SIMULACE DLOUHODOBÉHO ULOŽENÍ SKLOVLÁKNOBETONU S OBSAHEM ODPAD A VLIV NA EKOTOXICKÉ VLASTNOSTI

Transkript

1 SIMULACE DLOUHODOBÉHO ULOŽENÍ SKLOVLÁKNOBETONU S OBSAHEM ODPAD A VLIV NA EKOTOXICKÉ VLASTNOSTI INFLUENCE OF LONG-TERM AGEING SIMULATION OF GLASS-FIBRE REINFORCED CONCRETE COMPOSITES WITH WASTE CONTENT ON ECOTOXICITY MVDr. Ilona Kukletová, Ph.D., MVDr. Hana Štegnerová, Ing. René echmánek, Ing. Petr Bibora Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s., Hnvkovského 30/65, Brno kukletova@vustah.cz; stegnerova@vustah.cz; cechmanek@vustah.cz; bibora@vustah.cz Abstract! " Úvod Ekonomické a ekologické nakládání s odpady vyžaduje rozvoj nových technologií pro jejich využití. Jednou z možností je zpracování prmyslových odpadních materiál jako surovin pro stavební hmoty a výrobky. Pro tento úel je nezbytné sledování jejich technologické a ekologické vhodnosti bhem vlastní výroby a následn i po ukonení procesu zrání a tvrdnutí hmoty. Výroba tenkostnných sklovláknobetonových kompozit pedstavuje jeden z moderních trend ve vývoji stavebních hmot. Výzkumný ústav stavebních hmot,a.s. se do ešení této problematiky zapojil realizací tzv. technologie premix (lití jemnozrnné betonové smsi do forem), která nahradila pvodní technologii stíkáním. Výrobky ze sklovláknobetonu se uplatují na eském trhu zejména jako kabelové žlaby, fasádní dílce a rzné architektonické prvky (nap. balkónové výpln). Pedností tchto výrobk je zejména jejich nízká hmotnost, což výrazn snižuje náklady na pepravu, usnaduje manipulaci a montáž a souasn omezuje dopady na životní prostedí. Jemnozrnné ástice ve struktue kompozitu zajišují nízkou nasákavost a odolnost proti mrazu. Použitím vláknové výztuže je dosaženo požadované pevnosti v tahu za ohybu i odolnosti proti rázu. Z tchto dvod byla výroba SVB kompozit souástí ešení výzkumného zámru VEZPOM. Cílem tohoto zámru byl vývoj stavebních hmot s definovaným obsahem prmyslových odpadních materiál (dále jen POM) jako náhrada pírodních surovin pi souasné úspoe surovinových zdroj i ekonomických náklad. ešení výzkumného zámru zahrnovalo celý soubor zkoušek k posouzení technologické i ekologické vhodnosti materiál s obsahem POM [1,2]. Tato studie sleduje vliv uvádných výrobk s definovaným obsahem POM na životní prostedí pomocí ekologických parametr vstupních materiál a výrobk, vetn stanovení tchto parametr u souboru tles po simulaci 20 let životního cyklu výrobku.

2 Metodika Z širokého souboru dostupných POM bylo vybráno 5 typ odpad pro ovení jejich vhodnosti použití do tenkostnných vláknocementových kompozit. Kritériem výbru byla celá ada fyzikálních a chemických vlastností, zámrn byly vybrány i takové odpadní materiály, které se svými vlastnostmi lišily od ostatních POM. Byly vybrány tyto druhy POM: PP popelovina (zbytek po hoení na roštu), PO vysokoteplotní popílek ze spalování hndého uhlí, PT fluidní filtrový popílek ze spalování hndého uhlí, ST struska a kotelní prach, SK škvára. Základní recepturu sklovláknobetonu tvoí portlandský cement, jemný kemiitý písek, kemiité úlety (mikrosilika), alkalivzdorné sklenné vlákno, plastifikaní a odpovací písada. POM byly dávkovány do smsí suché smsi jako náhrada kemiitých úlet, pípadn ješt ásti písku a cementu do celkového množství 10% hmot. suché hmoty. Z každé smsi byly vyrobeny zkušební desky o rozmrech 500x500x10mm, ze kterých byly pipraveny zkušební vzorky o rozmru 250x50x10 mm. Jedna skupina vzork byla sestavena z výrobk po 365 dnech zrání a druhá skupina byla po vyzrání podrobena urychlené zkoušce trvanlivosti se simulací 20 let životního cyklu. Simulace procesu degradace ve venkovních podmínkách zahrnuje kombinované psobení jednotlivých faktor slunení záení, skrápní deštm a zmrazování. Pro 1 rok se používá 5 cykl stídavého skrápní vodou a sálání tepla a 1 cyklus zmrazování. Ekologické parametry byly hodnoceny na základ stanovení obsahu škodlivých složek v sušin a ve výluhu a stanovení ekotoxicity. Odpady byly testovány dle píslušné legislativy [4,5,6,7,8]. Testování kompozit s definovaným obsahem odpad bylo provedeno dle metodického pokynu SZÚ [3]. Pro stanovení ekotoxicity byly použity 4 testy - stanovení akutní letální toxicity látek pro sladkovodní ryby [9], zkouška inhibice pohyblivosti Daphnia magna Straus (Cladocera, Crustacea) - zkouška akutní toxicity [10], zkouška inhibice rstu sladkovodních zelených as [11] a test inhibice rstu koene hoice bílé [8]. Ke stanovení chemických parametr bylo použito techniky ICP-OES (v sušin byly meny prvky: As, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mo, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, V, Zn a ve výluhu: As, Ba, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Sb, Se, Zn) [12,13], obsah rtuti byl stanoven pomocí jednoúelového rtuového spektrofotometru (AMA) [13,14]. Pro posouzení ekologické vhodnosti byly jednotlivé hodnoty obsahu škodlivých složek srovnány s limity vyhlášky. 294/2005 Sb., o podmínkách ukládání odpad na skládky a jejich využívání na povrchu terénu[6]. Výsledky a diskuse Tabulka. 1 uvádí výsledky test ekotoxicity vlastních prmyslových odpadních materiál. Pro odstranní pípadného negativního psobení vysokého ph materiálu, je tato hodnota ve výluhu upravována [15]. Vtšina vzork byla testována jak s neupravenou, tak s upravenou hodnotou ph (údaje uvádné ped a za lomítkem), v pípad, že hodnota ph je píznivá pro testovací organismy, není nutné ji upravovat. Tun vyznaené výsledky pekraují limitní hodnoty dle platné legislativy [8]. V tabulkách. 2 a. 3 jsou uvedeny výsledky test ekotoxicity obou testovaných skupin vzork.

3 Tab.. 1: Ekotoxikologické testy s prmyslovým odpadním materiálem Prmyslový odpadní materiál mortalita ryb (Poecilia reticulata) imobilizace Daphnia magna inhibice/stimulace rstu Scenedesmus subspicatus inhibice/stimulace rstu Sinapis alba PP neupravené ph PO neupravené ph 0 2,2 64,5 10,5 0 5,6 69,6 27,7 ST 10/0 3,3/0 34,0/48,7-2,0/20,4 SK neupravené ph ,9-30,2 PT 100/30 100/100 98,9/33,5 46,7/50,0 Tab.. 2: Ekotoxikologické testy dní zrání, ph výluhu upraveno Sklovláknobeton s prmyslovým odpadním materiálem mortalita ryb (Poecilia reticulata) imobilizace Daphnia magna inhibice/stimulace rstu Scenedesmus subspicatus inhibice/stimulace rstu Sinapis alba mikrosilika 3% 0 3,3 6,0 11,4 PP 10% 0 3,3 16,0 26,0 PO 3% 0 5,0 15,7 19,2 ST 3% 0 1,7 5,6 5,5 SK 3% 0 5,0 12,8 14,8 PT 10% 0 3,3 20,3 17,0 Tab.. 3 Ekotoxikologické testy vzorky po zkoušce trvanlivosti, ph výluhu upraveno Sklovláknobeton s prmyslovým odpadním materiálem mortalita ryb (Poecilia reticulata) imobilizace Daphnia magna inhibice/stimulace rstu Scenedesmus subspicatus inhibice/stimulace rstu Sinapis alba mikrosilika 3% 0 5,0 25,9-3,1 PP 10% 0 5,0 20,2 2,7 PO 3% 0 3,3 22,5 8,8 ST 3% 0 11,7 14,9 10,6

4 SK 3% 0 5,0 7,8 15,5 PT 10% ,7 14,7 Získané výsledky vyjadují skutenost, že vzorky vlastních odpadních materiál jsou toxické pro organismy vodního prostedí. Zapracování odpad do anorganických kompozit tuto vlastnost vybraných prmyslových odpadních materiál významn snižuje, což umožuje jejich bezpené využití v praxi [6,7]. Vzorky po simulaci 20 let životního cyklu rovnž nevykazují toxicitu s výjimkou kompozitu s popílkem PT, který vykazuje mírnou inhibici rstu as. Z výsledk chemických analýz vyplývá, že vtšina POM pekrauje povolený limit v obsahu arsenu, v pípad strusky a škváry je pekroena pípustná hodnota kadmia a vanadu. Zajímavé je i zjištní, že co do obsahu arsenu by limitní hodnoty pro odpady nesplnila ani standardní mikrosilika. V obsahu nkterých dalších kov byly také zjištny vyšší hodnoty, ale nejsou pro n stanoveny limity. Zapracováním se kritické obsahy škodlivin podailo z vtší ásti snížit, nicmén samotná receptura vnáší do sušiny materiálu vysoké obsahy chromu a niklu. U popílku PO bylo v sušin prokázáno vtší množství arsenu ped aplikací i po aplikaci než v jiných vzorcích. Stanovení obsah škodlivin ve výluzích materiál koresponduje s výsledky ekotoxikologických test a žádný z limit není výrazn pekroen. Výsledky stanovení obou skupin kompozit s POM jsou tém totožné - viz tab..4. Popílek PT, který jako jediný vykazoval nadlimitní hodnoty v testech ekotoxicity, obsahoval na rozdíl od jiných vzork vtší množství síran a CaO, a to i ve vyrobeném kompozitu. To mže být píinnou vyšší konduktivity vzorku. Jako píklad uvádíme zjištné chemické parametry pro tento popílek. Tab.. 4 Chemické parametry v sušin a ve výluhu vzorku PT Složka Limit (mg/kg) PT (mg/kg sušiny) PT 365 (mg/kg sušiny) PT 20 (mg/kg sušiny) Limit (mg/l výluhu) PT 365 (mg/l výluhu) PT 20 (mg/l výluhu) As ,05 <0,013 <0,013 Ba ,43 0,43 Cd 1 <0,7 7,3 4,5 0,004 <0,001 <0,001 Co Cr ,05 0,073 0,079 Cu ,6 43 0,2 <0,024 <0,024 Mn Mo - <12,2 10 7,6 0,05 0,015 0,018 Ni ,04 <0,008 <0,008 Pb ,05 <0,024 <0,024 Sb - <12, ,006 <0,022 <0,022 Se - <4,7 <4,5 <4,5 0,01 <0,013 <0,013 V Zn ,4 <0,048 <0,048 Hg 0,8 0,36 0,042 0,043 SO 3 celk. (%) - 3,18 1,59 1,83 SO 3 síran. (%) - 3,18 1,52 1,81 CaO vol. (%) - 1,18 11,80 11,77 Konduktivita (µs/cm) ,001 <0,00004 <0,

5 Provedenými zkouškami bylo prokázáno, že uplatnní prmyslových odpadních materiál jako ástené náhrady cementu a kameniva ve vláknocementových smsích je možné až do množství 10 % hmotnosti suché smsi. Pi této koncentraci jsou zajištny jak požadované fyzikáln-mechanické vlastnosti, tak ekologická vhodnost pro daný úel použití. Srovnáním výsledk testování vodného výluhu není mezi skupinou vzork po 365 denním zrání a skupinou po 20-ti leté simulaci životního cyklu výrazný rozdíl a to jak ve zkouškách ekotoxikologických, tak chemických, pouze po zkoušce trvanlivosti dochází ke snížení konduktivity roztoku. Výrazný rozdíl ve zjištném obsahu škodlivin v sušin a ve výluhu samotných POM zdrazuje nové trendy zaazení kontaktních test ekotoxicity do souasné baterie test provádných pouze s výluhem materiálu [16]. Závr Využívání prmyslových odpadních materiál jako významné složky stavebních hmot a výrobk vyžaduje objasnní ady otázek, nap. podmínky tvorby vazeb v jejich struktue, stability a trvanlivosti tchto vazeb, charakteru utváené struktury a odolnosti v podmínkách obvyklého agresivního psobení vnjšího prostedí. Tato studie shrnuje výsledky ekotoxikologického testování vzork sklovláknobetonu s definovaným obsahem odpad a srovnáním ekologických vlastností materiálu po 365 dnech od výroby a po simulaci 20 let životního cyklu výrobku. Toxické vlastnosti tchto výrobk nebyly až na výjimky prokázány. Studie vznikla za podpory MŠMT: výzkumný zámr MSM VEZPOM - Výzkum ekologického zpracování prmyslových odpadních materiál. Literatura [1] SN (2011) Popílek pro stavební úely. Spolená ustanovení, požadavky a metody zkoušení [2] SN (2011) Fluidní popel a fluidní popílek pro stavební úely. Spolená ustanovení, požadavky a metody zkoušení [3] Metodické doporuení SZÚ pro hodnocení škodlivých a nežádoucích látek uvolujících se z vybraných skupin výrobk pro stavby do vody a pdy (2001). Acta hygienica, epidemiologica et microbiologica 3/2001 [4] Vyhláška. 383/2001 Sb. MŽP a MZD o hodnocení vyluhovatelnosti odpad [5] Vyhláška. 376/2001 Sb., MŽP a MZD o hodnocení nebezpených vlastností odpad [6] Vyhláška MŽP. 294/2005 Sb. o podmínkách ukládání odpad na skládky a jejich využívání na povrchu terénu a zmn vyhlášky 383/2001 Sb. o podrobnostech nakládání s odpady [7] Metodický pokyn odboru odpad k hodnocení vyluhovatelnosti odpad. Vstník MŽP, roník XII, ástka 12, prosinec 2002

6 [8] Metodický pokyn odboru odpad ke stanovení ekotoxicity odpad. Vstník MŽP, roník XVII, ástka 4, duben 2007 [9] SN ISO Jakost vod. Stanovení akutní letální toxicity látek pro ryby. ást 2:Obnovovací metoda [10] SN ISO Jakost vod. Zkouška inhibice pohyblivosti Daphnia magna Straus (Cladocera, Crustacea). Zkouška akutní toxicity [11] SN EN ISO Jakost vod. Zkouška inhibice rstu sladkovodních zelených as [12] SN EN Charakterizace odpad - Rozklad k následnému stanovení prvk rozpustných v luavce královské. [13] SN EN Charakterizace odpad - Vyluhování - Ovovací zkouška vyluhovatelnosti zrnitých odpad a kal - ást 4: Jednostupová vsádková zkouška pi pomru kapalné a pevné fáze 10 l/kg pro materiály se zrnitostí menší než 10 mm (bez zmenšení velikosti ástic, nebo s ním). [14] TNV Jakost vod - Stanovení veškeré rtuti jednoúelovým atomovým absorpním spektrometrem [15] PRESLOVÁ, J. (2001): Use of ecotoxicity tests in assesssment of new construction materials with reference to potential release of toxic and other undesirable substances into the water and soil. Sborník konference Toxicita a biodegradabilita odpad a látek ve vodním prostedí, VÚRH JU Vodany, ISBN: , s [16] VOSÁHLOVÁ, S., SIROTKOVÁ, D., HOFMAN, J., KOÍ, V. MAT J, V., ZÁLESKÁ, M. (2011): Ekotoxicita odpad stanovená akvatickými a terestickými zkouškami podle navržených metodických pokyn MŽP k hodnocení ekotoxicity odpad. Sborník konference Analytika odpad, Žár nad Sázavou, Vodní zdroje Ekomonitor, ISBN: , s