Full text - Vodní zdroje Ekomonitor spol. s ro
Transkript
APPLICATION OF INNOVATIVE METHODS IN WASTE SOLIDIFICATION VYUŽITÍ INOVATIVNÍCH POSTUPŮ PŘI SOLIDIFIKACI ODPADŮ Jiří Hendrych1), Jiří Kroužek1), Martin Kubal1), Pavel Špaček2) 1) Institute of Chemical Technology Prague, Faculty of Environmental Technology, Technická 5, 166 28 Praha 6, Czech Republic, e-mail: [email protected] 2) CHEMCOMEX Praha a.s., Elišky Přemyslovny 379, 156 00 Praha 5, Czech Republic, e-mail: [email protected] Abstract: Process development of the waste stabilization/solidification method is directed to the use of effective agents and mixtures. The pressure on the efficacy of the process together with the requirements arising from the use of bulk-byproducts cause that the applications of innovative practices in a relatively established processes are asserted. The research direction in the field of the procedures optimalization for the application of modern waste stabilization/solidification techniques in terms of application of various raw materials, process conditions and additives is presented. Keywords: Stabilization, solidification, waste, binder, additive, geopolymer Abstrakt: Vývoj v oblasti metody stabilizace/solidifikace odpadů směřuje k použití účinných činidel a směsí. Tlak na efektivitu procesu společně s požadavky na využití velkoobjemově vznikajících vedlejších produktů vedou k uplatňování inovativních postupů u relativně zavedených procesů. Příspěvek představuje směr výzkumu při optimalizaci podmínek a uplatňování moderních postupů při stabilizaci/solidifikaci odpadů z hlediska uplatnění různých výchozích surovin, příměsí a podmínek procesu. Klíčová slova: Stabilizace, solidifikace, odpad, pojivo, přísada, geopolymer Úvod Veškerá výrobní a spotřební činnost člověka je nedílně spjatá s produkcí odpadů, z nichž značnou část tvoří odpady průmyslové. Řada odpadů vznikajících ve výrobních odvětvích nese nebezpečné vlastnosti a problematika nakládání s odpady je aktuální tematikou pro průřez různými průmyslovými odvětvími, ať už se jedná o jejich využívání, nebo odstraňování. Na základě požadavků zakotvených v legislativě dochází k nakládání s těmito odpady tak, aby došlo k omezení interakce škodlivých složek s životním prostředím. Uplatněné způsoby nakládání s těmito materiály mají za cíl odstranění nebo omezení nebezpečných vlastností odpadů. Jedním ze způsobů, jak je možné splnit předchozí požadavek, je stabilizace odpadu. Stabilizace představuje specifický způsob fyzikálně-chemické úpravy odpadu, kdy dochází k převedení odpadu do méně toxické podoby s přispěním chemických reakcí. Ve většině případů dochází zároveň k solidifikaci odpadu, kdy materiál nabývá zpevněné podoby. Výsledkem je materiál s omezenou vyluhovatelností toxických látek a vhodnými mechanickými vlastnostmi a dobrou manipulovatelností (Kuraš a kol., 2008). Řešená problematika Aplikace procesu stabilizace/solidifikace je používaná a rozšířená řadu let, zejména ve smyslu použití hydraulických pojiv na bázi cementu s přídavkem různých aditiv, retardérů či aktivátorů. Metoda je dobře prozkoumána pro mnoho kombinací konkrétních tuhých či polotekutých odpadů a z hlediska přípravy různých stabilizačních činidel a jejich směsí (Kafka, Punčochářová, 2004). Metodou stabilizace/solidifikace lze zpracovat celou řadu anorganických i organických škodlivých látek přítomných v materiálu (Matějů, 2006). Tento způsob zpracování odpadů však vzhledem k použití různých druhů cementu není zcela ideální (výroba cementu zatížená značnou produkcí oxidu uhličitého, nutnost dosahování vysokých teplot v cementářských pecích, cena produktu). Proto dochází postupně v oblasti aplikace klasického způsobu stabilizace/solidifikace odpadů k použití velkoobjemově produkovaných materiálů, které mohou cement ve stabilizačních směsích nahrazovat. Jedná se především o využití vedlejších energetických produktů. Například vhodně vybrané fluidní popílky lze úspěšně používat pro stabilizaci/solidifikaci odpadů, neboť vykazují některé vlastnosti, díky nimž je lze v solidifikačních směsích v určitém poměru používat a cement do jisté míry nahrazovat tímto nebo podobným materiálem anebo směsí podobných materiálů. To vede k nespornému ekonomickému zatraktivnění dotčené metody. Řada receptur pro směsná stabilizační činidla je pod patentovou ochranou. Popílky a jiné vedlejší produkty (například odprašky, struska atd.) vznikající ve velkém množství, mohou být s výhodou využity k přípravě anorganických polymerních matric, tzv. geopolymerů. Vedle těchto materiálů lze využít k tvorbě geopolymerů přírodní hlinitokřemičitany po vhodné předúpravě. Jako suroviny lze s výhodou využít materiály kaolinitického typu, které pro zpracování na keramiku nevykazují vhodné vlastnosti zejména z důvodů obsahu různých příměsí. První aplikace geopolymerů ve stavebnictví pocházejí ze 70. let dvacátého století, výzkum těchto materiálů zaznamenal zejména v poslední dekádě velký rozmach, kdy byla pozornost zaměřena na výrobu dlažby a stavebních prefabrikátů, umělého kamene, kompozitních materiálů, využití při zpracování odpadů, či výrobu žáruvzdorných a izolačních materiálů a k jejich uplatnění došlo také v oblasti restaurátorství. Vzniklé vyzrálé produkty mají vynikající mechanické vlastnosti, nízkou porozitu, odolávají vysokým teplotám, korozi, časově jsou velmi stálé a přinášejí oproti použití klasických materiálů řadu dalších výhod. V oblasti zhotovování stavebních prvků je možné do směsi přidávat nejrůznější plniva, v oblasti solidifikace nebezpečných odpadů je cílem začlenění co největšího množství odpadu do materiálu při dosažení požadovaných mechanických a zejména pak vyluhovacích vlastností. Největší přínos však spočívá v oblasti zpracování nebezpečných odpadů metodou stabilizace/solidifikace v tom, že solidifikát může být v případě geopolymerů tvořen z materiálu původně nižší užitné hodnoty v porovnání s různými druhy cementu. Principem tuhnutí těles solidifikátu v případě cementových směsí je hydratace, zatímco principem geopolymerace je kondenzace následující po alkalické aktivaci prekurzorů, proces obsahuje několik kroků. Při působení silně alkalického prostředí na původní alumosilikátové materiály dochází ke vzniku polymeru s dvoj až trojrozměrnou amorfní nebo semikrystalickou strukturou několika typů, podle poměru atomů křemíku a hliníku. Vzniklý produkt představuje materiál na rozhraní mezi skelnými a keramickými materiály a klasickými anorganickými pojivy (Škvára, 2010) a jeho vlastnosti jsou závislé na výchozích surovinách a jejich poměru, koncentraci alkalického aktivátoru a konkrétních podmínkách přípravy. Literatura přináší řadu informací o úspěšnosti imobilizace například těžkých kovů v geopolymerní matrici (Fernández-Pereira et al., 2009; Bankowski et al., 2004), pro jednotlivé kovy se údaje liší a záleží na vlastnostech materiálu a podmínkách geopolymerace. Přesný mechanismus inhibice není zcela objasněn, soudí se, že probíhá pomocí více mechanismů: chemické vazby látek s matricí, adsorpce a fyzikální inhibice. (Koplík, 2012) Rovněž v oblasti tvorby geopolymerů a jejich aplikace pro zpracování nebezpečných či radioaktivních odpadů existuje řada řešení s patentovou ochranou (Straka a kol., 2008; Davidovits, 1992), nicméně tato oblast stále přináší prostor pro inovace. Dílčím cílem výzkumu je tedy aplikace zmíněné procedury na materiály s obsahem nebezpečných látek s uplatněním různých výchozích surovin, podmínek tvorby solidifikátu a aplikací aditiv tak, aby bylo dosahováno co nejlepších vlastností produktu z hlediska vyluhovatelnosti kontaminantů. Materiály podléhajícími procesu stabilizace/solidifikace budou matrice, které jsou touto metodou zpracovávány nebo ke zpracování touto metodou vykazují potenciál. Závěr Uvedený příspěvek naznačuje dílčí náplň projektu aplikovaného výzkumu, podává základní náhled na směr, kterým se řešitelé ubírají ve snaze zefektivnění metody stabilizace/solidifikace nebezpečných odpadů. Spoluvyužití vedlejších energetických produktů a přírodních materiálů, které mohou podléhat geopolymeraci je žádoucí a spolu s modifikací podmínek při tomto procesu a hledáním vhodných komponent, které lze do solidifikačních směsí přidávat za vzniku produktů vymezených vlastností, jsou jednou z oblastí zájmu a činnosti řešitelů. Poděkování Příspěvek byl připraven v rámci výzkumu realizovaného s podporou projektu „Aplikace moderních postupů a materiálů při stabilizaci odpadů“ (TAČR - TA02021344). Literatura: Bankowski P., Zou L., Hodges R. 2004. Reduction of metal leaching in brown coal fly ash using geopolymers. Journal of Hazardous Materials 114 (1-3), 59 – 67. Davidovits J. 1992. Method for obtaining a geopolymer binder allowing to stabilize, solidify and consolidate toxic or waste materials, patent WO9204298. Fernández-Pereira C., Luna Y., Querol X., Antenucci D., Vale J. 2009. Waste stabilization/solidification of an electric arc furnace dust using fly ash-based geopolymers. Fuel 88 (7), 1185-1193. Kafka Z., Punčochářová J. 2002. Pojiva a aditiva pro chemickou stabilizaci nebezpečných odpadů. Chem. Listy 96, 800-804. Koplík J. 2012. Inhibice nebezpečných látek v alumináto-silikátových systémech. Disertační práce, VUT v Brně. Kuraš M., Dirner V., Slivka V., Březina M. 2008. Odpadové hospodářství. Vodní zdroje Ekomonitor, s.r.o., Chrudim. ISBN: 978-80-86832-34-0. Matějů V. (ed.). 2006. Kompendium sanačních technologií. Vodní zdroje Ekomonitor, s.r.o., Chrudim. ISBN: 80-86832-15-5. Straka P. a kol. 2008. Způsob solidifikace a stabilizace radioaktivních odpadů, patent CZ299909. Škvára F. 2010. Aluminosilikátové polymery (geopolymery). Sklář a keramik 60, 61-63.
Podobné dokumenty
Format PDF - Doc. MUDr. Marek Ľubušký Ph.D.
a histopatologický typ nádoru, existuje celá řada dalších faktorů, které mohou ovlivňovat a predikovat průběh onemocnění, a proto jsou důležité pro stanovení rozsahu operačního výkonu a případně nu...
VíceTechnologie solidifikace popelů a odpadů v globálním měřítku
Sumarizace potenciálů a možných rizik dokáže jasně specifikovat směr dalšího výzkumu a zejména vývoje výrobních technologií. Hodnotné odpadní materiály jsou hlavně v podobě strusek z hutnictví a dále
Víceliterární data
Autoři rozdělují částice v imisích v průmyslové oblasti do 8 skupin. I. Skupinu tvoří částice bohaté na uhlík, které tvoří až 39% z celkového množství analyzovaných částic. Tyto částice mají hlavně...
VíceProfil Fakulty technologické Fakulta v číslech
Ústav fyziky a materiálového inženýrství (UFMI) zabezpečuje na fakultě technologické výuku ve studijním oboru Materiálové inženýrství, které je zaměřeno na zvládnutí a porozumění zákonitostí ovlivň...
VíceAlkali aktivierte Flugasche
V rámci intenzivního výzkumu jsou hledány způsoby pro zabránění výkvětů. Použití K aktivátoru (K2CO3 netvoří hydráty) není optimální, vysoká cena, nízké pevnosti geopolymerů na bázi popílků i metak...
VíceStandardized MedDRA Queries, SMQ
Tato Úvodní příručka je napsána v češtině a je určena pouze pro použití spolu s českou verzíMedDRA a jejími SMQ specifickými pro tuto verzi. Všimněte si prosím, že obsah SMQ se může změnit od fáze ...
Více(Standardized MedDRA Queries, SMQ) Verze 17.0
Tato Úvodní příručka pro standardizované dotazy MedDRA (Standardized MedDRA Queries, SMQ) verze 17.0 je napsána v češtině a je určena pouze pro použití spolu s českou verzí MedDRA a jejími SMQ spec...
Více