Solidifikace odpadních kalů obsahujících těžké kovy

Vápenný hydrát patří mezi nehydraulická (vzdušná) pojiva, která tuhnou pouze na vzduchu. Vyrábí se ze vzdušného vápna procesem zvaným hašení, kdy z oxidu vápenatého a vody vznikají silně exotermní reakcí krystaly hydroxidu vápenatého. Oxid vápenatý při styku s vodou vytváří vodnou suspenzi, která po ztrátě vody tuhne. Je však nutná přítomnost oxidu uhličitého. Jeho reakcí s hydroxidem vápenatým vzniká uhličitan vápenatý, který zvyšuje pevnost vzniklého tělesa. MEZITITULEK: Využití k přesypům Produkty připravené solidifikací vápenným hydrátem lze využít v technologii skládkování, např. k přesypu polétavého materiálu, případně k zpevnění dopravního systému v tělese skládky. Tím je zajištěn přístup vzdušného oxidu uhličitého k povrchu solidifikátu a jeho další dozrávání ve skládkovém tělese. Ve vlhkých podmínkách vápenné solidifikáty postupně ztrácejí pevnost a rozrušují se. Ke snížení mobility (vyluhovatelnosti) některých typů kontaminantů se při stabilizaci/solidifikaci odpadů přidávají k příslušným pojivům různá aditiva. Vzhledem k tomu, že obsah toxických kontaminantů je ve většině reálných vzorků relativně nízký, stačí v řadě případů i nepatrný přídavek příslušného aditiva, který je stechiometricky řádově vyšší, a tudíž pro dosažení žádaného efektu dostatečný. Často se naopak jedná o náhradu relativně drahých surovin používaných jako pojiva (cement, vápno) levnějšími materiály, někdy i odpadními, které lze v tomto procesu využít. Mezi často používané hlinitokřemičitany patří bentonit. Velká adsorpční schopnost souvisí s vysokou hodnotou měrného povrchu bentonitů, který u nejlepších druhů dosahuje až 800 m2.g-1. Jako aditivní složky se s výhodou používají také odpadní popílky, jejichž složení je proměnlivé v závislosti na typu spalovaného uhlí. Chemicky se jedná o látky s vysokým obsahem sklotvorného materiálu. Obsahují průměrně 45-55 % oxidu křemičitého, 17-30 % oxidu hlinitého, 5-18 % oxidu železitého, jednotky procent oxidu vápenatého, hořečnatého, titaničitého, draselného a oxid sírový. Velikost částic popílku je řádově 10-7 - 10-3 m. Obsah kovů (měď, zinek, olovo, arzen, kobalt, chróm, nikl, mangan) se pohybuje v rozmezí desítek až stovek ppm, přičemž vyšší koncentrace bývají dosahovány na jemnějších frakcích. Při stabilizaci se využívá tzv. puzzolanických vlastností popílku, což je schopnost za určitých podmínek hydraulicky tuhnout a tvrdnout. Tato schopnost se obvykle iniciuje v alkalickém prostředí, tedy v přítomnosti cementu nebo vápna jakožto nejčastěji používaných pojiv, a vody. MEZITITULEK: Solidifikovaný odpad Solidifikační technologie byla v laboratorním měřítku využita pro stabilizaci odpadních kalů pocházejících z provozoven povrchové úpravy kovů. Jako příklad byl použit vzorek kalu odebraný z kalového pole neutralizační stanice. Jedná se o směsný kal šedočerné barvy s obsahem sušiny 42 % hm, vytvářený v delším časovém období a obsahující v nadlimitních koncentracích chrom a olovo. Ve vlastním solidifikačním procesu byl jako pojivo použit vápenný hydrát a jako aditiva bentonit a popílek. Pro posouzení úspěšnosti tohoto procesu a sledování kvality připravených solidifikátů byly využity testy vyluhovatelnosti. Vedle standardního vodného výluhu byly zkoušeny i výluhy kyselé. Jedná se o roztoky minerálních kyselin, odpovídající reálným kyselým dešťům, a organické kyseliny uplatňující se ve fázi kyselinotvorného kvašení při anaerobním stadiu ve skládkách. Solidifikace vzorku odpadního kalu vápenným hydrátem měla příznivý vliv na snížení obsahu kadmia, niklu, olova a zinku ve všech typech výluhů a nejlepší výsledky byly dosaženy u solidifikátů s vyšším obsahem odpadního kalu (poměr 4 : 1). Vyluhovatelnost chromu a mědi se naopak podařilo výrazně snížit pouze u solidifikátu s nižším obsahem odpadního kalu (poměr 0,5 : 1). V ostatních případech se schopnost těchto kovů přecházet do roztoku snížila minimálně, nebo se dokonce zvýšila. Při solidifikaci vzorku vápenným hydrátem za přídavku popílku bylo nejnižších koncentrací kadmia, chrómu, olova a zinku v neutrálním výluhu dosaženo u solidifikátu v poměru 3 : 1 : 1. Přestože výluhy samotného popílku obsahovaly poměrně velké množství chrómu, nedošlo ke zvýšení jeho koncentrace ve výluzích ze solidifikátů a naopak s větším množstvím popílku v solidifikátu jeho koncentrace dokonce klesala. Z toho je zřejmé, že popílek v kombinaci s vápenným hydrátem má v solidifikátu významný vliv na jeho imobilizaci. Koncentrace niklu byla ve všech výluzích pod mezí stanovitelnosti a koncentrace mědi byla nejnižší u solidifikátu v poměru 3 :1 : 2. Při solidifikaci vzorku vápenným hydrátem za přídavku bentonitu se s vyšším přídavkem bentonitu zvyšovaly ve výluzích solidifikátů koncentrace kadmia a olova. Pozitivně zvyšující se přídavek bentonitu projevil pouze při stabilizaci mědi. Ve všech výluzích solidifikátů obsahujících jako aditivum popílek i bentonit byly koncentrace niklu a olova nižší než je jejich mez stanovitelnosti. Zatímco koncentrace chrómu a mědi ve výluzích s přídavkem většího množství aditiva klesaly, u kadmia a zinku tomu bylo naopak. Zvyšující se přídavek aditiv měl pozitivní vliv na hodnoty pH výluhů. MEZITITULEK: Náhrada drahých pojiv Vzhledem k nutnosti úpravy odpadních kalů obsahujících těžké kovy před jejich uložením na skládku je z důvodů ekonomických výhodné nahrazovat relativně drahá pojiva různými levnějšími aditivy, která navíc snižují vyluhovatelnost kontaminantů.. Nejlepší výsledky byly dosaženy u solidifikátů obsahujících jako aditivum popílek a bentonit. Při vhodném poměru jednotlivých složek (odpad : vápenný hydrát : popílek : bentonit v poměru 3: 1 : 2 : 2) byly s výjimkou kadmia koncentrace všech sledovaných kovů ve výluzích nižší, než jsou jejich limitní hodnoty I. třídy vyluhovatelnosti. AUTOR: doc. Ing. Zdeněk Kafka, CSc., RNDr. Jana Punčochářová, CSc., Ústav chemie ochrany prostředí, Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Zdroj: ODPADY