Stabilizace/solidifikace nebezpečných odpadů pomocí popílku

Popílek z fluidního spalování uhlí (fluidized bed combustion ash, FBC-A) lze využít mimo jiné i pro zneškodňování jiných odpadů pomocí technologie stabilizace/solidifikace (S/S). Mezi jeho unikátní vlastnosti patří schopnost vázat značná množství vody, významná neutralizační kapacita a schopnost po smíchání s vodou samovolně tuhnout a tvrdnout, a to i bez přídavku dalších činidel.

Fluidní popílek se značně odlišuje od popílku z klasického spalování uhlí, a to jak složením, tak i vlastnostmi. Ve fluidním kotli se rozemleté uhlí spaluje spolu s rozemletým vápencem (pro odstranění SO₂ ze spalin). Proto obsahuje FBC-A oproti klasickému popílku významná množství CaSO₄, nespotřebovaného CaO a také nerozloženého CaCO₃. Mimo to se při fluidním spalování používá nižší spalovací teplota (okolo 850^oC na rozdíl od 1100-1750^oC v klasických kotlích), což vede k odlišným povrchovým a strukturním vlastnostem vznikajícího popílku a k nižšímu obsahu těkavějších kovů jako např. arsen, rtuť, kadmium či olovo. Díky delší době zdržení paliva spolu s recirkulací spalin dochází k efektivnějšímu využití uhlí jako zdroje energie. Vznikající FBC-A díky tomu obsahuje menší podíl nespáleného uhlí (tzv. nedopalu).

FBC-A je nejen relativně neškodným materiálem, ale i vhodným pojivem pro S/S řady odpadů. Vodné výluhy fluidního popílku totiž neobsahují žádné nebezpečné polutanty. Koncentrace kovových prvků ve výluzích FBC-A jsou obecně nízké, protože kovy jsou přítomny ve formě oxidů/uhličitanů, málo rozpustných ve vodě při zásadité hodnotě pH dané obsahem volného CaO. Tento volný CaO je také účinným prostředkem pro snížení infekčnosti odpadů. Zatím nejasnou je role obsahu nespáleného uhlí, jehož adsorpční účinek není zřejmě univerzální.

Jak již bylo naznačeno, je FBC-A vhodným činidlem pro úpravu odpadů s vysokým obsahem vody a/nebo odpadů značně kyselých. Oba tyto případy jsme na našem pracovišti v nedávné době úspěšně otestovali. Jako příklad kyselého odpadu posloužil odpad z výroby titanové běloby a jako reprezentantů odpadů s vysokým obsahem vody bylo použito dvou typů čistírenských kalů.

S/S odpadu z výroby titanové běloby

Odpad z výroby titanové běloby představuje anorganický materiál, jehož podstatou je síran železnatý a železitý, obsahující vodu, kyselinu sírovou a případně další příměsi, jako např. hlušinový podíl z výchozí suroviny. Nebezpečnost tohoto odpadu tkví především v obsahu volné kyseliny sírové, a nutným předpokladem k jeho zneškodnění je jeho zneutralizování. Na prvním místě se asi nabízí neutralizace vápnem, která přináší i převedení rozpustného síranu železnatého na málo rozpustné produkty.

Stejný efekt přináší neutralizace uvedeného odpadu pomocí FBC-A (podíl volného CaO). Použití FBC-A má však několik předností: vedle neutralizace dojde i k solidifikaci odpadu, a kromě toho je FBC-A daleko levnějším materiálem než vápno. Na druhou stranu je nutno FBC-A dávkovat v úměrně větším množství než vápno, takže je hmotnost i objem výsledného stabilizovaného/solidifikovaného materiálu větší. Na zneutralizování 1 tuny sušiny odpadu stačí dávka asi 260 kg CaO, potřebné množství FBC-A je asi 2 tuny. K tomu přistupuje nezbytný přídavek vody pro zamíchání směsi a hydrataci FBC-A, takže výsledná hmotnost solidifikátu činí zhruba trojnásobek hmotnosti původního odpadu. Podle vyluhovacích testů spadá odpad z výroby TiO₂ stabilizovaný/solidifikovaný pomocí FBC-A do současné třídy vyluhovatelnosti I., a tedy může být případně použit např. jako výplňový materiál při sanacích.

S/S čistírenských kalů

Postup S/S byl odzkoušen pro dva typy čistírenských kalů -pro primární kal (převážně anorganického charakteru, sušina kolem 42 %) a pro aktivovaný kal (převážně organického charakteru, sušina kolem 15 %).

Výsledky solidifikace primárního kalu (z čistírny průmyslových odpadních vod Vítkovice, a.s) jsou uvedeny v tabulce. Pro svůj obsah PAH by patřil tento odpad na skládku nebezpečných odpadů. Postup S/S tohoto kalu spočívá v prostém smíchání kalu s vhodným množstvím FBC-A. Provedením S/S došlo k poklesu všech sledovaných parametrů vyluhovatelnosti pod limitní hodnoty třídy vyluhovatelnosti II. Významné snížení obsahu PAH bohužel není doprovázeno obdobně velkým poklesem parametru DOC.

Pro přijatelnou S/S tohoto kalu je zapotřebí minimálně 40% fluidního popílku, vztaženo na celkovou hmotnost stabilizátu. Protože bylo toto množství považováno producentem kalu za příliš velké, byla uskutečněna srovnávací studie používající pro S/S tohoto kalu levný komerční cement. Ukázalo se, že pro dosažení účelu je nutno použít rovněž asi 40% cementu, tzn. stejného množství jako FBC-A, přičemž většina sledovaných parametrů vyluhovatelnosti je prakticky stejná nebo dokonce horší.

Zatímco v případě primárního čistírenského kalu se ukázalo být zcela postačujícím smíchání kalu s vhodným množstvím FBC-A, S/S aktivovaného kalu byla poněkud komplikovanější, a to zejména z důvodu nižší sušiny kalu a vyššího podílu organických látek.

Podle testu se ze stabilizovaného/solidifikovaného kalu potaženého asfaltovým povlakem nevyluhují prakticky žádné polutanty a výluh se značnou rezervou splňuje limity třídy II. V případě solidifikátu bez asfaltového povlaku sice parametr DOC překročil limitní hodnotu třídy II., ovšem ve třídě III. tento parametr není, a protože solidifikovaný kal nevykazoval nebezpečné vlastnosti (včetně infekčnosti), bylo by možné jej ukládat na skládky ostatního odpadu. I v tomto případě byla S/S pomocí FBC-A stejně účinná jako srovnávací S/S pomocí komerčních cementů.

Vratislav Bednařík,

Milan Vondruška,

Fakulta technologická

Univerzity Tomáše Bati ve Zlíně