The occurrence of selected trace elements in grain fractions of dust emitted from power, coke and cement plants

• Autorzy: Konieczyński J. , Stec K.

Warianty tytułu

PL

Występowania wybranych pierwiastków śladowych we frakcjach ziarnowych pyłu emitowanego z instalacji energetycznych, koksowniczych i produkcji cementu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The emission of dust from power and industrial sources introduces a lot of contaminants into the air, including compounds of trace elements contained in fuels and raw materials. They are contained in respirable dust particles, creating hazard to human health. The results of investigations into the occurrence of selected trace elements in PM1, PM2.5 and PM10 fractions of dust emitted from coal-fired boilers equipped with air protection devices such as cyclone, electrofilter, wet and dry-scrubbing FGD plant have been presented. Dust emitted from a coke battery (battery heating) and rotary kiln for cement manufacture was also subjected to research. The research material was taken by means of a cascade impactor, enabling a fraction of different grain size dust to be separated from a stream of dust collected in an electrofilter. The ICP-AES method (of atomic emission spectrometry (AES) with plasma excitation) was used to determine the trace elements after prior mineralization of samples by microwave method. The results of measurements and analyses were presented by determining the ranges of trace elements occurrence in flue dust and emission factors in PM2.5. It was found out that big utility boilers and rotary kilns in the cement industry which are equipped with air protection devices meeting BAT requirements do not contaminate the air with dust and dust-related trace elements in the amounts that could create hazard. Excessive emission of dust, including a respirable fraction is still observed in the case of municipal heating plants equipped solely with mechanical dust separators (cyclones). Coke battery heating does not pose danger due to small range of influence.

PL

Emisja pyłu ze źródeł energetycznych i przemysłowych powoduje wprowadzenie do powietrza wielu zanieczyszczeń, w tym związków pierwiastków śladowych zawartych w paliwach i surowcach. Znajdują się one w ziarnach pyłu respirabilnego, co stwarza zagrożenie dla zdrowia ludzi. Przedstawiono wyniki badań nad występowaniem wybranych pierwiastków śladowych we frakcjach PM, PMi PMpyłu emitowanego z kotłów spalających węgiel i wyposażonych w urządzenia ochrony powietrza takie jak cyklon, elektrofiltr, instalacje odsiarczania spalin metodą mokrą wapniakową i metodą półsuchą. Badano też pył emitowany z baterii koksowniczej (opalanie baterii) i z pieca obrotowego do wypalania cementu. Materiał badawczy został pobrany za pomocą impaktora kaskadowego umożliwiającego wydzielenie ze strumienia spalin odpylonych w elektrofiltrze frakcji pyłu o różnej wielkości ziarna. Do oznaczenia pierwiastków śladowych: Cd, Co, Cr, Mn, Ni, Pb, Sb i Se wykorzystano metodę atomowej emisyjnej spektrometrii o wzbudzeniu plazmowym (ICP-AES) po uprzedniej mineralizacji próbek metodą mikrofalową. Przedstawiono wyniki pomiarów i analiz określając zakresy występowania pierwiastków śladowych w emitowanym pyle i wskaźniki emisji w PM2,5. Stwierdzono, że kotły energetyczne o dużej mocy i piece do wypalania klinkieru w przemyśle cementowym wyposażone w urządzenia ochrony powietrza odpowiadające wymogom BAT nie wprowadzają do powietrza pyłu i pierwiastków śladowych związanych z pyłem w ilościach stanowiących zagrożenie. Nadal nadmierną emisję pyłu, w tym frakcji respirabilnej, wykazują komunalne obiekty energetyczne stosujące jedynie odpylacze mechaniczne (cyklony). Opalanie baterii koksowniczych nie stanowi zagrożenia ze względu na niewielki zasięg oddziaływania.

Słowa kluczowe

EN

trace elements; respirable dust; emission factors; air contamination; technical methods of dust emission reduction; effect of dust emitting sources on people

PL

pierwiastek śladowy; emisja pyłów; pył respirabilny; metody redukcji emisji pyłu; wpływ emisji pyłu na ludzi

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 35, no. 4
• Strony: 3--21
• Opis fizyczny: bibliogr. 23 poz. tab., wykr.

Twórcy

autor

Konieczyński J.

autor

Stec K.

• Institute of Environmental Engineering of the Polish Academy of Sciences ul. Skłodowskiej-Curie 34, 41-819 Zabrze, Poland,

Bibliografia

• [1] Bologa A., H-R. Paur, H. Seifert, K. Woletz: Novel wet electrostatic precipitation for sub-micron particles, [in:] "DustConf", International conference in Maastricht, 2007.
• [2] Fernandez A., J.O.L. Wendt, N. Wolski, K.R.G. Hein, S. Wang, M.L. Witten: Inhalation health effects of fine particles from the co-combustion of coal and refuse derived fuel, Chemosphere, 51, 1129-1137 (2003).
• [3] Giere R., L.E. Carleton, G.R. Lumpkin: Micro- and nanochemistry of fly ash from a coal-fired power plant, American Mineralogist, 88, 1853-1865 (2003).
• [4] Goodarzi F.: Characteristic and composition of fly ash from Canadian coal-fired power plants, Fuel, 85, 1418-142 (2006).
• [5] Central Statistical Office, Environment 2006, Warsaw 2006.
• [6] Central Statistical Office, Environment 2008, Warsaw 2008.
• [7] Kabata-Pendias A., H. Pendias: Biogeochemia pierwiastków śladowych, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 1999.
• [8] Karayigit A.I., Y. Bulut, X. Querol, A. Alastuey, S. Vassilev: Variation in fly ash composition from the Soma Power Plant, Turkey, Energy Sources, 27, 1473-1481 (2005).
• [9] Klejnowski K., W. Rogula-Kozłowska, A. Krasa: Struktura aerozolu atmosferycznego w Aglomeracji Górnośląskiej. Udział PM2,5 w PM10 w Częstochowie, Zabrzu i Katowicach w latach 2005-2007, [in:] Ochrona powietrza w teorii i praktyce, J. Konieczyński (red.), IPIŚ PAN, vol. 2, pp. 23-36, Zabrze 2008.
• [10] Konieczyński J., J. Żeliński: Ocena zagrożenia powietrza pyłem z obiektów energetyki zakładowej i komunalnej w woj. śląskim, Politechnika Śląska w Gliwicach, Gliwice 2003.
• [11] Konieczyński J. i współpracownicy: Właściwości pyłu respirabilnego emitowanego z wybranych instalacji, Raport końcowy z projektu badawczego MNiSW nr N207 041 31/1671, Zabrze 2008.
• [12] Konieczyński J., J. Kopyczyńska: Zastosowanie BAT i MECT do ograniczania uciążliwości źródeł energetycznych, [in:] Ochrona powietrza w teorii i praktyce, J. Konieczyński (red.), IPIŚ PAN, vol. 1, pp. 47-59, Zabrze 2008.
• [13] Konieczyński J., J. Żeliński: Granulometric composition of dust emitted from boilers with circulating fluidized beds, Archives of Environmental Protection, 35, 1, 3-11 (2009).
• [14] Laden F., L. Neas, D. Dockery, J. Schwartz: Association of fine particulate matter from different sources with daily mortality in six U.S. cities, Environmental Health Perspectives, 108, 941-947 (2000).
• [15] Mattigod S., D. Rai, J.E. Amonette: Concentrations and distribution of major and selected trace elements in size-density fractionated fly ashes, Biogeochemistry of Trace Elements in Coal and Coal Combustion Byproducts, Kluwer Academic Plenum Publishers, New York 1999.
• [16] Mazur J., J. Konieczyński: Distribution of trace elements in granulometrc fractions of fly ash emitted from power stations, (in Polish) Gliwice 2004.
• [17] Meij R., N. Winkel: The emissions and environmental impact of PM10 and trace elements from a modern coal-fired power plant equipped with ESP and wet FGD, Fuel processing technology, 85, 641-656 (2004).
• [18] Nielsen M.T., H. Livbjerg, C.L. Fogh, J.N. Jensen, P. Simonsen: Formation and emission of fine particles from two coal-fired power plants, Combustion Science and Technology, 174, 79-113 (2002).
• [19] Pacyna J.M, E.G. Pacyna: An assessment of global and regional emissions of trace metals to the atmosphere from anthropogenic sources worldwide, Environmental Reviews, 9:44, 12, pp. 269-298 (2001).
• [20] Suarez A.E., J.M. Ondov: Ambient aerosol concentration of elements resolved by size and by source: Concentration of some cytokine-active metals from coal- and oil fired power plants, Energy Fuels, 16, 562-568 (2002).
• [21] Swaine D.J., F. Goodarzi: Environmental aspects of trace elements in coal, Kluwer Academic Publishers, The Netherlands, 1995.
• [22] U.S. EPA: Hazardous Air Pollutants - HAP"s, Study of hazardous air pollutant emissions from electric utility steam generating units - Final Report to Congress, EPA-453/R-98-004a (February 1998), Utility Air Toxics Study, Exec. Summ. At ES-4.
• [23] Weber G.F.: A comprehensive assessment of toxic emissions from coal-fires power plans, Phase I.U.S. Department of Energy, 1996.