ODPADNÍ MATERIÁLY JAKO SUROVINA PRO STAVEBNÍ VÝROBKY A JEJICH TESTOVÁNÍ Waste as raw material for building products and their testing Ing. Kristýna Urbánková, Ph.D., MVDr. Hana Štegnerová Výzkumný ústav stavebních hmot, a.s., Hn vkovského 65, 617 00, Brno
[email protected],
[email protected] Produkce odpadních materiálu každým rokem roste, stejn jako tendence o ú elné využití t chto materiál . Efektivita pr myslové výroby se zvyšuje se snahou zabudovat odpady do nejr zn jších stavebních produkt . Práce pojednává o ekotoxikologickém a chemickém testování vybraných odpadních materiál a jejich dalším možném použití ve stavebnictví. The amount of waste material has been steadily increasing over the years as well as the tendency towards the effective utilization. Efficiency in industrial production increases along with the efforts for the installation of waste into different building products. This work deals with the ecotoxicological and chemical testing of chosen waste materials and the potential for their further utilization in building industry. Úvod V rámci ešeného projektu VEZPOM – Výzkum ekologického zpracování pr myslových odpadních materiál , jsme se ve Výzkumném ústavu stavebních hmot, a.s. zabývali možností využití vybraných odpadních materiál do stavebních hmot. V p ípad , že chceme tento materiál zapracovat do stavebních výrobk , je nutné znát jejich ekologické vlastnosti. Tyto byly vyhodnocovány na základ vyhlášky 294/2005 Sb. V souladu s touto legislativou byl sledován obsah a nebezpe ný prvk ve výluhu a v sušin vzork (As, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Hg, Mo, Mn, Ni, Pb, Sb, Se, V, Zn), radionuklid 226Ra, 40K, 228Th a v neposlední ad ekotoxicita vzork . V sušin byly také sledovány organické polutanty, jako jsou extrahovatelné organicky vázané halogeny (EOX), BTEX (benzen, toluen, ethylbenzen, xylen), polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH), uhlovodíky C10 – C40 a polychlorované bifenyly (PCB). V neposlední ad byla sledována ekotoxikologická stránka. Testy ekotoxicity p edstavují souhrn zkoušek dle p íslušných norem. Tyto zkoušky simulují reálné podmínky prost edí pro výsledné použití stavební hmoty se zakomponovaným odpadem a komplexn ov ují p edpokládanou zdravotní nezávadnost. K testování ekotoxikologických vlastností byly využity testy akutní toxicity pro 4 trofické úrovn organism s rozdílnou dobou expozice. Základní sadu test tvo í testy na akvarijní ryb (Poecilia reticulata), perloo ce (Daphnia magna), sladkovodní ase (Desmodesmus subspicatus) a ho ici bílé (Sinapis alba). Analýza vstupních druhotných surovin (odpadních) surovin se provádí za ú elem informativního stanovení, jakou pom rnou ást je možno zapracovat do stavebního výrobku, aby následné posouzení ekologické vhodnosti již samostatného výrobku bylo vyhovující.
V této práci jsme se zabývali využitím optické emisní spektrometrie s induk n vázaným plazmatem pro stanovení výše uvedených prvk . Tyto prvky jsou nebezpe né jak z d vodu akutní tak i dlouhodobé chronické toxicity. Po jednorázovém vystavení organismu vyšším dávkám t chto prvk dochází k okamžitým (akutním) projev m, které mají obvykle velmi vážné zdravotní následky a mnohdy zp sobují i smrt. P i dlouhodobé expozici i nepatrným dávkám pak dochází k chronickým obtížím a jako pozdní ú inky se uvádí karcinogenita p ípadn mutagenita. Pracovní postup Pro stanovení kov v sušin bylo naváženo 0,2000 g vzorku do rozkladných patron. Bylo p idáno 8 ml sm si kyselin chlorovodíkové a dusi né v pom ru 3 : 1. Vzorky byly umíst ny do mikrovlnného rozkladného za ízení Milestone, Ethos, kde byly vystaveny teplot 200 °C a výkonu 500 W po dobu 20 minut. Vodný výluh byl p ipraven podle SN EN 1247-4, kde je pom r kapalné a pevné fáze 10 l*kg-1 sušiny pro materiály se zrnitostí menší než 10 mm. Jako vyluhovací kapalina byla použita demineralizovaná voda. Po navážení vzorku a p idání pot ebného množství vody byly vzorkovnice uzav eny a t epány po dobu 24 h na p eklopné mícha ce. Pro vlastní m ení byl použit optický emisní spektrometr IRIS Intrepid II XSP s plazmovým výbojem v radiálním a axiálním uspo ádání, echelle spektrometrem s polovodi ovým CID detektorem, který s echelle optikou umož uje simultánní p ístup k libovolné vlnové délce ve spektru v rozsahu od 175 do 900 nm. Se spojitým pokrytím vlnových délek dochází také k simultánní korekci na pozadí, což minimalizuje p irozený šum plazmy v d sledku jejího mihotání a šum, který m že být zp soben vzorky s vysokými obsahy rozpušt ných pevných látek. Vlnové délky byly kalibrovány na spektrum rtu ové výbojky. Výkon generátoru s frekvencí 27,12 MHz byl nastaven na 1150 W. Tlak argonu ve zmlžova i byl 32 psi, vzorek byl peristaltickou pumpou vhán n do zmlžova e rychlostí 1,85 ml.min-1. -
Jako testovaný materiál byly zvoleny následující vzorky: vz. . 1, 2: písky s r znou zrnitostí vz. . 3, 4: škváry vz. . 5, 6: skla (barevné stínítko, b. obrazovka) vz. . 7, 8: energosádrovce z r zných lokalit
Stanovení nebezpe ných prvk v sušin a výluhu metodou ICP-OES Nam ené výsledky ve výluhu byly porovnány s limitními hodnotami v tabulce . 2.1. z p ílohy . 2 vyhlášky 294/2005 Sb. Pro porovnání výsledk sušiny byla použita tabulka . 10.1. téže vyhlášky. Limity jsou uvedeny v tabulkách . 1, 2.
Tab. 1: Obsah kov v sušin [mg*kg-1 sušiny] Limitní vz. . 1 vz. . 2 vz. . 3 vz. . 4 vz. . 5 vz. . 6 vz. . 7 vz. . 8 hodnota 15,1 10 As 1,21 1 Cd 200 Cr 0,8 Hg 80 Ni 1981 1000 100 Pb 180 V Tab. 2: Obsah kov ve výluhu [mg*l-1] Limitní vz. . 1 vz. . 2 vz. . 3 vz. . 4 vz. . 5 vz. . 6 vz. . 7 vz. . 8 hodnota 0,05 As 2 Ba 0,004 Cd 0,05 Cr 0,2 Cu 0,001 Hg 0,04 Ni 0,05 0,051 Pb 0,006 0,097 0,073 Sb 0,01 Se 0,4 Zn 0,05 0,05 Mo Z tabulek vyplývá, že tém všechny vzorky vyhov ly požadavk m normy a byly výrazn p ekro eny limity pouze pro olovo u obou vzork skla v sušin , lehce pak pro kadmium u vzorku písku . 1 a arsenu u vzorku škváry. Ve výluhu pak byly nam eny zvýšené hodnoty pro antimon u skla. Je tedy patrné, že z hlediska chemického lze k zapracování do ekologických stavebních hmot použít až na sklo všechny vzorky bez v tších omezení. Posouzení ekotoxicity K hodnocení ekotoxicity popílk byly využity tzv. klasické nebo-li konven ní testy, které jsou momentáln jako jediné zakotveny v platné legislativ . V práci byly použity následující testy: 1) akutní test toxicity na rybách ( SN EN ISO 7346-2) 2) imobiliza ní test na dafniích ( SN EN ISO 6341) 3) r stov inhibi ní test na asách ( SN EN ISO 8692) 4) test klí ivosti a r stu ko ene ho ice (dle v stníku MŽP 4/2007)
Odpad, jehož vodný výluh vykazuje ve zkouškách akutní toxicity alespo pro jeden testovací organismus p i ur ené dob p sobení testovaného odpadu hodnoty: -1 LC (EC, IC)50 10ml.l , je hodnocen jako nebezpe ný. LC 50 – koncentrace, která zp sobí úhyn 50 % testovaných ryb EC 50 – koncentrace, která zp sobí úhyn nebo imobilizaci 50 % testovaných organism IC 50 – koncentrace, která zp sobí 50% inhibici nebo stimulaci r stu testovaných kultur Tab 4: Vyhodnocení test ekotoxicity % mortality % imobilizace Desmodesmus Poecilia Daphnia magna subspicatus reticulata 82,5 vz. . 1 60,8 vz. . 2 2,2 54,3 vz. . 3 10,4 vz. . 4 / 1,7/1,7 32,7/20,8 vz. . 5 / / 14,2/16,8 vz. . 6 3,3 24,5 vz. . 7 vz. . 8
/
48,3/26,7
9,7/4,4
% inhibice Sinapis alba -0,2 11,6 -9,9 0,5 -36,5/-5,4 -36,5/0,9 12,9 19,9/18,2
Pozn: Hodnoty výsledk (% mortality, imobilizace a inhibice) uvedené p ed lomítkem jsou p i neupraveném pH, hodnoty za lomítkem p i upraveném pH výluhu. Úprava pH má áste n omezit vliv nep íznivého pH na živé organismy a vychází ze skute nosti, že pH v tšiny výluh stavebních výrobk se pohybuje v alkalické oblasti. 0 = 0% letální ú inek 100 = 100% letální ú inek Záv r Analýza vstupních surovin p edur ila možné dávkování do jednotlivých stavebních hmot jak z pohledu ekologického, ale také technologického. Testované odpadní materiály byly použity dále pro výrobu p edepsaných zkušebních t les, na nichž byly provád ny další zkoušky dle platných norem. S cílem získat kompletní informace o posuzovaných produktech byly rovn ž provedeny zkoušky ekologické a technologické vhodnosti (fyzikáln -chemické a fyzikáln mechanické vlastnosti). Pod kování P ísp vek vznikl za podpory výzkumného zám ru MSM 2623251101 – Výzkum ekologického zpracování pr myslových odpadních materiál (VEZPOM).
Literatura Vyhláška MŽP . 294/2005 Sb. o podmínkách ukládání odpad na skládky a jejich využívání na povrchu terénu a zm n vyhlášky 383/2001 Sb. o podrobnostech nakládání s odpady. SN 72 2071 Popílek pro stavební ú ely – Spole ná ustanovení, požadavky a metody zkoušení. Praha: ÚNMZ, íjen 2011,31 s. SN 72 2080 Fluidní popel a fluidní popílek pro stavební ú ely – Spole ná ustanovení, požadavky a metody zkoušení. Praha: ÚNMZ, íjen 2011, 33s. Vyhláška SUJB . 307/2002 Sb. o radia ní ochran ve zn ní vyhlášky . 499/2005 Sb. SN EN ISO 8692 Jakost vod. Zkouška inhibice r stu sladkovodních zelených as. SN ISO 6341 Zkouška inhibice pohyblivosti Daphnia magna Straus (Cladocera, Crustacea). Zkouška akutní toxicity. SN ISO 7346-2 Jakost vod. Stanovení akutní letální toxicity látek pro ryby. Obnovovací metoda. Metodický pokyn odboru odpad 04/2007
ást 2:
ke stanovení ekotoxicity odpad . V stník MŽP XVII,
