KÖRNYEZETRE ÁRTALMAS HULLADÉKOK ÉS MELLÉKTERMÉKEK
7.5
Textilipari szennyvíziszap felhasználása építőanyagok gyártásában Tárgyszavak: építőanyag; gyártás; hulladék-újrahasznosítás; szennyvíziszap; textilipar.
Textilipari szennyvíziszapok Indiában A textilipar Indiában az egyik legrégibb és legnagyobb ágazat, jelenleg is az egyik legnagyobb exportáló. Az ágazat 21 076, országszerte elszórt egységből áll. Csak Tamilnaduban 5285 egység működik. A textilipar nagy vízmennyiségeket fogyaszt, és sok szennyvizet is termel. A Tamilnadu állam Coimbatore körzetében lévő Tirupur jól ismert kötöttáruiparáról, amelynek az éves exportja több mint 550 M USD. A tirupuri textiliparban 830 egység működik. Ezek nyolc közös és több saját szennyvízkezelő üzemet létesítettek, amelyek a kezelés során iszapot termelnek vegyi koaguláció (Al-, Fe-, Mg-sók és mész adagolásával), flokkulálás és folyékony-szilárd különválasztás folyamataiban. Tirupurban naponta mintegy 200 t textilipari iszap keletkezik. Ennek kisebb részét lerakóhelyre viszik, a nagyobbik részét azonban a szabadban tárolják, ami a talaj, a felszíni és a talajvíz szennyezéséhez vezet. Az iszapban lévő szervetlen sók és mérgező fémek a lakosságot veszélyeztetik. Az iszapnak nagy a kalcium- és magnéziumtartalma, amely főként a koaguláláshoz használt vegyi anyagokból származik. Ezeknek a jelenléte jelzi az iszap felhasználásának a lehetőségét a cement részleges helyettesítésére. Becslések szerint India építőanyag-szükséglete évi 1333 M USD. Az országban évente közel 250 millió tonna ipari hulladék képződik, amelynek egy részét az építőanyag-ipar hasznosítja. Az itt ismertetésre kerülő vizsgálatokban száraz textiliszapot használtak fel a cement és az összetett agyagos föld részleges helyettesíté-
sére. Elemezték az iszap fizikai-kémiai és műszaki tulajdonságait. Ez az iszap nehézfémeket és szervetlen sókat is tartalmaz. A kilúgozódó nehézfémek mérgezhetik a talajvizet és a talajt, a szervetlen sók az acélés vasbeton szerkezetek korrózióját okozhatják. A textiliszap használata a betonban a szilárdságot csökkentheti, ezért a vizsgálat mind a szerkezeti, mind a nem szerkezeti alkalmazásokra kiterjedt. Az iszapot felhasználták beton padlóburkoló lapokban, útburkoló, üreges és tömör tömbökben, 10%, 20% és 30%-os cementhelyettesítéssel. Közönséges égetett agyag téglákat is készítettek úgy, hogy az agyag 30%-ig terjedő részét textiliszappal helyettesítették. A kidolgozott építőanyagokon különböző vizsgálatokat végeztek, az indiai szabvány (BIS) előírásai szerint.
A felhasznált anyagok A textiliszapot az egyik közös szennyvíztisztító üzemből vették, iszapszárító ágyakból és lerakókból, véletlenszerű mintavétellel. A minta nedvességtartalma kb. 30%-os volt, majd azt 24 órán át, kemencében, 1000 °C-on szárították. Szárítás után száraz, tiszta acéltálcán, döngölővel megőrölték. Olyan őrölt iszapot használtak, amely átment a 212 µmes és fennmaradt a 90 µm-es szitán (a finomabb frakciót a vizsgálatból kizárták). Az anyag finomsága és kis sűrűsége kezelési nehézségeket okozott, a legkisebb légáramlat is elfújta. Ez az iszap finomabb a cementnél, és kisebb a fajlagos tömege is. Nagyobb térfogatot foglal el és több vizet igényel keveréskor, ami csökkenti a szilárdságot. Közönséges portlandcementet használtak, amelynek 28 napos szilárdsága 43 N/mm2, és rendszerint nem szerkezeti célokra alkalmazzák. A nyomószilárdságot 70,6 mm-es élhosszúságú kockákon mérték. Az IS:1,18 mm szitán átmenő folyami homokot használtak. Az iszap aránya 30%-ig terjedt, és más anyagokat is használtak (cement, dolomitpor, kőpor, 6 mm-es kőzúzalék, homok és téglákhoz agyag).
Az alkalmazott módszer Az anyag konzisztenciáját szabványos Vicat-készülékkel határozták meg. A fajlagos tömeget 50 ml-es palackkal mérték. Az iszap vegyi tulajdonságait a Tamilnadu szennyezésvizsgáló laboratórium vizsgálta, az
APHA, 1998 szabvány szerint. A nehézfémeket salétromsavas-perklórsavas előkezelésű, 5 g-os szárított iszapmintán vizsgálták, és további atomabszorpciós lángspektroszkópos fémelemzést is végeztek. A szervetlen, vízben oldódó sókat az iszap 1:5 arányú vizes kivonatán mérték, (mg/l-ben). Ehhez 20 g szárított iszapot mértek egy 250 ml-es kúpos edénybe, és 100 ml desztillált vizet adtak hozzá, majd 200/perc frekvencián, 30 percen át rázták. A szuszpenziót Whatman No. 1-es papíron át szűrték, és a tiszta szűrletet vegyelemezték. 0,6 mm élhosszúságú, különböző iszaparányú kockákat öntöttek a 3, 7 és 28 napos nyomószilárdság meghatározásához. A víz:cement arányt 0,45–0,75 határok között tartották, a cement:homok arány pedig 1:3 volt. A kockákban a cementet 5-20%-os arányban helyettesítették iszappal. Minden összetételből három-három kockaminta készült. Az összes építőanyagot az indiai szabvány (BIS) szerint gyártották. A keverékek arányait az 1. táblázat tartalmazza. A nyomószilárdságot géppel, a BIS előírásai szerint állapították meg, a három próbatest eredményeinek az átlagolásával. A cementes beton padlóburkoló lapok hajlítószilárdságát egyetemes vizsgáló géppel határozták meg. Kopásállóságukat ugyanezen szabvány szerint vizsgálták, a próbatest koptatás előtti és utáni vastagságának a különbségéből határozva azt meg. A tömbök sűrűségét és a nedvesség mozgását is mérték. Az építőanyagok vízfelvevő képességét a következőképpen vizsgálták: három-három mintát 24 órára vízbe merítettek, majd kivettek és szárazra töröltek. Közvetlenül ezután a minták tömegét megmérték, majd 24 órán át kemencében szárították, kivették, szobahőmérsékletre hűtötték és ismét mérlegelték. A téglákat „kivirágzásra” is vizsgálták. Ehhez a mintákat 24 órára vízbe merítették, majd árnyékon száradni hagyták. Fehér vagy szürke lerakódások megjelenése a téglák felületén oldható sók jelenlétét jelezte.
Az eredmények kiértékelése A szennyvíziszap jellemzői A textilipari iszap fizikai-kémia jellemzőit a 2. táblázat mutatja. A felhasznált cement fajlagos tömege 3,07 volt, az iszapé 2,4. Az iszap 32% körüli illó szilárdanyag-tartalma nagyon nagy hamutartalmat eredményez, és ezért az égetéssel való ártalmatlanítása nem ajánlott.
2. táblázat A textilipari szennyvíziszap jellemzői Minta 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 16 17 18
Tulajdonság Víztartalom Fajlagos tömeg pH Kadmium Réz Összes króm Cink Nikkel Ólom Vas (Fe++) Szulfátok Szulfidok Kalcium Magnézium Kloridok Teljes keménység, mint CaCo3 Összes illó szilárd anyag
Érték 28,72% 2,4 9,13 3,96 mg/kg 57,48 mg/kg 2,98 mg/kg 91,60 mg/kg 0,68 mg/kg 12,1 mg/kg 180,5 mg/kg 1167 mg/l nem kimutatható 108,22 mg/l 154,30 mg/l 5445 mg/l 905 mg/l 31,85%
Az mg/l-ben kifejezett paraméterek 1:5 iszap/víz kivonatra vonatkoznak. 80 konzisztenciahatárok
70 60 50 40 30 20 10
konzisztenciahatárok
0 0
20
40
60
80
100
120
a cement helyettesítése textilipari szennyvízkezelő üzemekből származó iszappal, %
1. ábra A cement és textilipari szennyvíziszap keverékeinek konzisztenciahatárai
A felhasznált cement konzisztenciahatárát 31%-osnak találták. A különböző (száraz) iszaptartalmú cement konzisztenciahatárai (1. ábra) azt mutatják, hogy a keverékek ilyen értékei az iszap arányának a növekedésével nőnek. Ezenkívül 35%-os helyettesítés esetén a víz:cement arány 0,45-ről 0,7-re nőtt. A kis víz:cement arány a beton szilárdságának fontos tényezője. Szerves frakció jelenléte az iszapban a mennyiségével arányosan növeli a kötési időt. A nyomószilárdság és a szerkezeti alkalmazások Az átlagos nyomószilárdsági értékeket a 2. ábra mutatja. Az egyes minták értékei legfeljebb 4%-kal térnek el az átlagtól, és ez az eltérés is a nem hatékony tömörítés és keverés eredménye lehet. Az eredmények azt mutatják, hogy az iszap növekvő arányával a cementben a nyomószilárdság fokozatosan csökken. Az 5% iszapot tartalmazó minta nyomószilárdsága közel akkora, mint a csak cementet tartalmazóé. 5%nál több iszap esetén megkezdődik a fokozatos csökkenés. Beszámoltak már települési szennyvíziszap kötőanyagként való használatáról, és úgy találták, hogy a hamutartalom növekedésével a nyomószilárdság úgy csökken, mint a jelen vizsgálatban. A textiliszap részleges használata tehát nem ad olyan nyomószilárdságot, amilyen az építési munkákhoz és a szerkezeti alkalmazásokhoz szükséges.
nyomószilárdság, N/mm
2
50 3. nap 7. nap 28. nap
45 40 35 30 25 20 15 0
5
10
15
20
25
a cement helyettesítése textilipari szennyvíziszappal, %
2. ábra A cementből és textilipari iszapból álló keverékek nyomószilárdsága
A nem szerkezeti építőanyagok tulajdonságai A textilipari szennyvizekből származó iszapot hasznosító nem szerkezeti építőanyag tulajdonságait a 3. táblázat ismerteti, és az eredményeket az alábbiakban tárgyaljuk. Beton padlóburkoló lapok A vizsgálati eredmények azt mutatják, hogy azok a lapok, amelyekben a cement legfeljebb 30%-át helyettesítették iszappal, megfelelnek a vonatkozó szabvány előírásainak, nevezetesen: 1. A nedves hajlítószilárdság nagyobb, mint az előírt minimális 3 N/mm2. 2. A vízfelvétel kisebb, mint a megengedett 10%. 3. A kopás kisebb, mint a megengedett 3,5 mm-es átlag, és az egyes mintákra megengedett 4 mm. A vonatkozó brit szabvány (BS, 1955) nem ír elő szilárdsági tulajdonságokat, a méretek, az alakok, a felület minősége és a színek azonban megfelelnek a brit szabványnak. Üreges tömbök A legfeljebb 20%-nyi iszappal helyettesített üreges tömbök megfelelnek a teherviselő egységekre vonatkozó előírásnak, a 30%-osak pedig a nem teherviselő egységekre vonatkozónak. Az eredmények nevezetesen a következőket mutatják: 1. A 10%, 20% és 30%-nyi szennyvíziszappal előállított üreges tömbök sűrűsége nagyobb, mint a szabványban előírt legalább 1500 kg/m3. Az üreges tömböket a „közepes súlyú” kategóriába sorolják. 2. A 10%-os és 20%-os tömbök nyomószilárdsága megfelel a szabványnak, amely szerint az átlagos nyomószilárdság nem lehet kisebb mint 3 N/mm2. A 30%-os tömbök nyomószilárdsága megfelel a C osztálynak, amelyben az átlagos nyomószilárdság legalább 1,5 N/mm2. Egyik üreges tömb sem érte el azonban az amerikai ASTM (C90–75) szabványban a teherviselő üreges egységekre előírt nyomószilárdságot. 3. Az összes tömbök vízfelvétele kisebb, mint a megengedett 10%. 4. Az összes tömbök nedvességmozgása kisebb mint a megengedett 0,09%.
Tömör tömbök Az eredmények szerint a legfeljebb 30%-nyi helyettesítő iszappal előállított tömör tömbök megfelelnek az előírásnak, nevezetesen: 1. A 10, 20 és 30% iszaptartalmú tömbök sűrűsége nagyobb, mint az előírt legalább 1800 kg/m3. A tömör tömböket az ASTM (C129– 75) 1981 szabvány szerinti „normál súlyúnak” sorolják be. 2. A 10 és 20%-os tömbök mindegyikének a nyomószilárdsága eléri teherhordozó egységek D osztályára előírt legalább 4 N/mm2 átlagos értéket. A 30%-os tömbök átlagos nyomószilárdsága 3,74 N/mm2. Az összes tömör tömb teljesíti a nem teherhordó egységekkel szembeni követelményeket. 3. Az összes tömbök vízfelvétele kisebb, mint az IS előírásokban megengedett 10%. 4. A legfeljebb 30%-os iszaptartalmú összes tömbök nedvességmozgása kisebb, mint a megengedett 0,09%. A tömör tömbök megfelelnek az ASTM (C129–75) szabvány előírásainak a nem teherviselő beton falazóanyagokra. Járdaburkoló tömbök A nyomószilárdsági vizsgálatok eredményei szerint a cementet 10 és 20%-nyi iszappal helyettesítve gyártott anyagok szilárdsága az iszap nélküli, kereskedelmi tömbökének több mint a 80%-a. A 30%-os tömböknél ez a mutató több mint 70%. Az összes vizsgált tömb vízfelvétele kisebb 10%-nál, azaz a megengedett értéknél. Szokásos, agyagból égetett téglák Az eredmények szerint az iszappal módosított téglák nyomószilárdsága kisebb, mint az iszap nélkül gyártott kereskedelmi tégláké, ami aggodalomra adhat okot. Konkrétan ez az alábbiakat jelenti: 1. A 10%-os téglák nyomószilárdsága nagyobb, mint a teherhordó egységekre előírt legalább 3,5 N/mm2. A 20% és 30% iszapot tartalmazó téglák nyomószilárdsága kisebb az előírtnál. A vizsgált téglaminták nyomószilárdsága nem éri el az előírt értéket. Meg kell említeni, hogy az ASTM-ben a kereskedelmi téglákra előírt legkisebb nyomószilárdsága 2,9-szer nagyobb, mint az indiai szabvány (BIS 1979a és 1979b) követelménye, így az ASTM India számára túl szigorúnak látszik. 2. Az összes vizsgált tégla vízfelvétele kisebb, mint az IS által megengedett 20%. 3. A vizsgált téglákon kivirágzás nem volt észlelhető.
4. A több mint 20%-os téglák száradási zsugorodására az agyag iszappal való helyettesítése hatott. Kis repedések mutatkoztak, és nagyobb volt a vízfelvétele, mint az iszap nélküli tégláké.
Értékelés A vizsgálatok azt mutatják, hogy a cement legfeljebb 30%-a helyettesíthető textilipari szennyvíziszappal úgy, hogy az így nyert anyagból még gyárthatók nem szerkezeti építőanyagok. A textilipari iszapok felhasználása ilyen alkalmazásokban a deponálás alternatívája lehet. Az iszap adagolása a cementhez azonban lassítja a kötést. A kutatás következő lépéseként részletes kilúgozási és gazdaságossági vizsgálatokat kell végezni. Összeállította: Szende György Balasubramanian, J.; Sabumon, P. C. stb.: Reuse of textile effluent treatment plant sludge in building materials. = Waste Management, 26. k. 1. sz. 2006. p. 22–28. Naik, M. A.: Effluent treatment for textile industry. = Environmental Pollution Control Journal, 4. k. 6. sz. 2001. p. 56. Mahadeva Swamy, M.: Potential of municipial wastewater sludge as a cementing material. = Journal of Environment and Pollution, 7. k. 1. sz. 200. p. 51–57.
