The Role of Slag from the Combustion of Solid Municipal Waste in Circular Economy

• Autorzy: Czop Monika , Kajda-Szcześniak Małgorzata , Zajusz-Zubek Elwira , Biss Wojciech , Bochenko Aleksandra , Brzezina Łukasz , Czech Dominik , Turyła Karolina

Identyfikatory

DOI

10.29227/IM-2022-02-19

Warianty tytułu

PL

Rola żużla ze spalania odpadów komunalnych w gospodarce o obiegu zamkniętym

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Slag formed in the processes of thermal degradation of the municipal fraction is classified in accordance with applicable regulations as waste with code 19 01 12. It is estimated that as a result of the combustion of municipal fractions, about 0.25 Mg of slag per 1 Mg of incinerated waste is formed. From the perspective of the circular economy, it is necessary to seek new applications for this type of material in the industry. New business models, in particular the recovery of by-products, are a chance for their optimal use. This concept assumes that waste from one process is a product for another process. Action requires a new look at the market and the development of previously non-existent industrial symbioses. As a result of reintroducing slag into circulation, a reduction in natural resource consumption can be achieved, resulting in both economic and environmental savings. The objective of the article is a preliminary assessment of the physical and chemical properties of slag from municipal waste incineration plants as an additive to concrete. For the purposes of evaluating the use of slag in construction, the following scenarios were analyzed: slag as a substitute for aggregate, sand, and cement. The tests were carried out on slag obtained from three different installations operating in Poland. The article presents the oxide and elemental composition of slags, and the obtained results are related to the requirements for using granulated blast furnace slag as a type II additive to concrete. The analyzed slags are characterized by a low content of chlorine (Cl<0.5%), the total sulfur content was at the level of 0.7%. The organic carbon content (TOC) of the tested slags was below the level of quantification. The obtained results confirm that the use of slag as an alternative aggregate or raw material in concrete does not pose a threat to individual elements of the natural environment.

PL

Żużel powstający w procesach degradacji termicznej odpadów komunalnych klasyfikuje się zgodnie z obowiązującymi przepisami jako odpad o kodzie 19 01 12. Szacuje się, że w wyniku spalania odpadów komunalnych powstaje około 0,25 Mg żużla na 1 Mg spalanych odpadów. Z perspektywy gospodarki o obiegu zamkniętym konieczne jest poszukiwanie dla tego materiału nowych zastosowań w przemyśle. Szansą na ich optymalne wykorzystanie są nowe modele biznesowe, w szczególności odzysk produktów ubocznych. Koncepcja ta zakłada, że odpad z jednego procesu jest produktem dla innego procesu. Działanie wymaga nowego spojrzenia na rynek i rozwój nieistniejących wcześniej symbioz przemysłowych. W wyniku ponownego wprowadzenia żużla do obiegu następuje redukcja zużycia zasobów naturalnych, co skutkuje oszczędnościami zarówno ekonomicznymi, jak i środowiskowymi. Celem artykułu jest wstępna ocena właściwości fizycznych i chemicznych żużla ze spalarni odpadów komunalnych jako dodatku do betonu. Na potrzeby oceny wykorzystania żużla w budownictwie przeanalizowano następujące scenariusze: żużel jako zamiennik do kruszywa, piasku i cementu. Badania przeprowadzono na żużlu pozyskanym z trzech różnych instalacji działające w Polsce. W artykule przedstawiono skład tlenkowy i pierwiastkowy żużli, a uzyskane wyniki odniesiono do wymagania dotyczące stosowania granulowanego żużla wielkopiecowego jako dodatku typu II do betonu. Analizowane żużle charakteryzują się niską zawartością chloru (Cl<0,5%), całkowita zawartość siarki kształtowała się na poziomie 0,7%. Zawartość węgla organicznego (TOC) w badanych żużlach był poniżej poziomu analitycznego. Uzyskane wyniki potwierdzają możliwość wykorzystania żużla jako alternatywnego kruszywa lub surowca do betonu. W wykorzystanie popiołów ze spalarni odpadów komunalnych do betonu nie stwarza zagrożenia dla środowiska naturalnego

Słowa kluczowe

EN

slag; raw material; recycling; concrete

PL

żużel; surowiec; recykling; beton

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Przeróbki Kopalin
• Czasopismo: Inżynieria Mineralna
• Rocznik: 2022
• Tom: no. 2
• Strony: 145--150
• Opis fizyczny: Bibliogr. 28 poz., tab., zdj.

Twórcy

autor

Czop Monika

• Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering, Department of Technologies and Installations of Waste Management

autor

Kajda-Szcześniak Małgorzata

• Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering, Department of Technologies and Installations of Waste Management

autor

Zajusz-Zubek Elwira

• Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering, Department of Air Protection

autor

Biss Wojciech

• Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering

autor

Bochenko Aleksandra

• Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering

autor

Brzezina Łukasz

• Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering

autor

Czech Dominik

• Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering

autor

Turyła Karolina

• Silesian University of Technology, Faculty of Energy and Environmental Engineering

Bibliografia

• 1. EUROSTAT STATISTICS EXPLAINED. https://ec.europa.eu/eurostat/statistics-explained/index.php?title=Main_Page (Availabe online: 08.07.2022)
• 2. USTAWA z dnia 14 grudnia 2012 r. o odpadach (Dz. U. 2013 poz. 21) https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails. xsp?id=wdu20130000021 (Availabe online: 08.07.2022)
• 3. PIRES, A, MARTINHO, G., 2019. Waste hierarchy index for circular economy in waste management. Waste Manag 95:298–305. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2019.06.014
• 4. MENG-CHUEN CHEN, D., BODIRSKY, B.L, KRUEGER, T., MISHRA, A., POPP, A., 2020. The world's growing municipal solid waste: trends and impacts Environ. Res. Lett. 15 074021. DOI: https://doi.org/10.1088/1748-9326/ab8659
• 5. ZENG, C., LYU, Y., WANG, D., JU, Y., SHANG, X., LI, L., 2020. Application of fly ash and slag generated by incineration of municipal solid waste in concrete. Advances in Materials Science and Engineering, 2020. https://doi.org/10.1155/2020/7802103
• 6. SIDDIQUE, R., 2010. Use of municipal solid waste ash in concrete,” Resources, Conservation and Recycling, vol. 55, no. 2, pp. 83–91, 2010. https://doi.org/10.1016/j.resconrec.2010.10.003
• 7. ROZPORZĄDZENIE MINISTRA KLIMATU z dnia 2 stycznia 2020 r. w Sprawie Katalogu Odpadów (Dz.U. 2020 poz. 10). https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/DocDetails.xsp?id=WDU20200000010 (Dostęp 08.07.2022)
• 8. MIKUŁA, J., ŁACH, M., MIERZWIŃSKI, D., 2017. Utilization methods of slags and ash from waste incineration plants. Ecol. Eng., 18, 37–46. DOI: 10.12912/23920629/68331
• 9. CZOP, M., ŁAŹNIEWSKA-PIEKARCZYK, B., KAJDA-SZCZEŚNIAK, M., 2021. Analysis of the Possibility of Using Slags from the Thermal Treatment of Municipal Waste as Potential Component of Cement—Case Study. Materials 14(21), 6491. https://doi.org/10.3390/ma14216491
• 10. Cyrkularne modele biznesowe, https://gozwpraktyce.pl/modele-biznesowe/ (Availabe online: 08.07.2022)
• 11. Odzysk produktów ubocznych, https://gozwpraktyce.pl/odzysk-produktow/ (Availabe online: 08.07.2022)
• 12. CZOP, M., ŁAŹNIEWSKA-PIEKARCZYK, B., 2020. Use of Slag from the Combustion of Solid Municipal Waste as A Partial Replacement of Cement in Mortar and Concrete. Materials, 13(7), 1593; https://doi.org/10.3390/ma13071593147.
• 13. AWOYERA, P., ADESINA, A., 2019. Critical review on application of alkali activated slag as a sustainable composite binder. Case Stud. Constr. Mater., 11, 1–13. https://doi.org/10.1016/j.cscm.2019.e00268
• 14. KIKUCHI, R., 2001. Recycling of MSW for cement production: Pilot-scale test for transforming incineration ash of solid waste into cement clinker. Resour. Conserv. Recycl., 31, 137–147.
• 15. RYTELEWSKA-CHILCZUK, N. 2017. Rola ubocznych produktów spalania w circular economy. Teraz Środowisko, https://www.teraz-srodowisko.pl/aktualnosci/uboczne-produkty-spalania-w-circular-economy-3427.html (Availabe online: 22.07.2022).
• 16. SZCZYGIELSKA, D., 2015. Wykorzystanie minerałów antropogenicznych w gospodarce obiegu zamkniętym [w:]. Szczygielski T (red.): Minerały antropogeniczne a gospodarka obiegu zamkniętego. Politechnika Warszawska, Instytut Badań Stosowanych, s. 17-28.
• 17. SIKOR, J., NIEMIEC, M., SZELĄG-SIKORA, ANNA., KUBOŃ, M., MRUK, B., MARCZUK, A., 2019. Wykorzystanie żużla z termicznego przekształcania odpadów komunalnych na cele betoniarskie. Przemysł Chemiczny, 98, 7 | s. 1104 - 1107.
• 18. CUI, Q., MAIERDAN, Y., CHEN, B., GE, J., LIU, N., 2022. Comparative research on the application of slag as an alternative to cement in binder-bentonite cutoff wall backfills. Construction and Building Materials, 325, 126817, https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat. 2022.126817
• 19. LI, X., GUO, Y., SHARMA, R., SINGH, A., ZHANG, H., ZHANG, J., FU, Y., 2022. Utilization of Different Grain Size of Municipal Solid Waste Bottom Ash in High-Performance Mortars. Sustainability, 14(7), 4263; doi.org/10.3390/su14074263
• 20. PN-EN 15934:2013-02 Determination of Moisture Content.
• 21. PN-EN 15935:2013-02 Determination of Loss on ignition (LOI).
• 22. PN-EN 15407:2011 Methods for the Determination of Carbon (C), Hydrogen (H) and Nitrogen (N) Content.
• 23. PN-Z-15011-3:2001 Chemiczne oznaczanie zawartości węgla organicznego (TOC)
• 24. PN-ISO 334:1997 Determination of Sulphur with the Eschki Method.
• 25. PN-ISO 587:2000 Determination of Chloride Using the Eschka Mixture
• 26. BS EN 15167-1:2007 Ground granulated blast furnace slag for use in concrete, mortar and grout - Part 1: Definitions, specifications and conformity criteria.
• 27. ROZPORZĄDZENIE MINISTRA GOSPODARKI z dnia 16 lipca 2015 r. w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach (DZ.U. 2015 poz.1277)
• 28. PN–EN 197–1 Cement—Part 1: Composition, Specifications and Conformity Criteria for Common Cements

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu „Społeczna odpowiedzialność nauki” - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023)