1. Voditelj projekta: doc.dr.sc. Dražen Vouk, dipl.ing.građ.
REUSE OF SEWAGE SLUDGE IN CONCRETE INDUSTRY – FROM MICROSTRUCTURE TO INNOVATIVE CONSTRUCTION PRODUCTS
RECIKLIRANJE KOMUNALNOG MULJA U BETONSKOJ INDUSTRIJI – OD MIKROSTRUKTURE DO INOVATIVNIH GRAĐEVNIH PROIZVODA
Voditelj projekta: doc.dr.sc. Dražen Vouk, dipl.ing.građ.
Sveučilište u Zagrebu, Građevinski fakultet, Zavod za hidrotehniku
Projekt financira:
SVEUČILIŠTE U ZAGREBU
GRAĐEVINSKI FAKULTET

2. Osiguranje adekvatnog gospodarenja vodama jedan je od temeljnih preduvjeta održivog razvoja svakog područja.
Adekvatno zbrinjavanje otpadnih voda svrstava se u prioritetne aktivnosti adekvatnog gospodarenja vodama.
Ulaskom Hrvatske u EU, na snagu je stupila Direktiva 91/271/EEC, prema kojoj se zahtjeva prikupljanje i pročišćavanje otpadnih voda u svim aglomeracijama većim od 2000 ekvivalent stanovnika.
Do godine u Hrvatskoj će u pogonu biti uređaja za pročišćavanje ukupnog opterećenja oko ES.

3. Osiguranje adekvatnog gospodarenja vodama jedan je od temeljnih preduvjeta održivog razvoja svakog područja.
Adekvatno zbrinjavanje otpadnih voda svrstava se u prioritetne aktivnosti adekvatnog gospodarenja vodama.
Ulaskom Hrvatske u EU, na snagu je stupila Direktiva 91/271/EEC, prema kojoj se zahtjeva prikupljanje i pročišćavanje otpadnih voda u svim aglomeracijama većim od 2000 ekvivalent stanovnika.
Do godine u Hrvatskoj će u pogonu biti uređaja za pročišćavanje ukupnog opterećenja oko ES.

4. Osiguranje adekvatnog gospodarenja vodama jedan je od temeljnih preduvjeta održivog razvoja svakog područja.
Adekvatno zbrinjavanje otpadnih voda svrstava se u prioritetne aktivnosti adekvatnog gospodarenja vodama.
Ulaskom Hrvatske u EU, na snagu je stupila Direktiva 91/271/EEC, prema kojoj se zahtjeva prikupljanje i pročišćavanje otpadnih voda u svim aglomeracijama većim od 2000 ekvivalent stanovnika.
Do godine u Hrvatskoj će u pogonu biti uređaja za pročišćavanje ukupnog opterećenja oko ES.

5. Pri zbrinjavanju otpadnih voda kao nusprodukt svakog tehnološkog rješenja javlja se mulj (0,5 kg mulja / m3 otpadne vode).
Mulj predstavlja opasni otpad i potrebno ga je zbrinuti u okoliš u skladu sa zakonskom regulativom.
U Hrvatskoj se mulj još uvijek najvećim dijelom odlaže na odlagalištima krutog otpada i na druge, često neodgovarajuće i nedopuštene načine.

6. Projektanti, lokalne vlasti, pa čak i izrađivači studija o utjecaju na okoliš, čak i danas često ne znaju gdje će se mulj konačno odložiti, koja obilježja bi trebao imati i koliko košta njegovo konačno odlaganje.

7. Troškovi obrade i konačnog odlaganja mulja nisu zanemarivi te kod uređaja veličine od oko do ES, iznose približno 50% ukupnih troškova poslovanja uređaja za pročišćavanje otpadnih voda.

8. Slika: Kretanje godišnje proizvodnje mulja u 27 zemalja Europske Unije
Količine mulja kao nusprodukta pročišćavanja otpadnih voda konstantno se povećavaju, na svjetskoj razini.
(kg ST/godina)
Slika: Kretanje godišnje proizvodnje mulja u 27 zemalja Europske Unije

9. Obrađeni mulj s uređaja za čišćenje komunalnih otpadnih voda može se zbrinuti na sljedeće načine:
Odlaganje (na odlagališta otpada uz napomenu da ova mogućnost sukladno zakonskoj regulativi postoji samo do početka godine),
Korištenje u poljoprivredi,
Poboljšanje tla i zapunjavanje rovova,
Termička obrada (spaljivanje) i daljnje gospodarenje pepelom.

10. U Hrvatskoj do danas nije cjelovito riješen problem zbrinjavanja mulja, niti je isti određen propisima, uputama ili smjernicama.
Pojedine studijske analize, zaključuju kako bi postupak termičke obrade (spaljivanja) bio prihvatljivi koncept konačne obrade mulja na UPOV-ima većeg kapaciteta.

11. Stabiliziran i dehidriran
HRVATSKA NAKON 2018.
( ES)
Otpadna voda
( m3/godina)
SPALJIVANJE MULJA
( t/godina)
PEPEO
( t/godina)
Stabiliziran i dehidriran
mulj

12. Sastav mulja i pepela koji se generira na UPOV u značajnoj mjeri ovisi o tehnološkom procesu pročišćavanja vode i same obrade mulja.
Mogućnost recikliranja mulja (pepela) u velikoj mjeri ovisi o njegovom fizikalnom i kemijskom sastavu.
EU Direktiva 91/271/EEC: „Sustainable sludge handling may be defined as a method that meets requirements of efficient recycling of resources without supply of harmful substances to humans or the environment”.

13. Iz dosadašnje svjetske prakse proizlazi više mogućih rješenja recikliranja mulja i nusprodukata njegove obrade (npr. pepela), među kojima se ističe sljedeće:
1. Korištenje u poljoprivredi
2. Izdvajanje fosfora
3. Korištenje u građevinarstvu
U funkciji poboljšanja tla
Pri izgradnji prometnica
U opekarskoj industriji
U betonskoj industriji

14. Najveći potencijal ponovne upotrebe mulja/pepela u betonskoj industriji odnosi se na mogućnosti primjene kao zamjene za dio originalnih sirovina u betonu.
Pepeo se u betonu može koristiti kao:
pucolanski aktivan materijal, djelomično zamjenjujući cement,
inertni filer, koji zamjenjuje pijesak i/ili fini agregat.

15. Pri određivanju optimalnih udjela pepela u proizvodnji betona i betonskih elemenata potrebno je zadovoljiti:
Tehnički kriterij - svojstvo obradljivosti, vrijeme vezanja, mehanička svojstva (tlačna i/ili vlačna čvrstoća), trajnosna svojstva (vodopropusnost, plinopropusnost i dr.),
Socijalni kriterij – spremnost tržišta i javnosti na prihvaćanje proizvoda s recikliranim sirovinama,
Ekološki kriterij - kontroliranje izluživanja pojedinih kemijskih elemenata i spojeva iz dobivenih materijala.

16. Karakteristike pepela dobivenog spaljivanjem mulja:
Veličina čestica: μm

17. Karakteristike pepela dobivenog spaljivanjem mulja:
Veličina čestica: μm

18. Karakteristike pepela dobivenog spaljivanjem mulja:
Veličina čestica: μm

19. Karakteristike pepela dobivenog spaljivanjem mulja:
Kemijski sastav (Si, Ca, Fe, Al, P, manji udio teških metala)
UPOV Karlovac
UPOV Varaždin
UPOV Zagreb
Izgled uzorka:
tamno
sivi prah
svijetli
prah
smeđi
Kemijski
spoj
Metoda
Mjerna jed.
800°C
1000°C
Cao
HRN EN ISO 11885:2010
% mas.
37,64
42,12
54,85
62,40
23,51
27,00
SiO2
7,94
2,87
8,28
7,04
20,77
25,67
Al2O3
16,46
11,72
1,37
1,71
7,48
8,50
Fe2O3
8,21
9,46
0,91
1,01
5,72
7,02
MgO
4,23
4,53
1,66
1,44
2,50
3,00
TiO2
0,76
1,03
0,12
0,15
0,36
0,52
Na2O
0,28
0,19
0,20
K2O
1,31
1,26
0,62
0,64
0,54
0,57
SO3
5,83
7,66
9,50
10,67
4,75
5,88
P2O5
16,02
17,21
10,25
11,98
10,40
Ostalo
računski
1,34
1,87
12,25
2,76
23,82
9,70

20. Karakteristike pepela dobivenog spaljivanjem mulja:
Kemijski sastav (Si, Ca, Fe, Al, P, manji udio teških metala)
Udio u pepelu [%]
Kemijski spoj
Raspon vrijednosti
(pregled literature)
UPOV
Karlovac
Koprivnica
SO3
0.24 – 12.40
5.83 – 7.66
1.15 – 1.40
Fe2O3
4.70 – 20.00
8.21 – 9.46
0.31 – 0.40
SiO2
17.27 – 50.60
2.87 – 7.94
0.41 – 0.49
CaO
1.93 – 31.30
37.64 – 42.12
92.82 – 93.83
MgO
1.40 – 3.22
4.23 – 4.53
0.71 – 0.77
Al2O3
6.32 – 19.09
11.72 – 16.46
0.89 – 1.19
P2O5
1.67 – 18.17
16.02 – 17.21
0.80 – 0.83
TiO2
0.29 – 1.00
0.76 – 1.03
0.04 – 0.05
Na2O
0.32 – 1.26
0.28
0.03 – 0.04
K2O
0.62 – 2.34
1.26 – 1.31
0.12 – 0.13

21. Utjecaj na karakteristike pepela dobivenog spaljivanjem mulja:
Temperatura spaljivanja: optimalno 800 – 1000 ⁰C
Dodavanje aditiva u procesu spaljivanja: vapno, glina, kemikalije
Način i vrijeme mljevenja spaljenog pepela (utjecaj na finoću čestica)
Temperatura spaljivanja [°C]
Gustoća dobivenog pepela [g/cm3]
800
2.67
900
2.73
1000
2.83
Svojstvo
Vrijeme mljevenja ISSA
[min] 10 20 30 60
120
180
360
Blaine-ova finoća
[m2/kg]
496
780
846
975
979
993
872
Specifična težina
2.48
2.61 -
2.54
2.45
2.67
2.60
(Pan et al., 2003)

22. Utjecaj pepela na svojstva cementnog morta i betona:
Svojstva obradljivosti – povećanje udjela pepela smanjuje obradljivost
Konzistencija rasprostiranjem [mm]
(Monzo et al., 2003)

23. Utjecaj pepela na svojstva cementnog morta i betona:
Svojstva obradljivosti – dodavanje aditiva povećava obradljivost
Konzistencija rasprostiranjem [mm]
(Monzo et al., 2003)

24. Utjecaj pepela na svojstva cementnog morta i betona:
Vrijeme vezivanja: povećanje temp. spaljivanja → povećanje vremena vezanja
povećanje v/c → povećanje vremena vezanja
povećanje udjela pepela → povećanje vremena vezanja
Vrijeme vezivanja [min]
(Pan et al., 2003)

25. Utjecaj pepela na svojstva cementnog morta i betona:
Poroznost: povećanje temp. spaljivanja → smanjenje poroznosti
povećanje udjela pepela → povećanje poroznosti
v/c=0,45
5% pepela
v/c=0,45
30% pepela

26. Utjecaj pepela na svojstva cementnog morta i betona:
Mehanička svojstva: povećanje udjela pepela → smanjenje tlačne čvrstoće
povećanje udjela pepela → smanjenje čvrstoće na savijanje
(Garces et al., 2008)

27. Utjecaj pepela na svojstva cementnog morta i betona:
Mehanička svojstva: povećanje udjela pepela → smanjenje tlačne čvrstoće
povećanje udjela pepela → smanjenje čvrstoće na savijanje

28. Utjecaj pepela na svojstva cementnog morta i betona:
Ekološki utjecaj: izluživanje teških metala - manje u betonu, nego na odlagalištima
kritičan je sadržaj molibdena (Mo), antimona (Sb) i selena (Se)
(Chen et al., 2013)

29. CILJEVI PROJEKTA RESCUE:
doprinos povećanju stupnja održivog gospodarenja otpadom u Hrvatskoj
istraživanje mogućnosti i opravdanosti korištenja mulja s uređaja za pročišćavanje otpadnih voda u pripremi inovativnih građevnih proizvoda u betonskoj industriji,
ispitivanje utjecaja različitih faktora pri spaljivanju mulja na svojstva pepela (karakteristike mulja, temperatura i način spaljivanja, dodatci drugih materijala i aditiva)
ispitivanje utjecaja različitih faktora u proizvodnji cementnog morta i betona radi poboljšanja njihovih svojstava (udio pepela, vodocementni omjer, dodatci aditiva)

30. HIPOTEZA ISTRAŽIVANJA:
Mulj generiran kao nusprodukt na uređajima za pročišćavanje otpadnih voda opravdano je koristiti/reciklirati u betonskoj industriji, na način da se pepeo dobiven spaljivanjem mulja ugrađuje u betonske proizvode kao zamjena udjela cementa.
Beton i betonski elementi s ugrađenim pepelom imat će zadovoljavajuća svojstva u svježem i očvrsnulom stanju.

31. PRIMJENA REZULTATA ISTRAŽIVANJA U PRAKSI:
Zaokruženje cjelovitog rješavanja problema pročišćavanja otpadnih voda.
Uspostava primjera kontinuiranog lanca „od otpada do proizvoda“..
Preusmjeravanje ostalih vrsta otpada s odlagališta u inovativne građevinske proizvode s dodanom vrijednosti.

33. SUŠIONIK
PEĆ ZA SPALJIVANJE

34. SUŠIONIK
PEĆ ZA SPALJIVANJE