1. Úvod
V
České republice bylo v roce 1992 zahájeno systematické odstraňování
ekologických zátěží v souvislosti s odchodem Sovětské armády z ČR a
později s privatizací české ekonomiky.
Mezi hlavní znečišťující látky patří ropné látky (motorová nafta,
benziny, mazadla) a nejrůznější kaly obsahující nejen ropné uhlovodíky, ale i
těžké kovy.
V prvních
deseti letech byly při sanacích in situ upředňostňovány: a) hydrodynamické a
pozdeji ventovací extrakční metody, kdy těkavé organické látky byly
z horninového prostředí odčerpávány či odsávány a b) biotechnologické
sanační metody. Postupně se rozsah sanovaných látek rozšířil hlavně o
alifatické uhlovodíky (odmašťovadla) a nejrůznější sloučeniny těžkých kovů
obsažené nejen v zeminách a podzemních vodách, ale i v kalech
uskladňovaných v nejrůznějších zařízení blízkých svým typem sedimentačním
rybníkům pro odpadní oleje či produkty zpracování ropy (OSTRAMO, CHEMOPETROL),
úpravy uhlí (Ostravsko, uhelné kaly) či skládkám (Časy) či prostorově omezených
sedimentačních zemních jímek, ve kterých byly zadržovány ropné kaly
z těžby ropy (Hodonísko). Zvláštní skupinu přitom představují hnědouhelné
a černouhelné kaly (dehty) z výroby generátorového plynu či koksu.
V řadě průmyslových podnicích pak šlo o nejrůznější jímky galvanizačních a
dalších průmyslových kalů. S postupem programu FNM na odstranění starých
ekologických zátěží a zpřísňující se legislativnou, bylo nutno odstranit i
tento typ znečištění.
Nezbytnost
odstranění ropných a dalších kalů přitom nevzniká pouze na starých ekologických
zátěží, ale i v rámci čištění kanalizací, jímek, nádrží a hlavně odpadních vodm
které jsou upravovány bentonitem.
Vzniklý bentonitový kal díky vysokému podílu těžkých kovů přitom nelze nelze
ukládat na běžné skládky odpadů a proto je solidifikován. Při technologii
solidifikace/stabilizace (S/S) čistírenských kalů představuje určité úskalí
fakt, že vlastní solidifikát vykazuje vysoké pH, použitý cement často obsahuje
nadlimitní koncentrace Cr a Pb, odpadní sádra vyšší obsahy Pb, Cd, stejně tak
jako často používaný elektrárenský popílek vykazující vyšší koncentrace těžkých
kovů (TK). Obvykle je přijímáno, že nejvyšší pevnost vykazuje solidifikát při poměru 1:0,5
cement:bentonitový kal. Se zvyšujícím se podílem kalu pevnost klesá.
Metoda S/S jsme poprvé použili při
zpevnění kalů v dehtových jímkách v Karlových Varech. Metoda byla
využita i při stabilizaci ropných kalů v SRN (Tvrdý – Gebhand - Landa
1998), ale hlavně v USA[3].
2. Princip navrhované
metody
Zatím
převládající u nás použitelná technologie spočívá v odtěžení kalů (ropných,
průmyslových) a po jejich stabilizaci v jejich uložení na lépe zabezpečenou již
vybudovanou skládku N-odpadů. Při vyšším podílu spalitelné složky se
spalují. Při vlastní stabilizaci se
běžně používají metody solidifikace/stabilizace (dále S/S) náročné na pojidla
(cement, vápno), která patří do skupiny neobnovitelných surovin.
V rámci
samostatného výzkumného úkolu
jsme se zaměřili na možnost koncepčně nové technologie spočívající v tom, že se
odtěžené průmyslové (ropné, strojírenské, úpravárenské aj.) kaly či
jemnědisperzní odpady z těžby ropy či rafinace ropy, které se nedají levně
odstranit spočívající v následujících technologických krocích, kdy se
kaly:
1.
v místě výskytu
odtěží (odčerpají, vykopají)
2.
částečné upraví -
odstranění větších kamenů, části stavebních konstrukcí následně se kaly
solidifikují
3.
zpětně ukládají do
výkopu po jejich odtěžení – výkop je předtím odizolován foliovým těsněním z
vysokohustotních umělých hmot (PHD). Technologie i požadavky na těsnění jsou
přitom shodné s obdobnými požadavky na těsnění skládek nebezpečných odpadů.
Tím
v místě staré ekologické zátěže vznikne jednodruhová skládka solidifikátu,
který má homogenní vlastnostmi. Vyluhovatelnost látek a pevnost nově vzniklých
odpadů (solidifikátu) je přitom výrazně lepší než v původním stavu. Díky
stabilizaci a použití fóliového těsnění klesá i pravděpodobnost infiltrace
případných skládkových výluhů do horninového podloží.
Cílem
výzkumu bylo stanovit vhodný poměr jednotlivých složek směsi (odpadní kal:cement:popílek)
tak, aby solidifikát měl vlastnosti vhodné pro následné vybudování jednodruhové
skládky přímo na sanované lokalitě. Jako solidifikační materiál se běžně
používá cement a odpadní sádra z čištění emisí. Cement patřící do skupiny
neobnovitelných surovin je nejen drahý (v ČR 35 USD/t), ale při větších
objemech je velmi náročný na přepravu. Běžně se při solidifikaci/stabilizaci
používá jako pojivo popílek z některé z blízkých elektráren, tepláren či
spaloven. Popílek, zvláště ze spaloven N-odpadů však patří do kategorie
nebezpečných odpadů.
Zaměřili
jsme se na zhodnocení použitelnosti hlavně odpadních popílků, jejichž produkce
v ČR je ploště výrazně rovnoměrnější, než skládky N odpadů. Publikována
(viz lit) je přitom značně obsáhlá
literatura zaměřená hlavně na využití popílků při výrobě stavebních hmot.
Některé postupy a recepty jsou přitom patentově chráněny
4. Metodika
Nejpve
byl vybrán a testován odpadní materiál
s vhodnými sorpčními, puzzolánovými, či latentně hydraulickými vlastnostmi,
které jsou vhodné pro solidifikaci a stabilizaci nebezpečných odpadních kalů.
Jako
nejvhodnější odpadní materiály byly vyhodnoceny fluidní popílky. Jde o tuhé odpadní produkty po spalování uhlí
a odsiřování spalin ve fluidních kotlích s cirkulující fluidní vrstvou,
kde je aplikována tzv. suchá aditivní metoda odsiřování. Fluidní popílky
splňují požadavky jak z hlediska reaktivity a výsledných vlastností
solidifikátů a stabilizátů, tak i z hlediska dostupnosti. V současné
době je na území ČR provozováno více než 10 větších energetických výroben
spalujících uhlí ve fluidních kotlích, jsou to tepelné elektrárny Tisová,
Ledvice, Poříčí a Hodonín v rámci společnosti ČEZ, a.s. Praha, městské
teplárny v Plzni, v Kladně, v Mladé Boleslavi, v Olomouci,
ve Zlíně, či podnikové teplárny, např. Energetika Třinec, Papírny Štětí. Tyto
zdroje jsou relativně rovnoměrně rozděleny na území ČR.
Protože
se lze na starých ekologických zátěžích nejčastěji setkat s neutralizačními kaly, které jsou i v
současnosti běžně hlavně při strojírenské výrobě produkovány a nelze je ukládat
na skládky, byl pro testování použit neutralizační kal z lokality Válcovny
plechů ve Frýdku-Místku. Jako solidifikační
a stabilizační přísady byly testován fluidní popílky z Energetiky
Třinec, z Teplárny Olomouc, z Moravských tepláren Zlín a
z Elektrárny Hodonín.
Souběžně
byly uskutečněny experimenty stabilizace úletového
popílku a produktu odsiřování spalin ze spalovny komunálního odpadu SAKO Brno a.s., které jsou
klasifikovány jako nebezpečné odpady. V ČR se odstraňují solidifikací cementem.
Jako stabilizační přísada byl použit fluidní popílek z energetického zdroje Elektrárna Hodonín. Technologie
výroby směsí odpadů ze spaloven komunálních odpadů pro jejich
solidifikaci/stabilizaci a následné využití se přitom řídí podmínkami
odběratele podle následného využití. Stabilizační směsi se vyrábí podle potřeby
v tekuté (čerpatelné) nebo v pastózní až plastické konzistenci. Prodává se
též ve formě zavlhlé sypké směsi, vhodné pro hutnění klasickým stavebním způsobem.
Prvním
krokem bylo stanovení koncentrace volného vápna (dále CaOv.v.) v
jednotlivých odpadech ze spalovacích procesů. S nárůstem podílu této
složky se totiž zlepšují užitné vlastnosti solidifikátu, např. se zvyšuje pevnost a klesá vyluhovatelnost nežádoucích
látek.
Dalším
krokem byly laboratorní experimenty stabilizace neutralizačních kalů ze staré
ekologické zátěže Válcoven plechů ve
Frýdku-Místku fluidními popely ze 4 různých energetických výroben. Byly
použity popele z Moravských tepláren Zlín (MTZ, resp.MTZL),
z Energetiky Třinec (ET), z Teplárny Olomouc (TPOL) a
z Elektrárny Hodonín (EHO).
Zkušební
tělesa pro laboratorní experimenty byla připravena odléváním husté suspenze do forem tvaru válce. Zkušební tělesa
tvaru válce odlitá z husté suspenze vyzrávala v první variantě 8
hodin při teplotě 800C a ve druhé 28 dní volně na vzduchu při
laboratorní teplotě 20 2oC. Vodný
výluh byl připraven z kompaktních těles postupem podle přílohy č.12
k vyhlášce MŽP č.383/2001 Sb. o podrobnostech nakládání s odpady, za
třepání po dobu 48 hod a poměru pevné fáze a vody 10:1.
Byly
uskutečněny následující série měření:
A.
první série stanovení vodných výluhů z neutralizačního kalu z
Frýdku-Místku (viz tab. č.4), byla
uskutečněna z těles odlitých z husté suspenze po urychleném zrání a po 28 dnech zrání, přičemž výsledky
vyluhovatelnosti po 28 dnech zrání jsou uvedeny v označení vzorku za
lomítkem (/28).
B.
druhá série zkušebních těles byla vyrobena tak, že neutralizační
kal z Frýdku-Místku byl vysušen do konstantní hmotnosti a poté byly
připraveny a promíchány směsi neutralizačního kalu a 4 druhů fluidních popelů
(MTZL, ET, TPOL a EHO) v hmotnostním poměru 1:1. Promíchané směsi byly
zvlhčeny vodou na jednotnou vlhkost w = 40 %, což odpovídá obsahu vody ve směsi
28,6 % hmot. Takto zvlhčené a promíchané směsi jsou sypké a soudržné. Ze
zvlhčených směsí byla vyrobena zkušební tělesa tvaru válce o Æ 115 mm a výšky 102 mm zhutněním pěchováním ve třech
vrstvách v normovém moždíři 100%ní Proctorovou standardní hutnící energií.
Po odformování byla tělesa uložena do polyetylenových sáčků a vyzrávala 28 dní
při laboratorní teplotě. Po 28 dnech zrání byla provedena zkouška pevnosti
v tlaku všech těles.
C. třetí série experimentů vyluhovatelnosti byla
uskutečněna na stabilizátech připravených zhutněním zavlhlé směsi byla
provedena po 28 dnech zrání, a to jednak na nadrcených vzorcích, jednak na
kompaktních tělesech. Zatímco vodné výluhy z nadrcených stabilizátů byly
připraveny postupem podle přílohy č.12 k vyhlášce MŽP č.383/2001 Sb. o
podrobnostech nakládání s odpady (Hodnocení odpadů upravených stabilizací
před jejich uložením na skládku), tak vodné výluhy z kompaktních těles
stabilizátů byly připraveny podle metodiky Státního zdravotního ústavu Praha,
tj. při poměru 1 litr vody na 200 cm2 povrchu tělesa.
Na
solidifikovaných vzorcích byla uskutečněna standardizována zkouška pevnosti v tlaku těles
po 28 dnech zrání provedena
v laboratoři Technického a zkušebního ústavu stavebního Praha, pobočka Brno.
Po ukončení
laboratorních experimentů bylo přistoupeno pilotním
(poloprovozním) zkouškám.
Na skládce odpadů „Zárubek“ v Ostravě – Radvanicích byly testy zaměřeny na
přesné určení jednotlivých složek solidifikační směsi umožňující certifikovat
stabilizovaný nebezpečný odpad jako stavební materiál vhodný nejen pro budování
jednodurhových skládek sanovaných ekologických zátěží, ale případně i výstavbu
konstrukčních prvků např. hrázového systému skládek odpadů. Při solidifikaci
byl použito pouze 20 % hmot. popílku
z Teplárny Olomouc, který se míchal v poměru 4:1 hmot.dílů. Pro kontrolní experimenty hodnocení
vlastností stabilizované směsi a účinnosti použité stabilizační přísady byl
odebrán přímo z expedičního pásu míchacího zařízení vzorek namíchané, dobře
zhomogenizované směsi o hmotnosti cca. 20 kg.
V době odběru
byla směs míchána v pastovité až plastické konzistenci, která vykazuje
thixotropní vlastnosti tzn., že při rozmíchání se ztekucuje do konzistence
husté suspenze. Odebraný vzorek obsahoval 36,4 % hmot. vody (sušina 63,6 %
hmot.), což odpovídá vlhkosti w=57,3%. Z odebraného vzorku směsi pastovité
konzistence byla tentýž den vyrobena zkušební tělesa tvaru válce o Ø 70
mm a výšky 70 mm. Tělesa po odformování vyzrávala při vlhkém uložení a při laboratorní
teplotě 20±20C.
Obdobně
byly usutečněny rozbory na N-odpadech ze s spalovny SAKO Brno a.s.
5. Výsledky a diskuse
Protože
výsledky výzkumu ukázaly na značný praktický význam využití popílků
z některých elekteráren uvádíme hlavně výsledky obsah volného vápna, které ne vždy jsou obecně firmám
zabývající se sanacemi dostupné.
V
popílku z Elektrárny Poříčí
(EPO), kde jsou provozovány 2 fluidní kotle K 7 a K 8 ukázaly,
že tento materiál obsahuje relativně
vysoké obsahy CaOv.v. jak v popílcích, tak i v ložovém popelu
(viz tab. č.1).
Tab.č.1: Obsah volného vápna
CaOv.v.ve fluidním popelu EPO[4]
Druh popela |
Obsah CaOvolný,
kotel K 7 % hmot. |
Obsah CaOvolný,
kotel K 8 % hmot. |
||||
průměr |
minimum |
maximum |
průměr |
minimum |
maximum |
|
popílek z odlučovačů |
14,27 |
8,84 |
22,40 |
14,42 |
9,09 |
22,72 |
ložový popel |
10,00 |
6,68 |
13,57 |
7,82 |
5,87 |
10,79 |
Volné
vápno v popílku z Elektrárny
Hodonín (EHO), kde jsou provozovány
2 fluidní kotle FK 1 a FK 2 je určováno průběžně v závodní laboratoři EHO, kde
se průběžně stanovuje zrnitost fluidních popílků, nedopal, obsah síry celkové,
obsah síranů, obsah uhličitanů jako obsah CO2 a obsah CaOv.v..
Obsah CaOv.v. se stanovuje sacharátovou metodou. V tabulce č.2
jsou uvedeny výsledky stanovení CaOv.v. ve fluidním popílku.
Tab.č.2: Obsah volného vápna
CaOv.v.ve fluidním popílku EHO[5]
Měsíc |
Týden |
Zrnitost [%] |
Propad [%] |
Nedopal [%] |
CaOv.v. [%] |
Celk. S [%] |
SO4 [%] |
CO2 [%] |
||||||
1,80 |
1,00 |
0,71 |
0,50 |
0,20 |
0,10 |
0,063 |
||||||||
|
1. |
0,01 |
1,30 |
1,75 |
2,49 |
6,90 |
27,0 |
47,0 |
12,55 |
3,02 |
2,24 |
1,71 |
8,50 |
5,00 |
I. |
2. |
0,06 |
0,99 |
1,48 |
1,76 |
5,82 |
27,7 |
44,8 |
17,39 |
2,63 |
2,07 |
1,40 |
7,60 |
4,90 |
|
3. |
0,03 |
1,62 |
1,94 |
2,32 |
6,22 |
30,1 |
34,1 |
23,34 |
2,07 |
2,36 |
3,74 |
6,00 |
3,60 |
|
4. |
0,00 |
0,74 |
0,72 |
0,92 |
3,18 |
22,6 |
53,4 |
18,28 |
2,07 |
2,69 |
1,53 |
7,90 |
4,20 |
5. |
0,18 |
1,96 |
1,46 |
1,88 |
5,76 |
24,0 |
46,7 |
17,70 |
1,68 |
6,44 |
0,94 |
7,10 |
3,70 |
|
II. |
6. |
0,03 |
1,28 |
1,42 |
2,12 |
8,46 |
16,8 |
40,6 |
29,08 |
1,93 |
5,44 |
2,80 |
6,20 |
3,80 |
|
7. |
0,02 |
1,24 |
1,20 |
1,58 |
4,56 |
20,1 |
38,6 |
32,58 |
1,99 |
3,98 |
0,67 |
7,80 |
5,00 |
|
8. |
0,04 |
0,96 |
1,26 |
1,74 |
6,32 |
26,0 |
38,7 |
24,98 |
1,58 |
4,49 |
3,33 |
7,60 |
4,70 |
9. |
0,02 |
1,08 |
2,88 |
2,46 |
5,68 |
26,2 |
27,3 |
34,10 |
1,83 |
3,98 |
3,23 |
4,50 |
4,80 |
|
III. |
10. |
0,02 |
0,98 |
1,18 |
1,82 |
8,02 |
29,7 |
40,7 |
17,50 |
1,59 |
4,15 |
3,41 |
6,80 |
4,50 |
|
11. |
0,02 |
1,50 |
1,74 |
2,28 |
7,74 |
25,0 |
48,6 |
13,08 |
1,71 |
3,70 |
3,15 |
4,90 |
4,60 |
|
12. |
0,06 |
1,58 |
1,54 |
1,86 |
5,38 |
28,5 |
21,8 |
39,10 |
1,68 |
3,02 |
3,20 |
6,50 |
3,30 |
13. |
0,06 |
1,24 |
1,48 |
2,16 |
7,06 |
22,1 |
28,6 |
36,98 |
1,93 |
3,08 |
3,27 |
5,60 |
5,30 |
|
|
14. |
0,02 |
0,98 |
1,22 |
1,60 |
6,12 |
21,7 |
43,2 |
24,60 |
2,18 |
2,91 |
3,53 |
6,20 |
5,10 |
IV. |
15. |
0,02 |
1,12 |
1,40 |
2,26 |
7,74 |
23,3 |
27,6 |
36,24 |
1,51 |
3,92 |
3,04 |
5,90 |
3,70 |
16. |
0,02 |
0,46 |
0,44 |
0,74 |
3,32 |
31,2 |
43,3 |
20,44 |
1,09 |
4,88 |
3,08 |
7,90 |
2,80 |
|
17. |
0,02 |
0,86 |
1,08 |
1,68 |
8,40 |
25,1 |
32,8 |
29,84 |
1,02 |
5,27 |
2,78 |
8,20 |
2,00 |
|
|
18. |
0,02 |
1,26 |
1,30 |
1,82 |
7,52 |
23,5 |
33,0 |
31,26 |
0,93 |
5,83 |
2,30 |
7,60 |
2,60 |
|
19. |
0,04 |
0,90 |
1,28 |
1,94 |
7,94 |
22,8 |
33,5 |
31,56 |
1,29 |
6,72 |
2,75 |
8,10 |
3,10 |
V. |
20. |
0,01 |
0,80 |
1,10 |
1,74 |
6,96 |
23,4 |
32,8 |
32,70 |
1,20 |
7,28 |
2,84 |
8,50 |
3,50 |
|
21. |
0,00 |
1,42 |
1,80 |
3,00 |
10,70 |
16,3 |
40,5 |
26,04 |
1,12 |
6,60 |
2,39 |
8,40 |
3,40 |
22. |
0,06 |
1,54 |
1,56 |
2,04 |
7,72 |
21,5 |
36,0 |
29,14 |
1,26 |
7,46 |
2,65 |
8,30 |
3,50 |
|
|
23. |
0,00 |
1,24 |
1,58 |
2,36 |
8,60 |
21,2 |
33,3 |
31,38 |
2,03 |
5,60 |
2,46 |
8,30 |
3,70 |
|
24. |
0,00 |
1,28 |
1,22 |
1,82 |
8,12 |
35,7 |
37,9 |
13,76 |
1,68 |
4,25 |
2,71 |
8,70 |
3,00 |
VI. |
25. |
0,02 |
0,74 |
0,96 |
1,58 |
7,62 |
29,0 |
36,6 |
23,48 |
1,58 |
4,93 |
1,58 |
8,20 |
2,80 |
|
26. |
0,02 |
1,30 |
1,70 |
2,40 |
8,52 |
28,3 |
40,6 |
16,88 |
1,85 |
3,42 |
2,70 |
7,20 |
2,10 |
|
27. |
0,02 |
1,06 |
1,46 |
2,02 |
8,20 |
25,6 |
34,6 |
27,00 |
1,81 |
3,47 |
1,19 |
7,30 |
2,00 |
|
28. |
0,03 |
0,96 |
1,30 |
2,24 |
7,48 |
28,3 |
39,5 |
20,08 |
1,55 |
3,98 |
2,18 |
8,40 |
1,90 |
VII. |
29. |
0,00 |
0,68 |
0,98 |
1,74 |
6,88 |
34,1 |
34,0 |
21,34 |
1,65 |
2,30 |
1,34 |
8,20 |
1,00 |
30. |
0,00 |
0,26 |
0,52 |
1,36 |
4,56 |
35,2 |
34,2 |
23,36 |
1,72 |
1,85 |
1,51 |
8,40 |
1,80 |
|
|
31. |
0,01 |
1,88 |
1,50 |
1,72 |
5,88 |
24,9 |
37,3 |
23,79 |
1,30 |
1,35 |
1,78 |
7,60 |
1,90 |
|
32. |
0,06 |
2,82 |
2,16 |
2,70 |
10,92 |
29,5 |
35,2 |
16,68 |
1,37 |
1,91 |
1,83 |
8,40 |
2,10 |
VIII. |
33. |
0,00 |
0,80 |
0,92 |
1,62 |
6,86 |
34,6 |
40,2 |
14,60 |
1,24 |
3,75 |
1,86 |
9,20 |
2,50 |
|
34. |
0,00 |
0,66 |
0,88 |
1,64 |
5,50 |
24,0 |
33,5 |
33,64 |
1,44 |
3,19 |
3,51 |
9,40 |
2,70 |
35. |
0,00 |
0,46 |
0,68 |
1,16 |
4,42 |
26,5 |
34,7 |
31,96 |
1,49 |
4,20 |
3,43 |
9,30 |
3,10 |
|
|
36. |
0,00 |
0,36 |
0,64 |
1,18 |
4,98 |
32,1 |
38,7 |
21,58 |
1,45 |
4,93 |
3,16 |
10,20 |
3,20 |
IX. |
37. |
0,00 |
0,64 |
0,94 |
1,48 |
5,52 |
29,4 |
41,0 |
20,98 |
0,87 |
5,21 |
2,92 |
9,10 |
3,10 |
|
38. |
0,00 |
1,16 |
1,34 |
1,98 |
5,10 |
36,7 |
36,3 |
18,86 |
1,32 |
4,37 |
1,09 |
7,10 |
2,90 |
39. |
0,00 |
0,94 |
1,20 |
1,96 |
4,44 |
22,3 |
46,6 |
22,10 |
1,45 |
3,36 |
1,17 |
5,90 |
2,60 |
|
|
40. |
0,00 |
0,74 |
1,32 |
2,40 |
7,26 |
29,6 |
37,7 |
20,84 |
1,69 |
4,54 |
1,03 |
7,30 |
2,30 |
|
41. |
0,00 |
1,52 |
1,76 |
3,12 |
6,46 |
24,8 |
40,4 |
21,48 |
2,05 |
4,37 |
1,50 |
6,50 |
2,90 |
X. |
42. |
0,02 |
1,66 |
1,38 |
1,88 |
4,80 |
23,1 |
45,4 |
21,74 |
2,77 |
5,27 |
1,20 |
6,60 |
4,40 |
43. |
0,02 |
1,30 |
1,16 |
1,70 |
4,70 |
34,1 |
41,2 |
15,34 |
2,37 |
3,47 |
1,12 |
7,00 |
4,00 |
|
|
44. |
0,00 |
0,90 |
1,52 |
2,16 |
6,46 |
21,2 |
33,0 |
34,74 |
2,34 |
3,31 |
1,32 |
7,40 |
4,30 |
XI. |
45. |
0,06 |
2,68 |
2,18 |
2,64 |
4,70 |
36,0 |
37,8 |
13,88 |
2,22 |
3,14 |
1,59 |
7,50 |
2,90 |
46. |
0,02 |
1,36 |
1,24 |
1,64 |
4,28 |
31,1 |
40,5 |
19,52 |
1,58 |
3,48 |
1,51 |
6,50 |
2,50 |
|
|
47. |
0,88 |
2,18 |
2,46 |
3,50 |
11,18 |
20,1 |
36,2 |
23,06 |
2,44 |
3,53 |
2,48 |
6,90 |
4,00 |
48. |
0,04 |
2,00 |
1,82 |
2,44 |
6,90 |
27,6 |
29,2 |
29,78 |
2,98 |
1,51 |
1,85 |
7,10 |
5,20 |
|
|
49. |
0,22 |
2,52 |
1,88 |
2,04 |
5,76 |
25,8 |
27,7 |
34,02 |
3,13 |
2,07 |
1,71 |
8,30 |
5,80 |
50. |
0,08 |
2,04 |
2,02 |
2,50 |
6,46 |
21,8 |
45,1 |
19,68 |
2,57 |
1,96 |
1,49 |
|
6,90 |
|
XII. |
51. |
0,06 |
3,48 |
2,44 |
2,56 |
6,08 |
29,7 |
22,6 |
32,82 |
2,59 |
1,68 |
1,46 |
|
4,90 |
|
52. |
0,08 |
2,30 |
1,60 |
1,88 |
5,72 |
24,8 |
45,9 |
17,70 |
2,92 |
1,79 |
1,39 |
|
4,30 |
min. |
|
0,00 |
0,26 |
0,44 |
0,74 |
3,18 |
16,26 |
21,84 |
13,08 |
0,87 |
1,35 |
0,67 |
4,50 |
1,00 |
průměr |
0,05 |
1,30 |
1,42 |
1,98 |
6,57 |
26,56 |
37,33 |
24,55 |
1,80 |
3,89 |
2,20 |
7,49 |
3,51 |
|
max. |
|
0,88 |
3,48 |
2,88 |
3,50 |
11,18 |
36,70 |
53,42 |
39,10 |
3,13 |
7,46 |
3,74 |
10,20 |
6,90 |
Tuhý
reakční produkt odsiřování spalin z Teplárny
Otrokovice, a.s. (TOT), při kterém je používána polosuchá metoda ABB-Fläkt, představuje
jemnozrnný, sypký, se zbytkovou vlhkostí 1-2 % hmot. materiál. Ve TOT se
tento materiál využívá ke stabilizaci popílku a strusky. Stabilizát je již
certifikován jako stavební materiál „Popelová
malta OTOSAN“ využívaný k uzavírání složiště popela. Produkt je vhodný
ke stabilizaci i jiných odpadů za předpokladu, že obsah CaOv.v. v produktu
činí alespoň 5 % hmot. V tabulce č.3 jsou uvedeny výsledky stanovení CaOv.v.
Tab.č.3: Obsah CaOv.v.
v produktu odsíření TOT[6]
Datum
odběru |
CaOvolný %
hmot. |
Datum
odběru |
CaOv.v. %
hmot. |
Datum
odběru |
CaOv.v. % hmot. |
Datum
odběru |
CaOv.v. %
hmot. |
1.9. |
5,04 |
11.10 |
2,76 |
9.11. |
3,18 |
1.12. |
6,55 |
6.9. |
3,92 |
12.10. |
3,31 |
10.11. |
2,49 |
2.12. |
6,55 |
7.9. |
3,36 |
14.10. |
2,48 |
11.11. |
2,21 |
6.12. |
6,41 |
14.9. |
4,48 |
18.10. |
2,73 |
12.11. |
2,21 |
7.12. |
5,46 |
15.9. |
5,04 |
19.10. |
2,46 |
15.11. |
1,93 |
8.12. |
5,73 |
16.9. |
4,76 |
20.10. |
3,14 |
16.11. |
2,07 |
9.12. |
5,59 |
20.9. |
3,36 |
21.10. |
3,28 |
18.11. |
3,59 |
10.12. |
5,46 |
21.9. |
3,92 |
25.10. |
1,91 |
22.11. |
3,32 |
13.12. |
5,46 |
29.9. |
2,48 |
26.10. |
1,78 |
23.11. |
5,25 |
14.12. |
5,18 |
30.9. |
2,21 |
27.10. |
1,64 |
24.11. |
3,87 |
15.12. |
5,73 |
Æ IX.04 |
3,86 |
Æ X.04 |
2,90 |
25.11. |
5,80 |
16.12. |
6,27 |
1.10. |
2,21 |
1.11. |
2,73 |
26.11. |
6,35 |
17.12. |
5,18 |
4.10. |
3,86 |
2.11. |
2,19 |
29.11. |
6,08 |
Æ XII.04 |
5,80 |
5.10. |
4,42 |
3.11. |
1,64 |
30.11. |
6,82 |
|
|
6.10. |
3,86 |
4.11. |
2,49 |
Æ XI.04 |
3,47 |
|
|
7.10. |
3,86 |
8.11. |
1,80 |
|
|
|
|
K
dispozici jsou i údaje z Teplárny
Přerov (Dalkia ČR, a.s., Divize Přerov). Popílek je klasifikován ve
III. třídě vyluhovatelnosti, neboť je zjištěna zvýšená koncentrace Cr ve vodném
výluhu. Popel z odkaliště popílků z dané teplárny je na základě
ekotoxikologických testů a experimenty vyluhovatelnosti vodou zařazován do II. třídy vyluhovatelnosti.
Dále
uvádíme výsledky stanovení vodných
výluhů testovaných stabilizovaných
kalů Frýdek Místek. První série stanovení vodných výluhů ze
stabilizovaných neutralizačních kalů Frýdek
Místek je uvedena v tabulce č.4, v níž jsou souhrnně uvedeny
výsledky analýz vodných výluhů těles odlitých z husté suspenze po
urychleném zrání a po 28 dnech zrání,
přičemž výsledky vyluhovatelnosti po 28 dnech zrání jsou uvedeny
v označení vzorku za lomítkem (/28).
Tabulka č.4 Vyluhovatelnost
stabilizovaného neutralizačního kalu Frýdek-Místek
Označení směsi |
Hodnota pH |
Vodivost mS/m |
Koncentrace
látek ve vodném výluhu v mg.l-1 |
||||||
Ni |
Mn |
B |
Al |
As |
V |
Cr |
|||
AQT/KZ |
10,7±0,15 |
93,7±10 |
0,0090±40 |
0,00060±40 |
0,062±30 |
0,63±20 |
<0,020 |
0,014±30 |
0,013±30 |
KZ/28 |
7,99±0,08 |
104±10 |
<0,0030 |
0,0040±40 |
0,17±20 |
1,2±20 |
<0,020 |
0,0060±40 |
0,011±30 |
AQT/KH |
8,91±0,08 |
105±10 |
0,0080±40 |
0,0040±40 |
0,51±20 |
1,3±15 |
<0,020 |
0,012±30 |
0,0090±40 |
KH/28 |
7,83±0,08 |
128±10 |
<0,0030 |
0,0070±40 |
0,53±20 |
0,53±20 |
<0,020 |
0,0020±40 |
<0,0010 |
AQT/KT |
8,95±0,08 |
182±10 |
<0,0030 |
0,0030±30 |
0,27±20 |
2,9±15 |
<0,020 |
0,0050±40 |
0,0090±40 |
KT/28 |
7,83±0,08 |
174±10 |
<0,0030 |
0,0070±40 |
0,33±20 |
0,21±20 |
0,030±40 |
0,0020±40 |
0,0020±40 |
AQT/KO |
9,02±0,08 |
163±10 |
0,0060±40 |
0,0030±40 |
0,42±15 |
2,5±15 |
0,030±40 |
0,023±30 |
0,0030±40 |
KO/28 |
7,72±0,08 |
139±10 |
<0,0030 |
0,0090±40 |
0,60±20 |
0,46±20 |
0,020±40 |
0,0060±40 |
0,0020±40 |
AQT/KC |
11,7±0,15 |
201±10 |
0,019±30 |
0,00070±40 |
0,037±30 |
0,70±20 |
0,030±40 |
<0,0010 |
0,018±30 |
KC/28 |
10,5±0,15 |
59,3±10 |
0,0050±40 |
0,0010±40 |
0,047±30 |
0,34±20 |
<0,020 |
0,0020±40 |
0,0050±40 |
Kal
F-M |
6,32±0,08 |
194±10 |
1,1±15 |
2,4±15 |
0,14±20 |
0,023±30 |
<0,020 |
<0,0010 |
<0,0010 |
Třetí série stanovení vodných výluhů stabilizátou
připraveného zhutněním zavlhlé směsi po 28 dnech zrání jsou pak uvedeny v tabulce
č.6. Vzorky kompaktních těles stabilizátů jsou označeny zkratkou výrobny (MTZ,
EHO, ET a TPOL), vzorky nadrcených stabilizátů jsou označeny zkratkou výrobny a
za lomítkem je P (podrcený). V posledním řádku tabulky č.6 jsou uvedeny
koncentrace látek ve výluhu z vysušeného práškovitého neutralizačního kalu
Frýdek-Místek (kal F-M).
Tab.č.6: Vyluhovatelnost stabilizátů vyrobených zhutněním
zavlhlé směsi po 28 dnech
Označení vzorku |
pH |
vodivost mS/m |
Al mg/l |
As mg/l |
B mg/l |
Cr mg/l |
Fe mg/l |
Mn mg/l |
Ni mg/l |
V mg/l |
SO4-2 mg/l |
MTZ |
9,71±0,08 |
40,1±15 |
1,1±15 |
<0,020 |
0,054±30 |
0,024±30 |
- |
0,023±30 |
0,0040±40 |
0,029±30 |
- |
MTZ/P |
9,71 |
242 |
0,72 |
0,020 |
0,38 |
0,14 |
0,45 |
0,053 |
0,031 |
0,13 |
1700 |
EHO |
9,33±0,08 |
59,4±10 |
0,95±15 |
0,020±40 |
0,044±30 |
0,0090±40 |
- |
0,059±30 |
0,010±30 |
0,021±30 |
- |
EHO/P |
9,42 |
235 |
1,0 |
0,032 |
0,56 |
0,026 |
0,79 |
0,031 |
0,026 |
0,066 |
1700 |
ET |
9,10±0,08 |
65,3±10 |
0,76±20 |
<0,020 |
0,039±30 |
0,030±30 |
- |
0,025±30 |
0,0060±40 |
0,0070±40 |
- |
ET/P |
9,19 |
235 |
0,66 |
<0,020 |
0,30 |
0,093 |
0,42 |
0,012 |
0,010 |
0,014 |
1700 |
TPOL |
9,00±0,08 |
71,8±10 |
1,0±15 |
0,040±40 |
0,11±20 |
0,026±30 |
- |
0,0070±40 |
<0,0030 |
0,022±30 |
- |
TPOL/P |
9,07 |
234 |
0,82 |
0,063 |
1,2 |
0,069 |
0,067 |
0,029 |
0,015 |
0,053 |
1700 |
kal F-M |
6,89 |
236 |
0,73 |
<0,020 |
0,35 |
<0,0010 |
0,73 |
7,0 |
7,0 |
0,0040 |
1600 |
Výsledky
stanovení pevnosti v tlaku stabilizátu z kalů z Frýdku Místku
na vzorcích druhé série jsou souhrnně uvedeny v tabulce č.5.
Tab.č.5: Pevnost v tlaku
stabilizátů
Označení
vzorku stabilizátu |
Průměr
tělesa mm |
Výška
tělesa Mm |
Síla kN |
Pevnost
v tlaku MPa |
MT
Zlín-kal - 1 |
113,0 |
103,0 |
53,5 |
5,2 |
MT
Zlín-kal - 2 |
115,5 |
101,5 |
48,5 |
4,5 |
EHO–kal
- 1 |
113,5 |
104,0 |
38,0 |
3,7 |
EHO-kal
- 2 |
113,5 |
100,5 |
33,5 |
3,2 |
ET-kal
- 1 |
113,0 |
101,0 |
22,5 |
2,2 |
ET-kal
- 2 |
114,0 |
100,5 |
19,5 |
1,9 |
TPOL-kal
- 1 |
114,5 |
101,0 |
21,5 |
2,0 |
TPOL-kal
- 2 |
114,0 |
101,0 |
28,5 |
2,7 |
Po 2 a 4 týdnech
normového zrání byla stanovena pevnost v tlaku. Kromě pevnosti
v tlaku byly po 28 dnech zrání stanoveny objemové změny, objemová
hmotnosti a vyluhovatelnost vodou stabilizátu. V následující tabulce č.7
jsou uvedeny vlastnosti stabilizovaného neutralizačního kalu F-M po 2 a 4
týdnech zrání.
Tab.č.7: Vlastnosti stabilizovaného
Stanovená
vlastnost
|
Doba zrání |
Jednotka |
Stanovená hodnota |
Smrštění
- lineární - objemové |
28 dní |
% % obj. |
0,286 0,892 |
Objemová hmotnost
-
vlhká (w=41,55%) |
28 dní |
kg.m-3 |
1758 1242 |
Pevnost v tlaku
Ø |
14 dní 28 dní |
MPa MPa |
0,93 1,03 |
Po 28 dnech zrání byla provedena zkouška
vyluhovatelnosti stabilizovaného neutralizačního kalu F-M vodou. Vodný výluh
byl připraven v souladu s legislativními požadavky[7]
na kompaktních tělesech při hmotnostním poměru L/S (voda/pevná fáze) 10:1 a to
po dobu 24 hodin. Výsledky rozboru vodného výluhu dokumentují, že všechny
stanovené koncentrace látek jsou nižší, než limitní hodnoty pro I. třídu
vyluhovatelnosti. Stabilizovaný kal F-M lze tedy podle legislativy ČR[8]
pro odpady hodnotit jako „odpad ostatní“, tzn. nemá nebezpečné vlastnosti
„toxicita“ a „schopnost uvolňovat nebezpečné látky do životního prostředí při
odstraňování“.
Výsledky laboratorních
experimentů stabilizace
neutralizačních kalů dokumentují, že neutralizační kal z Frýdku-Místku je
znečištěn ve značné míře sloučeninami niklu a manganu. Z tabulek č.4 a č.6
je pak patrné, že bez ohledu na rozdílný způsob výroby zkušebních těles, doby a
podmínek vyzrávání a odlišných postupu testů vyluhovatelnosti stabilizátů,
se vyluhovatelnost Ni a Mn vodou
snížila o 2 až 3 řády u všech 5 druhů použitých stabilizačních přísad (4
fluidní popílky, cement). Účinnost všech 4 druhů fluidních popílků jako
stabilizačních přísad je při stejném dávkování (1:1 hmot. dílů) srovnatelná
s účinností cementu. Pevnost v tlaku zkušebních těles vyrobených ze
zavlhlých směsí zhutněním pěchováním je po 28 dnech zrání více než postačující
pro zamýšlené stavební využití. Výsledky laboratorních experimentů prokázaly,
že pro solidifikaci a stabilizaci nebezpečných odpadů fluidními popílky je
reálná úplná náhrada cementu při výrobě solidifikačních směsí.
Fluidní popílek z Teplárny
Olomouc jako stabilizační přísada pro stabilizaci neutralizačního kalu
Frýdek-Místek v množství pouze 20 % hmot. dosahuje vysokého
solidifikačního a stabilizačního účinku, a tak
plně nahradit drahé stabilizační přísady, jako jsou vápno nebo cement.
Závěry
V roce 2004 byly ukončeny a vyhodnoceny
laboratorní experimenty S/S a
stabilizace neutralizačních kalů ze staré ekologické zátěže z lokality
Válcovny plechů ve Frýdku-Místku, kdy byla porovnávána aktivita a účinnost
fluidních popílků ze 4 zdrojů, a to z Moravských tepláren Zlín,
z Energetiky Třinec, z Teplárny Olomouc a z Elektrárny Hodonín.
Neutralizační kal z Frýdku-Místku je klasifikován
jako nebezpečný odpad. Ve vodném výluhu ze vzorku kalu, který byl použit pro
laboratorní experimenty, byly stanoveny
vysoké koncentrace niklu a manganu. Výroba zkušebních těles byla prováděna za různých podmínek, jednak
odlitím z husté suspenze, jednak zhutněním pěchováním zavlhlé směsi.
Směsi pro přípravu zkušebních těles byly připraveny v
hmotnostním poměru 1 díl fluidního popílku na 1 díl neutralizačního kalu
v sušině. Odlišné byly i podmínky vyzrávání zkušebních těles, jednak
urychlené, krátkodobé při zvýšené teplotě, jednak po dobu 28 dnů za normálních
podmínek, tj. při teplotě místnosti a při vlhkém uložení. Rovněž příprava
vodných výluhů byla prováděna různým způsobem, jednak na kompaktních tělesech,
jednak na nadrceném materiálu. Příprava vodných výluhů na kompaktních tělesech
byla prováděna jednak postupem podle přílohy č.12 k vyhlášce MŽP
č.383/2001 Sb. o nakládání s odpady (hmotnostní poměr vodné a pevné fáze
10:1), jednak podle metodiky[10]
(při poměru loužící kapaliny k povrchu tělesa 1 litr na 200 cm2).
Z výsledků laboratorních experimentů S/S a stabilizace neutralizačních kalů
Frýdek-Místek vyplynulo, že bez ohledu na rozdílný způsob přípravy a vyzrávání
zkušebních těles a bez ohledu na různý postup při přípravě vodných výluhů, se vyluhovatelnost sloučenin niklu a manganu
ze stabilizátů snížila o 2-3 řády u všech druhů použitých stabilizačních
přísad! Účinnost všech 4 druhů fluidních popílků jako stabilizačních přísad je
při stejném dávkování (1:1 hmot. dílů) srovnatelná s účinností cementu,
což potvrzuje záměr řešitelů nahradit při solidifikaci a stabilizaci
nebezpečných odpadů, a to i ropných a dalších průmyslových kalů cement, který
se dosud k tomuto účelu používá.
Pevnosti v tlaku zkušebních těles vyrobených ze
zavlhlých směsí zhutněním pěchováním jsou po 28 dnech zrání více než
postačující pro využití ve stavebnictví pro různé aplikace, zejména pro
stavební konstrukce na skládkách odpadů.
V rámci výzkumu bylo taktéž zjištěno, že se
v případě S/S některých odpadů
může při použití popílku být pevnost vyšší než v případě, kdy je použit
cement .
Pro prosazení této nové metody do naší praxe je
nejprve nutné upravit některé kapitoly současné legislativy, které by
povolovaly budování jednodruhových skládek jako samostatných zařízení přímo
v sanovaných areálech s tím, že mohou být využity pro modelaci terénu
i v příměstských či průmyslových částech městských zástaveb pro potřeby
budování areálů pro zimní (lyžařské) i letní (motokros) sporty.
Výzkum byl uskutečněn v rámci programu MŠMT a výzkumného projektu
WASTE STAB (IČ Projektu: E!2729)
Literatura:
Anonymus (2001): Metodika
Státního zdravotního ústavu Praha.- Praha
Anonymus (2001): Vyhláška MŽP ČR
č. 383/2001 Sb. o problematice nakládání s odpady.- Praha
Bednařík V., Vondruška M.,
Březíková Z., Koutný M. (2004): Zneškodňování nebezpečného kapalného odpadu.-
Odpadové fórum, č.5, str. 27- 29
Březíková Z., Bednařík V., Vondruška M. (2004): Stabilizace/S/S chladící kapaliny z autovraků.- Sb.konferenci
„Sanační technologie“, konané 26.-27.5.2004 v Luhačovicích,
Březíková Z., Bednařík V.,
Vondruška M. (2004): Stabilizace/S/S
chladící kapaliny z autovraků.- Sb. Mezinárodní konference TOP
2004, konané 30.6.-2.7.2004 v Častá-Papiernička
Březíková Z., Bednařík V.,
Vondruška M. (2004): Zneškodnění odpadní chladící kapaliny metodou
stabilizace/S/S .- Sb. Mezinárodní konferenci ODPADY 2004, která se konala
4.-5.11.2004 ve Spišské Nové Vsi
Keznikl L., Landa I., Pokorný L.
(2005): Možné směry odstranění solidifikátu ze sanovaných starých ekologických
zátěží.- Sb. IX. Konference Ekologie a nové stavební hmoty a výrobky.- Telč,
31.5. – 2.6.2005, Výzkumný ústav stavebních hmot Brno, str. 93 – 97, ISBN
80-239-4905-5
Kuchar D., Bednařík V., Vondruška
M., Hitoki Matsudy (2004): Properties
of Wastewater Treatment Sludge Stabilized by Fluidized Bed Combustion Fly Ash
during Long Time Period“ (Dlouhodobé vlastnosti čistírenských kalů stabilizovaných fluidním popílkem). - 10th
Apcche congress, který se konal 17.-21.10. 2004 v Kitakyushu
v Japonsku.
Tvrdý J., Gebhard G., Landa I.
(1998): Využití metody minerální stabilizace při sanaci skládek ropných kalů a
dehtů.- časopis EKO Ekologie a společnost, Praha, č.5, str.8 –12.
[1] ENVIREX Nové Město na Moravě
– evirex@envirex.cz,
[2] FLE CZÚ Praha – landa@fle.czu.cz
[3] Za jednu z největších
starých zátěží sanovaných ve světě je považován stabilizace organických kalů
v lagunách naftových rafienrií v oblasti Port Arthur u Beamontu
v Texasu, kde bylo sanováno více než 1,7 mil tun kalů metodou S/S, kdy
bylo použito 15% hm. cementu. Produktivita sanace je zde 4,5 tis t/den na
soupravu. Cena je cca 25 – 40 USD/t..
[4] Vzorky z roku
2003
[5] Vzorky z roku I-XII 2004
[6] Vzorky z roku IX-VII/2004
[7] viz příloha č.12
k vyhlášce MŽP č.383/2001 Sb. o podrobnostech nakládání s odpady
[8] viz
příloha č.2 k zákonu č.185/2001 Sb. o odpadech a změně některých dalších
zákonů
[9] Možnost přecházet přes vrstvu solidifikátu bez ohrožení zdraví
[10] Metodika Státního zdravotního ústavu Praha