Republika Hrvatska se pristupanjem Europskoj uniji obvezala do 2018. godine izgraditi uređaje za pročišćenje otpadnih voda ukupnog opterećenja oko 4.000.000 ekvivalent stanovnika, a nusprodukt u procesu pročišćavanja otpadnih voda na svakom uređaju je komunalni mulj koji je na odgovarajući način i u skladu sa zakonskom regulativom potrebno zbrinuti. U skladu s navedenim podacima, puštanjem u pogon svih uređaja koje se planiraju izgraditi generirat će se ukupna količina dehidriranog i destabiliziranog mulja u iznosu od 215.000 tona/godišnje. U slučaju daljnje termičke obrade mulja generiralo bi se oko 49.000 tona pepela godišnje. Projekt RESCUE istražuje mogućnost i opravdanost iskorištavanja mulja s uređaja za pročišćavanje otpadnih voda u betonskoj industriji. Konkretno, kroz projekt se ispituje mogućnost i opravdanost ugradnje pepela, dobivenog spaljivanjem mulja, u cementni mort i beton.
Danas je prisutno ograničenje odlaganja mulja na odlagališta komunalnog otpada u vidu zakonskih propisa zbog povećanog sadržaja suhe tvari (%) izraženo kroz ukupni organski ugljik (TOC) i sadržaj biorazgradive komponente, a mulj s uređaja za pročišćavanje otpadnih voda (UPOV) uvijek sadrži koncentracije navedenih parametara veće od dopuštenih prema relevantnoj zakonskoj regulativi.
Građevinski fakultet pod vodstvom doc.dr.sc. Dražena Vouka, dipl.ing.građ. projektom RESCUE istražuje mogućnost i opravdanost ponovne upotrebe mulja s uređaja za pročišćavanje otpadnih voda u betonskoj industriji. Kroz projekt se ispituje utjecaj različitih faktora u svrhu postizanja zadovoljavajućih svojstava cementnog morta i betona s ugrađenim pepelom i njihovog eventualnog poboljšanja, uz smanjeno korištenje prirodnih resursa.
Cjelokupno istraživanje financira Hrvatska zaklada za znanost projektom (7927) – „Reuse of sewage sludge in concrete industry – from microstructure to innovative construction products".
Mogućnost ugradnje pepela dobivenog spaljivanjem mulja s uređaja za pročišćavanje otpadnih voda u cementne materijale – prvi rezultati projekta RESCUE
Adekvatno zbrinjavanje otpadnih voda svrstava se u prioritetne aktivnosti održivog gospodarenja vodama. Sagledavajući postojeće stanje komunalnog sektora u Hrvatskoj, može se izvesti zaključak da u cjelokupnoj problematici gospodarenja vodama u Hrvatskoj najveću težinu ima adekvatno zbrinjavanje otpadnih voda. U Hrvatskoj danas samo oko 43% stanovništva priključeno na javnu kanalizacijsku mrežu, a na uređaje za pročišćavanje otpadnih voda s odgovarajućim stupnjem pročišćavanja priključeno je samo nešto više od 25% stanovništva.
Pristupanjem Europskoj uniji, Hrvatska se obvezala do 2018. godine izgraditi sve uređaje za pročišćavanje kapaciteta većeg od 10.000 ES. Navedeno će do 2018. godine u konačnici rezultirati puštanjem u pogon uređaja za pročišćavanje ukupnog opterećenja oko 4.000.000 ekvivalent stanovnika (ES). Iz otpadnih voda koje se generiraju i sakupljaju određenim sustavom odvodnje, potrebno je izdvojiti otpadne tvari te u okoliš ispustiti pročišćenu vodu. Dakle, u procesu pročišćavanje otpadnih voda kao nusprodukt svakog tehnološkog rješenja generira se dodatna vrsta otpada koji se naziva mulj.
Općenito problemu adekvatnog zbrinjavanja mulja u Hrvatskoj sve do nedavno nije se pridavala veća pažnja. Prema Pravilniku o načinima i uvjetima odlaganja otpada, kategorijama i uvjetima rada za odlagališta otpada, odlaganje mulja s početkom 2017. godine neće biti dopušteno. Približavanjem 2017. godine i naglim porastom dinamike izgradnje UPOV-a u Hrvatskoj problem konačnog odlaganja mulja dobiva na težini, jer se trebaju financirati i izgraditi tehnologije koje će na drugi način riješiti obradu mulja i njegovo konačno zbrinjavanje, posebno ako se uzme u obzir da će puštanje u pogon 4.000.000 ES rezultirati generiranjem ukupne količine dehidriranog i stabiliziranog mulja u iznosu oko 215.000 t/godišnje.
Termičkom obradom mulja se u značajnoj mjeri olakšava daljnje gospodarenje novo nastalim proizvodom (pepelom), prvenstveno kao posljedica značajnog smanjenja mase i volumena konačnog nusprodukta. Termičkom obradom se smanjuje ukupna masa mulja i do 85 %. Smanjuje se i ukupne volumen otpadne tvari, termički se uništavaju toksične organske komponente, minimiziraju se neugodni mirisi i olakšava daljnje gospodarenje, a moguće je dobivanje energije. Međutim, i u sklopu postupka termičke obrade muljeva javlja se nusprodukt (pepeo) koji u konačnici treba zbrinuti na odgovarajući način, a čije količine nisu zanemarive.
Izgradnjom novih i rekonstrukcijom postojećih UPOV-a navedena brojka će se konstantno povećavati. U slučaju odabira termičke obrade muljeva generiralo bi se oko 49.000 t pepela/godišnje (18.000 m3 pepela/godišnje). Dosadašnja znanstvena istraživanja pokazala su da se zbog svojih karakteristika i kemijskog sastava nastali pepeo može ponovno upotrijebiti u određenim granama gospodarstva s posebnim naglaskom na građevinsku industriju u proizvodnji cementa, betona, opeke, keramike, ugradnji u asfaltne mješavine u cestogradnji, proizvodnji mješavina za poboljšanje tla, izdvajanje fosfora kao ograničenog resursa na Zemlji.
Korištenje pepela u betonskoj industriji – rezultati dobiveni kroz projekt RECUE
Danas se na svjetskoj razini značajna pažnja u proizvodnji građevinskih materijala baziranih na cementu posvećuje istraživanjima o korištenju otpadnih materijala kao potencijalnih zamjenskih materijala za originalne sirove materijale. Između ostalog, postoje i ispitivanja ugradnje pepela iz termičke obrade mulja s UPOV-a. Međutim, uvjeti, način i količine koje se mogu supstituirati ovise o nizu čimbenika te se za svaku vrstu zamjenskih materijala moraju zasebno ispitati.
Pepeo iz termičke obrade mulja se u betonskoj industriji može koristiti kao pucolanski aktivan materijal, djelomično zamjenjujući cement, ili kao inertna ispuna koja zamjenjuje pijesak i/ili fini agregat. Drugi način primjene pepela u betonskoj industriji je umjesto dijela finog agregata. Projekt RESCUE ispituje mogućnosti korištenja ovako dobivenog pepela kao pucolanski aktivnog materijala, tj. zamjenjujući dio cementa. Mogućnosti korištenja pepela iz mulja s UPOV-a ovise prije svega o njihovom kemijskom sastavu, koji između ostalog ovisi i o samoj tehnologiji termičke obrade. Ponovna primjena nusprodukata pri termičkoj obradi mulja u proizvodnji cementa i/ili kao dodatka mortu ili betonu je povoljna jer isti imaju pucolanska svojstva koja su rezultat kemijskog sastava pepela baziranog značajnim dijelom na oksidima kalcija, aluminija i silicija.
U nastavku će se ukratko dati najznačajniji rezultati ispitivanja na cementnim mortovima i betonu s ugrađenim pepelom s UPOV-a provedenih na Građevinskom fakultetu u Zagrebu. Mulj je za potrebe istraživanja prikupljan s nekoliko UPOV-a u Hrvatskoj te je u kontroliranim laboratorijskim uvjetima spaljivan na temperaturama 800-1000°C.
Gustoće svježeg cementnog morta i betona s dodatkom pepela ne razlikuju se značajnije od gustoća kontrolnih mješavina bez dodatka pepela, ali značajno je istaknuti da se u svim mješavinama s dodanim pepelom generalno razvijaju veće temperature. Također, prisutan je generalni trend povećanja poroznosti mješavina s ugrađenim pepelom u odnosu na kontrolne mješavine.
U skladu s očekivanjima, potvrđeni su povećani zahtjevi za vodom te smanjena obradivost mješavina s ugrađenim pepelom. Ovo je ujedno i najveći negativan utjecaj dodatka pepela na tehničke karakteristike ispitivanih mješavina, no potrebno je istaknuti da je on sasvim uspješno nadvladan u drugoj fazi istraživanja korištenjem aditiva u obliku superplastifikatora. Značajniji utjecaj dodatka pepela na početak i kraj vremena vezivanja nije zabilježen te su ova vremena uglavnom ostala istog reda veličine kao i za kontrolne mješavine.
Čvrstoće betona/morta s dodatkom pepela rastu s povećanjem starosti što je očiti znak da u mješavinama dolazi od određenih reakcija. Udjeli pepela do 20% u betonskim mješavinama uz korištenje aditiva (superplastifikatora) ne narušavaju ozbiljnije mehaničke karakteristike betona/morta, a za neke mješavine dobiveni rezultati čak i nadvisuju rezultate dobivene na kontrolnim mješavinama. Na temelju dosadašnjih rezultata istraživanja nameću se zaključci o temperaturi od 900°C kao optimalnoj za spaljivanje mulja sa stajališta očuvanja pucolanskih svojstava generiranog pepela i osiguranja njegove pogodnosti za primjenu u cementnim materijalima. Navedeno je u skladu s rezultatima ispitivanja mineraloškog sastava i mikrostrukture pepela generiranog na različitim temperaturama.
U sklopu ovog istraživanja dodatno je ispitivan i utjecaj dodatka pepela na trajnosna svojstva morta (ispitivanjem plinopropusnosti) i betona (ispitivanjem vodopropusnosti). Generalno je zaključeno da dodatak pepela ne narušava trajnosna svojstva budući da analizirani uzorci uglavnom ostaju u podjednakim razredima otpornosti kao i kontrolne mješavine.
Na ovaj način dobiveni betonski proizvodi mogu se koristiti za različite namjene, a jedna od njih je i korištenje za saniranje i regulaciju vodotoka, izgradnju cijevi za transport otpadnih voda (sanitarnih, industrijskih i oborinskih). Široka je primjena betona i kod pomorskih građevina (lukobrani, obaloutvrde i dr.). U ovim slučajevima vodeni tokovi i oborinske vode dolaze u direktan kontakt s betonskom galanterijom gdje pri određenim uvjetima može dođi do izluživanja određenih elemenata iz betonske galanterije u vodu koja je u dodiru s betonom, a samim tim i u okoliš čemu se posebna pažnja planira posvetiti u drugoj fazi ovog projekta.
Pozitivni rezultati ovog istraživanja u značajnoj bi mjeri otvorili put široj primjeni muljeva s UPOV u Hrvatskoj koji bi se termički obrađivali čime bi se velike količine otpadne tvari koje nastaju kao nusprodukt u procesu termičke obrade mulja, ugrađivale u građevinske proizvode (cement, beton, asfalt beton, laki agregati, predgotovljeni betonski elementi). Zasigurno je da bi se u slučaju ostvarivanja pozitivnih rezultata ovog istraživanja, povećao interes proizvođača građevinskih proizvoda za primjenu tehnologija u kojima se nusprodukti termičke obrade mulja koriste u proizvodnim programima. Time bi se dugoročno riješio problem konačnog zbrinjavanja dijela muljeva s UPOV. Svakako bi upotreba mulja (pepela) u bilo kojoj grani industrije zaokružila cjelovito rješavanje problema pročišćavanja otpadnih voda u okvirima održivog razvoja uz generiranje minimalnih količina otpadnih tvari koje bi se odlagale u okoliš. Primjenjujući RESCUE kao primjer dobre prakse, moguće je i ostale vrste otpada preusmjeriti s odlagališta u inovativne građevinske proizvode s dodanom vrijednosti.
Voditelj projekta RESCUE: doc.dr.sc. Dražen Vouk, dipl.ing.građ.
Više o projektu
