Proizvodnja novog opekarskog proizvoda u okviru kružne ekonomije
U okvirima adekvatnog zbrinjavanja otpadnih voda (njihovo prikupljanje, izdvajanje otpadne tvari te ispuštanje pročišćene vode do granica utvrđenih zakonskom regulativom), kao jednog od preduvjeta razvoja svakog područja, problem zbrinjavanja industrijskih otpadnih voda posebno je značajan. Pritom se ističe problematika obrade i zbrinjavanja zauljenih otpadnih voda mineralnog porijekla, s obzirom da se ulja sadržana u tim vodama i izdvojena u postupku pročišćavanja tretiraju kao opasan otpad.
Konvencionalni postupci pročišćavanja zauljenih otpadnih voda skupi su u izgradnji, pogonu i održavanju, te danas u RH većina privrednih subjekata plaća zbrinjavanje takve vrste otpadnih voda vanjskim tvrtkama s dozvolom za gospodarenje otpadom. Pritom, je poznato da postoje skladišta zauljenih voda koje je tek potrebno pročistiti i ispustiti u okoliš ili materijalno oporabiti. Stoga se javlja potreba za razvojem novih tehnologija pročišćavanja zauljenih voda, koje će rezultirati nižim troškovima poslovanja i mogućnošću materijalne oporabe pročišćene vode.
U procesu pročišćavanja sanitarnih i industrijskih otpadnih voda kao nusprodukt svakog tehnološkog rješenja generira se nova vrsta otpada – mulj. Prema zakonskoj regulativi u Hrvatskoj mulj s uređaja za pročišćavanje otpadnih voda (UPOV) tretira se kao neopasni otpad (ključni broj: 19 08 05) koji je na odgovarajući način potrebno dodatno obraditi, oporabiti i/ili odložiti u okoliš, jer odlaganje na odlagalištima komunalnog otpada nije dozvoljeno. S naglim porastom dinamike izgradnje UPOV-a u Hrvatskoj problem zbrinjavanja mulja dobiva na težini.
Hrvatska se pristupanjem Europskoj uniji obvezala do 2023. godine izgraditi sve UPOV-e kapaciteta većeg od 2.000 ES, što bi u konačnici rezultiralo puštanjem u pogon UPOV-a ukupnog opterećenja preko 5.000.000 ES. Navedeno će rezultirati generiranjem ukupne količine dehidriranog i stabiliziranog mulja u iznosu oko 90.000 t suhe tvari godišnje ili oko 360.000 t mulja godišnje s oko 25% suhe tvari.
Osim smanjenja ukupne količine generiranog otpada (na oko 45.000 t/godina), termičkom obradom stvara se otpad (osušeni higijenizirani mulj i pepeo) koji se može u odnosu na svoje karakteristike i kemijski sastav materijalno oporabiti u određenim granama gospodarstva s posebnim naglaskom na građevinsku industriju u proizvodnji cementa, betona, opeke i drugih keramičkih materijala, ugradnji u asfaltne mješavine u cestogradnji, proizvodnji mješavina za poboljšanje tla i hortikulturu kao poboljšivač tla.
Pojedine studijske analize zaključuju kako su postupci termičke obrade najprihvatljiviji koncept konačne obrade mulja na UPOV-ima većeg kapaciteta s ciljem njegove daljnje materijalne oporabe. Termičkom obradom se smanjuju ukupna masa i volumen mulja, termički se uništavaju toksične organske komponente, minimiziraju se neugodni mirisi i olakšava daljnja materijalna oporaba, kao primarni način konačnog zbrinjavanja mulja sukladno zakonskoj regulativi u RH i EU (hijerarhija zbrinjavanja otpada).
Slika. Cjeloživotni ciklus otpadne vode i mulja s UPOV-a generiranog u RH nakon 2023. godine
Ipak, termičkom obradom mulja te njegovim konačnim zbrinjavanjem (osušenog mulja, pepela) povećavaju se ukupni troškovi pročišćavanja otpadnih voda. Materijalna oporaba mulja smanjila bi ukupne troškove pročišćavanja otpadnih voda, uz brojne pozitivne efekte na okoliš.
Mogućnost materijalne oporabe mulja u velikoj mjeri ovisi o njegovom sastavu, prije svega kemijskom. Stoga rezultate određenih istraživanja koja su rađena s muljevima čiji se sastav razlikuje od muljeva generiranih na području Hrvatske treba uzeti s određenim oprezom. Navedene konstatacije potvrđuju i dosadašnja istraživanja provedena u Hrvatskoj (www.grad.hr/rescue/).
U Hrvatskoj do danas nije usvojena nacionalna strategija konačnog zbrinjavanja muljeva s UPOV-a, a svakako da je glavni cilj proizvesti što manje mulja, materijalno ga oporabiti i što manje ga u bilo kojem obliku odložiti na odlagališta otpada.
Iz svega navedenog proizlazi potreba da se provedu dodatne opsežne analize i istraživanja koja će problem obrade i konačnog zbrinjavanja muljeva tretirati integralno na lokalnoj i regionalnoj razini uzimajući u obzir temeljna ishodišta među kojima se ističe njegova materijalna oporaba.
Potrebno je naglasiti da u Svijetu postoje brojna pozitivna iskustva vezana za materijalnu oporabu mulja. Određena znanstvena istraživanja još uvijek su u tijeku, a konstantno se pokreću i novi istraživački projekti. Materijalnom oporabom mulja u građevinskoj industriji, primjerice u proizvodnji opeke, mulj zamjenjuje dio prirodnog resursa (npr. gline i pijeska), te se smanjuje njegovo korištenje, čime se dodatno smanjuju pritisci na okoliš, između ostalog i kroz smanjenje emisije CO2.
Građevinski fakultet Sveučilišta u Zagrebu pod vodstvom doc.dr.sc. Dražena Vouka, dipl.ing.građ. projektom BRAVOBRICK istražuje mogućnosti i opravdanosti ponovne upotrebe pročišćenih zauljenih voda i mulja s UPOV-a u pripremi inovativnih građevnih proizvoda u opekarskoj industriji, čime bi se u značajnoj mjeri smanjili pritisci na okoliš, a doprinijelo razvoju kružne ekonomije i povećanju konkurentnosti opekarskih proizvoda na tržištu.
Cjelokupno istraživanje financira Hrvatska zaklada za znanost projektom (IP-2019-04-1169) – „Zbrinjavanje pročišćenih zauljenih otpadnih voda i mulja s UPOV-a u opekarskoj industriji – proizvodnja novog opekarskog proizvoda u okviru kružne ekonomije".
Projekt financira:
Cilj istraživanja je pročistiti zauljene otpadne vode primjenom hibridnog elektrokemijskog procesa do kakvoće da se mogu učinkovito koristiti kao tehnološke vode u proizvodnji opeke te na temelju ispitivanja tehnoloških parametara optimizirati proces i minimizirati operativne troškove. Korištenje pročišćene vode, ulazi u okvire kružne ekonomije s mogućnošću dobivanja jeftinijih opeka s potencijalno poboljšanim svojstvima, konkurentnijih na tržištu.
Projektom BRAVOBRICK će se ispitati i mogućnost korištenja mulja s UPOV-a (termički obrađenog) u opekarskoj industriji, a poseban doprinos bit će ispitivanje učinkovitosti sušenja mulja mikrovalovima. Neovisno o rezultatima na opeki, ovaj dio istraživanja primjenjiv je i šire, prvenstveno u obradi mulja s ciljem dobivanja što manjih količina higijeniziranog mulja.
Postavit će se metodologija procjene tehničko-ekoloških utjecaja mulja i pepela iz mulja u proizvodnji opeke i definirati utjecaj kemijskog sastava i mikrostrukture mulja i pepela na svojstva gotovih proizvoda. Ispitivanjem izluživanja odredit će se njihova prikladnost za korištenje u okolišu. Rezultati istraživanja od interesa su za područje vodnog gospodarstva s ciljem zbrinjavanja zauljenih otpadnih voda i mulja s UPOV-a i za industriju proizvodnje građevnih materijala s ciljem smanjenja korištenja sirovina iz prirode, ali i emisija CO2.
METODOLOGIJA ISTRAŽIVANJA
Kroz sve faze projekta provodit će se detaljan i sveobuhvatan pregled stanja znanja na području istraživanja, a najintenzivnije u prvoj godini istraživanja. Metodološki je istraživanje podijeljeno u dva smjera (pročišćavanje zauljenih voda i obrada mulja) koja se u posljednjoj fazi preklapaju sa zajedničkom aktivnosti proizvodnje inovativnih opekarskih proizvoda s ugrađenom pročišćenom zauljenom vodom i obrađenim muljem. Sirove zauljene vode prikupljat će se na širem području grada Zagreba te će se pročišćavati i analizirati u laboratoriju na Građevinskom fakultetu uz optimizaciju naprednog elektrokemijskog procesa kao kombinacije naprednih oksidacijskih procesa i elektrokoagulacije.
Sirovi mulj prikupljat će se na različitim UPOV-ima (Zagreb, Karlovac i dr.) te će se dopremati do laboratorija na Građevinskom fakultetu gdje će se termički obrađivati (konvencionalno termičko sušenje, sušenje mikrovalovima i spaljivanje) uz optimizaciju procesa. Pročišćena voda i obrađeni mulj prevozit će se do jedne od ciglana na području RH gdje će se ugrađivati u opekarske proizvode. Proizvedena opeka će se prevoziti do laboratorija na Građevinskom fakultetu gdje će se provoditi ispitivanja njezinih fizikalnih i mehaničkih svojstava.
Dio ispitivanja fizikalnih, mehaničkih i kemijskih svojstava te mikrostrukture opeke će se provoditi na vanjskim institucijama/laboratorijima. Za uvjete pročišćavanja zauljenih voda i obrade mulja koji će u prve tri godine istraživanja biti ocijenjeni optimalnim (na temelju rezultata dobivenih na proizvedenoj opeki) uspostavit će se pilot industrijska proizvodnja inovativnih opekarskih proizvoda s ugrađenom tehnološkom vodom i obrađenim muljem.
Pilot proizvodnja će se provoditi u jednoj od ciglana na području RH, uz ispitivanja dobivenih proizvoda na Građevinskom fakultetu i vanjskim institucijama/laboratorijima. Kroz sve četiri godine istraživanja provodit će se analiza tržišta i priprema tržišta za prihvaćanje inovativne opeke te diseminacijske aktivnosti.
Slika. Pert dijagram s logičkim poveznicama pojedinih radnih paketa
Očekivani UTJECAJ PROJEKTA NA ZNANSTVENO PODRUČJE, STRUKU, GOSPODARSTVO ILI DRUŠTVO.
Opeka izrađena uz integraciju pročišćene zauljene vode s većom koncentracijom kisika i mulja s UPOV-a će biti poroznija od opeke izrađene na konvencionalan način, zbog čega će imati manju toplinsku provodljivost. Osim toga, kako mulj s UPOV-a u svom sastavu sadrži određeni udio organske tvari, bit će potrebna manja količina energije za proizvodnju (pečenje) opeke. Kao rezultat toga, proizvođači opeke koji bi proizvodili inovativnu opeku s ugrađenim muljem znatno bi smanjili svoj ugljični otisak te bi se postigle uštede energije. Teški metali prisutni u mulju ostat će inkapsulirani unutar opeke te će biti spriječeno njihovo otpuštanje u okoliš.
Komercijalizacija korištenja mulja u proizvodnji opeke smanjila bi potrebu za iskapanjem gline i pijeska potrebnih za izradu konvencionalnih opeka. Korištenje pročišćene vode ulazi u okvire kružne ekonomije s mogućnošću dobivanja opekarskih proizvoda niže proizvodne cijene, što u konačnici rezultira povećanjem konkurentnosti na tržištu, a istovremeno se smanjuju pritisci na okoliš kroz izbjegavanje ispuštanja pročišćene vode u okoliš.
Cilj istraživanja je postizanje rezultata koji će povećati interes proizvođača opeke za primjenu tehnologija u kojima se nusprodukti pročišćavanja otpadnih voda i obrade mulja koriste u proizvodnim programima. Time bi se dugoročno riješio problem zbrinjavanja dijela pročišćenih otpadnih voda i muljeva s UPOV-a, kao značajnih problema vodnoga gospodarstva u svijetu.
Autor: doc.dr. sc. Dražen Vouk
