Jaromír Keznikl[1]), Ivan Landa[2]), Ladislav Pokorný1

 

 

 

 

Sanace starých ekologických zátěží s využitím metody solidifikace 

 

 

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%)

- sušiny

 

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.

Výsledky poloprovozních experimentů prokázaly, že pevnosti v tlaku stabilizovaného neutralizačního kalu Frýdek-Místek po 28 dnech zrání jsou dostatečné pro bezpečnou pochůznost[9] i pro pojezd kolových vozidel. Příznivé výsledky orientační experimenty měření lineárních a objemových změn stabilizátu po 28 dnech zrání naznačují, že stabilizovaný kal F-M po odlevu ve formě husté suspenze do konstrukce zemního tělesa bude vytvářet pevné bloky s minimálním výskytem trhlin. Vynikající výsledek experimenty vyluhovatelnosti vodou po 28 dnech zrání dává předpoklad pro certifikaci stabilizovaného kalu Frýdek-Místek jako stavebního materiálu pro konstrukční prvky skládek odpadů, což je i hlavním výstupem výzkumu.

            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

tml>