Téglagyártás szennyvíziszap hamujából

Átírás

1 EGYÉB HULLADÉKOK 6.8 Téglagyártás szennyvíziszap hamujából Tárgyszavak: szennyvíziszap szárítása; minőségi vizsgálatok; a tégla jellemzői. Szükség van a szennyvíziszap biztonságos újrahasznosítására A víztisztítás egyre nagyobb fokú elterjedésével Tajvanon is felmerült az igény a szennyvíziszap hamujának gazdaságos és környezetvédelmi szempontból biztonságos újrahasznosítására. A szennyvíziszapot egy ideig elföldelték (deponálták), de az urbanizáció terjedésével egyre inkább áttértek az égetéssel történő feldolgozásra, és az így kapott hamut megpróbálták építőipari nyersanyagként hasznosítani amivel a hulladék értékes nyersanyaggá alakítható. Számos korábbi próbálkozás történt magának az iszapnak vagy hamujának cementbe, agyagba, téglába való beépítésére, és kimutatták, hogy mindkét nyersanyag használható téglaipari adalékként bár a szárított iszap bekeverése kiégetés során gyakran egyenetlen felületet eredményezett. A maximálisan hozzáadható hamu mennyisége 50%, de 10%-os adalékolás esetén még az eredetivel megegyező minőségű és tulajdonságú tégla gyártható. Az alábbiakban a hozzáadott hamu mennyiségének és a kiégetés hőmérsékletének hatását mutatjuk be a tégla minőségére. Az alkalmazott anyagok és módszerek Az 1. ábrán látható a kísérlet folyamatábrája. A vízmentesített szennyvíziszapot hevederes szalagprésről gyűjtötték össze egy kommunális szennyvíztelepről, amely naponta 0,4 0,5 M t szennyvizet tisztít és kb. havi 160 t iszapot termel. A begyűjtött iszapot 1 napig 103 C-on szárították, majd bizonyos alapvizsgálatokat elvégeztek rajta (részecskeméret, ph, elemösszetétel, részecskesűrűség, szervesanyag-tartalom, fajlagos felület /SSA/). A fajlagos felületet az ASTM C204 szerint, levegőáteresztés alapján határozták meg. A téglaipari felhasználás előtt az iszapot 800 C-on izzították, majd további kezelés nélkül agyagpótló anyagként használták.

2 vízmentesített szennyvíziszap 105 C szárítás szárítószekrényben 800 C-os izzítás iszap és hamu jellemzőinek meghatározása őrölt agyag téglakeverék készítése 0 50% hamu 24 órás érlelés, majd 103 C-os szárítás szárítószekrényben vizsgálatok: fajlagos felület Atterberg vizsgálat tömörítési vizsgálat extrúzió standard szerszámba kiégetés 950, 1000 és 1050 C-on levegő eltávolítása a keverékből téglavizsgálatok: kiégetési zsugorodás izzítási veszteség vízabszorpció térfogattömeg nyomószilárdság jelentés 1. ábra A kísérleti eljárás folyamatábrája A téglaipari nyers agyagot először őrölték, majd az agyag hamu keverékek plasztikus jellegének jellemzésére fajlagos felület, Atterberg-határ és AASHTO vizsgálatot végeztek annak érdekében, hogy megtalálják az optimális nedvességtartalmat (OMC). A keverékeket az optimális nedvességtartalom mellett kevertették, és vákuummal eltávolították belőle a levegőt, hogy ne re

3 pedezzen a későbbi feldolgozás során. A keveréket standard ( mm) szerszámokba öntötték, 24 óráig érlelték, majd 24 óráig 105 C-on szárították, végül 950, 1000 vagy 1050 C-on 6 óráig kiégették. Az elkészült téglákat az ROC CNS1127-R3042 szabvány előírásai szerint bevizsgálták (izzítási zsugorodás, izzítási veszteség, vízabszorpció, térfogattömeg, nyomószilárdság). A vízmentesített iszap szervesanyag-tartalmát 4 órás, 550 C-os kemencében történő izzítással határozták meg. A főbb fémionokat (Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ni, Pb) 1:3 arányú HNO 3 :HCl eleggyel történő feltárás után határozták meg. A toxikus anyagok kioldódását (TCLP) a ROC-EPA előírásoknak megfelelően végezték. A fémionok koncentrációját az oldatban atomabszorpciós spektroszkópiával határozták meg. Az iszap és az agyag jellemzői Az iszap hamujának ph-ja 6,0 körüli, azaz gyakorlatilag semlegesnek tekinthető, a fémionok kioldódásának veszélye minimális. A magas kiégetési hőmérsékleten a fémek amúgy is oxiddá alakulnak, ami tovább csökkenti az oldhatóságot. Ha azonban a kiindulási anyag nehézfém-tartalma nagy, és fennáll a lehetősége a savas oldatokkal való érintkezésnek, gondosan meg kell vizsgálni a kioldódás veszélyét. 1. táblázat A fémkioldódási (TCLP) vizsgálatok eredményei és az iszap teljes fémtartalma az előírt határértékekkel összehasonlítva Fém Teljes fémtartalom 105 -os szárítás után (mg/kg) TCLP 105 C-on szárított iszapból (mg/l) TCLP 800 C-on izzított iszapból (mg/l) Törvény szerinti TCLP határérték (mg/l) Cd 4 0,03 0,03 1,00 Co 31 0,25 0,21 Cr ,24 0,06 0,50 Cu ,95 0,82 15,00 Fe ,12 0,47 Ni 774 6,52 1,97 Pb 310 0,54 0,37 5,00 Zn ,75 8,14 25,00 A nyersiszap fémtartalmát, valamint a szárított és izzított iszapból kioldható fémek mennyiségét az 1. táblázat mutatja. A legtöbb aggodalomra okot adó anyag a cink, de még itt is messze a megengedett határérték alatti koncentrációt mértek. Az a tény, hogy a szárított iszapból több fémet lehetett kioldani, mint a hamuból, arra utal, hogy az izzítás során keletkező oxidok kevés

4 bé oldhatóak, mint az eredetileg előforduló vegyületek. A TCLP vizsgálatok alapján mindenesetre sem az iszap, sem annak hamuja nem tekinthető veszélyes anyagnak. Különös tekintettel arra, hogy a későbbi kiégetés során a fém-oxidok képződése még inkább előrehalad, és hogy a tégla hamutartalma legfeljebb 50%, a kioldódás veszélye minimális. A hamu fajlagos felülete (4861 cm 2 /g) összemérhető az agyagéval (5222 cm 2 /g), ezért csak kis mértékben kell változtatni a téglakészítéshez szükséges víz mennyiségét. A nedvességfelvétel hatását a plaszticitásra az Atterberg határ vizsgálattal mérik. A nem plasztikus talajok esetében az úgynevezett plaszticitási index 0 5, kis plaszticitású talajoknál A kísérletekben használt agyagra kb. 18-as érték adódott, és még 30% hamu hozzáadására sem csökkent 15 alá. Az optimális nedvességtartalmat (OMC) úgy határozzák meg, hogy milyen nedvességtartalom mellett érhető el a maximális sűrűség, eredményként 13-15% adódott. A tégla jellemzői A tégla vízabszorpciója kritikus az élettartam szempontjából. Minél nagyobb a vízfelvétel, annál rövidebb élettartamra számíthatunk. Az ASTM C67-60 szabvány szerint mérhető vízabszorpciót a hamutartalom és a kiégetési hőmérséklet függvényében a 2. ábrán láthatjuk. Jól látható, hogy a hamutartalommal arányosan nő a vízabszorpció, amit valamelyest csökkent, ha növeljük a kiégetés hőmérsékletét. A hamu hozzáadása csökkenti az agyagkeverék plaszticitását, kohéziós és tapadási tulajdonságait, vagyis megnő a pórusképződés veszélye ezért is nő a vízabszorpció. Az ábrából az is látható, hogy ha a hamutartalom 30% alatt marad, a téglák minősége még megfelel a másodosztályú kategóriának. 25 vízabszorpció, % vízabszorpciós kritérium első osztályú tégla 15% alatt másodosztályú tégla 19% alatt 950 C 1000 C 1050 C hamutartalom a keverékben, %(m/m) 2. ábra A kiégetési hőmérséklet hatása a téglák vízabszorpciójára

5 Egy másik fontos kiértékelési szempont a kiégetés közbeni zsugorodás, aminek értéke a jó minőségű téglák esetében nem haladhatja meg a 8%-ot. Amint a 3. ábrán látható, a hamu hozzáadása erre a tulajdonságra kimondottan előnyös: a hamu hozzáadása nélkül mért 13% fölötti zsugorodás már 10% hamu hozzáadására 10% alá csökken. Ez azzal van összefüggésben, hogy a hamu jóval kevésbé duzzad víz hatására, mint az agyag. A kiégetési hőmérséklet növelésével nő a zsugorodás mértéke is C 1000 C 1050 C optimális hamuadalékolási % nyomószilárdsági kritérium első osztályú tégla >150 kg/cm 2 másodosztályú tégla >100 2 k / hamutartalom a keverékben, %(m/m) 3. ábra A hamutartalom és a kiégetési hőmérséklet hatása a tégla nyomószilárdságára Mivel a hamut a folyamat során 800 C-on kiizzították, további izzítási veszteség csak az agyagból származhat, ezért az izzítási tömegveszteség annál kisebb, minél több a hamu a tégla alapanyagában. A szabványok szerint az izzítási veszteség 15% alatt kell, hogy legyen, aminek minden összetétel megfelelt (10% és 6% között, a hamutartalom és a kiégetési hőmérséklet függvényében). A hamu hozzáadása nélkül készült téglák felülete egyenetlenebb volt, ami talán éppen az agyagból kiégő szerves komponensek jelenlétével magyarázható. A normál agyaggal készült téglák térfogattömege 1,8 és 2,0 g/cm 3 közötti, ami a hamu hozzáadására valamelyest csökken (50% hamutartalomnál 1,6 1,7 g/cm 3 ). A sűrűség nagyobb, ha magasabb a kiégetés hőmérséklete. Minél nagyobb a sűrűség, annál kisebb a porozitás, annál kisebb a vízfelvétel. A hamu felhasználásával készült téglák nyomószilárdságát a hamutartalom és a kiégetési hőmérséklet függvényében a 3. ábra mutatja, amely az alkalmazás szempontjából az egyik legfontosabb jellemző. A szilárdság egé

6 szen 40% hamutartalomig nem rosszabb, mint a tisztán agyagból készített minta esetében, de 20% jelenti az optimumot. A szilárdság szempontjából az optimális kiégetési hőmérséklet 1000 C. A hamu hozzáadásával készített téglák mind megfeleltek a CNS382 R2002 szerinti első osztályú kritériumnak, vagyis nyomószilárdságuk 150 kg/cm 2 fölött volt. Az adatok azt mutatják, hogy a szennyvíziszapból nyert hamu műszaki szempontból biztonságosan felhasználható téglaipari adalékanyagként a megfelelő izzítási hőmérséklet beállításával. (Bánhegyiné Dr. Tóth Ágnes) Lin, D.F., Weng C.H.: Use of sewage sludge ash as brick material. = Journal of Environmental Engineering, 127. k. 10. sz p Both, G.; Friedrich, H. stb.: Neue Strategien der Klärschlammentsorgung in NRW. = Wasserwirtschaft Abwasser Abfall, 48. k. 10. sz p