Czy wiesz, że kwatera składowania odpadów jest żywym organizmem? Zachodzi w niej wiele naturalnych, choć skomplikowanych procesów. Procesów, w trakcie których powstają różne gazy. Jaką rolę one pełnią i co nam mówią, gdy je czujemy? Czy jest możliwe, by składowisko nie emitowało zapachów? O tajemnicach składowiska i zachodzących w nim procesach rozmawiamy z Rafałem Lewickim, ekspertem systemów odgazowania na składowiskach odpadów.
Co to jest gaz składowiskowy i co wpływa na proces jego powstawania?
Gaz składowiskowy jest mieszaniną metanu, dwutlenku węgla (oficjalna nazwa „ditlenek węgla”) i kilkuset innych lotnych związków śladowych. Powstaje w wyniku beztlenowego rozkładu substancji organicznych znajdujących się w odpadach.
Czy można jakoś zatrzymać powstawanie gazu?
Teoretycznie tak, lecz tylko w warunkach kontrolowanych, np. w komorze fermentacyjnej biogazowni poprzez stworzenie warunków, które hamują reakcje wytwarzania gazu. W składowisku odpadów powstawanie gazów jest procesem całkowicie naturalnym i nie ma możliwości ich eliminacji. Do powstawania biogazu przyczyniają się bakterie, grzyby, reakcje chemiczne. Składowisko jest żywym organizmem i tak trzeba się z nim obchodzić. Nie jest to oczywiście to samo, co nakarmić krowę i wydoić mleko – podejście do tak skomplikowanego organizmu jest dużo trudniejsze. Stosując określone metody hodowlane, krowę możemy nakłonić do pewnych działań – składowiska, niestety, nie da się potraktować w ten sposób. Wskutek mnogości i złożoności procesów jest ono organizmem żywym bardzo kapryśnym i nieprzewidywalnym. Możemy za to reagować na pewne objawy zachowań składowiska. Aby to robić, potrzebujemy monitoringu, gromadzenia i interpretacji danych. Dzięki czemu będziemy lepiej rozumieć, jakie procesy zachodzą w składowisku. Bez tej informacji, bez choćby częściowego zrozumienia sytuacji, nie ma mowy o kontroli i dostosowywaniu naszych działań do zachodzących zmian.
Czy da się regulować, jak dużo gazu przedostaje się do powietrza?
Do pewnego stopnia tak. Mówimy oczywiście o składowisku z aktywnym systemem odgazowania. Podkreślam „do pewnego stopnia”, ponieważ w praktyce inżynieryjnej nie istnieją systemy w 100% niezawodne i efektywne. Nawet prom kosmiczny złożony z duplikowanych części o stopniu niezawodności 99,99999% może ulec awarii.
Doprowadzenie gazu z punktu A do punktu B wydaje się trywialne i łatwe. System odgazowania składowiska, mimo złudnej prostoty swych założeń, jest sprawą skomplikowaną. Do czynienia mamy nie tylko z niekontrolowanymi reakcjami biochemicznymi i chemicznymi, ale również z osiadaniem odpadów powodującym uszkodzenia mechaniczne infrastruktury, wykraplaniem się pary wodnej zawartej w gazie i blokowaniem gazociągów skroplinami, zarastaniem perforacji studni, korozyjnym oddziaływaniem zawartych w gazie związków chemicznych i wieloma innymi czynnikami, które należy brać pod uwagę przy projektowaniu, budowie i eksploatacji systemu odgazowania.
System odgazowania musi być zgrany z systemem gospodarki odciekami i uszczelnieniem składowiska. Jest jednym z synergicznych elementów kontroli oddziaływania składowiska na środowisko.
Mimo najlepszych rozwiązań istnieje ryzyko, nie zawsze zależne od operatora systemu, że część gazu może się ulotnić czy przedostać do środowiska wskutek migracji podziemnej. Czy odczujemy ten efekt, zależy od ilości gazu i jego rozproszenia. Jeszcze raz podkreślam, że system ma na celu możliwą technicznie i wykonalną w praktyce minimalizację emisji, a nie ich całkowitą eliminację.
Czym się charakteryzuje taki gaz?
Dwa najważniejsze kryteria charakterystyki gazu to bezpieczeństwo i efekt środowiskowy.
Pod względem bezpieczeństwa należy zdawać sobie sprawę, że metan zawarty w gazie składowiskowym jest palny i wybuchowy. Szkodliwe są również dwutlenek węgla oraz siarkowodór, który ma specyficzny zapach zgniłych jaj. Musimy pamiętać, że gaz ulatniający się do atmosfery ulega rozrzedzeniu. Stężenia emitowanych gazów na otwartej przestrzeni są minimalne, mierzone w mikrogramach na metr sześcienny. Ale nos – niezmiernie czuły instrument dany nam przez naturę – wyczuwa nawet te trudno wyobrażalne, a nie zawsze przyjemne niewielkie ilości gazów.
Żeby zobrazować tak niskie stężenia, posłużmy się przykładem. Woda w standardowym basenie olimpijskim o wymiarach 51,3 x 25 m i głębokości 2 m ma objętość 2565 m3. Po wrzuceniu do basenu jednej małej łyżeczki cukru o masie około 5 g, stężenie cukru w wodzie wynosi niecałe 2000 μg/m3 (dokładnie: 5 000 000 μg / 2565 m3 = 1949,318 μg/m3).
Dla porównania, zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środowiska z dnia 26 stycznia 2010 r. w sprawie odniesienia dla niektórych substancji w powietrzu, godzinowa wartość odniesienia dla siarkowodoru wynosi 20 μg/m3, czyli 100 razy mniej niż w przykładzie z łyżeczką cukru rozpuszczoną w basenie. Natomiast próg wyczuwalności siarkowodoru w zależności od czułości indywidualnej nosa wynosi 7 – 11 μg/m3. Stąd nawet tak niskie stężenia mogą stanowić uciążliwość dla otoczenia.
Jeżeli mówimy zaś o oddziaływaniu gazów na środowisko, należy rozróżniać zasięg globalny i lokalny. Jeśli mówimy o zasięgu globalnym, to metan jest gazem wywołującym efekt cieplarniany kilkadziesiąt razy silniejszy w porównaniu z dwutlenkiem węgla. Dwutlenek węgla zawarty w gazie składowiskowym w uproszczeniu daje efekt zerowy – rozkładające się w odpadach substancje organiczne powstały m.in. z dwutlenku węgla znajdującego się w atmosferze. Niektóre związki śladowe (np. freony) charakteryzują się efektem cieplarnianym kilkanaście tysięcy silniejszym w porównaniu z dwutlenkiem węgla. Ich ilość w gazie składowiskowym mierzona jest w mikrogramach na metr sześcienny.
Środowiskowy efekt lokalny objawia się przede wszystkim incydentami odorowymi. Metan i dwutlenek węgla są bezwonne. Natomiast związki śladowe, a szczególnie nieorganiczne i organiczne związki siarki, nawet w minimalnych ilościach, są przyczynami przykrych zapachów. Mogą one również negatywnie oddziaływać na system korzeniowy roślinności w pobliżu źródła gazu. Dodatkowo związki śladowe i dwutlenek węgla w określonych warunkach oddziałują korozyjnie na urządzenia służące do unieszkodliwiania i utylizacji gazu.
Dlatego też wytwarzany w składowisku gaz należy unieszkodliwiać w bezpieczny sposób, aby zminimalizować jego negatywne oddziaływanie na środowisko. Spalanie w pochodniach, silnikach spalinowych lub kotłach generuje produkty spalania o nieporównywalnie mniejszym ujemnym efekcie środowiskowym w porównaniu z surowym gazem.
Dlaczego gaz ma taki brzydki zapach?
Nieprzyjemny zapach gazu powodowany jest głównie przez zawarte w nim związki śladowe. Jest ich z reguły poniżej 1% objętościowo w porównaniu z pozostałymi składnikami gazu, niemniej jednak stwarzają one znaczny potencjał odorowy. Najgorsze pod tym względem są związki siarki, wyczuwalne nosem w bardzo niskich stężeniach.
Czy to, że gaz jest wyczuwalny, znaczy, że jest trujący?
Niekoniecznie. Nos w większości przypadków wykrywa potencjalnie szkodliwe substancje na poziomach znacznie niższych od tych, które mogłyby zagrozić zdrowiu. Nieprzyjemny zapach jest sygnałem ostrzegawczym, weźmy np. amoniak, chlor, cyjanowodór, iperyt i wiele innych.
Nas nos wyczuwa siarkowodór o stężeniu około 7 μg/m3 (mikrogramów na metr sześcienny) lub 5 ppb (części na miliard – parts per billion). Oznacza to, że jest niezmiernie czułym instrumentem ostrzegawczym. Trzeba przy tym pamiętać, że różnimy się od siebie indywidualnymi czułościami naszych nosów i percepcją zapachów. Na czym te różnice polegają, można przeczytać w rozdziale 4. „Zalety sera jako towarzysza podróży” z książki „Trzech panów w łódce nie licząc psa” Jerome. K Jerome.
Jak wspomniano wyżej – nie ma w naturze rzeczy idealnych. I nasz czuły nos nie jest idealny. W przypadku siarkowodoru nos przestaje wyczuwać jego zapach przy wyższych stężeniach, rzędu 80 – 100 ppm, z powodu zablokowania przez działanie siarkowodoru nerwów węchowych. Jest to jedna z najczęstszych przyczyn wypadków śmiertelnych związanych z tym gazem – człowiek przestaje odczuwać zapach, myśli, że jest bezpieczny i pada trupem. Dlatego – może zabrzmi to paradoksalnie – jeśli odczuwamy zapach, mimo jego nieprzyjemnego efektu, możemy czuć się bezpieczniej niż w przypadku, gdybyśmy go nie odczuwali. Nie eliminuje to oczywiście uciążliwości nieprzyjemnych zapachów i w rozwiązaniach inżynieryjnych należy dążyć do maksymalnego ograniczenia emisji związków złowonnych.
Jakie stężenia gazu są szkodliwe dla ludzi?
Należy rozróżniać szkodliwość od uciążliwości. Stężenia szkodliwe określone zostały w trakcie wieloletnich badań naukowych i obserwacji skutków ekspozycji organizmów żywych na określone gazy. Wartości tych stężeń, oddzielnych dla każdego z badanych gazów, zawarte są w przepisach o emisjach do atmosfery (m.in. wspominane wyżej rozporządzenie) i bezpiecznych warunkach pracy.
Przytaczanie w tym miejscu konkretnych wartości odniesienia byłoby nużące i z praktycznego punktu widzenia niewiele by wniosło do naszej rozmowy; można je znaleźć w odnośnych obowiązujących przepisach.
Najważniejszą praktyczną informacją jest to, że zakład jest zobowiązany działać w ramach tych norm prawnych i pod tym względem jest kontrolowany przez niezależne jednostki z zewnątrz – WIOŚ, akredytowane laboratoria, zatrudniające doświadczony personel z kwalifikacjami odpowiednimi do wykonywania pomiarów i ich interpretacji. Jak dotąd, kontrole – te zapowiedziane i niezapowiedziane – nie wykazały przekroczeń limitów określonych w przepisach.
Ukształtowanie terenu w otoczeniu składowiska niestety sprzyja rozprzestrzenianiu się odorów. Co oczywiście nie zdejmuje z operatora składowiska obowiązku ich zminimalizowania, albo przynajmniej ograniczenia uciążliwość obiektu.
Rozmawialiśmy z dr inż. Rafałem Lewickim, członkiem rzeczywistym brytyjskiego Instytutu Gospodarki Odpadami (MCIWM), dyrektorem i właścicielem niezależnej firmy konsultingowej Enviraf Ltd. Dr Lewicki posiada 30 letnie doświadczenie w branży gospodarki odpadami i 10 lat doświadczenia w wiertnictwie.
