Sposób na zagospodarowanie odpadów ściekowych

Naukowcy z Instytutu Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego stworzyli sztuczne kruszywo, którego głównymi składnikami są osady ściekowe oraz mineralne odpady komunalne i wydobywcze. To, jak zapewniają jego twórcy efektywny i ekonomiczny sposób zagospodarowania osadów ściekowych.
Produkt można wykorzystywać jako kruszywo do betonów lekkich i do produkcji konstrukcyjnych elementów betonowych. Może znaleźć także zastosowanie w rolnictwie, jako podłoże do upraw, w ochronie środowiska przy oczyszczaniu wody i ścieków oraz jako materiał izolacyjny i drenarski.
Kruszywo powstało w wyniku termicznej niskotemperaturowej syntezy osadów ściekowych z mineralnymi odpadami komunalnymi i wydobywczymi. Zawarte w osadach ściekowych związki metali ciężkich są wbudowane w strukturę krystaliczną spieku krzemianowego. Stają się przez to niewymywalne i bezpieczne dla środowiska.
Osady ściekowe, powstające w oczyszczalniach ścieków są odpadem, którego unieszkodliwianie i zagospodarowanie jest problemem światowym. Przez wiele lat były one wykorzystywane w rolnictwie. Z powodu wspólnego odprowadzania ścieków komunalnych i przemysłowych osady ściekowe są zanieczyszczone związkami metali ciężkich, substancjami organicznymi, bakteriami chorobotwórczymi, grzybami, jajami pasożytów i innymi niebezpiecznymi substancjami. Powodują one, że biotechnologie w przeróbce osadów nie spełniają aktualnie obowiązujących wymagań dla zastosowań bezpośrednio w rolnictwie lub przy produkcji kompostów. Jak mówi dr Stefan Góralczyk, dyrektor Instytutu Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego, obowiązujące w Unii Europejskiej przepisy w zakresie ochrony środowiska ograniczają możliwości składowania tych osadów i praktycznie wykluczają ich rolnicze wykorzystanie.
Zdaniem dr Adama Mazeli z Instytutu Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego, który kierował badaniami, przy obecnym stanie wiedzy najbezpieczniejszym sposobem unieszkodliwiania osadów ściekowych jest utylizacja metodami termicznymi. Dotychczas najpopularniejszą metodą termicznej utylizacji było wykonanie z osadów ściekowych paliwa i jego spalanie z odzyskiem ciepła. "Jednak osad ściekowy do spalania musi być odwodniony, a ze względu na strukturę osadów ściekowych odwadnianie wymaga stosowania metod termicznych, ponieważ woda występuje nie tylko w przestrzeni międzykłaczkowej, ale także jest adsorbowana siłami adhezji, w postaci warstw mono- i polimolekularnych oraz przestrzeni wewnętrznej kłaczków" - mówi Elżbieta Uzunow, członek zespołu badawczego.
Proces suszenia osadu ściekowego jest energochłonny i kosztowny w realizacji, ponieważ woda stanowi około 80 proc. masy osadów ściekowych. Z tego powodu całościowy bilans cieplny procesu stosowania osadów ściekowych jako paliwa jest ujemny. Dodatkowo, instalacje do spalania muszą być wyposażone w systemy dopalania spalin. W końcowej fazie procesu pozostaje znaczna ilość popiołów, które ze względu na zawartość substancji niebezpiecznych nie mogą być wykorzystane, tylko muszą być składowane na wysypiskach odpadów.
"Naszą metodę unieszkodliwiania osadów ściekowych oparliśmy na założeniu, aby wykorzystać wyłącznie wiele różnych odpadów i zneutralizować je w jednym procesie, a w rezultacie unieszkodliwiania otrzymać produkt handlowy, np. kruszywo lekkie, które będzie się nadawać do szerokiego zastosowania i równocześnie będzie spełniać wszelkie wymagania dotyczące bezpieczeństwa produktu" - mówi dr Stefan Góralczyk. "Wytwarzanie kruszywa lekkiego jest obciążone minimalnymi kosztami pozyskania surowca. Właściwie pozwala na uzyskanie przychodu, związanego jego sprzedażą oraz z opłatami za przyjęcie osadów ściekowych do utylizacji" - dodaje naukowiec. Otrzymane kruszywo lekkie może być stosowane jako zamiennik keramzytu - kruszywa wypalanego z gliny ilastej.
W budownictwie kruszywa lekkie są wykorzystywane m.in. przy produkcji betonu, zapraw, mieszanek bitumicznych, niezwiązanych i związanych hydraulicznie oraz w technologiach utrwaleń powierzchniowych. Obecnie kruszywa lekkie są wytwarzane z surowców naturalnych - specjalnego rodzaju gliny - w temperaturze ok. 1200 st. C. Jak podkreślają naukowcy z Instytutu Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego, kruszywa lekkie charakteryzują się bardzo korzystnymi cechami użytkowymi, są stabilne w środowisku naturalnym. Dodatkową zaletą jest ich niska gęstość - są lżejsze od kruszyw naturalnych i dlatego mogą być stosowane w celu zmniejszenia masy obiektów budowlanych. "Ze względu na porowatą strukturę spieków stosowanie kruszyw lekkich pozwala uzyskać lepszą izolacyjności cieplną. Jedyną barierą w powszechnym ich stosowaniu jest cena - kilkakrotnie wyższa niż cena kruszyw naturalnych" - mówi dr Stefan Góralczyk.
Do otrzymywania lekkich kruszyw sztucznych naukowcy zastosowali syntezę termiczną osadów ściekowych z innymi odpadami, dobranymi w taki sposób, aby obniżyć temperaturę procesu syntezy termicznej do około 1100 st. C. "Nasza technologia wytwarzania kruszyw lekkich z odpadów jest bezpiecznym, nisko energochłonnym, przyjaznym dla środowiska i efektywnym ekonomicznie sposobem zagospodarowania osadów ściekowych. Dodatkowo, podczas spiekania osadów ściekowych wykorzystujemy odpady mineralne (pyły krzemionki) i odpady z recyklingu odpadów komunalnych (rozdrobnione szkło)" - mówi Elżbieta Uzunow. Do produkcji kruszywa lekkiego, jako surowca wyjściowego naukowcy wykorzystali pyły krzemionkowe, tworzące podstawową strukturę krystaliczną nowego kruszywa silikatowego oraz osady ściekowe, które wytwarzają porowatość kruszywa. "Pyły krzemionki są odpadem powstającym podczas produkcji kruszyw naturalnych i nie są wykorzystywane gospodarczo ze względu na wielkość ziaren. Natomiast w naszej metodzie taka wielkość ziaren jest cechą niezwykle pożądaną, ponieważ reakcja syntezy termicznej w fazie stałej jest efektywna przede wszystkim dla surowców drobnoziarnistych" - mówi Elżbieta Uzunow.
Osady ściekowe są stosowane w identycznej postaci, w jakiej są składowane na składowiskach - są zagęszczone wyłącznie metodami mechanicznymi, bez stosowania procesu osuszania. "Woda stanowiąca około 80 proc. masy osadów ściekowych, która jest silnie związana ze strukturą kłaczków osadów ściekowych pozwala na utworzenie granulatu, zmieniając się z czynnika kłopotliwego, usuwanego w innych technologiach termicznych w pożądany składnik technologiczny" - tłumaczy naukowiec. Ważnym elementem nowej technologii jest zastosowanie topnika w postaci pyłów szkła, będącego również drobnoziarnistym odpadem poprodukcyjnym. Powstaje on podczas utylizacji zużytych kineskopów i lamp oświetleniowych. Może być wytworzony również z odpadowego szkła gospodarczego, nienadającego się do powtórnego przetworzenie w hutach. Technologia została opracowana w skali laboratoryjnej oraz sprawdzona w instalacji o wydajności spiekania 50-60 kg/godzinę. Trwają prace zmierzające do powołania konsorcjum badawczo- przemysłowego do rozpoczęcia produkcji kruszywa lekkiego w skali ćwierć technicznej. Naukowcy z Instytutu Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego oceniają, że w wyniku wdrożenia projektu będzie obniżenie kosztów wytwarzania nowego kruszyna lekkiego nawet o 30 proc. w porównaniu do kosztów produkcji wytwarzanych dotychczas kruszyw lekkich.
Technologia została nagrodzona złotym medalem na 57. Światowej Wystawie Innowacji, Badań i Nowych Technologii EUREKA'2008 w Brukseli w listopadzie 2008 roku oraz w maju br. na Międzynarodowej Wystawie Wynalazków CONCOURS-LEPINE w Paryżu.
Źródło: PAP - Nauka w Polsce