Podsumowanie

Wymienione w niniejszym rozdziale kierunki zastosowania popiołów wskazują na szeroki zakres możliwości ich odzysku. Potrzebne do tego jest szczegółowe rozpoznanie właściwości fizyczno-chemicznych popiołów oraz opanowanie wpływu zmienności ich składu zależnego od wielu czynników. To od stałości składu zależne są procesy technologiczne prowadzące do odzyskiwania cennych pierwiastków lub produkcja powtarzalnych elementów. Jednorodność popiołów jest równie istotna dla rachunku ekonomicznego przedsiębiorstwa inwestującego w przetwarzanie tego typu odpadów. Ze środowiskowego punktu widzenia każde zastosowanie innego materiału niż surowiec pierwotny jest przejawem racjonalnego gospodarowania surowcami. Ponadto odzysk odpadów ogranicza zajmowanie powierzchni terenu pod składowiska, zniekształcenie krajobrazu oraz ewentualne późniejsze skutki oddziaływania zdeponowanych odpadów. Nie ma jednak technologii, której nie dałoby się udoskonalić.

4.4. Doświadczenia światowe w badaniach nad zastosowaniem popiołów z monospalania KOŚ

Na świecie od wielu lat prowadzone są badania nad możliwością zastosowania popiołów z termicznego przekształcania KOŚ. Liczne publikacje odwołują się do wykorzystywania osadów ściekowych wraz z popiołami, co związane jest z mieszaniem KOŚ z popiołami z energetyki najczęściej w celu ustabilizowania osadów [152,153,154,155]. Nie brakuje także opisów badań nad możliwościami zagospodarowania popiołów z monospalania KOŚ [156,157,215,216,275]. Przegląd kierunków badawczych, w których najpopularniejszą dziedziną jest produkcja materiałów budowlanych, zaprezentowany został w niniejszym rozdziale.

Brazylijscy naukowcy [158] wprowadzali odpowiednio w ilościach 5, 10, 15% popiołu z fluidalnego spalania KOŚ do mieszanki cementu/piasku/żwiru/wody, zastępując piasek popiołem. Zwrócono uwagę na drobne uziarnienie stosowanego materiału, co potwierdzają wyniki analiz dla popiołów z polskich instalacji [159,172]. Autorzy w badaniach nad wytrzymałością na ściskanie oraz analizą adsorpcyjności materiału stwierdzają, że dla zachowania wymaganych właściwości mieszanki maksymalna ilość użytego popiołu nie powinna przekraczać 10% masy piasku użytego do sporządzenia mieszanki. Badacze duńscy [160] rozpatrywali wpływ właściwości barwiących popiołów na przygotowanie zapraw. W tym doświadczeniu popioły zastępowały 20% cementu przy zastosowaniu proporcji piasku do cementu 3/1 i stosunku materiału stałego do wody 0,5. Stwierdzono, że popioły mogą być materiałem barwiącym zaprawy. Autorzy nie przeprowadzili analizy właściwości mechanicznych przygotowanych zapraw. Stwierdzili jedynie, że uzyskali efekt barwienia. Badający możliwość zastosowania popiołów z KOŚ do produkcji cementu [161] zauważają znaczącą zawartość fosforu oznaczaną na poziomie 10-20%, która nie jest pożądana w cemencie, gdyż tworzy on fosforan (V) wapnia, który opóźnia procesy wiązania i zmniejsza wytrzymałość początkową materiałów. Autorzy publikacji proponują aktywację popiołu poprzez jego mielenie i wypłukiwanie niepożądanych składników. Inni autorzy podają, że zawartość fosforu w formie tlenkowej P2O5 to około 6% [160] lub 4–9% [162]. Niemieccy badacze wskazują wartość średnią na poziomie 7,3% przy zakresie wyników od 1,5 do ponad 15% [163]. Publikacja dotycząca odpadów z Hiszpanii wskazuje na 6,7% udziału P2O5 [164]. Według egipskich badań wartość ta wynosi ponad 13% [165]. Badania amerykańskie sprzed blisko 30 lat ukazują 20% zawartość P2O5 [166].

Odzysk fosforu jest wskazywany jako jeden z najważniejszych argumentów przemawiających za termicznym przekształcaniem KOŚ oraz takim właśnie kierunkiem wykorzystania popiołów [167,168,176]. W licznych publikacjach dotyczących dodatku popiołu z KOŚ do cementu wskazuje się na potrzebę jego rozdrabniania celem aktywacji właściwości pucolanowych [169]. Efekt zastosowania popiołu bez uzdatniania wskazuje na zasadność jego rozdrabniania w przypadku stosowania jako składnika cementu [170]. Autorzy pracy [171] w obszernym przeglądzie literatury opisują wielość prowadzonych na świecie badań nad zastosowaniem popiołów z monospalania KOŚ, w tym najwięcej w branży produkcji materiałów budowlanych, a zwłaszcza ceramice. Wnioski z opisywanych badań w większości przypadków wskazują, że stosowanie popiołów jest możliwe, ale wiąże się z utrzymaniem parametrów wytworzonego produktu na poziomie dopuszczonym lub akceptowalnym, albo powoduje obniżenie właściwości użytkowych [172]. Nie wskazuje się we wnioskach z badań, że dodatek popiołów z KOŚ poprawił właściwości produktu. Przykładem mogą być materiały ceramiczne, gdzie popiół z osadów mógłby służyć jako barwnik, ale jego dodatek obniża odporność na nasiąkanie. Przy produkcji cegieł wskazuje się na maksymalny dodatek 10% popiołu, aby zapewnić wartości normowe produktu.

Wskazywane jest także zastosowanie popiołów w produkcji kruszyw lekkich [173]. Cytowane badania wskazują także na możliwość zastosowania 2% dodatku popiołów z KOŚ do mieszanek bitumicznych [205].

Przedstawiono więc wiele potencjalnie możliwych zastosowań, jednak za każdym razem zaznaczano konieczność przeprowadzenia dodatkowych badań przed zastosowaniem w praktyce. Powodem tak ostrożnie stawianych wniosków może być np. niestabilność składu popiołów, spowodowana zmiennością składu ścieków, a co za tym idzie także osadów, które podlegają procesom termicznym.

Hiszpańscy badacze sprawdzali wpływ dodatku popiołów z KOŚ na korozyjność zbrojenia w betonie oraz właściwości mechaniczne. Badania prowadzono na standardowych belkach o wymiarach 40 × 40 × 160 mm. W efekcie prac wskazano, że maksymalnie 10% udział popiołów w mieszance, gdzie w/c wynosi 0,5, nie powoduje osłabienia właściwości mechanicznych. Dalej wraz ze wzrostem udziału popiołu spada wytrzymałość materiału. Podobne wnioski dotyczyły proporcji w/c = 0,7, choć w tym przypadku już 10% dodatek wywołał zmianę. Stwierdzono, że dodatek popiołu nie ma znaczącego wpływu na korozyjność stali [164].

Naukowcy z Tajwanu [174] stwierdzili, że popioły z KOŚ posiadają właściwości zbliżone do popiołów i żużli ze spalania węgla i istnieje możliwość ich wykorzystania do oczyszczania ścieków z metali ciężkich. Badania przeprowadzono na przykładzie miedzi, gdzie skuteczność procesu oceniono na 98%.

Właściwości popiołów z KOŚ prowadzą do badań nad przydatnością w przemyśle nawozowym. Materiały te nie zawierają metali ciężkich ani innych związków, które mogłyby zamykać ich drogę do zastosowania w rolnictwie lub rekultywacji [268]. Problemem dla tej formy zastosowania może być niska biodostępność pożądanych składników. Popioły z energetyki częściej od właściwości nawozowych pełnią funkcję stabilizującą [175]. Natomiast zastosowania popiołów z KOŚ należałoby upatrywać w warstwach biologicznie czynnych [176] po opracowaniu sposobu na zwiększenie biodostępności pierwiastków. Popioły z KOŚ charakteryzują się odpowiednimi właściwościami do zastosowania w rekultywacji terenów. Istotnym jednak czynnikiem jest ich właściwe przygotowanie do zastosowania, czyli zapobieganie pyleniu, zachowanie właściwości mechanicznych gruntu oraz każdorazowa weryfikacja składu chemicznego dopuszczającego zastosowanie dla danego celu rekultywacji. Ponadto ze względów geotechnicznych korzystniejszym wydaje się próba zastosowania popiołów i żużli z unieszkodliwiania KOŚ w piecach rusztowych [177]. Niemieccy uczeni [178] przebadali potencjał nawozowy popiołów z 57 instalacji spalających KOŚ w Niemczech, oceniając ich możliwości na zapewnienie 13% fosforu zużywanego na potrzeby rolnictwa w tym kraju. Zidentyfikowali natomiast problem biodostępności tego pierwiastka, oceniając rozpuszczalność w cytrynianie amonu na 26%. Drugim wskazanym przez autorów problemem jest obecność w popiele innych metali, w tym metali ciężkich. Podobnej oceny można spodziewać się po polskich popiołach, które spalane są w bardzo zbliżonych warunkach do tych zza zachodniej granicy [168]. Głównie skandynawskim, ale także zachodnio-europejskim kierunkiem badań nad popiołami z komunalnych osadów ściekowych są prace nad technologią odzysku fosforu [179,180]. Spalanie osadów jest dla tego kierunku dobrym rozwiązaniem, gdyż koncentruje zawartość składnika będącego przedmiotem zainteresowania [181]. Obecnie dostępne technologie działają głównie w skali laboratoryjnej, stąd zaleca się selektywne składowanie popiołów z monospalania KOŚ. Na poziomie UE opracowywane są dokumenty strategiczne dotyczące gospodarki zasobami fosforu, gdzie uwaga silnie zwrócona jest na gospodarkę ściekową i osadową wraz z popiołami zasobnymi w cenny fosfor [182,183,184,185].