Przemysł chemiczny cechuje bardzo duże zróżnicowanie produkcji półproduktów, które są później przerabiane przez inne działy przemysłu. Jest on bardzo silnie uzależniony od źródeł surowców, kapitałochłonny, ale stosunkowo mało pracochłonny, ponieważ większość procesów realizuje się w sposób zautomatyzowany. Odznacza się dużą wodochłonnością, a ścieki, gazy i odpady tego przemysłu są agresywne dla ludzi i środowiska. Produkcja farb i lakierów należy do gałęzi przemysłu zaliczanego do przetwórstwa chemicznego, które na bazie produktów wielkotonażowych wytwarza produkty końcowe.

 Polityka w zakresie ochrony środowiska
    Cele i zasady polityki ochrony środowiska polegają w szczególności na zapobieganiu, zmniejszaniu oraz, w miarę możliwości na unieszkodliwianiu zanieczyszczeń poprzez przyznanie priorytetu interwencji u źródła i zapewnieniu rozsądnej gospodarki zasobami naturalnymi, zgodnie z zasadą „zanieczyszczający płaci” oraz z zasadą zapobiegania zanieczyszczeniom. Podmioty produkcyjne w Unii Europejskiej muszą podejmować niezbędne działania, aby spełniać ogólne zasady podstawowych zobowiązań Traktatu ustanawiającego Wspólnotę Europejską. Dyrektywa 96/61/WE w sprawie zintegrowanego zapobiegania i ograniczania (kontroli) zanieczyszczeń, zwana popularnie Dyrektywą IPPC (Integrated Pollution Prevention and Control) jest jednym z najważniejszych aktów prawnych Unii Europejskiej w dziedzinie ochrony środowiska. Angielskie słowo control jest w wielu polskich publikacjach mylnie sprowadzane wyłącznie do kwestii nadzoru (inspekcji), podczas gdy oznacza ono znacznie więcej – pełne rozpoznanie szeroko pojętych oddziaływań na środowisko i panowanie nad procesami  produkcyjnymi w celu systematycznej redukcji emisji zanieczyszczeń – przy zastosowaniu najnowszych osiągnięć technologicznych, kodyfikowanych w postaci wytycznych dla tzw. Najlepszych Dostępnych Technik (BAT - Best Available Techniques). Ograniczenia emisyjne wprowadzane poprzez tzw. zintegrowane pozwolenia stanowią rodzaj szczegółowej licencji na prowadzenie działalności.

    Transpozycja wymogów Dyrektywy w sprawie zintegrowanego zapobiegania i ograniczania zanieczyszczeń do prawodawstwa polskiego oznacza istotną zmianę podejścia do wydawania pozwoleń środowiskowych. W tym celu wystarczy, aby właściwe władze uwzględniły te ogólne zasady przy ustanawianiu warunków udzielania pozwoleń. Zintegrowane pozwolenie w myśl Dyrektywy o ograniczaniu i zapobieganiu zanieczyszczeń nie jest tożsame ze zbiorem decyzji określających dopuszczalne poziomy oddziaływania na szczególne komponenty środowiska (takich, jak polskie pozwolenia wodnoprawne czy decyzje o dopuszczalnej emisji). Powoduje to jednak konieczność wydatkowania znacznych środków na wyprzedzające dostosowywanie wykorzystywanych technik do parametrów odpowiadających tzw. Najlepszym Dostępnym Technikom (Dyrektywa Rady 96/61/WE).

 Implementacja Dyrektyw
    Wdrażanie Najlepszej Dostępnej Techniki dla konkretnej instalacji nie jest celem samym w sobie. Służy jedynie w osiąganiu maksymalnej, możliwej do osiągnięcia ochrony środowiska jako całości, przy optymalnym zaangażowaniu środków. Najlepsza Dostępna Technika to nie wymóg zastosowania konkretnego rozwiązania technologicznego, ale parametry ekologiczne i techniczne, które są wyznacznikiem do osiągnięcia pożądanego celu. Europejskie Biuro IPPC z siedzibą w Sewilli (Hiszpania) koordynuje wymianę technicznych informacji na temat BAT oraz opracowanie wytycznych odnośnie Najlepszych Dostępnych Technik - dokumentów referencyjnych Najlepszych Dostępnych Technik (BAT Reference Documents - BREFs), które nie mają rangi aktów prawnych, nie mogą promować przedsiębiorstw, marek, rodzajów technologii, dostawców czy właścicieli patentów, nie zwalniają z obowiązku określenia ograniczeń emisyjnych. Są to jedynie materiały informacyjne mające charakter ogólnych wytycznych do określenia Najlepszej Dostępnej Techniki dla danej gałęzi przemysłu chemicznego, obejmujące również jednoczesne oczyszczanie ścieków. Odnosi się to do instalacji wielkotonażowych, ale można z wytycznych i zaleceń korzystać przy dalszym przetwórstwie chemicznym. Przy opracowywaniu BAT należy kierować się zasadami: stosowania niskoodpadowych technologii, unikania wprowadzania substancji niebezpiecznych, stosowania odzysku półproduktów i recyklingu wytwarzanych odpadów, wdrażania rozwiązań i metod, które zostały sprawdzone w skali przemysłowej, uwzględniania postępu naukowo-technicznego, uwzględniania wpływu skali produkcji na emisję, zbierania danych z nowych i istniejących instalacji, oceną zużycia i właściwości surowców stosowanych w procesie, wody oraz efektywności energetycznej, dążnością do ograniczenia emisji i redukcji zagrożeń, zapobiegania awariom oraz minimalizowania ich skutków dla środowiska.

 Prawo a rozpuszczalniki organiczne
    Przepis prawny UE, Dyrektywa 1999/13/EC dotycząca emisji rozpuszczalników (SED), określa reguły UE ograniczające emisje rozpuszczalnikowe powstające w wielu procesach przemysłowych. Celem Dyrektywy SED jest zapobieganie skutkom emisji do atmosfery lotnych związków organicznych (LZO) dla zdrowia człowieka i dla środowiska oraz ich ograniczanie. W dyrektywie zachęca się w szczególności do zastępowania rozpuszczalników mających najbardziej poważny wpływ na zdrowie  ich potencjalnie mniej szkodliwymi zamiennikami. W Dyrektywie SED uwzględniono różnorodne czynności z wykorzystaniem rozpuszczalników organicznych, takie jak: odtłuszczanie, drukowanie i produkcja farb drukarskich, a wszystkie instalacje mieszczące się w jej zakresie objęto wymogiem zatwierdzenia lub rejestracji do końca
października 2007 r. Paints Product Directive (PPD) określa, że obowiązek wprowadzania na rynek wyrobów zgodnych z dyrektywą spoczywa na producentach lub importerach farb i lakierów, limity lotnych związków organicznych dotyczą wyłącznie produktów, a ich zawartość musi być uwidoczniona na etykietach, by jednoznacznie wskazać produkty spełniające wymogi przepisu.

 Substancje do produkcji farb i lakierów
    W produkcji farb i lakierów wykorzystywanych jest 2000 do 3000 surowców. Można je zaliczyć do czterech podstawowych grup: substancje błonotwórcze (żywice lakiernicze), pigmenty i wypełniacze, rozpuszczalniki i środki pomocnicze (dodatki modyfikujące). Substancje błonotwórcze i nielotne składniki dodatków modyfikujących tworzą razem spoiwo. Substancje błonotwórcze są podstawą płynnych materiałów powłokowych i utwardzonych powłok lakierniczych. Stanowią je organiczne związki o średniej lub dużej masie cząsteczkowej, uzyskiwane w reakcji polikondensacji, polimeryzacji lub poliaddycji. Muszą posiadać zdolność dalszego sieciowania chemicznego, aby powłoka lakiernicza  charakteryzowała się większą odpornością na działanie czynników mechanicznych i chemicznych. Pigmenty i wypełniacze nadają lakierom barwę oraz mechaniczny szkielet. Są to nierozpuszczalne związki nieorganiczne i organiczne. Rozpuszczalniki przekształcają surowce lakiernicze w płynne materiały powłokowe o odpowiednich właściwościach i konsystencji. Woda jako rozpuszczalnik stosowana jest do farb dyspersyjnych, materiałów rozcieńczonych wodą i lakierów elektroimersyjnych. W konwencjonalnych środkach powłokowych, zawierających tylko rozpuszczalniki organiczne, fazę rozpuszczalnikową stanowi złożona mieszanina lotnych związków organicznych o dużej zdolności rozpuszczania i lotności. Jako rozpuszczalniki stosuje się węglowodory: alifatyczne, cykloalifatyczne, aromatyczne i terpeny, związki chloroalifatyczne, alkohole, etery, estry, ketony i inne substancje w szczególnych przypadkach. Dodatki modyfikujące wprowadzane są zwykle w minimalnych ilościach w celu ułatwienia produkcji i uzyskania odpowiednich właściwości materiałów powłokowych. Mają tutaj zastosowanie: oleje silikonowe, poliaminy i poliamidoaminy, aromatyczne kwasy sulfonowe, nadtlenki organiczne, absorbery UV, organiczne sole kobaltu, manganu, ołowiu, żelaza, cynku, cyrkonu, wapnia oraz fenole czy estry kwasu ftalowego.
    Z uwagi na taką różnorodność stosowanych półproduktów istotnym zagadnieniem w produkcji farb i lakierów jest odpowiednia technologia produkcji i gospodarka powstającymi odpadami, w tym ścieków.

Pigmenty i wypełniacze nadają lakierom barwę oraz mechaniczny szkielet.

 Charakterystyka i oczyszczanie ścieków
    Przy produkcji materiałów powłokowych w zasadzie nie ma ścieków produkcyjnych w ścisłym znaczeniu. Zależnie od struktury zakładu ścieki mogą powstawać w procesach peryferyjnych. Dotyczy to głównie czyszczenia pojemników lub mieszalników i zbiorników wsadowych wodą lub ługami o różnym stężeniu. Czyszczenie zachodzi na skutek zmydlania środków wiążących i usunięcia przyschniętych skorup do ścian pojemników. Takie ścieki charakteryzują się wysokim pH, a w ich składzie występują głównie sole litowców i naturalnych kwasów tłuszczowych, syntetycznych kwasów mono- i dwukarboksylowych, polialkoholi i innych produktów rozkładu żywic, a także osady pigmentów i wypełniaczy.  
    Czyszczenie mieszalników oraz zbiorników wsadowych materiałów powłokowych konwencjonalnych, tj. zawierających rozpuszczalniki, przeważnie odbywa się roztworem gorącego ługu z dodatkiem lub bez środka myjącego. Ścieki zawierają wówczas obok resztek pigmentów i wypełniaczy pozostałości środków wiążących i rozpuszczalników w postaci zemulgowanej.
    W przypadku produkcji farb dyspersyjnych i tynków na bazie żywic syntetycznych stosuje się do mycia głównie wodę, ewentualnie wodę z dodatkiem środków dezynfekujących. Popłuczyny zawierają zdyspergowane żywice z nieorganicznymi pigmentami i wypełniaczami, rozpuszczalniki organiczne, tensydy, rozpuszczone derywaty celulozy, środki konserwujące, czasami biocydy oraz alkalia  lub kwasy stosowane do regulacji pH. Niektóre zakłady produkują także żywice sztuczne i odzyskują mieszaniny rozpuszczalników organicznych przez destylację.
    Ilość ścieków i ich zanieczyszczenie w dużym stopniu zależą od rodzaju i ilości wyprodukowanych materiałów powłokowych, wielkości wsadu, częstotliwości zmian charakteru produkcji oraz od rodzaju i wielkości użytych pojemników. Uwzględniając udział ścieków sanitarnych zakłady produkujące konwencjonalne materiały powłokowe wytwarzają od 1 do 5 m3 ścieków na 1 tonę produktu. W przypadku produkcji materiałów dyspersyjnych ilość ścieków zależy od składu odpowiednich produktów. Przy produkcji farb dyspersyjnych, zwanych emulsyjnymi, na bazie żywic syntetycznych powstaje więcej ścieków niż przy produkcji tynków na bazie analogicznych żywic. W pierwszym przypadku ilość ścieków waha się w zakresie 0,15 do 0,30 m3/t, w drugim 0,07- 0,12 m3/t produktu.

Różnorodność stosowanych półproduktów podczas wytwarzania farb i lakierów wymusza zastosowanie odpowiedniej gospodarki ściekowej.

 Przykład praktycznie realizowanej gospodarki ściekowej z produkcji farb i lakierów
    Produkcję zakładu stanowią: farby, emalie syntetyczne, farby podkładowe, lakiery bezbarwne,farby emulsyjne, emalie syntetyczne piecowe i wyroby chemoutwardzalne. Do podstawowych wydziałów produkcyjnych należą: ucieralnia, warzelnia żywic, odstojnia i dział „nitro”. Średnia miesięczna ilość ścieków przemysłowych wynosi ok. 11 000 m³/miesiąc. Dla zmniejszenia obciążenia ścieków substancjami poprodukcyjnymi oraz rozwiązania gospodarki ściekowej w okolicy zakładu do podczyszczalni zakładowej kierowane są również ścieki komunalne z pobliskiego osiedla, które stanowią udział ok. 30% w skali miesiąca. Taka mieszanina wprowadzana jest do zakładowej oczyszczalni ścieków, gdzie technologia obejmuje procesy:
• oczyszczanie mechaniczne (osadnik i krata koszowa);
• oczyszczanie fizykochemiczne (komory reakcji) z procesem sedymentacji zawiesin łatwo opadających i korektą pH na odpływie (zrezygnowano z realizacji procesu koagulacji, ścieki są gromadzone w jednym z trzech zbiorników zbiorczych, a następnie mieszane sprężonym powietrzem w celu uśrednienia składu).
   W ściekach oczyszczonych standardowo oznaczane są takie parametry, jak: pH, ChZTCr, SO4 2- zawiesiny ogólne, fenole i nikiel. Dodatkowo, według potrzeb wykonywane są analizy zawartości: ołowiu żelaza, cynku, miedzi, chromu6+, chromu3+, chlorków, fosforu i fosforanów, zawiesiny oraz BZT5, suchej pozostałości, substancji rozpuszczonych i mętności. Po oczyszczaniu ścieki kierowane są do komunalnej oczyszczalni ścieków. Przeciętna charakterystyka ścieków wprowadzanych do kanalizacji komunalnej przedstawia się następująco wg tab. 1.

     Dane zakładowe wykazują skuteczną i wystarczającą sprawność procesu oczyszczania ścieków z produkcji farb i lakierów. Na podstawie prezentowanych parametrów i danych nie wykazuje się występowania jakichkolwiek przekroczeń w ściekach odprowadzanych do kanalizacji komunalnej. Jednakże wcześniej kierownictwo oczyszczalni komunalnej miało pewne wątpliwości co do rzeczywistego składu przyjmowanych ścieków. Związane to było z okresowymi problemami w funkcjonowaniu bloku biologicznego w oczyszczalni. W standardowych analizach laboratoryjnych nie wykonuje się oznaczeń wszystkich prawdopodobnie występujących metali ciężkich oraz rozpuszczalników organicznych, np. typu BTX (benzen, toluen, ksyleny). Dla własnych informacji laboratorium oczyszczalni ścieków wykonywało analizy losowo wybranych próbek ścieków odprowadzanych z zakładu na zawartość metali ciężkich. Ponadto na wniosek kierownictwa oczyszczalni wykonane były także dodatkowe oznaczenia na obecność BTX w ściekach dopływających do oczyszczalni komunalnej, które wykazały występowanie benzenu do 0,166 mg/dm3, toluenu do 1,270 mg/dm3, ksylenów (mieszanina izomerów) do 6,271 mg/dm3. Tego rodzaju substancje nie są uwzględniane w przedstawianych charakterystykach ścieków, a zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Budownictwa (Dz. U. Nr 131, poz. 906) maksymalna zawartość lotnych węglowodorów aromatycznych (BTX) w ściekach przemysłowych wprowadzanych do urządzeń kanalizacyjnych nie może przekraczać 1 mg/dm3.

    Można zatem zadać pytanie, czy słusznie zrezygnowano z realizowanego wcześniej procesu koagulacji w oczyszczaniu ścieków poprodukcyjnych i czy obecnie zastosowana metoda wspólnego oczyszczania ścieków przemysłowych z udziałem ścieków komunalnych jest na pewno wystarczająca i spełniająca wymagania w zakresie szeroko pojętej ochrony środowiska?

 Literatura:
1. Anielak A.M. (1998), „Chemiczne i fizyko-chemiczne oczyszczanie ścieków”, Monografia, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, Koszalin.
2. Dyrektywa Rady 96/61/WE z dnia 24 września 1996 r. dotycząca zintegrowanego zapobiegania zanieczyszczeniom i ich kontroli.
3. Dyrektywa 1999/13/EC z dnia 11 marca 1999 r. w sprawie ograniczenia emisji lotnych związków organicznych spowodowanej użyciem organicznych rozpuszczalników podczas pewnych działań i instalacji.
4. Prawo Ochrony Środowiska Dz. U. 2001 r. Nr 62, poz. 627.
5. Rozporządzenie Ministra Budownictwa z dnia 14 lipca 2006 r. w sprawie sposobu realizacji obowiązków dostawców ścieków przemysłowych oraz warunków wprowadzania ścieków do urządzeń kanalizacyjnych. Dz. U. Nr 131, poz. 906.
6. Ruffer H., Rosenwinkel K.-H. (1998), „Oczyszczanie ścieków przemysłowych”. Przekład: Sekuła W. Oficyna wydawnicza Projprzem-EKO, Bydgoszcz.
7. Walawska B., Cichy B., Stechman M., „Przewodnik metodyczny BAT dla wielkotonażowych chemikaliów nieorganicznych”, Ogólnopolska Szkoleniowa Konferencja Naukowo-Techniczna: Szanse i Możliwości Branży Chemicznej w Unii Europejskiej, 1-4 marca 2005 roku, Ustroń-Jaszowiec.

Autor: Bożena Mrowiec, Akademia Techniczno-Humanistyczna, Bielsko-Biała

Artykuł został opublikowany w magazynie "Chemia Przemysłowa" nr 4/2011