Trend izgradnje uređaja za pročišćavanje otpadnih voda (UPOV) stvorio je probleme nastanka značajnih količina mulja. Godišnje se u svijetu proizvedu milijuni tona mulja iz procesa obrade otpadnih voda. Prema statističkim podatcima Eurostata trenutna ukupna proizvodnja mulja s UPOV-a može se približno procijeniti na oko 10 milijuna tona suhe tvari (ST) u 27 država članica EU, što znači da su prethodno dane procjene značajno premašile realne vrijednosti. Prema dostupnim podacima, svaka osoba proizvodi 35 do 85 grama suhe tvari (ST) mulja po ekvivalent stanovniku (ES) na dan. U Hrvatskoj se prema podatcima dostupnim s postojećih UPOV-a ta vrijednost kreće oko 40 do 55 g ST/ES·d.
Zbrinjavanje mulja s UPOV-a predstavlja izazove s kojima se upravitelji UPOV-a moraju suočiti tradicionalnim metodama zbrinjavanja ili primjenom inovativnih metoda korištenja (recikliranja) mulja. Uglavnom su prisutne dvije prakse za rješavanje ovog problema, a to su odlaganje mulja kao krutog otpada, što uključuje privremeno odlaganje na odlagališta (prema zakonskoj regulativi do 12 mjeseci) te korištenje mulja na poljoprivrednim i nepoljoprivrednim tlima. Izravno korištenje mulja s UPOV-a na poljoprivrednim tlima (kao gnojivo ili poboljšanje tla) pogodna je zbog visokog udjela organske tvari (> 50%) te prisutnosti hranjivih tvari (primjerice dušika (N) i fosfora (P)) koje mogu poboljšati plodnost tla. No, unatoč prednostima primjene mulja s UPOV-a na poljoprivrednim tlima, ova praksa se u pojedinim zemljama napušta zbog prisutnih rizika na okoliš i ljudsko zdravlje koji su posljedica prisutnosti opasnih tvari u mulju. Iako je kontaminiranost mulja teškim metalima posljednjih godina konstantna ili čak u opadanju, pojedine druge opasne tvari su u stalnom porastu. To uključuje ostatke farmaceutskih proizvoda (droge, antibiotici, kontracepcijska sredstva i ostale farmaceutike), proizvode za osobnu njegu, endokrine disruptore, sintetske steroide i patogene, a prisutni su i brojni rizici vezani uz prisutnost organskih onečišćivala poput policikličkih aromatskih ugljikovodika (PAU), dioksina i furana (PCDD/F), polikoloriranih bifenila (PCB), deterdženata i dr.
Dosadašnja politika EU bila je usredotočena na visoke standarde u pogledu pročišćavanja otpadnih voda, dok je znatno manji fokus bio usmjeren na gospodarenje muljem, te obnavljanje vrijedne energije, ključnih hranjivih tvari (kao što su dušik (N) i fosfor) (P)) te ostalih vrijednih sirovina prisutnih u mulju. Ovi su elementi od velikog interesa jer EU promovira koncept kružnog gospodarstva u okviru Green Deal-a koji također slijedi trend nultog onečišćenja.
Procjene EU iz 2018. pokazuju da bi potpuna implementacija anaerobne digestije (AD) i viših stupnjeva termičke obrade mulja s UPOV-a za EU-27 potencijalno mogla povećati povrat energije između 2000 GWh i 3500 GWh uz obradu AD-om i oko 300 GWh električne energije uz više stupnjeve termičke obrade, što čini 8% do 14%, odnosno 1% ukupne energetske potrebe sektora pročišćavanja otpadnih voda u EU-27.
Ako se samo 50% od trenutnog odlaganja mulja zamijeni termičkom obradom, EU-27 bi mogla potencijalno oporabiti ukupno 1200 GWh energije u sklopu postupka termičke obrade mulja s UPOV-a.
Iako su prvotno tehnologije termičke obrade mulja imale za cilj smanjenje mase i volumena mulja, te uništenje toksičnih organskih tvari i patogena prisutnih u mulju, njihova korist je danas dodatno usmjerena na poboljšanje postojećih tehnologija s ciljem učinkovitijeg izdvajanja fosfora te korištenja nusprodukta/pepela čime se u potpunosti zatvara ciklus kružnog gospodarenja otpadnim vodama i generiranim muljem. Pepeo dobiven termičkom obradom mulja se zbog svog sastava više razmatra kao zamjenska sirovina za izradu građevinskih materijala, čime se zatvara cjelokupni ciklus kruženja te vrste otpada minimiziranjem emisija onečišćenja u okoliš i minimalnog odlaganja inertnog ili neopasnog otpada. Dodatna prednost viših stupnjeva termičke obrade mulja je učinkovita iskoristivost preotale energije iz mulja, što same procese termičke obrade čini ekonomski učinkovitijim. Iako globalno gledano viši stupnjevi termičke obrade mulja nailaze na brojne otpore u javnosti, u razvijenim zemljama vide budućnost u recikliranju fosfora iz mulja s UPOV-a, pa se prema tome donose novi zakoni koji favoriziraju termičku obradu mulja i izdvajanje fosfora iz pepela (primjer Njemačka, Nizozemska, Švicarska).
Zamjena dijela sirove gline u proizvodnji opeke s otpadnim materijalima (mulj s UPOV-a ili pepeo dobiven njegovom termičkom obradom) pridonosi smanjenju korištenja sirove gline iz prirode i posljedično očuvanju sirove gline iz prirode, ali i rješava problem zbrinjavanja mulja s UPOV-a. Dosadašnja istraživanja pokazala su opravdanost proizvodnje opekarskih materijala s dodanim muljem s UPOV-a (u maksimalnom udjelu od 25% mase).
Dodatak gorivih materijala poput osušenog mulja u procesu pečenja opeka rezultira formiranjem pora, smanjenjem gustoće i termalne provodljivosti finalnih proizvoda, ali također i pogoršanjem mehaničke otpornosti uslijed promjena sastava i mikrostrukture. Stoga je za proizvodnju opeka zadovoljavajućih svojstava potrebno iznaći ravnotežu između termalnih i mehaničkih svojstava, a što ovisi o sastavu mulja i njegovim karakteristikama.
Ugradnjom mulja prema literaturnim podatcima, s dodatkom 10% mulja u mješavinama za proizvodnju opeka zamijećeni su sljedeći utjecaji na mehanička svojstva: linearno skupljanje 6%, maseni gubitak prilikom pečenja 13%, poroznost dobivenih proizvoda oko 37%, a gustoća oko 2,65 g/cm3 (promjena gustoće u odnosu na originalni proizvod -12%), rezultirajuća tlačna čvrstoća proizvoda je oko 22 N/mm², dok je apsorpcija vode oko 6%. Neki od rezultata istraživanja znanstveno istraživačkog projekta BRAVOBRICK (provodi ga Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu,a financira Hrvatska zaklada za znanost) prikazani su na Slikama 1-4.
Slika 1. Rezultati BRAVOBRICK-a, gubitak mase pečenjem
Rezultati projekta BRAVOBRICK prikazuju ispitivanja svojstava opeke s djelomičnom zamjenom gline muljem u 5, 10 i 20 %-nom masenom udjelu.
Laboratorijski je proizvedeno 12 serija uzoraka opeke (1 serija= 30 komada) od 4 vrsta mulja: mulj s UPOV-a Karlovac osušen konvencionalnom metodom u sušioniku, mulj s UPOV-a Karlovac osušen mikrovalnom metodom, mulj s UPOV-a Zagreb osušen konvencionalnom metodom u sušioniku, mulj s UPOV-a.
Slika 2. Rezultati BRAVOBRICK-a, tlačna čvrstoća
Zagreb osušen mikrovalnom metodom. Gubitak mase pečenjem linearno je rastao s povećanjem masenog udjela mulja u opeci, što je i inače karakteristično za opeke kojima se dodaje organska tvar kao gorivo unutar tijela opeke. Takve opeke su lakše i poroznije.
Slika 3. Rezultati BRAVOBRICK-a, vodoupojnost (hladna voda)
Vodoupujnost također linearno raste s povećanjem udjela mulja u opeci.
Kao što je i očekivano povećanjem masenog udjela mulja smanjuje se tlačna čvrstoća opeke. Dodatkom mulja u 20% udjelu, tlačna čvrstoća se smanjuje u pola u odnosu na opeke s 5% mulja.
Kod ove grupe opeke, bitno je napomenuti da su sve proizvedene opeke od mikrovalno osušenog mulja imale u svim uzorcima znatno veće tlačne čvrstoće od opeka proizvedenih od istih muljeva osušenih konvencionalno. Opeke od mikrovalno osušenih muljeva pokazala su poboljšanja u trajnosti i kvaliteti u odnosu na opeke dobivene iz konvencionalno osušenog mulja.
Slika 4. Rezultati BRAVOBRICK-a, sadržaj topivih soli
Sadržaj topivih soli u testiranim opekama daleko je ispod graničnih vrijednosti definiranih normom kojom se klasificira razred opeke. Sve analizirane opeke proizvedene od muljeva i od pepela svrstavaju se u razred S2.
Ugradnja pepela dobivenog termičkom obradom mulja s dva UPOV-a (Zagreb i Karlovac), koji su najprije osušeni mikrovalno, a zatim su termički obrađeni na temperaturama 800, 900 i 1000°C rezultirala je interesantnim rezultatima. Opeke od pepela napravljene su u masenim udjelima od 5, 10 i 20%. Tlačne čvrstoće opeka proizvedenih od pepela pri udjelu od 20% počinju opadati, no taj pad nije izražen kao kod opeka koje sadrže mulj. Također, primjetno je da su opeke proizvedene od pepela koji su dobiveni pri višim temperaturama čvršće. Dodatkom različitih vrsta pepela u opeku nije došlo do narušavanja estetike opeke (boja, izgled i tekstura). Testovi izluživanja su za sve ispitane parametre u klasi inertnoga, dok je opeka s 20% pepela (SSA ZG MW 900) imala povišenu koncentraciju molibdena (Mo), te se stoga svrstava u kategoriju „neopasnoga“.
Autori: Anđelina Bubalo, Dražen Vouk, Domagoj Nakić, Nina Štirmer, Karlo Nađ
