Potenciál popílku pro stabilizaci kalů

Zvyšující se poptávka po elektrické energii je nedílnou součástí života dnešní společnosti a stále naléhavěji vyvstává otázka, jakým způsobem ji budeme vyrábět. Existují nové, moderní způsoby její výroby a existuje i mnoho vizí do budoucna. Je však téměř jisté, že v nejbližších letech, možná desetiletích bude jedním z hlavních způsobů výroby elektrické energie spalování uhlí. Bude tak nadále vznikat obrovské množství klasického popílku ze spalování. Výroba elektrické energie spalováním uhlí sebou nese zátěž nejen v podobě vypouštěných kouřových plynů, ale i v množství produkovaných pevných odpadů. Pokud se blíže podíváme na stav produkce odpadů z energetického průmyslu, tak podle výroční zprávy ČEZ za rok 1999 byla produkce popela a popílku v ČR 6 mil. tun, přičemž popílek se na celkovém množství podílel 83 %, tj. 5 mil. tun. Stejný zdroj uvádí, že jako druhotné suroviny bylo ve stejném roce využito 49,1 % popela či popílku, což odpovídá 3 mil. tun. Zbývající množství bylo bez využití potencionálně výhodných vlastností zneškodněno skládkováním. Z grafu je zřetelně vidět pokles v produkci odpadů z energetiky v letech 1984-1992, a zároveň je možné si povšimnout nezanedbatelného faktu, kterým je poměrně konstantní produkce od roku 1992 dodnes. Můžeme tak údaj z roku 1999 o 3 mil. tun nevyužitého klasického popílku považovat za platný i dnes. MEZITITULEK: Charakteristika klasického popílku Klasický popílek vzniká ve spalovacím procesu v konvenčních typech elektráren, kdy ke spalování dochází na roštu. Jako palivo je používáno uhlí, které je nejdříve pomleto, a poté je dávkováno do spalovacího procesu. Na rozdíl od spalování ve fluidním typu kotle není do spalovacího procesu dávkován rozemletý vápenec a složení obou vznikajících popílků se tak z chemického hlediska značně liší. Klasický popílek je nejmenší frakce, která odchází ze spalovacího procesu jako úletový produkt a je zachycován tkaninovými filtry. Fyzikální a chemické vlastnosti klasického popílku lze porovnat s portlandským cementem, a využít ho jako hydraulické pojivo při stabilizaci/solidifikaci (S/S) čistírenských kalů. Byly porovnány fyzikální vlastnosti popílku a cementu (hustota, sypná hmotnost), a byla taktéž provedena sítová analýza. Chemické složení klasického popílku i cementu bylo porovnáváno z hlediska obsahu jednotlivých oxidů. Dále byla stanovována sušina a ztráta žíháním a parametry vodného výluhu klasického popílku v porovnání s vodným výluhem cementu. Klasický popílek pocházel z teplárny firmy Synthesia, a. s., Pardubice. V této teplárně je spalováno černé uhlí pocházející z Ostravsko-karvinské pánve (důl Darkov). Portlandský cement použitý ke srovnání je výrobkem firmy Cementárny a vápenky a. s.., Prachovice a je prodáván pod označením CEM I 32,5. Skutečná hustota vzorku klasického popílku činila 1860 kg.m-3 a skutečná hustota vzorku portlandského cementu byla 3100 kg.m-3. Při stanovování sypné hmotnosti byla pro klasický popílek zjištěna hodnota 756 kg.m-3 a pro portlandský cement hodnota 1238 kg.m-3. Oba dva zjišťované parametry mají svůj význam při volbě způsobu dopravy hydraulického pojiva. Z hlediska hydratačních reakcí je pak mnohem důležitější velikost částic, která byla stanovena sítovou analýzou. Vyplývá z ní široká distribuce velikosti částic klasického popílku, kdy největší podíl byl zachycen sítem s průměrem ok 40 mm. Naproti tomu portlandský cement vykazuje významný podíl zachycený na sítu s průměrem ok 90 mm, kde bylo zachyceno přibližně 40 % celkové hmotnost částic. Velikost částic je významným kritériem pro hydrataci hydraulických pojiv, neboť rozhoduje o specifickém povrchu částic a potažmo o rychlosti hydratace - hydratační reakce probíhají na povrchu částic. Nevýhodou klasického popílku je značný podíl části c s větším průměrem. Hydratace klasického popílku tak musí probíhat nutně pomaleji než hydratace portlandského cementu. Mnohem významnější roli než velikost částic hraje při hydrataci hydraulických pojiv jejich složení, neboť výrazně ovlivňuje typ a rychlost hydratace vznikajících minerálů. Významný je rozdíl v obsahu SiO2, který je u klasického popílku více jak dvojnásobný. Klasický popílek se také vyznačuje vysokým obsahem Al2O3. Portlandský cement se však vyznačuje vysokým obsahem CaO, který je u klasického popílku téměř nulový. Složení hydraulických pojiv rozhoduje o rychlosti hydratace. U portlandského cementu se po 28 dnech stanovuje pevnost a uvádí se, že výrazná část minerálů zhydratovala. U klasického popílku jsou však hydratační reakce několikanásobně pomalejší a pro hodnocení klasického popílku jako pojiva musí být použita delší zkušební doba. Jak bylo zmíněno v úvodu, je cílem poukázat na možnosti využití klasického popílku jako pojiva pro stabilizaci/solidifikaci (S/S) čistírenských kalů. Z tohoto důvodu byl proveden vodný výluh klasického popílku podle české legislativy. Z analýzy je zřejmé, že stanovované relevantní parametry vodného klasického popílku splňují limitní hodnoty druhé třídy vyluhovatelnosti definované vyhláškou č. 383/2001 Sb. (Třída II odpovídá skládce inertního odpadu). Těžké kovy, které byly stanovovány ve výluhu klasického popílku a portlandského cementu byly voleny s ohledem na jejich obsah ve spalovaném uhlí. MEZITITULEK: Možnosti aplikace Porovnání vlastností klasického popílku s kvalitním portlandským cementem přineslo několik poznatků. Z fyzikálních vlastností je nejvýznamnějším kritériem distribuce velikosti částic. U klasického popílku byl zjištěn vysoký podíl částic s průměrem větším než 200 mm, který je u portlandského cementu téměř nulový. Tato skutečnost je značně nepříznivá, neboť hydratační reakce probíhají na povrchu částic, který s rostoucí velikostí klesá. Naproti tomu stojí poznatky o zvýšené potřebě záměsové vody u cementů obohacených popílkem, které je dáno větší porézností, a tedy vyšším specifickým povrchem klasických popílků. Chemické složení klasického popílku je kvalitativně shodné s portlandským cementem. Obsah jednotlivých oxidů je však diametrálně odlišný. To má za následek vznik odlišných hydratačních produktů, a tedy výsledných vlastností. Podstatná je i výrazně rozdílná doba hydratace jednotlivých minerálů. Hodnocení vlastností vodného výluhu klasického popílku prokázalo, že z pohledu životního prostředí se jedná o téměř inertní pojivo a pro srovnání byla provedena i analýza vodného výluhu cementu. Výzkum v oblasti využití klasického popílku pro S/S kalu ukazuje na možnost aplikace klasického popílku při stabilizaci čistírenských kalů. Klasický popílek může být využíván samostatně nebo v kombinaci s vápnem či cementem. Hodnocení S/S odpadu je prováděno podle vyhlášky č. 383/2001 Sb. Důležitým stanovovaným parametrem je obsah organického uhlíku ve vodném výluhu a infekčnost. Obsah organického uhlíku ve vodném výluhu těles po 28 dnech tvrdnutí vyznívá příznivěji pro klasický popílek. Naproti tomu přídavek vápna nebo portlandského cementu zvyšuje hodnoty pH až na hodnotu 12,5 a je tak položen nezbytný základ pro odstranění infekčnosti kalu. Přídavek vápna nebo portlandského cementu se navíc může výrazně projevit v delším časovém horizontu. Jak bylo uvedeno, je hydratace klasického popílku výrazně pomalejší než hydratace portlandského cement a přídavek vápna, případně cementu ji může urychlit. AUTOR: Dalibor Kuchař, Milan Vondruška, Fakulta technologická, Univerzita Tomáše Bati ve Zlíně Zdroj: ODPADY