de intrare pentru modelul de dispersie AERMOD sunt reprezentate de:

date meteorologice orare: parametrii stratului limită (viteza de fricțiune, lungimea Monin-Obukhov, scara vitezei convective, scara temperaturii potențiale, înălțimea de amestec și fluxul de căldură sensibilă), puși la dispoziție de AERMET;

date de teren: grila cu scara înălțimii terenului, furnizată de AERMAP; date legate de utilizarea terenurilor și de tipul de acoperire a terenului, în funcție de anotimp (pentru calculul depunerilor);

date legate de rețeaua de receptori: coordonatele geografice și înălțimea deasupra nivelului mediu al mării pentru fiecare receptor, transmise de AERMAP în rețele rectangulare și/sau sferice și/sau pentru receptori singulari;

date legate de sursele de emisie: parametrii fizici ai surselor (coordonatele geografice, elevația, înălțimea de emisie, pentru sursele punctuale și diametrul interior la vârf)

date de emisie: rata de emisie pentru fiecare poluant, pentru sursele punctuale și temperatura și viteza gazelor la evacuarea în atmosferă, iar pentru sursele volumice dimensiunile inițiale ale penei;

factori de variație temporală (orară) a emisiilor;

concentrații de fond;

date legate de clădirile care influențează dispersia: coordonatele geografice ale colțurilor clădirilor și înălțimea acestora.

Datele de ieșire

Datele de ieșire sunt reprezentate de câmpurile de concentrații în nodurile rețelei de receptori definite. AERMOD calculează, pentru fiecare receptor, concentrații maxime, medii, percentile, valorile ce depășesc un anumit prag etc., pe diverse perioade de mediere: oră, zi, lună, an, multianuală etc.

Datele meteorologice

Datele meteorologice folosite pentru rularea preprocesorului meteorologic AERMET au constat în datele de suprafață și de profil extrase din datele de ieșire generate prin rularea în mod „downscaling” modelului meteorologic dinamic la mezoscară – TAPM.

Datele necesare pentru rularea preprocesorului meteorologic AERMET se vor extrage în punctul central al grilei de calcul asociată modelului AERMOD. În acest sens a fost dezvoltată o aplicație externă care interfațează modelul TAPM cu preprocesorul meteorologic AERMET.

ARIA Impact

Modelul ARIA Impact este un model de dispersie a poluanților atmosferici de tip Gaussian Cartezian, care permite calcularea pe termen lung, mediu și scurt a emisiilor provenite de la sursele punctuale, trafic, surse de suprafață și surse difuze.

ARIA Impact simulează operarea pe termen lung prin utilizarea seriilor de timpi ale datelor meteorologice pe mai mulți ani, reprezentative pentru zonele analizate. Software-ul furnizează variația temporală a emisiilor cu descrierea realistă și dinamică a operării în timp a surselor de emisii. Simularea conduce la rezultate ce pot fi comparate cu reglementările privind calitatea aerului, dar și ca elemente de bază pentru o evaluare completă a riscurilor privind sănătatea.

Caracteristicile modelului de dispersie:

Importarea facilă a datelor meteorologice și topografice;

Număr nelimitat de puncte, zone;

Modul special pentru operarea unor aspecte particulare;

Compatibilitate cu modulul pentru emisiile din trafic;

Prelucrarea simultană a diferitelor substanțe;

Vizualizarea concentrației locale prin indicarea cu ajutorul unui cursor;

Gamă largă de instrumente pentru întocmirea rapoartelor și prezentărilor;

Alternative variate pentru calcularea penei de poluant și a stabilității atmosferice;

Modelarea în cazul vântului slab.

Aria Impact calculează dispersia a două tipuri de poluanți, gazele și pulberi. În cazul în care în zona studiată vântul suflă cu intensități scăzute, programul folosește un model Gaussian pentru viteze mici ale vântului, calculând concentrațiile poluanților la nivelul solului.

Modelul de calcul are la bază următoarele ipoteze:

turbulențele sunt uniforme în straturile inferioare ale atmosferei;

măsurătorile realizate pentru zona respectivă sunt reprezentative pentru întregul domeniu de studiu;

densitățile poluanților sunt apropiate de cea a aerului;

componenta verticală a vântului este neglijabilă în comparație cu cea orizontală;

regim staționar, ex: pana de fum se consideră că atinge instantaneu condițiile regimului staționar pentru fiecare serie de condiții meteorologice folosite în realizarea calculului dispersiei poluanților.

Datele de intrare

Caracteristicile sursei de emisie:

caracteristicile specifice sursei punctuale, liniare, suprafață;

caracteristicile locului de amplasare a sursei, și anume: harta topografică a zonei analizate, care să cuprindă o suprafață de 25(50) km x 25(50) km în jurul sursei emitente, rugozitatea terenului.

Datele meteorologice specifice zonei analizate pe o perioadă multianuală, și care constau în:

viteza vântului (m/s);

direcția vântului, în grade față de direcția nord;

temperatura aerului (0C);

nebulozitatea aerului, exprimată de la 1 la 8, în funcție de gradul de acoperire cu nori;

clasa de stabilitate, clasificate după Pasquill de la 1 la 6/7;

înălțimea de amestec (m).

Un alt parametru determinat în difuzia poluanților este turbulența care este legată de structura verticală a temperaturii aerului. Aceasta determină starea de stabilitate a atmosferei care, la rândul ei, generează mișcările verticale ale aerului. Există trei tipuri principale de stratificare: stabilă, neutră și instabilă.

Stratificarea aerului este determinată prin utilizarea metodologiei elaborată de S. Uhlig care determină starea de stabilitate pe o scară cu 7 trepte de la foarte instabil la foarte stabil, din date privind nebulozitatea totală și cea a norilor inferiori, vizibilitatea, viteza vântului, starea solului și un indice de bilanț radiativ în funcție de ora și luna respectivă

Datele de ieșire

Modelul ARIA generează, în toate nodurile rețelei de receptori, concentrații medii orare, zilnice, precum și medii lunare, anuale, percentile și alte valori statistice importante în evaluarea calității aerului.

Valoarea concentrației la nivelul solului este, în anumite limite, invers proporțională cu valoarea vitezei vântului. În același timp, o creștere a vitezei vântului are ca efect o scădere a înălțimii efective a penei de poluant și în consecință o creștere a concentrației. Astfel, există o valoare critică a vitezei vântului, specifică fiecărei surse de poluare, pentru care se obține cea mai mare concentrație de poluant.

CALINE 4

CALINE 4 este un model de tip gaussian proiectat să estimeze concentrațiile de poluanți în vecinătatea arterelor stradale deschise de lungime finită.

Modelul presupune discretizarea arterei stradale în subsegmente și sumarea la nivelul receptorilor a contribuțiilor individuale.

Modelul apelează la conceptul existenței unei zone uniforme de amestec ce se întinde pe întreaga lățime a arterei plus 3 m de o parte și de alta a străzii. Extinderea zonei de amestec este în acord cu faptul că existența turbulenței induse mecanic de deplasarea vehiculelor sau termic datorită gazelor fierbinți emise de trafic produce o creștere a parametrului orizontal inițial de dispersie.

Parametrii verticali de dispersie sunt estimați la nivelul zonei de amestec (σz1 = 1.8 + 0.11* Tr) unde Tr este timpul de rezidența a poluanților în zona de amestec și la distanțe de 10 km (σz0). Parametrul de dispersie în zona de amestec nu depinde așadar de stabilitatea atmosferică sau de rugozitate. Între valorile parametrului în această zonă și valorile la 10 km distanța de artera se generează o curbă de interpolarea.

Modelul poate trata și fenomenul de depunere uscată în cazul particulelor prin considerarea unei viteze de depunere uscată și depunere gravitațională.

Versiunea îmbunătățită CALINE 4 include o schemă fotochimică pentru estimarea concentrațiilor de NO2, bazată pe echilibrul NO2-NO-O3. Pentru prognozarea orară a câmpurilor de concentrații de NO2 (NOx) este necesară cunoașterea concentrațiilor de fond (urban sau regional, în funcție de localizarea sursei liniare) și a unor date meteo suplimentare cum ar fi nebulozitatea necesară în parametrizarea radiației nete.

Datele de intrare

Date meteorologice orare: direcție vânt, viteza vânt, înălțime de amestec, clasa de stabilitate (Pasquill), nebulozitate;

Dimensiunile geometrice ale arterei: lungime, lățime, înălțime, localizarea geografică (latitudine, longitudine);

Date de trafic: debite masive orare pe unitatea de lungime pe fiecare arteră;

Concentrații de fond (urban sau regional) – date orare.

Date de ieșire

Șiruri orare de valori ale concentrațiilor în receptori predefiniți;

Valori statistice: maxime, medii, percentile.

PARTEA EXPERIMENTALĂ

CAPITOLUL 4.

METODOLOGII UTILIZATE IN PRELEVAREA SI ANALIZA PROBELOR

Metodologii pentru apa

Probele de apă au fost prelevate, conservate și transportate conform prevederilor în vigoare. Echipamentele de lucru din laborator, necesare pentru investigarea calității probelor de apă sunt conforme cu cerințele actuale și standardele în vigoare.

Aparatura utilizată a fost:

pH-metru CONSORT 600;

Spectrometru UNICAM UV 2 – pentru determinări colorimetrice;

Spectrometru cu absorbție atomică SPECTRA 250 PLUS – VARIAN – pentru determinarea metalelor;

Aparatură și ustensile obișnuite de laborator.

Gradul de precizie al determinărilor este funcție de natura analizei, cuprins între 5 ‰ și 1%.

Metodologii pentru aer

Măsurătorile s-au efectuat cu un analizor de gaze dotat cu senzori electrochimici, prelevatoare manuale și cu ajutorul unei sonde izocinetice (pentru particule).

Operațiile efectuate constau în:

determinarea vitezei gazelor folosind tubul Pitto-Prandl, micromanometru și termocupla cu aparat indicator

alegerea duzei de aspirație funcție de viteza determinată pentru a asigura o bună absorție izocinetica.

Determinarea conținutului de pulberi se realizează cu:

sonda de prelevare a pulberilor cu duză de aspirație și cartuș filtrant

turn de uscare a gazelor

rotametru

contor pentru măsurarea debitului de gaze, prevăzut cu termometru și manometru

pompa de aspirație

ventil pentru reglarea debitului de gaze

Se aspiră în sonda de prelevare cu duza corespunzătoare regimului de curgere, un debit de gaze controlat și măsurat. Pulberile sunt reținute în cartușe filtrante care sunt aduse la valoarea constantă înainte și după măsurătoare.

S-au determinat următoarele mărimi:

concentrațiile de gaze (CO, NOx, ȘO2, HCl, HF) în emisie (Cg)

concentrațiile de particule în emisie (Cp)

parametrii fizici ai fluxului de gaze (temperatură, viteză)

Debitele masice Dm de poluanți s-au determinat cu relația: Dm = Cg x Q0.

Înainte de măsurarea concentrațiilor de noxe, gazele au fost uscate la 1250 C, astfel încât rezultatele măsurătorilor sunt cu referire la gaze arse uscate.

Trebuie menționat că, datorită umidității foarte mări a gazelor evacuate de la cuptoarele de clincher, nu a fost posibilă măsurarea directă a concentrației de SO2 ci s-a efectuat o prelevare izocinetica pe membrane filtrante NCMF40, conform Stas 11194/79 – analizare prin metoda cu Thorin. Metalele din pulberi s-au determinat prin mineralizare în mediu acid pentru reducerea în soluție a metalelor din pulberi și analiza folosind metoda spectrometriei de absorție atomică conform metodelor standardizate pentru fiecare metal în parte. Valorile din tabele au fost obținute după efectuarea corecțiilor de temperatură, presiune și oxigen (10 %).

Prognozarea poluarii aerului ( IMISII )

Modelul CLIMATOLOGIC Martin și Tikvart, este un model pentru estimarea concentrațiilor de poluant pe termen lung și scurt de mediere pentru surse continue punctiforme sau de suprafață. Baza fizică fundamentală a modelului este presupunerea că distribuția spațială a concentrațiilor este dată de formula gaussiana a penei.

Concentrația medie CA într-un receptor aflat la distanța  de o sursă de suprafață și la înălțimea z este de sol este dată de relația:

unde: k = indice pentru sectorul direcției vantului;

qk() = Q(,)d pentru sectorul k;

Q(,) = emisia în unitatea de timp a sursei de suprafață;

 = distanța de receptor pentru o sursă de suprafață infinitezimală;

 = unghiul în coordonate polare centrat pe receptor;

l = indice pentru clasa de viteză a vântului;

m = indice pentru clasa de stabilitate;

(k,l,m) = funcția de frecvență a stărilor meteorologice;

S(,z;Ul,Pm) = funcția care definește dispersia;

z = înălțimea receptorului deasupra solului;

ul = viteza vântului reprezentativă;

Pm= clasa de stabilitate.

Pentru surse punctiforme, concentrația medie CP datorita a “n” surse, este dată de relația:

unde: kn = sectorul de vant pentru a n-a sursa;

Gn = emisia pentru sursa n;

n = distanta de receptor a sursei n.

Dacă receptorul este la sol (nivel respirator), atunci z=0 si forma functiei S(,z;ul,Pm) va fi:

daca z() < 0,8 L

și

daca z() > 0,8 L

unde: z() = funcție de dispersie verticală;

h = înălțimea sursei;

Δh = supraînălțarea penei de poluant, calculată cu relațiile lui Briggs;

L = înălțimea de amestec;

T1/2 = timpul de înjumătățire a poluantului.

Posibilitatea dispariției poluantului prin procese fizice sau chimice este dată de expresia:

exp (-0,692ρ/ul T1/2 )

Concentrația totală pentru o perioadă de mediere este suma concentrațiilor datorate tuturor surselor pentru acea perioadă.

Datele de intrare cuprind informații privind:

grila de calcul;

datele de emisie;

parametrii meteorologici.

Grila de calcul – Modelul permite calculul concentrației medii a poluantului în orice punct aflat la anumite distanțe de sursă/surse, prin luarea în considerare a contribuției tuturor surselor. Ca urmare, este posibil să se calculeze concentrațiile pe o arie în jurul sursei. În acest scop, se limitează aria de interes, iar pe suprafața ei se fixează o grilă, de regulă pătratică, ale cărei noduri constituie receptorii. Numărul de noduri și pasul grilei se aleg în funcție de caracteristicile sursei, ale ariei de interes și ale problematicii la care trebuie să se răspundă. Grila va avea o origine și un sistem de coordonate cu axa Ox spre est și axa Oy spre nord, în funcție de care se stabilesc coordonatele surselor și ale nodurilor.

Datele de emisie cuprind caracteristicile surselor: concentrațiile noxelor evacuate, înălțime geometrică, diametrul sau suprafața de emisie, viteza și temperatura de evacuare a poluanților.

Parametrii meteorologici se introduc sub forma funcției de frecvență F(k,l,m) a tripletului direcția vântului, clasa de viteza a vântului și clasa de stabilitate, stabilită pe

șiruri lungi de date (plurianuale). De exemplu, dacă se lucrează pe 16 sectoare de vânt, 8 clase de viteză și 7 clase de stabilitate, tabelul de valori ale funcției de frecvență cuprinde 896 de intrări.

Calculele au fost făcute într-o grilă cu dimensiunile 4 km x 5 km cu pasul de 25 m pentru poluanții caracteristici principali emiși de obiectivul studiat. S-au utilizat datele meteorologice plurianuale provenite de la Stația Meteorologică.

Metodologii pentru zgomot

Măsurările s-au efectuat cu un sonometru marca CEL 573, produs de firma CEL Anglia, îndeplinind condițiile impuse de IEC 651 tip 1.

Referențialele folosite în analiza efectuată sunt următoarele:

SR ISO 1996: Caracterizarea și măsurarea zgomotului din mediul înconjurător

Partea 1: Mărimi și procedee de bază

Partea 2: Obținerea de date corespunzătoare pentru utilizarea terenurilor

Partea 3: Aplicații la limitele de zgomot

STAS 10009-88: Acustică urbană. Limite admisibile ale nivelului de zgomot (se referă la zgomotul exterior)

STAS 6161/3-89: Măsurarea nivelului de zgomot în localitățile urbane (Metodă de determinare).

Limitele maxim admisibile pe baza cărora se apreciază starea mediului din punct de vedere acustic în zona unui obiectiv, în exterior, sunt precizate în STAS 10 009-88 și prevăd, la limita incintei, valoarea de 65 dB(A) (tabelul 3 din STAS-10009-88), iar în ceea ce privește amplasarea clădirilor de locuit (2.5 din acelasi referențial), aceasta se va face în așa fel încât să nu se depășească valoarea maximă de 50 dB(A) pentru nivelul de zgomot exterior clădirii, măsurat la 3 m de fatada acesteia în conformitate cu STAS 6161/1-89.

Metodologii pentru sol

Probele de sol au fost recoltate conform Ordinului nr. 184/1997 privind Recomandări pentru prelevarea probelor de sol.

Pentru evidențierea impactului datorat activității fabricilor asupra factorului de mediu – sol, s-au efectuat prelevări de probe de sol din incintele unităților.

Metodele de prelevare a probelor de sol și metodele de analiză a indicatorilor de calitate au la bază STAS-urile în vigoare și recomandările cuprinse în Ordinul MAPPM nr. 184/97. Echipamentele de lucru pentru investigarea calității probelor de sol sunt conforme cu cerințele actuale și standardele în vigoare (aparatele de măsură utilizate pentru analize colorimetrice fiind : spectofotometru –SPEKOL 221 și fotometru NANOCOLOR 300 D).

Pentru determinarea hidrocarburilor s-a utilizat metodologia specificată în ISO 10301/1997, modificată pentru a putea fi aplicată la analiza solului. Probele medii de sol prelevate au fost conservate la rece, uscate la temperatură ambiantă și majorate. Dintr-o cantitate cunoscută de sol s-au făcut extracții cu tetraclorură de carbon. Extractul a fost supus analizei. Principala tehnică pentru separarea și identificarea conținuturilor scăzute de substanțe petroliere este reprezentată de cromatografie de repartiție gaz – lichid.

Metoda constă dintr-o fază mobilă gazoasă și o fază staționară lichidă care se află depusă pe un suport solid poros sau pe pereți unui tub capilar. Faza mobilă gazoasă are rol de gaz purtător al componenților prin coloană. Faza staționară lichidă trebuie să fie nevolatilă, adică trebuie să aibă tensiune de vapori scăzută la temperatura coloanei. Componenții trebuie să prezinte solubilități diferite în faza staționară, asigurându-se astfel selectivitatea coloanei. Hidrocarburile din probele de sol sunt în prealabil extrase în tetraclorură de carbon. După eluția pe o coloană de Fluorisil pentru îndepărtarea unor compuși care pot influența procesul de sorbție-desorbție probă este introdusă în injectorul aparatului.

În scopul evidențierii și determinării compușilor de tip hidrocarbură s-a utilizat un cromatograf DANI GC 100 dotat cu coloană capilară BSX 5 de 30 m lungime și detector cu ionizare în flacără.

Condițiile de lucru au fost:

Izoterm 50 oC, timp 10 min;

Temperatura program: 50 – 130 oC cu ritmul 5 oC/min;

Izoterm 130 oC, timp 30 min;

Gaz purtător N2, 1ml/min.

Limită de detecție a aparatului este de 10 picograme.

CAPITOLUL 5.

MONITORIZAREA EMISIILOR REZULTATE DIN INDUSTRIA MATERIALELOR DE CONSTRUCȚII

5.1. FABRICA DE CIMENT

Fabrica este o unitate cu profil industrial, cu următoarele capacități:

Două linii de fabricație ciment de 3800 și, respectiv 4200 t clincher/ zi.

Atelier de pregătire cocs de petrol.

Două cariere pentru exploatarea materiilor prime: cariera pentru marnocalcar și cariera pentru calcar.

Activitatea de utilizare a deșeurilor combustibile și necombustibile.

Activitatea de utilizare a deșeurilor combustibile și necombustibile se desfășoară în cadrul unității implicând cele două linii de fabricație a cimentului.

Regimul de lucru – unitate cu foc continuu

5.1.1. Fluxul tehnologic

5.1.1.1. Fluxul tehnologic de fabricare a cimentului

Exploatare materii prime si adaosuri

A. Calcarul concasat de la cariera aflată la cca.40 km de fabrica de ciment este adus în vagoane tip CF tip UVA de 80t sau MAV de 25 t și descărcat prin basculare în cinci buncăre de primire (frontul de descarcare este de 45 m si volumul de preluare este de circa 330 mc.). Prin intermediul transportoarelor cu bandă de cauciuc este adus și depozitat în trei silozuri cu o capacitate maximă de 35000 t. Din silozuri, calcarul este transportat prin intermediul transportoarelor cu bandă de cauciuc la buncărele tampon de 70 t.

B. Marno – calcarul este adus din cariera situată în partea de est a fabricii de ciment.

In cadrul activităților din cariera de marno-calcar se disting trei etape:

lucrări de deschidere (amenajare acces),

lucrări de pregătire (descopertă)

lucrări de exploatare propriu-zisa. Metoda de exploatare este in trepte descendente (cinci trepte) cu inaltimea de treapta de pana la 20 m.

B.1. Lucrări de deschidere

Realizarea accesului se execută, în roci moi și în roci semistancoase, prin tăiere mecanică cu ajutorul buldozerului sau cu explozivi plasați în găuri de mină.

B.2. Lucrările de pregătire (descopertă) se efectuează prin tăiere mecanică cu utilaje specifice (draglină, excavatoare, buldozer), iar transportul la locul de haldare cu autobasculante de 16 t. Descopertarea se face în straturi succesive de aproximativ 0,5 m, cu buldozerul, iar încărcarea se face cu încărcător frontal tip Wolla. Rezultă sol vegetal și loess. Transportul materialelor din descopertă în depozite se face cu autobasculante de 16t.

Solul vegetal este depozitat în centrul carierei pentru a putea fi folosit ulterior la redarea în circuitul agricol a terenurilor exploatate.

Loess-ul este depozitat pe platforma de adaosuri pentru introducere în consum; o parte este folosit la amenajări taluzuri în zona vestică a carierei.

B.3. Lucrări de exploatare propriu – zisă

Exploatarea marno-calcarului constă în :

a) Derocarea materialului prin:

confecționarea de găuri de sondă executate cu foreza TAMROCK D25KS;

încărcarea găurilor cu explozivul de inițiere Rovex/Buster și explozivi de bază Nitramon/AM1 (preparat în carieră);

amorsarea cu tub Nonel cu capse UNIDET 500/475;

transmiterea detonației la suprafață cu tub Nonel și detonări milisecundă SL0;

declanșarea exploziei cu fitil Bickford și capse pirotehnice nr.8.

b) Excavarea cu ajutorul a două autoîncărcătoare pe pneuri țip CÂT 990II, cu capacitatea de 9,2 mc și CÂT 988G cu capacitatea de 6,8 mc.

c) Transportul marno-calcarului:

de la frontul de încărcare la rampa de basculare cu ajutorul Belaz-urilor de 40 t,

de la rampa de basculare la platforma de completare și apoi la concasoare cu ajutorul vagoanelor CF tip UVA de 60 t.

C. Adaosurile de corecție folosite sunt :

C.1. Cenușa de pirită: este adusă în vagoane CF și depozitată în spațiul delimitat din hala de marnă, de unde cu ajutorul podului cu graifer este adusă în buncărul de pirită și transportată la buncărul tampon.

C.2. Bauxita: este adusă în vagoane CF, depozitată în hala de marnă și introdusă în fluxul de fabricație pe traseul cenușei de pirită. Depozite suplimentare de cenușă de pirită și bauxită sunt în cariera de marni-calcar, lângă platforma de încărcare marno-calcar sau pe platforma I.

C.3. Alte adaosuri de corecție (grit, țunder, zgură de aluminiu, Argalum, cenușă de termocentrală, nisip și alte materiale pentru corecția oxizilor principali din amestecul de materii prime) sunt aduse atât în vagoane CF, cât și auto, depozitate în hala de materii prime și introduse în fluxul tehnologic în amestec cu celelalte materii prime.

Concasare marnocalcar

Concasarea marno-calcarului se realizează în două concasoare cu ciocane cu impact de tip Wedag, cu o capacitate de concasare de 250 – 400t/h fiecare. Maarnocalcarul din vagoane este descărcat în buncăre de preluare, de unde este extras cu ajutorul unui transportor cu bandă metalică, care alimentează concasorul. Capacitatea buncărului este de cca.150t. Fiecare concasor dispune de o instalație de desprăfuire de tip filtre cu saci cu scuturare mecanică. După concasare, marnocalcarul este preluat de un sistem de benzi transportoare și transportat într-o hală acoperită de depozitare materii prime. Marnocalcarul concasat și depozitat hală, este preluat cu podul cu graifer și adus în buncărul de marnă, de unde este transportat, prin intermediul unui releu de benzi transportoare, la buncărele tampon ale sistemelor de dozare. După dozarea fiecărui component, cu ajutorul dozatoarelor gravimetrice tip Pfister pentru linia 10 și Hassler pentru linia 11, amestecul de materii prime trece pe releul de benzi, care le transportă la turnurile de uscare al morilor de făină.

Măcinare materii prime

Procesul de măcinare, are loc în două mori tubulare-rotative, bicamerale, cu bile, în circuit închis cu capacitatea maximă de 350 t/h fiecare. Înainte de intrarea în moară materiile prime trec printr-un uscător, în care uscarea materiilor prime se realizează în contracurent cu gazele calde (3500C), provenite de la cuptorul de clincher. Produsul rezultat este făina care este transportată cu ajutorul elevatorului la silozurile de omogenizare, 800 t fiecare, câte patru silozuri (celule ) pentru fiecare linie. Metoda de omogenizare este statistică: silozurile se umplu alternativ și se golesc combinat câte două, în silozurile de stocare (câte unul pentru fiecare linie) cu o capacitate de 9 500 t fiecare și prevăzute cu instalații de desprăfuire tip filtre cu saci.

Ardere amestec materii prime

Din silozurile de stocare făina este transportată pneumatic, la buncărul de alimentare, traversează schimbătorului de căldură de sus în jos în contracurent cu gazele calde de la cuptor, care la intrare au aproximativ 10000C, iar la ieșire au aproximativ 350-4000C. Schimbătorul de căldură este tip Humboldt în patru trepte cu două ramuri în cazul liniei 10 și în patru trepte cu două ramuri și precalcinator în cazul liniei 11. La ambele cuptoare în zona camerei de trecere de la schimbătorul de căldură la cuptorul propriu-zis, sunt amenajate gurile de introducere a deșeurilor combustibile. La intrare în cuptor făina are aproximativ 8000C și este parțial decarbonatată. În cazul liniei 11, la nivelul precalcinatorului, făină este decarbonatată în procent de minim 85%.

Făina astfel pregătită, traversează lungimea cuptorului (în contracurent cu gazele de la injectorul principal). Prin rotirea cuptorului, materialul avansează către zona de sinterizare.

De-a lungul cuptorului sunt trei zone distincte în care au loc principalele procese de obținere a clincherului:

zona de decarbonatoare, unde temperatura medie este de 10000C, în care se definitivează procesul de decarbonatare început în schimbătorul de căldură;

zona de clincherizare (sinterizare), unde temperatura medie este de 1400-14500C, în care materialul vine în contact cu flacara injectorului principal și au loc procesele în fază lichidă cu formarea noilor componenți mineralogici caracteristici clincherului; injectorul este dotat cu diuze concentrice, de construcție specială care conferă posibilitatea utilizării combinate a cocsului și a diverselor deșeuri combustibile lichide sau tocate.

zona de răcire, unde materialul se răcește pană la 1300 – 11000C; procesul de răcire continuă și după ieșirea din cuptor, în răcitoarele grătar pană la 85-1100C. La capătul de evacuare din răcitor este montat un concasor pentru mărunțirea bolovanilor

Depozitare clincher

După evacuarea din răcitor, clincherul este preluat de instalațiile de transport și trimis către silozul de depozitare tip DOME, cu următoarele caracteristici tehnice:

– diametru, D = 75 m;

– înălțime, H = 48,2 m;

– capacitate de stocare = 150000 t clincher.

Acest siloz este o construcție cu pereți din beton armat, cu profil de tip semisferă, izolată pe exterior de o membrană specială, fabricată numai pentru acest tip de construcții.CAlimentarea silozului cu clincher se va face pe la partea superioară prin intermediul unei benzi transportoare cu un debit de 600 t/h clincher. Extracția clincherului din siloz către morile de ciment existente se realizează prin intermediul a 3 tuneluri construite subteran la baza silozului, dotate cu benzi transportoare de clincher (către exteriorul silozului) care vor asigura preluarea a 600 t/h de clincher.

Sisteme de desprăfuire

Fiecare linie (moară de făină – cuptor, silozuri de depozitare și omogenizare făină, instalații de transport interfazic făină) este desprăfuită de un electrofiltru tip ICPET. Înainte de a intra în electrofiltru gazele sunt condiționate de turnul de stropire, unde sunt aduse la temperatura optimă necesară pentru realizare procesului de filtrare .

Răcitoarele grătar sunt desprăfuite de filtre cu saci Redecam, tip jet-puls. Pentru protecția pânzei sacilor, înainte de a intra în filtre aerul încărcat cu praf de clincher este trecut prin răcitoare aer-aer.

Desprăfuirea silozului de tip DOME este asigurată de un filtru cu saci cu un debit de 15000 m3/h, montat în partea superioară, în zona alimentării cu clincher. Desprăfuirea tuneluri pentru extracția clincherului se realizează cu 4 filtre cu saci: 3 filtre asigură un debit de 7000 m3/h fiecare, montate la capetele tunelurilor și 1 filtru asigură desprăfuirea punctului de preluare a clincherului către morile de ciment. Banda de alimentare a morilor de ciment este desprăfuită de 2 filtre cu saci tip puls jet cu debite de 20000, și respectiv 14000m3/h.

Pe întreg fluxul interfazic sunt montate sisteme tip filtre cu saci care asigură desprăfuirea sistemelor de transport, buncărelor și silozurilor de depozitare.

Măcinare ciment

La fabricarea cimentului, pe lângă clincher se folosesc ca adaosuri de măcinare: ghipsul (pentru toate sortimentele de ciment), calcar, zgură, cenușă de termocentrală, puzzolane naturale sau artificiale pentru anumite sortimente de ciment.

Procesul de măcinare are loc în mori tubulare-rotative, bicamerale, cu bile, în circuit închis (recirculare), după același principiu de mărunțire, ca la morile de făină cu o productivitate de 120 – 180 t/h fiecare, în funcție de finețea de măcinare a cimentului fabricat. Morile de ciment sunt desprăfuite fiecare de câte trei filtre cu saci tip jet-puls ( Intensiv) pentru: moară, separator, anexe.

Materialele (clincherul, gipsul, și zgură și/sau cenușă de termocentrală, calcarul pentru anumite sortimente de ciment) sunt extrase din silozurile respective cu ajutorul dozatoarelor gravimetrice, apoi cu ajutorul benzilor transportoare sunt aduse în pâlniile de alimentare ale celor patru mori de ciment; dozatoarele de clincher (liniile 1 – 4) și căderea clincherului pe benzile de alimentare a morilor de ciment sunt desprăfuite de filtre cu saci tip jet-puls.

Adaosuri la fabricarea cimentului

A. Gipsul: se aduce în vagoane CF, se descarcă cu podurile rulante cu graifer zona specială din hala de adaosuri. Din hală este preluat cu ajutorul podurilor cu graifer și adus la buncărul de gips, de unde se varsa pe banda transportoare că îl duce la cele două silozuri de gips cu capacitatea de 1400t fiecare.

B. Zgura / puzzolane naturale sau artificale: se aduce cu mijloace de transport auto și/sau în vagoane CF și se descarcă în hală; din hală se introduce cu graifărul în buncăre metalice, de unde se extrage, se dozează și este preluată de benzi transportoare până la mori.

C. Calcar concasat: se aduce de la Tașaul, se descarcă la buncărul de primire, iar cu releul de benzi se depozitează în cele două silozuri de depozitare de 925 t fiecare, din care este extras, dozat și transportat cu benzile de alimentare la morile de ciment.

D. Cenușa de termocentrală este adusă cu cisterne auto sau CF și descărcată pneumatic la stația de descărcare, cu o capacitate de descărcare de circa 150 t/h. De la stația de descărcare cenușa este transportată pneumatic în 2 silozuri de 8800 t fiecare.

Cenușa de termocentrală este alimentată în morile de ciment, împreună cu celelalte materiale, prin intermediul a două buncăre dozatoare cu capacitatea totală de cca. 236 t, dotate fiecare cu sisteme de dozare tip Rotofeeder, cu un debit de cca. 80t/h. Lungimea sistemului de transport pneumatic între silozuri și dozatoare este de aprox. 110msi având o capacitate de transport pneumatic, între silozurile de depozitare și dozatoare, de cca.140t/h. Sistemul de transport, silozurile de depozitare, cât și buncăre dozatoare care deservesc sistemul de dozare sunt desprăfuite cu fitre cu saci.

Depozitare ciment

Materialul măcinat este transportat cu ajutorul releelor de benzi la cele șase silozuri de ciment. Acest releu de benzi este desprăfuit cu filtre cu jet-puls la:

trecerea cimentului de pe benzile de la morile de ciment pe benzile care transportă materialul la silozurile de ciment;

la căderea fluxului de ciment de pe benzi pe cele două rigole de transport la silozuri.

Silozurile de ciment sunt grupate în două linii și au capacitatea totală de depozitare de 60 000t; fiecare siloz este prevăzut la partea inferioară cu instalație de fluidificare și patru guri de golire. Fiecare siloz de ciment este desprăfuit de câte un filtru cu saci, tip jet-puls.

Expediție ciment

Expediția cimentului se face în vrac – auto, vagoane CF și în barje, în saci – la vagoane CF și în saci paletizați – la mijloace auto și vagoane CF.

Atelierul este echipat cu următoarele instalații:

2 mașini automate de insacuire, paletizare, înfoliere;

2 grupuri a câte 3 puncte de incare vrac auto;

1 buncăr de încărcare vrac CF;

1 instalație de încărcare vrac la barjă ( în conservare);

mai multe silozuri echipate pentru livrare directă;

instalație de dozare agent de reducere Crom 6+ solubil.

Mașinile de însăcuit sunt de tip METRALL, cu 12 guri, cu o capacitate de 100t/h. Fiecare mașină de însăcuit este echipată și cu instalații de paletizare și înfoliere automată.

De asemenea, prin turnul de elevatoare cimentul poate fi dirijat și la instalația de livrare vrac la barjă. Instalația de livrare vrac la barjă este compusă din: releu de benzi transportoare, buncăr tampon și instalație telescopică cu două guri. Instalația de livrare ciment la vrac auto este dotată cu posturi de încărcare automată. Toată instalația este desprăfuită de filtre cu saci tip jet-puls.

Fluxul tehnologic de pregătire cocs de petrol

Atelierul de măcinare cocs sau cărbune este format din instalații aferente etapelor procesului tehnologic care se desfășoară în acest atelier:

transport și descărcare cocs;

depozitare și transport cocs la concasare;

concasare și transport cocs la măcinare;

măcinare și transport praf de cocs la ardere linie cuptor 10;

măcinare și transport praf de cocs la ardere linie cuptor 11;

Transport

Transportul cocsului de petrol în uzină se efectuează cu vagoane CF. Direct din vagoane sau din depozitul din uzină (transportat cu autocamioane de mare tonaj) cocsul este descărcat în douã buncăre echipate cu grãtar comun la partea superioarã.

Din buncăre, cocsul este extras cu ajutorul a două extractoare cu lanțuri tip Aumund. De la extractoarele Aumund, materialul este preluat de un transportor cu bandã (banda B1) cu o capacitate de 250 t/h prevăzut cu un cărucior de descărcare a materialului (Tripper), ce realizeazã și preomogenizarea materialului având o mișcare continuã pe toată lungimea halei de depozitare. Capacitate de descărcare este de 250 t/h.

Stocare

Stocarea materialului se face în două halde cu o capacitate de depozitare de 3800-5000t fiecare. O haldă este folosită pentru formarea depozitului, iar din cealaltă haldă se extrage material pentru consum.

Extracție – Concasare – Transport la morile de cocs

Extracția materialului din haldă se face cu ajutorul unui extractor cu lanțuri și cupe – Reclaimer tip Bedeschi (productivitate 250t/h). Materialul extras din haldă este preluat de un releu de benzi, B2-B3-B4, care alimentează concasorul. Banda B2 este prevăzută spre capătul de deversare pe banda B3 cu detector și separator de metale feroase (pentru protecție concasor), care sunt atrase de un electromagnet și deversate într-un container așezat în afara estacadei benzii.

Concasare

Concasorul Hazemag, care are productivitate de 50t/h, este folosit în circuitul de măcinare a cocsului sau a cărbunelui pentru reducerea bolovanilor la cca. 40mm a acestora înainte de intrarea lor în moară. Concasorul este desprăfuit de filtru tip IFJ 50/1-3SX (Intensiv) cu scuturare jet- puls. La ieșirea din concasor, materialul este preluat de benzile B5, B6 care-l transportã la cele două silozuri de câte 70 m3, din care se alimentează morile de cocs de pe cele douã linii.

Măcinare

Măcinarea se efectuează în două mori tubulare (nr.10 și nr.11) cu bile cu două camere: o cameră de preuscare și o cameră de măcinare. Uscarea materialului făcándu-se cu gaze calde de la cuptorul de clincher. Odată cu aerul din moară este antrenat și materialul măcinat care este trecut printr-un separator de înaltă eficiență (generația a III-a). Desprăfuirea morilor de cocs este realizată de filtru tip Intensiv IFJC 75/7-4X (cu scuturare jet- puls), pentru linia 10 și de un filtru tip Intensiv IF JC 75/9-4X (cu scuturare jet-puls) pentru linia 11.

Materialul măcinat este depozitat într-un siloz cu capacitate de 240 m³. Din acest siloz materialul este transportat pneumatic cu ajutorul unei pompe Moller în silozurile de 13 m³ de pe platforma de coacere. Înainte de introducerea cocsului în cuptor prin arzătoarele Pillard, cocsul este dozat cu ajutorul unui dozator Pfister.

Linia nr.11 este prevăzută cu două buncăre de 13 m³, deoarece cuptorul nr.11 este echipat și cu precalcinator.

Pentru funcționarea în condiții de siguranță, instalația de cocs este prevăzută cu instalație de inertizare, care permite injecția automată a CO2 în instalație atunci când limitele tehnologice de exploatare au fost depășite. Inertizarea are ca scop reducerea conținutului de O2 într-o incintă folosind CO2 gazos, pentru prevenirla eventualelor explozii ce pot apărea, deoarece cocsul este un material ușor inflamabil.

Sursa de CO2 provine de la o instalație dispusă în imediata apropiere a atelierului măcinare cocs și constă, în principal, dintr-un tanc de depozitare cu o capacitate 5000 kg CO2 lichid, la 18 bari. Temperatura este menținută la -4C cu ajutorul unui răcitor. La folosirea CO2-ului pentru inertizare, acesta trece printr-un vaporizator care-l transformă în gaz. Rezervorul de CO2 este instalat pe cântare, pragul minim al greutății lui declanșánd o alarmă ce avertizează necesitatea aprovizionării.

Programul de investigare al factorilor de mediu în cadrul fabricii de ciment

Factorul de mediu apa

În vederea determinării caracteristicilor calitative ale apelor evacuate de la Fabrica de ciment și a evidențierii eventualelor depășiri ale normativelor în vigoare, s-au prelevat următoarele probe:

Proba 1 – apă uzată industrială – deversare în șanțul de gardă

Proba 2 – apă uzată menajeră–intrare stația de pompare apă uzată SP2.

Apa existentă în Șanțul de Gardă (cuprinde apa provenită de la preaplinul instalației de recirculare) este evacuată în Canalul Dunăre – Marea Neagră.

Caracteristicile fizico – chimice specifice fiecărui punct de prelevare și rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul nr.?????????

Factorul de mediu aer

Emisii în atmosferă

Pentru prezentul studiu au fost investigate emisiile provenite de la coșurile aferente cuptoarelor de clincher (liniile 10 – 11), răcitoare grătar cuptoare (liniile 10 – 11), morile de cocs mori (10-11), morile de ciment (1și 4).

Rezultatele privind concentrațiile de poluanți în emisie obținute din măsurători sunt prezentate în tabelul nr. ????????????

Imisii în atmosferă

În scopul evaluării calității aerului ambiental și a eventualei influențe a emisiilor de la obiectivul analizat s-au efectuat măsurători privind calitatea aerului ambiental (imisii) în trei puncte din vecinătatea amplasamentului:

Punctul 1: Zona verde – moară făină

Punctul 2: Mori 2MC4

Punctul 3: Pavilion central – Poartă

Rezultatele analizelor sunt pezentate în tabelul nr. ???????

Factorul de mediu zgomot

Sursele de zgomot din cadrul societății sunt stațiile de suflante, morile de făină, morile de ciment, concasoarele. Stațiile de compresoare au fost modernizate (echipate cu compresoare noi silențioase). Sursele de vibrații sunt reprezentate de operațiile de pușcare utilizate la dizlocarea materialului din cariera de marno-calcar. Tehnologia utilizată este o tehnologie modernă de pușcare în trepte de milisecundă (NONEL).

S-au efectuat determinări ale nivelului de zgomot în vecinătatea morilor de ciment și lângă concasoare.

Rezultatele determinărilor sunt prezentate în tabelul nr. ??????

Factorul de mediu sol

Pentru evidențierea impactului datorat activității fabricii asupra factorului de mediu– sol, s-au efectuat prelevări de probe de sol din incintă, (din orizonturile de 5 – 30 cm adâncime), din zone considerate caracteristice pentru acest scop, după cu urmează:

proba 1 – zona răcitoare grătar- mori ciment – adâncime 5 cm

proba 2 – zona răcitoare grătar- mori ciment adâncime 30 cm

proba 3 – zona spațiu șanțul de gardă – mori ciment – adâncime 5 cm

proba 4 – zona spațiu șanțul de gardă – mori ciment – adâncime 30 cm

proba 5 – zona cuptor 11 – mori de cocs – adâncime 5 cm

proba 6 – zona cuptor 11 – mori de cocs – adâncime 30 cm

proba 7 – zona rezervor apă potabilă – adâncime 5 cm

proba 8 – zona rezervor apă potabilă – adâncime 30 cm

proba 9 – zonă depozit lubrifianți – adâncime 5 cm

proba 10 – zonă depozit lubrifianți – adâncime 30 cm

proba 11 – zona spațiu verde cantină – probă martor – adâncime 5 cm

proba 12 – zona spațiu verde cantină – probă martor – adâncime 30 cm

Caracteristicile specifice pentru fiecare punct de prelevare și rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul nr. ???????????

Rezultatele investigațiilor

Tabelul nr. 5.1.

Aer

Tabelul nr. 5.2. Rezulatele emisiilor de poluanți în atmosferă

Tabelul nr. 5.3.

Tabelul nr. 5.4.

Tabelul nr. 5.5.

Zgomot

Tabelul nr. 5.6.

Sol

Tabelul nr. 5.7.

Interpretarea rezultatelor

Probele de apă uzată

Ambele probe de apă uzată rezultate din cadrul activității fabricii de ciment se încadrează cu toți indicatorii în limitele impuse de Norma Tehnică de Protecția Apelor NTPA-001/2005 intitulată: “Normativ privind stabilirea limitelor de încărcare cu poluanți a apelor uzate industriale și orășenești la evacuarea în receptori naturali” și de Norma Tehnică de Protecția Apelor NTPA-002/2005 intitulată: “Normativ privind condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare ale localităților și direct în stațiile de epurare”.

Probele de aer

Emisii

Din analiza rezultatelor privind caracteristicile emisiilor de poluanți în atmosferă se constată următoarele:

Valorile concentrațiilor la emisii de pulberi de la principalele surse se încadrează lejer în limita autorizată ca și conținutul de metale grele din pulberi.

De remarcat este faptul că pe termen lung (5-8 ani), în conformitate cu legislația de mediu în vigoare, limita emisiilor de pulberi de la electrofiltrele cuptoarelor 10-11 va scădea de la o perioadă la alta asfel că, se impune schimbarea electrofiltrelor cu filtre cu saci mai performante.

Referitor la emisiile de gaze valorile concentrațiilor la NOx indică depășiri ale limitei actuale de 1200mg/Nmc.

Se impune realizarea, pe termen lung (5-8 ani) a unor investiții de reducere a concentrațiilor de NOx și de SOx (a căror limită va scădea foarte mult în viitorii ani).

Rezultatele calculelor de dispersie, respectiv concentrațiile maxime de poluanți la nivelul solului (inclusiv distanța față de sursă/limita amplasamentului) se prezintă comparativ cu valorile limită și, după caz, cu pragurile de alertă, conform legislației de mediu în vigoare ( LEGISLAȚIA ROMÂNEASCĂ ORD. 592/2002 în Tabelul 1 și sub forma Hărților de izoconcentratii (Figurile 1-3) .

Concentrații maxime pe diferite intervale de mediere

a. Intervale scurte/medii

(1)VL+Marja de toleranta pana la 01.01.2006 (timp mediere 1h)

(2)VL de la 01.01.2010

(3) timp mediere 8 h

(4) timp mediere 30 de minute (STAS 12574/87 – VL = 500)

(5) VL de la 01.01.2007

b. Intervale lungi de mediere (an)

(1)VL+Marja de toleranta pana la 01.01.2006

(2)VL de la 01.01.2010

(3) timp mediere 24 ore (de la 01.01.2007)

(4) (STAS 12574/87 – VL = 75)

Analiza rezultatelor obținute în urma modelării matematice a dispersiei poluanților în atmosferă comparativ cu valorile limită pentru concentrațiile de poluanți în atmosferă (imisii), prevăzute de legislația în vigoare pune în evidență faptul că nivelurile de concentrații în aerul ambiental generate de sursele aferente obiectivului se vor situa peste valorile limită pentru NO2 – medii orare și anuale și ȘO2 – medii orare.

Așa cum reiese și din hărțile de izoconcentratii, cele mai mari concentrații se realizează într-o zonă situată la distanța de cca 1 km față de coșurile cuptoarelor de clincher.

Zgomot

Sursele de zgomot din cadrul societății sunt stațiile de suflante, morile de faina, morile de ciment, concasoarele. Stațiile de compresoare au fost modernizate (echipate cu compresoare noi silențioase). Sursele de vibrații sunt reprezentate de operațiile de pușcare utilizate la dizlocarea materialului din cariera de marno-calcar Medgidia. Tehnologia utilizată este o tehnologie modernă de pușcare în trepte de milisecundă (NONEL).

S-au efectuat determinări ale nivelului de zgomot în vecinătatea morilor de ciment și lângă concasoare.

Referențialele folosite în analiză efectuată sunt următoarele:

SR ISO 1996: Caracterizarea și măsurarea zgomotului din mediul înconjurător

Partea 1: Mărimi și procedee de bază.

Partea 2: Obținerea de date corespunzătoare pentru utilizarea terenurilor

Partea 3: Aplicații la limitele de zgomot

STAS 10009-88: Acustică urbană. Limite admisibile ale nivelului de zgomot

(se referă la zgomotul exterior)

STAS 6161/3-89: Măsurarea nivelului de zgomot în localitățile urbane (Metodă de determinare).

Limitele maxim admisibile pe baza cărora se apreciază starea mediului din punct de vedere acustic în zona unui obiectiv, în exterior, sunt precizate în STAS 10 009-88 și prevăd, la limita incintei, valoarea de 65 dB(A) (tabelul 3 din STAS-10009-88), iar în ceea ce privește amplasarea clădirilor de locuit (§2.5 din același referențial), aceasta se va face în așa fel încât să nu se depășească valoarea maximă de 50 dB(A) pentru nivelul de zgomot exterior clădirii, măsurat la 3 m de fațadă acesteia în conformitate cu STAS 6161/1-89.

Nivelul de zgomot și de vibrații la limita incintei obiectivului și la cel mai apropiat receptor protejat este sub limita de 90 dB în apropierea surselor, iar la limita incintei nu este sesizabil.

Probele de sol

Pentru evidențierea impactului datorat activitatii fabricii asupra factorului de mediu– sol, s-au efectuat prelevări de probe de sol din incinta, (din orizonturile de 5 – 30 cm adâncime), din zone considerate caracteristice pentru acest scop.

Caracteristicile specifice pentru fiecare punct de prelevare si rezultatele obtinute sunt prezentate in tabelul nr. ??

Toate probele de sol aferente activitatii fabricii de ciment au fost prelevate conform prevederilor standardului STAS 7184/1-1984 – “Recoltarea probelor pentru studii pedologice și agrochimice” si comparate cu valorile indicatorilor analizati cu valorile aferente pragurilor de alerta si interventie specifice, stipulate in Tabelul nr. 2 din Anexa „Ordinului MAPPM nr. 756/1997 – Ordin pentru aprobarea Reglementarii privind evaluarea poluarii mediului”. Activitatea analizată are un impact nesemnificativ asupra factorului sol.

FABRICA DE CERAMICĂ

Unitatea extrage argilă, produce și comercializează cărămizi și blocuri ceramice pentru zidărie portanta și neportantă, produse ceramice pentru învelitori (țigle tip Marsilia și Olanda), accesorii pentru acoperișuri (țigle laterale, țigle de ventilație și coame), produse pentru placări ceramice (placaj ceramic dreptunghi și colțuri) și corpuri de gard.

Fluxul tehnologic

Principalele faze ale fluxului tehnologic de fabricație sunt:

extragere argilă

preparare materie primă

fasonare produse

uscare produse

ardere sortare/ambalare/evacuare produse finite

livrare

Extragere argilă

Extragerea argilei se face în cariera situată la aproximativ 1 km distanță. Argila derocată este haldata în vatra carierei pentru macerare, timp de 6-12 luni. Argila macerată este încărcată în mijloace auto și transportată în depozitul tampon al secției alimentare-preparare.

Utilajele din flux:

tractoare S 1500 și S 1501, echipate cu lamă de buldozer și scarificator

excavator electric E 303;

excavator termic;

autobasculante de 16 tone

Preparare materie primă

Din depozitul tampon, argila este deversată treptat în cuva alimentatorului cutie. Prin intermediul unui releu de benzi, argila este transportată în secția de preparare, unde are loc procesul de mărunțire – omogenizare.

În secția alimentare – preparare se prelucrează materia primă în vederea fasonării produselor ceramice. Linia de alimentare este comună celor două linii de preparare: Preparare – cărămizi și Preparare – țigle.

Rețetă de fabricație prevede utilizarea degresanților combustibili – rumeguș din lemn la cărămizi și blocuri ceramice (Preparare cărămizi) și a degresanților necombustibili – deșeu ceramic concasat, nisip, cenușă de termocentrală, la produsele pentru învelitori și placări ceramice (Preparare țigle).

Utilajele din flux:

alimentatoare cutie pentru dozarea argilei;

valț zdrobitor pentru mărunțirea grosieră a argilei;

dozatoare cu disc rotativ pentru dozare degresanți;

colerganguri pentru mărunțire și omogenizare amestec argila-degresanti;

valțuri grosiere pentru mărunțirea amestecului la 2-3 mm la Preparare cărămizi și țigle;

valțuri fine pentru mărunțirea amestecului sub 1mm la Preparare țigle;

dozator BaCO3 – la Preparare țigle;

transportor cu lanț cu cupe pentru extragerea amestecului din depozitul de omogenizare.

Transportul materiilor prime între utilaje și transportul către liniile de fasonare din secțiile Ceramică 1 și Ceramică 2 se realizează cu transportoare cu bandă cauciuc.

Fasonare produse

Fasonarea cărămizilor și blocurilor ceramice se realizează prin procedeul plastic în agregate de fasonare, compuse din malaxoare biax, camere de vid racordate la pompe cu inel de apă și presă melc. Debitele de materie primă la alimentatorul cutie, malaxorul biax și presă, sunt corelate cu secțiunea filierei. Forma și două din dimensiunile produselor sunt date de filiera montată în capul presei, iar cea de-a treia dimensiune este dată de mese automate de tăiat (MATC).

Forma țiglelor și accesoriile pentru acoperișuri se realizează în două etape:

fasonarea prin extrudere a calupurilor cu forme și dimensiuni apropiate de forma produsului, în agregate de fasonare Ф 350 mm;

presarea calupurilor în matrițe speciale, montate pe prese hidraulice 6 PV și IP2S.

Produsele fasonate sunt așezate pe rame suport și apoi transportate la faza de uscare, cu platforme electrice tip keller.

Uscare produse

Uscarea produselor are loc în uscătorii artificiale cu camere dublu compartimentate. Agentul de uscare este obținut prin arderea gazului metan în camere de combustie, prin recuperarea aerului cald de la cuptoare și recircularea aerului uzat de la uscătorie. Produsele uscate sunt descărcate și așezate pe vagonete speciale, cu vatra refractară rezistentă la șoc termic.

Ardere sortare/ambalare/evacuare produse finite

Arderea produselor ceramice se realizează în cuptoare tunel cu funcționare continua la foc fix și vatră mobilă. Arderea se realizează în cuptoare tunel de 125 m lungime la secția Ceramică 1 (40 vagonete) și 149,5 m lungime la secția Ceramică 2 (96 de vagonete). Arderea se realizează cu gaz metan.

Livrarea

Produsele arse sunt sortate bucată cu bucată după condițiile de aspect specifice și paletizate pe palete din lemn reciclabile.

Fixarea produselor pe palet se face prin legare cu bandă polipropilenica. Produsele pentru învelitori și placări sunt ambalate suplimentar cu huse din folie termocontractibila.

Produsele finite atestate calitativ sunt evacuate cu motostivuitoare în depozitul de produse finite, urmând apoi încărcarea în mijloacele de transport auto sau vagoane CFR, cu motostivuitoarele sau macarale portal.

Modul de lucru pe fiecare fază tehnologică este indicat în proceduri tehnice de execuție.

Asigurarea calității produselor se face prin respectarea parametrilor prevăzuți în planurile calității. Verificarea calității se face conform planurilor de control a calității.

Deșeurile rezultate în timpul fasonării produselor ceramice sunt recirculate imediat în malaxoarele biax sau în curățitorul de argilă la linia de fasonare țigle și coame. Deșeurile rezultate în timpul sortării produselor uscate sunt colectate și transportate în Carieră sau Alimentare – Preparare, în depozite separate. După distrugerea texturii, materialul rezultat este recirculat la fasonarea cărămizilor și blocurilor ceramice.

Deșeurile rezultate din sortarea produselor arse sunt colectate și transportate în depozit separat, sunt concasate și utilizate ca degresant la prepararea materiilor prime pentru produse de învelitori și placări.

Programul de investigare al factorilor de mediu în cadrul fabricii de ceramică

Factorul de mediu apă

În vederea determinării caracteristicilor calitative ale apelor de la fabrica de ceramică și a evidențierii eventualelor depășiri ale normativelor în vigoare s-au prelevat următoarele probe:

Proba 1 – intrare decantor Ceramica 1

Proba 2 – ieșire decantor Ceramica 1

Proba 3 – intrare decantor Ceramica 2

Proba 4 – ieșire decantor Ceramica 2

Proba 5 – evacuare generală în OVOID

Caracteristicile fizico – chimice specifice fiecărui punct de prelevare și rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul nr. ?????????

Factor de mediu aer

Emisii în atmosferă

Rezultatele privind concentrațiile de poluanți în emisie obținute din măsurători sunt prezentate în tabelul nr. ????????

Imisii în atmosferă

În scopul evaluării calității aerului ambiental și a eventualei influențe a emisiilor de la fabrica de ceramică, în perioada analizată s-au efectuat măsurători privind calitatea aerului ambiental (imisii) într-un punct din vecinătatea amplasamentului, laborator.

Rezultatele analizelor sunt pezentate în tabelul nr. ????????

Factorul de mediu zgomot

Multe din activitățile desfășurate în unitate sunt producătoare de zgomot, începând cu activitatea de extragere a materiei prime din carieră (utilajele folosite-tractoare, excavatoare, autobasculante), continuând cu prepararea și prelucrarea acesteia până la obținerea produselor finite.

Principalele surse posibile de zgomot sunt:

concasorul cu ciocănele pentru deșeuri arse

cuptoarele

benzile rulante

uscătoriile

presa

mașina abric de la debitarea semifabricatelor

valțuri

ciururile vibratoare

traficul auto din incinta pentru aprovizionare, transport produse finite, etc.

Sursele enumerate produc următoarele niveluri de zgomot:

concasorul cu ciocănele – aproximativ 90-95 dB(A) la 1 m distanță de el

cuptoarele – aproximativ 85-90 dB(A) la 1 m distanță de ele

benzile rulante – 65-70 dB(A) la 1 m distanță de ele

uscătoriile – 65-70 dB(A)

presă – 90-95 dB(A)

mașină abricht de la debitarea semifabricatelor – 90-98 dB(A)

valțuri – 65-70 dB(A)

ciururile vibratoare – 85-90 dB(A).

În vecinătate nu există clădiri locuite, astfel că restricțiile privind nivelurile de zgomot se reduc numai la cele specifice mediului industrial, respectiv 65 dB(A), pentru nivelul de presiune sonoră, continuu echivalent, ponderat A.

Rezultatele determinărilor sunt prezentate în tabelul nr.??????

Factorul de mediu sol

Pentru evidențierea impactului datorat activității asupra factorului de mediu– sol, s-au efectuat prelevări de probe de sol din incintă, (din orizonturile de 5 – 30 cm adâncime), din zone considerate caracteristice pentru acest scop, după cum urmează:

proba 1 – Zona Post TRAFO- Preparare 216, adâncime 5 cm

proba 2 – Zona Post TRAFO- Preparare 216- adâncime 30 cm

proba 3 – Zona Depozit carburanți – Fier vechi, adâncime 5 cm

proba 4 – Zona Depozit carburanți – Fier vechi – adâncime 30 cm

proba 5 – Depozit rumeguș – adâncime 5 cm

proba 6 – Depozit rumeguș – adâncime 30 cm

proba 7 – Depozit Argila, adâncime 5 cm

proba 8 – Depozit Argila, adâncime 30 cm

proba 9 – Depozit ceramica concasare, adâncime 5 cm

proba 10 – Depozit ceramica concasare, adâncime 30 cm

proba 11 – Zona Post TRAFO – Laborator, adâncime 5 cm

proba 12 – Zona Post TRAFO – Laborator, adâncime 30 cm

Caracteristicile specifice pentru fiecare punct de prelevare și rezultatele obținute sunt prezentate în tabelul nr. ????????????

Rezultatele investigațiilor

Aer

Tabelul nr.

Tabelul nr. . Rezultatele emisiilor de poluanți în atmosferă

Zgomot

Tabelul nr. 5.6.

Sol

Tabelul nr.?????????????

Interpretarea rezultatelor

Probele de apă uzată

Toate probele de apă uzată aferente activității fabricii de ceramică prelevate se încadrează cu toți indicatorii în limitele impuse de Norma Tehnică de Protecția Apelor NTPA-002/2005 intitulată: “Normativ privind condițiile de evacuare a apelor uzate în rețelele de canalizare ale localităților și direct în stațiile de epurare”.

Probele de aer

Emisii în atmosferă

Cu excepția concentrației de CO în emisiile aferente cuptoarelor de ardere, restul valorilor măsurate (emisii și imisii) se încadrează în VL specifice.

Imisii în atmosferă

Prognozarea poluării aerului

Prognozarea nivelurilor de poluare a aerului ambiental generate de ansamblul surselor aferente obiectivului studiat s-a efectuat prin modelarea matematică a câmpurilor de concentrații.

Evaluarea nivelurilor de concentrații s-a efectuat prin raportarea la valorile limită prevăzute de reglementările în vigoare: OM 592/2002 și STAS 12574/1987.

Rezultatele calculelor de dispersie, respectiv concentrațiile maxime de poluanți la nivelul solului (inclusiv distanța față de sursa/limită amplasamentului) se prezintă comparativ cu valorile limită și, după caz, cu pragurile de alertă, conform legislației de mediu în vigoare în tabelele următoare și sub forma hărților de izoconcentratii.

Concentrații maxime pe diferite intervale de mediere

a. Intervale scurte/medii

(* timp mediere 30 de minute (STAS 12574/87)

b. Intervale lungi de mediere (an)

Analiza rezultatelor obtinute in urma modelarii matematice a dispersiei poluantilor in atmosfera comparativ cu valorile limita pentru concentratiile de poluanti in atmosfera (imisii), prevazute de legislatia in vigoare pune in evidenta faptul ca nivelurile de concentratii in aerul ambiental generate de sursele aferente obiectivului se vor situa sub valorile limita, indiferent de intervalul de mediere.

Asa cum reiese si din hartile de izoconcentratii, cele mai mari concentratii se realizeaza intr-o zona ce include amplasamentul fabricii si se extinde in exterior pana la o distanta de cca. 1000 m.

Zgomot

Referențialele folosite în analiza efectuată sunt următoarele:

SR ISO 1996: Caracterizarea și măsurarea zgomotului din mediul înconjurător

Partea 1: Mărimi și procedee de bază.

Partea 2: Obținerea de date corespunzătoare pentru utilizarea terenurilor

Partea 3: Aplicații la limitele de zgomot

STAS 10009-88: Acustică urbană. Limite admisibile ale nivelului de zgomot

(se referă la zgomotul exterior)

STAS 6161/3-89: Măsurarea nivelului de zgomot în localitățile urbane (Metodă de

determinare).

Limitele maxim admisibile pe baza cărora se apreciază starea mediului din punct de vedere acustic în zona unui obiectiv, în exterior, sunt precizate în STAS 10 009-88 și prevăd, la limita incintei, valoarea de 65 dB(A) (tabelul 3 din STAS-10009-88), iar în ceea ce privește amplasarea clădirilor de locuit (§2.5 din același referențial), aceasta se va face în așa fel încât să nu se depășească valoarea maximă de 50 dB(A) pentru nivelul de zgomot exterior clădirii, măsurat la 3 m de fațadă acesteia în conformitate cu STAS 6161/1-89.

Având în vedere că zona locuită cea mai apropiată este amplasată la o distanță suficient de mare față de stație, încât zgomotul produs de aceasta să fie neglijabil, se apreciază ca îndeplinirea restricției că nivelul de presiune sonoră continuu echivalent, poderat A, la limita incintei să fie de maximum 65 dB(A) este suficientă pentru încadrarea unității în limitele admisibile.

În concluzie, poluarea sonoră ca urmare a funcționării unității, se încadrează în normele prevăzute de legislație (STAS 10009 – 88).

Probele de sol

Probele de sol aferente activității fabricii de ceramică au fost prelevate conform prevederilor standardului STAS 7184/1-1984 – “Recoltarea probelor pentru studii pedologice și agrochimice” și comparate cu valorile indicatorilor analizați cu valorile pragurilor de alertă și intervenție specifice, stipulate în Tabelul nr. 2 din Anexa „Ordinului MAPPM nr. 756/1997 – Ordin pentru aprobarea Reglementării privind evaluarea poluării mediului”.

Pentru proba de sol prelevată din zona depozitului de carburanți – fier vechi la adâncimea de 5 cm s-au înregistrat depășiri față de limita noramala ale indicatorilor cadmiu , nichel, zinc și produse petroliere, depășiri care însă nu depășesc pragul de alertă. Pentru proba prelevată din aceeași zonă însă de la adâncimea de 30 cm s-au înregistrat depășiri ale indicatorilor cadmiu, zinc și produse petroliere, depășiri mai mici decât ale indicatorilor probei prelevată de la adâncime mai mică.

Pentru proba prelevată din zona depozitului de argilă s-au înregistrat depășiri față de limita normală ale zincului de la adâncimea de 5 și 30 cm, depășiri care nu depășesc pragul de alertă.

În zona depozitului ceramică concasare s-au înregistrat depășiri față de limita normală dar nu și față de pragul de alertă ale cadmiului, iar din zona postului trafo-laborator ale zincului.

Toate depășirile înregistrate sunt mai mari la adâncimea de 5 cm decât la adâncimea de 30 cm, ceea ce înseamnă că nu există o poluare istorică.

CAPITOLUL V

Pentru a evidentia efectul activitatilor desfasurate de fabrica de ciment asupra mediului inconjurator, in perioada 2010 – 2013, au fost monitorizati poluanții specifici principali (SOx, NOx, CO2, CO și pulberi totale), prin efectuarea monitorizarii momentane si continue a acestora.

Prognozarea nivelurilor de poluare a aerului ambiental generate de surselor aferente obiectivului studiat s-a efectuat prin modelarea matematică a câmpurilor de concentrații. Pentru modelarea matematică a câmpurilor de concentrații s-a utilizat modelul OML – multi, care este un model de dispersie multisursă de tip gaussian pentru surse punctuale și de suprafață. A fost conceput în vederea includerii în teoria sa a principalelor fenomene fizice, care guvernează dispersia în atmosferă a poluanților ce provin de la surse industriale

Câmpurile de concentrații ale poluanților analizați au fost prezentate prin întocmirea hartilor de dispersie pentru:

NO2 – concentrații medii anuale (µg/m3) (fig. 4.1) și concentrații maxime orare (µg/m3) (fig. 4.2),

SO2 – concentrații medii zilnice (µg/m3) (fig. 4.3),

pulberi în suspensie PM10 – concentrații medii zilnice (µg/m3) (fig.4.4)

Fig. 4.1 – NO2 – concentrații medii anuale (µg/m3)

Fig. 4.2 – NO2 concentrații maxime orare (µg/m3)

Fig. 4.3 – SO2 – concentrații medii zilnice (µg/m3)

Fig. 4.4 Particule în suspensie (PM10) – concentrații medii zilnice (µg/m3)

La date de intrare se adauga SO2 : 5mg/Nm3 si PM10 : 10 mg/Nm3

Cerințele de evaluare (definirea pragurilor de evaluare) prevăzute de Legea nr. 104/2011 (Anexa nr. 3) [47] sunt prezentate în tabelul de mai jos.

Praguri de evaluare

Din analiza figurilor 4.1-4.4 care reprezintă hărțile de dispersie și rezultatele modelării reies următoarele concluzii:

S-au efectuat măsurători continue ale principalilor indicatori prezenți în atmosferă: CO, NOx, NH3, SO2, HCl, pulberi, CO2, HF și COT și s-a urmărit evoluția concentrațiilor acestora.

Emisii cuptor monitorizare continua – medii lunare

Anul 2010

Anul 2011

Anul 2012

Anul 2013

S-au efectuat măsurători ale emisiilor de pulberi de la echipamentele din fluxul tehnologic mai puțin cuptor de clincher (răcitor grătar, mori de ciment, moara de cărbune, uscător de zgura, mașină de însăcuit, concasoare de calcar si marna) – medie lunara

Emisii de pulberi

*conditii normale, gaze uscate, 10 % O2

Emisii de metale grele

Emisii de dioxine si furani

Frecventa de monitorizare conform Autorizației Integrate de Mediu: 1/ 3 ani

În perioada 2010 – 2013, s-au utilizat următoarele tipuri și cantități de combustibili alternativi:

Proporția dintre categoriile periculoase și nepericuloare de combustibili alternatii utilizați este următoarea:

În industria cimentului, poluarea solului poate rezulta din:

Depozitarea deșeurilor menajere și a celor rezultate din procesul de producție;

Transportul și stocarea carburanților (benzină, motorină, gaz) și uleiuri;

Depozitarea particulelor în suspensie pe sol ca rezultat aș procesului de producție fără a lua măsuri de prevenire (instalarea de filtre, etc.)

Transportul și mânuirea materiilor prime și transportul.

Praful de ciment conține metale grele precum crom, nichel, cobalt, plumb și mercur, poluați periculoși mediului biotic cu impact asupra vegetației, sănătății umane, sănătății animalelor și ecosistemelor.

Caracteristicile fizice și chimice ale solului sunt strâns legate de pH. Conductivitatea, de asemenea, este un bun indicator al calității solului. Aceste proprietăți ale solului și conținutul în metale grele sunt importante pentru poluarea mediului ca rezultat al activității industriei cimentului.

Pentru a cuantifica impactul generat de activitatea fabricii de ciment analizate asupra calității solului în perioada 2006-2013, au fost prelevate probe de sol din patru puncte importante din perimetrul fabricii și din satul amplasat lângă fabrica de ciment. Probele de sol au fost prelevate din diferite locații (evacuarea generală, depozitul de combustibil și sat), prezentate in Figura 1.

Figura 1. Amplasarea probelor de sol

Materiale și metodă

În perioada 2006 – 2015 au fost prelevate 40 de probe de sol. Specimenele au fost prelevate de la 5 cm adâncime, folosind un prelevator. Prelevatorul a fost curățat după fiecare probă pentru a preveni contaminarea accidentală datorită speciilor chimice care pot interfera în determinare.

Operațiunile de prelevare au fost realizate în conformitate cu metodele standard pentru evaluarea solului [16] iar rezultatele au fost interpretate în acord cu legislația în vigoare pentru calitatea solului [17]. După prelevare, probele de sol au fost transferate în pungi de plastic noi etichetate. Toate probele au fost colectate în absența apei subterane.

Înaintea analizelor, probele de sol au fost subiectul operațiilor preliminare, după cum urmează: uscare, îndepărtare pietrișului și a plantelor reziduale, mărunțirea și sortare prin site cu ochiuri de 2 mm și depozitarea lor în containere de plastic închise.

Pentru analizele chimice și fizice, conductivitatea și pH solului au fost determinate în conformitate cu metoda standard SR ISO 10390/2005 [18], utilizând un pH-metru de tip SenTix41 și conductometrul de tip TetraCon325, din cadrul analizorului electrochimic de tip Multi340i Set.

Probele de sol au fost digestate cu apa regia (HNO3: HCl =1:3) și totalul concentrației de metale grele au fost analizate prin metoda spectroscopiei de absorbție atomică, utilizând aparatul AAS SPECTRA A250+ VARIAN.

Produsele petroliere au fost determinate prin metoda spectrometriei IR, utilizând un apparat Spekord M80.

În tabelul 1 sunt prezentați parametrii fizico-chimici determinați prin intermediul analizelor efectuate.

Tabelul 1. Lista parametrilor fizico-chimici și metodele de analiză

Variatia factorului de mediu sol