Arıtma çamurlarının yakılmasıyla oluşan küllerin yapı malzemesi olarak geri kazanımı

Abstract

Bursa ili kentsel atıksu arıtma tesislerinde oluşan arıtma çamurları, 2017 yılından itibaren Bursa Su ve Kanalizasyon İdaresi'ne bağlı 400 ton/gün kapasiteli bir akışkan yataklı yakma tesisinde yakılarak bertaraf edilmektedir. Yakma sürecinin sonunda her ay bertaraf edilmeyi bekleyen ortalama 615 ton kül oluşmaktadır. Bu çalışmanın amacı çamur yakma sürecinin sonunda oluşan atık çamur küllerinin yapı malzemesi olarak geri kazanılıp kazanılamayacağını araştırmaktır. Bu amaçla öncelikle torba filtre ve multisiklon olmak üzere iki farklı baca gazı arıtma ünitelerinden elde edilen arıtma çamuru külünün ağır metal içeriği, kimyasal kompozisyonu ve amorf-kristal yapısı ile ilgili analizler yapılmıştır. Çamur küllerine stabilizasyon/solidifikasyon (S/S) ve jeopolimerizasyon teknolojileri uygulanmıştır. S/S ve jeopolimerizasyon teknolojilerinin verimi hamur ve harç örneklerinde izlenmiştir. S/S ve jeopolimer örnekler 50×50×50 mm boyutlarında hazırlanmıştır. S/S hamur örnekleri çimento kullanılarak, jeopolimer hamur örnekleri hem çimento kullanılarak hem de çimento kullanılmadan hazırlanmıştır. Jeopolimer hamur örneklerinde aktivatör olarak NaSilNaOH ve 8M NaOH çözeltileri kullanılmıştır. S/S harç örnekleri ASTM standartlarına uygun olarak, jeopolimer harç örnekleri Ms=1,6 (Si2O/Na2O), %8 Na2O içeriğine sahip çözelti kullanılarak hazırlanmıştır. Arıtma çamuru külünün yapı malzemesi olarak değerlendirilebilmesi için basınç dayanımı, su emme, porozite, donma-çözülme deneyleri yapılmıştır. Yapılan analizler sonucunda külün ağır metal içeriğinin tehlike sınır değerlerini aşmadığı ve amorf bir yapıya sahip olduğu belirlenmiştir. Çamur külü içeren S/S hamur örneklerinde en yüksek basınç dayanımı 30,69 MPa (MS ünitesi arıtma çamuru külü+çimento+su), jeopolimer ve çimentolu hamur örneklerinde en yüksek basınç dayanımı 50 MPa (TF ünitesi arıtma çamuru külü+çimento+NaSilNaOH), jeopolimer ve çimentosuz hamur örneklerinde en yüksek basınç dayanımı 40,56 MPa (MS ünitesi arıtma çamuru külü +mermer çamuru+uçucu kül+NaSilNaOH) olarak ölçülmüştür. Çamur külü içeren S/S harç örneklerinde en yüksek basınç dayanımı 50,53 MPa (%15 oranında MS ünitesi arıtma çamuru külü), jeopolimer harç örneklerinde en yüksek basınç dayanımı 11,88 MPa (%20 TF ünitesi arıtma çamuru külü+%40 UK+%40 MÇ) olarak ölçülmüştür. Elde edilen bulgular çamur küllerinin, yapı malzemesi olarak bir potansiyel vadettiğini göstermektedir.

Sewage sludges that are originating from the municipal wastewater treatment plants of Bursa city have been incinerated with a fluidized bed reactor of 400 tons/day capacity since 2017. Each month, on an average, 615 tons of ash is generated as a waste of the incineration process, which needs disposal. The purpose of this study was to investigate if the sludge incinerator ash can be recycled as a construction material. Heavy metal content, chemical composition and amorphous-crystal properties of sludge ash obtained from two different flue gas treatment systems as bag filter and multicyclone were analyzed with this aim. Stabilization/solidification (S/S) and geopolymerization technologies were applied to sludge ashes. The efficiency of S/S and geopolymerization technologies was observed in paste and mortar samples. S/S and geopolymer samples were prepared in dimensions of 50×50×50 mm. S/S paste samples were prepared by using cement, geopolymer paste samples were prepared by using cement and without cement. NaSilNaOH and 8M NaOH solutions were used as activators in geopolymer paste samples. S/S mortar samples were prepared in accordance with ASTM standards using geopolymer mortar samples were prepared with Ms=1,6 (Si2O/Na2O), %8 Na2O solution. The compressive strength, water absorption, porosity, freeze-thaw tests were performed to evaluate the sludge ash as a construction material. As a result of the analysis, it was determined that the ash did not show heavy metal properties and had an amorphous structure. The highest compressive strength of S/S paste samples containing sludge ash was 30,69 MPa (multicyclone unit sludge ash + cement + water), the highest compressive strength of geopolymer and cement paste samples was 50 MPa (bag filter unit sludge ash + cement + NaSilNaOH), geopolymer and without cement paste samples with the highest compressive strength of 40,56 MPa (multicyclone unit sludge ash + marble sludge + fly ash + NaSilNaOH) was mesured. The highest compressive strength of S/S mortar samples containing sludge ash was 50,53 MPa (15% multicyclone unit sludge ash), the highest compressive strength of geopolymer mortar samples was 11,88 MPa (20% bag filter unit treatment sludge ash + 40% fly ash + 40% marble sludge) was mesured. As a result of the experiments, showed that sludge ash has the potential to be considered as a construction material.