Possibilities of using ash from thermal treatment of municipal solid waste in hardening slurries

• Autorzy: Szarek Łukasz , Falaciński Paweł , Drużyński Piotr

Identyfikatory

DOI

10.24425/aep.2023.145899

Warianty tytułu

PL

Możliwości wykorzystania popiołu z termicznego przekształcania odpadów komunalnych w zawiesinach twardniejących

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In recent years, there has been a marked increase in the amount of municipal waste generated in Poland. In 2020, 21.6% of all municipal waste was subjected to a thermal treatment process. Consequently, the amount of ashes generated is significant. Due to their properties, it is difficult to utilize this type of waste within concrete production technology. One of the waste utilization methods is to add it to hardening slurries used in, among others, cut-off walls. The article assesses the possibility of using ashes from municipal waste incineration as an additive to hardening slurries. It also discusses the technological properties of hardening slurries with the addition of the ashes in question. The experiment showed that it is possible to compose a hardening slurry based on tested ashes with technological properties suitable for use as a cut-off wall. Further research directions were proposed.

PL

W ostatnich latach w Polsce nastąpił wyraźny wzrost ilości wytwarzanych odpadów komunalnych. W 2020 roku 21,6% wszystkich odpadów komunalnych zostało poddanych procesowi termicznego przekształcania. W związku z tym ilość wytwarzanych popiołów jest znaczna. Ze względu na ich właściwości trudno jest wykorzystać ten rodzaj odpadów w ramach technologii betonu. Jedną z metod wykorzystania odpadów jest dodawanie ich do zawiesin twardniejących stosowanych m.in. w przesłonach przeciwfiltracyjnych. W artykule oceniono możliwość wykorzystania popiołów ze spalania odpadów komunalnych jako dodatku do zawiesin twardniejących. Omówiono również właściwości technologiczne zawiesin twardniejących z dodatkiem badanych popiołów. Przeprowadzony eksperyment wykazał, że możliwe jest skomponowanie zawiesiny twardniejącej na bazie badanych popiołów o właściwościach technologicznych odpowiednich do zastosowania jako ściana odcinająca. Zaproponowano dalsze kierunki badań.

Słowa kluczowe

EN

municipal solid waste; fly ash; hardening slurry; cement-bentonite slurry; cementitious materials; circular economy

PL

odpady komunalne; popiół; zawiesiny twardniejące; zawiesiny cementowo-bentonitowe; przekształcanie termiczne odpadów; przesłony przeciwfiltracyjne; ściana odcinająca

• Wydawca: Institute of Environmental Engineering, Polish Academy of Sciences
• Czasopismo: Archives of Environmental Protection
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 49, no 2
• Strony: 76--84
• Opis fizyczny: Bibliogr. 50 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Szarek Łukasz

• Faculty of Building Services, Hydro and Environmental Engineering, Warsaw University of Technology, Poland

autor

Falaciński Paweł

• Faculty of Building Services, Hydro and Environmental Engineering, Warsaw University of Technology, Poland

autor

Drużyński Piotr

• Faculty of Building Services, Hydro and Environmental Engineering, Warsaw University of Technology, Poland

Bibliografia

• 1. Almahdawi, F.H.M.; Al-Yaseri, A.Z. & Jasim, N. (2014). Apparent viscosity direct from Marsh funnel test. Iraqi Journal of Chemical and Petroleum Engineering, 15(1), pp. 51-57, ISSN: 1997-4884
• 2. Alwaeli, M.; Alshawaf, M. & Klasik, M. (2022). Recycling of selected fraction of municipal solid waste as artificial soil substrate in support of the circular economy. Archives of Environmental Protection, 48(4), pp. 68–77. DOI:10.24425/aep.2022.143710
• 3. Borys, M. (2012). Hardening slurry cut-off walls in dyke bodies and bases. Wiadomości melioracyjne i łąkarskie, 55(2), pp. 89-95. (in Polish).
• 4. Borys, M.; Rycharska, J. (2006). Parameters of hardening slurries used for the construction of cut-off walls in dykes. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie, 6(1), pp.47-56. (in Polish)
• 5. Chomkhamsri, K. & Pelletier, N. (2011). Analysis of existing environmental footprint methodologies for products and organizations: recommendations, rationale, and alignment. Institute for Environment and Sustainability, pp. 1-61.
• 6. Domańska, W.; Bochenek, D.; Dawgiałło, U.; Gorzkowska, E.; Hejne, J.; Kiełczykowska, A.; Kruszewska, D.; Nieszałą, A.; Nowakowska, B.; Sulik, J.; Wichniewicz, A.; Wrzosek, A. (2022). Environment 2022. Statistics Poland. Warsaw, 157–158p.
• 7. Falacinski, P. & Szarek, Ł. (2016). Possible applications of hardening slurries with fly ash from thermal treatment of municipal sewage sludge in environmental protection structures. Archives of Hydro-Engineering and Environmental Mechanics, 63, pp. 47-61.DOI: 10.1515/heem-2016-0004
• 8. Falaciński, P. (2012). Possible applications of hardening slurries with fluidal ashes in environment protection structures. Archives of Environmental Protection 38, pp. 91-104. DOI:10.2478/v10265-012-0031-7
• 9. Falaciński, P.; Kledyński, Z. (2006). Influence of aggressive liquids on hydraulic conductivity of hardening slurries with the addition of different fluidal fly ashes. Environmental Engineering: Proceedings of the 2nd National Congress on Environmental Engineering, 4-8 September 2005. CRC Press, pp. 295-300.
• 10. Ferreira, C.; Ribeiro, A.; Ottosen, L. (2003). Possible applications for municipal solid waste fly ash. Journal of Hazardous Materials, 96(2-3), pp. 201-216.
• 11. Garvin, S.L.; Hayles, C.S. (1999). The chemical compatibility of cement–bentonite cut-off wall material. Construction and Building Materials, 13(6), pp. 329-341.
• 12. Jefferis, S. (2012). Cement-bentonite slurry systems. In Grouting and Deep Mixing 2012, pp.1-24.
• 13. Jefferis, S. (2013). Grouts and slurries. In Construction Materials Reference Book. Routledge, pp. 173-202.
• 14. Jefferis, S.A. (2008). Reactive transport in cut-off walls and implications for wall durability. In GeoCongress 2008: Geotechnics of Waste Management and Remediation, pp. 652-659.
• 15. Kledynski, Z.; Machowska, A. (2013). Hardening slurries with ground granulated blast furnace slag activated with fluidal fly ash from lignite combustion. Przemysł Chemiczny 92(4), pp.490-497. (in Polish)
• 16. Kledyński, Z. (1989). The use of statistical planning of experiments in the search for a frost resistant hardening slurry. Gospodarka Wodna, 9, pp. 181-184. (in Polish)
• 17. Kledyński, Z. (2000). Corrosion resistance of hardening slurries in environmental facilities. Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Inżynieria Środowiska, 33, pp. 3-101. (in Polish)
• 18. Kledyński, Z.; Rafalski, L. (2009). Hardening slurries. Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej Polskiej Akademii Nauk Instytut Podstawowych Problemów Technicznych. Studia z Zakresu Inżynierii, 66. Warszawa. pp.1-234. (in Polish)
• 19. Kledyński, Z.; Falaciński, P.; Machowska, A.; Dyczek, J. (2016). Utilisation of CFBC fly ash in hardening slurries for flood-protecting dikes. Archives of Civil Engineering, 62, pp. 75-88.
• 20. Kledyński, Z.; Falaciński, P.; Machowska, A.; Szarek, Ł.; Krysiak, Ł. (2021). Hardening Slurries with Fluidized-Bed Combustion By-Products and Their Potential Significance in Terms of Circular Economy. Materials, 14(9). DOI: 10.3390/ma14092104
• 21. Kumar, A.; Mittal, A. (2019). Utilization of municipal solid waste ash for stabilization of cohesive soil. In Environmental Geotechnology: Proceedings of EGRWSE 2018, Springer. Singapore, pp .133-139.
• 22. Lam, C.H.K.; Barford, J.P.; McKay, G. (2011). Utilization of municipal solid waste incineration ash in Portland cement clinker. Clean technologies and environmental policy, 13, pp. 607-615.
• 23. Liang, S.; Chen, J.; Guo, M.; Feng, D.; Liu, L.; Qi, T. (2020). Utilization of pretreated municipal solid waste incineration fly ash for cement-stabilized soil. Waste Management, 105:, pp. 425-432. DOI: 10.1016/j.wasman.2020.02.017
• 24. Marsh, H.N. (1931). Properties and treatment of rotary mud. Transactions of the AIME, 92, pp. 234-251.
• 25. Mewis, J. (1979). Thixotropy-a general review. Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, 6, pp. 1-20.
• 26. Opdyke, S.M.; Evans, J.C. (2005). Slag-Cement-Bentonite Slurry Walls. Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 131, pp. 673-681.
• 27. Orr, J.; Gibbons, O.; Arnold, W. (2020). A brief guide to calculating embodied carbon.
• 28. Pawnuk, M.; Szulczyński, B.; den Boer, E.; Sówka, I. (2022). Preliminary analysis of the state of municipal waste management technology in Poland along with the identification of waste treatment processes in terms of odor emissions. Archives of Environmental Protection, 48(3), pp. 3-20. DOI: 10.24425/aep.2022.142685
• 29. Peters, G.P. (2010). Carbon footprints and embodied carbon at multiple scales. Current Opinion in Environmental Sustainability, 2, pp. 245-250.
• 30. Primus, A.; Chmielniak, T.; Rosik-Dulewska, C. (2021). Concepts of energy use of municipal solid waste. Archives of Environmental Protection, 47(2), pp. 70-80. DOI: 10.24425/aep.2021.137279
• 31. Rafalski, L. (1995). Właściwości i zastosowanie zawiesin twardniejących. Instytut Badawczy Dróg i Mostów.
• 32. Ruffing, D.; Evans, J. (2019). Soil Mixing and Slurry Trench Cutoff Walls for Coal Combustion Residue Sites. 2019 World of Coal Ash.
• 33. Siddique, R. (2010)a. Use of municipal solid waste ash in concrete. Resources. Conservation and Recycling, 55, pp. 83-91.
• 34. Siddique, R. (2010)b. Utilization of municipal solid waste (MSW) ash in cement and mortar. Resources, Conservation and Recycling, 54, pp. 1037-1047.
• 35. Stanisz, A. (2007). Przystępny kurs statystyki: z zastosowaniem STATISTICA PL na przykładach z medycyny. Analizy wielowymiarowe. StatSoft.
• 36. Szarek, Ł. (2019). The influence of addition fly ash from thermal treatment of municipal sewage sludge on selected hardening slurries properties. In Monitoring and Safety of Hydrotechnical Constructions, pp.329-340. (in Polish)
• 37. Szarek, Ł. (2020). Leaching of heavy metals from thermal treatment municipal sewage sludge fly ashes. Archives of Environmental Protection, 46(3), pp. 49-59. DOI: 10.24425/aep.2020.134535
• 38. Talefirouz, D.; Çokça, E.; Omer, J. (2016). Use of granulated blast furnace slag and lime in cement-bentonite slurry wall construction. International journal of geotechnical engineering, 10, pp. 81-85.
• 39. Uliasz-Bocheńczyk, A.; Deja, J.; Mokrzycki, E. (2021). The use of alternative fuels in the cement industry as part of circular economy. Archives of Environmental Protection, 47(4), pp. 109-117. DOI: 10.24425/aep.2021.139507
• 40. Wiedmann, T.; Minx, J. (2008). A definition of "carbon footprint". Ecological economics research trends, 1, pp. 1-11.
• 41. Wielgosiński, G. (2016). Spalarnie odpadów komunalnych w perspektywie 2020 r. Przegląd Komunalny, pp. 30-32.
• 42. Wojtkowska, M.; Falaciński, P.; Kosiorek, A. (2016). The release of heavy metals from hardening slurries with addition of selected combustion by-products. Inżynieria i Ochrona Środowiska, 19, pp. 479-491. (in Polish)
• 43. EN 450-1:2012 Fly ash for concrete. Definition, specifications and conformity criteria.
• 44. ISO/TS 14067:2013 Greenhouse gases — Carbon footprint of products — Requirements and guidelines for quantification and communication. .
• 45. Regulation of the Minister of Climate of 2 January 2020 on the waste catalogue (Journal of Laws from 2020, item. 10 - Dz.U. 2020 poz. 10). (in Polish)
• 46. Waste Act of 14 December 2012 r. (Journal of Laws from 2013, item. 21 - Dz.U. 2013 poz. 21). (in Polish)
• 47. PN-EN 196-2:2013-11 Methods of testing cement -- Part 2: Chemical analysis of cement. (in Polish)
• 48. PN EN 451-2:2017-06 Method of testing fly ash - Part 2: Determination of fineness by wet sieving. (in Polish)
• 49. BN-90/1785-01:1990. Drilling mud. Field test methods. (in Polish)
• 50. PN-85/G-02320:1985. Drilling. Cements and grouts for cementing in boreholes. (in Polish)

Uwagi

PL

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).