Analysis of physical and mechanical properties of lightweight aggregate modified with sewage sludge

• Autorzy: Franus M. , Barnat-Hunek D.

Identyfikatory

DOI

10.2429/proc.2015.9(1)004

Warianty tytułu

PL

Analiza fizyczno-mechanicznych właściwości keramzytu modyfikowanego osadami ściekowymi

• Konferencja: ECOpole’13 Conference (23-26.10.2013, Jarnoltowek, Poland)
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In recent years an increasing activity of sewage sludge management strategy is observed. This is due to EU legislation in the field of environmental protection, which constrains depositing this kind of waste. Sewage sludge is an organic-mineral material separated during the wastewater treatment. Because of physico-mechanical properties of the sewage sludge and the threat it can pose to human health and the environment, it has to be carefully processed before it is ultimately disposed of. In practice, there exist two directions of treatment of sewage sludge: natural management, which is covered by strict legislation, and combustion, which has certain advantages and disadvantages. Due to the above-mentioned legislation and EU standards in the field of environment protection, the sewage sludge management has become a major economical, ecological and technical problem. Thus, it is necessary to search for new methods of its utilization, independent of the present solutions. One of the method of utilization of the sewage sludge is production of the lightweight aggregate as a swelling agent, which creates the porous structure of the ceramic material during sintering. This paper presents the study of the basic physical and mechanical properties of lightweight aggregate derived from sewage sludge and clay. The aggregate was obtain in the forming method and sintering in 1150°C. Evaluation of physical properties was conducted on the basis of parameters such as specific density, bulk and volumetric density, porosity, water absorption. Mechanical properties of the aggregate was determined on the basis of resistance to crushing, abrasion in the Los Angeles drum, and frost resistance. Moreover, the removal of heavy metals from the extracts of aggregates was determined. The obtained results show that the lightweight aggregate with addition of sewage sludge meets the basic requirements for materials used in construction.

PL

W ostatnich latach obserwuje się wzmożoną aktywność strategii zagospodarowania osadów ściekowych. Wynika to z przepisów prawnych UE w zakresie ochrony środowiska, które ograniczają możliwości ich składowania. Osady ściekowe są organiczno-mineralną materią wyodrębnioną ze ścieków w trakcie ich oczyszczania. Z uwagi na swoje właściwości fizykochemiczne oraz zagrożenie, jakie mogą stwarzać dla zdrowia ludzi i środowiska naturalnego, muszą być poddawane odpowiedniej przeróbce, za pomocą której są ostatecznie unieszkodliwiane. W praktyce istnieją dwa kierunki unieszkodliwiania osadów ściekowych: przyrodnicze zagospodarowanie, które objęte jest coraz większym rygorem przepisów prawnych, termiczna utylizacja, która ma zarówno zalety, jak i wady. Ze względu na wymienione powyżej prawodawstwo oraz standaryzację wymagań UE w dziedzinie ochrony środowiska zagospodarowanie osadów ściekowych stało się istotnym problemem ekonomicznym, ekologicznym oraz technicznym. Wzmaga to konieczność poszukiwania nowych, obok już istniejących rozwiązań, kierunków ich unieszkodliwiania. Jedną z metod wykorzystania osadów ściekowych może być zastosowanie ich do wytwarzania kruszywa lekkiego jako dodatku spęczniającego, który w warunkach wypalania prowadzi do utworzenia silnie porowatej tekstury spieku ceramicznego. Artykuł przedstawia badania podstawowych cech fizycznych oraz mechanicznych kruszywa lekkiego otrzymanego z osadów ściekowych i gliny. Kruszywo uzyskano metodą plastyczną przez wypalenie w temperaturze 1150°C. Oceny właściwości fizycznych dokonano na podstawie takich parametrów, jak gęstość właściwa, gęstość objętościowa i nasypowa, porowatość, nasiąkliwość. Cechy mechaniczne kruszywa określono na podstawie wytrzymałości na miażdżenie, ścieralności w bębnie Los Angeles, mrozoodporności. Dodatkowo określono wymywanie metali ciężkich w wyciągach z kruszyw. Badane właściwości wskazują, że otrzymane kruszywo keramzytowe z dodatkiem osadu ściekowego spełnia podstawowe wymagania stawiane materiałom stosowanym w budownictwie.

Słowa kluczowe

EN

sewage sludge; LECA; physical properties of lightweight aggregate; mechanical properties of lightweight aggregate

PL

osady ściekowe; keramzyt; cechy fizyczne kruszyw lekkich; cechy mechaniczne kruszyw lekkich

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Proceedings of ECOpole
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 9, No. 1
• Strony: 33--39
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., wykr., tab., rys.

Twórcy

autor

Franus M.

• Civil Engineering and Architecture Faculty, Lublin University of Technology, ul. Nadbystrzycka 40, 20-618 Lublin, Poland

autor

Barnat-Hunek D.

• Civil Engineering and Architecture Faculty, Lublin University of Technology, ul. Nadbystrzycka 40, 20-618 Lublin, Poland

Bibliografia

• [1] Commission of European Communities Council Directive 91/271/EEC of March 1991 concerning urban waste - water treatment (amended by the 98/15 EC of 27 February 1998).
• [2] Commission of European Communities Council Directive 86/278/EEC of 4 July 1986 on the protection of the environment and in particular of the soil, when sewage sludge is used in agriculture.
• [3] Commission of European Communities Council Directive 99/31/EC of 26 April 1999 on the landfill waste.
• [4] Wang X, Jin Y, Wang Z, Nie Y, Huang Q, Wang Q. Development of lightweight aggregate from dry sewage sludge and coal ash. Waste Manage. 2009;29:1330-1335. DOI: 10.1016/j.wasman.2008.09.006.
• [5] Cusidó JA, Lázaro VA, Cremades. Environmental effect of using clay bricks produced with sewage sludge Leachibility and toxicity studies. Waste Manage. 2012;32:1202-1208. DOI: 10.1016/j.wasman.2011.12.024.
• [6] Gonzáles-Corrochano B, Alonso-Azcárate J, Rodas M, Luque FJ, Barrenechea JF. Microstructure and mineralogy of lightweight aggregate produced from washing aggregate sludge, fly ash, and used motor oil. Cement Concrete Comp. 2010;32:694-707. DOI: 10.1016/j.jenvman.2012.05.007.
• [7] Anh Tuan B- L, Hwang Ch-L, Lin K-L, Chen Y-Y, Young Mung-Pei. Development of lightweight aggregate from sewage sludge and waste glass powder for concrete. Constr Build Mater. 2013;47:334-339. DOI:10.1016/j.conbuildmat.2013.05.039.
• [8] Jordán MM, Almendro-Candel MB, Romero M, Rincón JM. Application of sewage sludge in the manufacturing of ceramic tile bodies. Appl Clay Sci. 2005;30:219-224. DOI: 10.1016/j.clay.2005.05.001.
• [9] Chiou IJ, Wang KS, Chen CH, Lin YT. Lightweight aggregate made from sewage sludge and incinerated ash. Waste Manage. 2006;26(12):1453-61. DOI: 10.1016/j.wasman.2005.11.024.
• [10] Monteiro SN, Alexander J, Margem JI, Sánchez R, Vieria CMF. Incorporation of sludge waste from water treatment plant into red ceramic. Constr Build Mater. 2008;22:1281-1287. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2007.01.013.
• [11] Qi Y, Yue Q, Han S, Yue M. Preparation and mechanism of ultra-lightweight ceramics produced from sewage sludge. J Hazard Mater. 2010;176:76-84. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2009.11.001.
• [12] Lo TY, Cui HZ, Tang WC, Leung WM. The effect of aggregate absorption on pore area at the interfacial zone of lightweight concrete. Constr Build Mater. 2008;22:135-142. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2006.10.011.
• [13] EN-ISO 1744-3. Determination of hazardous substances in water extracts of aggregates; 2002.
• [14] EN-ISO 1097-3:2000P. Test for mechanical and physical properties of aggregates. Part 3: Determination of bulk density and void; 2000.
• [15] UNE-EN 1097-6. Test for mechanical and physical properties of aggregates. Part 6: Determination of particle density and water absorption; 2000.
• [17] EN-ISO 1367-1. Study of thermal properties and resistance of aggregates to weathering. Part 1: Determination of frost resistance.
• [18] EN-ISO 13055-1. Determination of crushing strength.