Nowe kierunki zagospodarowania komunalnych osadów ściekowych

Uporządkowanie gospodarki wodno-ściekowej oraz wdrażanie wysokoefektywnych procesów oczyszczania ścieków są głównymi czynnikami wpływającymi na coroczny wzrost produkcji osadów ściekowych. Specyficzna charakterystyka osadów, w szczególności obecność szkodliwych substancji i organizmów patogennych, determinują konieczność odpowiedniego doboru finalnej metody ich zagospodarowania, która zapewni maksymalizację wykorzystania wartościowych składników zawartych w osadach przy jednoczesnej minimalizacji szkodliwego wpływu na środowisko. Oprócz powszechnie stosowanych metod utylizacji osadów ściekowych, m.in. kompostowania oraz aplikacji w zabiegach rolniczych, w ostatnich latach prowadzone są intensywne prace badawcze nad nowymi rozwiązaniami. W artykule przedstawiono nowe kierunki zagospodarowania osadów ściekowych, znajdujące się w większości na etapie testów laboratoryjnych. Zaprezentowano możliwości zastosowania osadów ściekowych do produkcji m.in. mieszanek asfaltowych, materiałów budowalnych oraz paliwa typu biodiesel. Zastępowanie konwencjonalnych materiałów na rzecz ubocznych produktów pochodzenia komunalnego stanowi nowy aspekt w wielu dziedzinach gospodarki, przy jednoczesnym spełnieniu kryteriów ekologicznych, ekonomicznych i prawnych.

1. Wprowadzenie

Osady ściekowe powstające w wyniku procesów oczyszczania ścieków stanowią zgodnie z polskim prawodawstwem odpad o kodzie 19 09 05 [33]. W odróżnieniu od innych frakcji odpadów, ich wytwarzaniu nie można zapobiegać, a przyrost produkcji osadów ściekowych w oczyszczalniach szacowany jest na około 2% w skali roku [3].

Nadmierna produkcja osadów, będących ubocznym produktem oczyszczania ścieków, stanowi istotny problem w skali całego świata. W 2015 r. w Polsce wytworzono 568 tys. Mg s.m. komunalnych osadów ściekowych (tab. 1) [31], co odpowiada blisko 60-procentowemu wzrostowi względem roku 2000. Z kolei w Europie rocznie produkowanych jest blisko 11 mln Mg s.m. osadów, przy dalszej tendencji wzrostowej do 13 mln Mg w 2020 r. [39, 42].

Wobec zwiększającej się corocznie masy oraz prognoz dalszego wzrostu produkcji, odpowiednia przeróbka oraz zagospodarowanie osadów ściekowych jest jednym z priorytetowych działań w dziedzinie gospodarki odpadami. Obowiązujący w wielu krajach, w tym również w Polsce, zakaz składowania osadów ściekowych, narzuca konieczność poszukiwania nowych metod ich utylizacji w ramach zrównoważonej gospodarki odpadami. Zgodnie z przyjętą w Unii Europejskiej strategią ograniczenia unieszkodliwiania odpadów o 50% do 2050 r., promowane są działania umożliwiające przekształcenie osadów w paliwo lub produkt o potencjalnie komercyjnym zastosowaniu [9].

W ostatnich latach obserwuje się intensywny wzrost udziału metod termicznych w końcowym zagospodarowaniu osadów ściekowych, wśród których największą popularność zyskało mono- oraz współspalanie. Nowszymi trendami w zakresie termicznej utylizacji osadów ściekowych są: piroliza, zgazowanie oraz mokre utlenianie. Rozwój procesów termicznego przekształcania osadów spowodował, że w wielu krajach, m.in. w Szwajcarii, tylko one są prawnie dozwolone.

Chociaż metody oparte na spalaniu i współspalaniu warunkują znaczące zmniejszenie objętości osadów ściekowych, ich ubocznym produktem są popioły mogące charakteryzować się wysoką zawartością metali ciężkich. Dodatkowo, procesy termiczne wymagają wysokich nakładów inwestycyjnych i eksploatacyjnych, przez co wykazują ograniczenia w stosowaniu. Potrzeba poszukiwania nowych metod utylizacji osadów, które mogłyby zastąpić składowanie oraz stanowiłyby alternatywę dla konwersji termicznej, doprowadziła do rozwoju prac badawczych w dziedzinie gospodarki osadami. Znane są przykłady badań nad zastosowaniem osadów ściekowych w sektorze budowlanym do produkcji cegieł, płytek ceramicznych oraz kruszyw w drogownictwie. Testowane są również niekonwencjonalne metody, m.in. produkcja paliw typu biodiesel czy nowej generacji mieszanek asfaltowych na bazie osadów ściekowych. W ostatnim czasie komunalne osady ściekowe zmieniły swoją kategorię z odpadu na surowiec [26].

W artykule przedstawiono nowe kierunki utylizacji osadów ściekowych, w większości testowane na etapie badań laboratoryjnych, których wdrożenie w przyszłości może skutkować nie tylko zagospodarowaniem problemowego odpadu, ale także przyczynić się do ograniczenia zużycia surowców naturalnych przy jednocześnie korzystnym rachunku ekonomicznym.

2. Osady ściekowe źródłem energii

Metody termicznej utylizacji osadów ściekowych są dominującym sposobem ich zagospodarowania w krajach o wysokim stopniu rozwoju gospodarczego. Poza klasycznym procesem mono- oraz współspalania, stosowane są również metody alternatywne, m.in. piroliza, zgazowanie oraz mokre utlenianie. W ostatnich latach, celem zwiększenia bezpieczeństwa ekologicznego oraz zmniejszenia energochłonności procesów, prowadzone są prace badawcze nad opracowaniem nowych lub modyfikacją już funkcjonujących rozwiązań.

Zastosowanie technologii plazmowej w unieszkodliwianiu osadów ściekowych jest jednym z najbardziej obiecujących sposobów produkcji czystej energii z odpadów. Dodatkowo, proces charakteryzuje się mniejszą szkodliwością dla środowiska w porównaniu do innych procesów termochemicznych, co wynika z minimalizacji toksycznych związków zawartych w odpadach [27]. Według Safy i Sourcego [34], skuteczność dwuetapowej gazyfikacji plazmowej skutkuje blisko 100-procentową destrukcją PCB w osadach. Z kolei Cheng i wsp. [7] wykazali, że utylizacja osadów z użyciem plazmy wykazuje przydatność w procesach rozkładu węglowodorów do innych produktów gazowych, m.in. do H₂ i CO.

Rozwój badań nad metodami termicznej utylizacji osadów doprowadził w ostatnich latach do opracowania procesu gazyfikacji odwrotnej tzw. downdraft gasification, który może być stosowany na małą skalę do przetwarzania różnej biomasy oraz odpadów. Produktem procesu jest pozbawiony zanieczyszczeń gaz, który można zastosować do suszenia osadów ściekowych, tworząc rodzaj obiegu zamkniętego (rys. 1).

Proces gazyfikacji odwrotnej prowadzony jest dwustopniowo, celem przekształcenia odpadów lub biomasy w wartościowe paliwo przy jednoczesnym ograniczeniu powstawania i emisji toksycznych związków. Zastosowanie technologii plazmowej zapewnia również uzyskanie gazu o wyższej jakości oraz wartości energetycznej względem klasycznych metod zgazowania [7].

Pierwszym etapem procesu opartego na gazyfikacji odwrotnej jest przygotowanie wsadu do reaktora plazmowego. Badania Striügasa i wsp. [37] wykazały, że najlepsze efekty warunkuje wspólne zgazowanie osadu ściekowego i biomasy drzewnej w stosunku wagowym około 1:2,3. Po dokładnym wymieszaniu obu składników w mieszalniku, uzyskaną mieszaninę transportuje się do leja zasypowego, a następnie za pomocą przenośnika ślimakowego do reaktora, w którym zachodzi właściwy proces gazyfikacji odwrotnej. Zalecana temperatura zgazowania dla mieszaniny osadu oraz biomasy wynosi około 800÷900°C, przy współczynniku nadmiaru powietrza rzędu 0,3÷0,4 [37]. Następnie uzyskany gaz jest chłodzony do temperatury około 500°C oraz oczyszczany przy użyciu cyklonów.

W drugiej fazie procesu gazyfikacji uzyskany we wcześniejszym etapie gaz kierowany jest do reaktora plazmowego, który warunkuje rozkład oraz destrukcję węglowodorów ciężkich. Niezbędne na tym etapie powietrze dostarczane jest do reaktora przez specjalne pierścienie. Finalny produkt zgazowania z użyciem plazmy jest następnie chłodzony do temperatury około 300°C z zastosowaniem wymiennika ciepła oraz oczyszczany przy pomocy elektrofiltrów [34, 37].

Zaletą metody, która dotychczas znajduje się na etapie testów laboratoryjnych, jest możliwość przekształcenia osadów w gaz o możliwym zastosowaniu w procesach przeróbki osadów ściekowych. Z kolei nadmiar wytworzonego gazu można magazynować w zasobniku na okres zwiększonego zapotrzebowania [16]. Dodatkowo, cały proces jest w pełni zautomatyzowany i bezpieczny dla środowiska. Ograniczeniem we wdrożeniu metody w pełnej skali technicznej jest jednak wysokie zużycie energii elektrycznej.

W aspekcie termicznej utylizacji osadów ściekowych, He i wsp. [10] zaproponowali wstępne mieszanie osadów ściekowych z pyłem węglowym w stosunku wagowym równym 1:2,2 (rys. 2). Uzyskana mieszanina osadowo-węglowa jest następnie transportowana do pieca, w którym zachodzi proces spalania. Końcowym produktem procesu jest gaz, wykazujący potencjalne zastosowanie w celach energetycznych w oczyszczalniach ścieków.

Z uwagi na obecność substancji pokarmowych, osady ściekowe badane są pod kątem możliwości produkcji biowęgla (rys. 3), będącego ubocznym produktem procesu pirolizy w warunkach niedoboru tlenu.

Badania Huanga i wsp. [12] wykazały możliwość produkcji biowęgla z odwodnionych osadów ściekowych oraz łusek ryżowych i trocin w stosunku wagowym równym 1:1. Uzyskaną mieszaninę, po wstępnym suszeniu przez 24 godz. w temp. 105°C, poddaje się procesowi niskotemperaturowej pirolizy w warunkach beztlenowych w temp. około 300°C (rys. 4). Zastosowanie wyższego zakresu temperatur skutkuje spadkiem wydajności produkcji biowęgla nawet o 50%, co ma związek z dalszymi procesami rozkładu [1].

Produktem pirolizy osadów ściekowych oraz biomasy jest biowęgiel, charakteryzujący się wysoką zawartością węgla (tab. 2) oraz niską wymywalnością metali ciężkich. Na skutek uwalniania soli alkalicznych obserwuje się również zmianę odczynu z kwaśnego na zasadowy. Zaletą zastosowania procesu pirolizy w utylizacji mieszaniny osadu i biomasy jest również rozkład związków organicznych na skutek wysokiej temperatury [25]. Wadą metody może być niekiedy wysoka zawartość metali ciężkich w uzyskanym biowęglu, co ogranicza możliwość jego zastosowania w celach rolniczych.

Celem zapobiegania efektowi cieplarnianemu, w ostatnich latach wspierane są działania na rzecz zastępowania paliw konwencjonalnych przez inne nienaftowe paliwa. Alternatywę dla oleju napędowego, stosowanego powszechnie w sektorze transportowym i przemyśle, stanowi biodiesel. W 2010 r. produkcja paliwa typu biodiesel w Europie wyniosła około 10,7 mld dm³, przy czym dominowało paliwo uzyskane z soi, rzepaku, słonecznika oraz oleju kokosowego [40]. W porównaniu do oleju napędowego, biodiesel charakteryzuje się zdolnością do biodegradacji, niską zawartością siarki oraz wyższą efektywnością w zakresie spalania [45].

Przesłanki ekonomiczne skutkowały rozwojem prac badawczych nad możliwością zastosowania różnych frakcji odpadów jako komponentu do produkcji biodiesla. Badania Capodaglio i Callegari [5] wykazały, że komunalne osady ściekowe ze względu na obecność w swoim składzie tłuszczy mogą stanowić cenny surowiec do produkcji biodiesla. Produkcja paliwa typu biodiesel z tłuszczy zawartych w osadach ściekowych jest ekonomicznie opłacalna ze względu na powszechną dostępność surowca, niskie koszty pozyskiwania oraz wysoką wydajność procesu (nawet powyżej 80%) [20].

Wytwarzanie biodiesla z osadów ściekowych oparte jest na procesie transestryfikacji tłuszczów. Metoda polega na reakcji cząstek triglicerydów, zawartych w osadach z małocząsteczkowymi alkoholami w obecności kwasów lub zasad jako katalizatorów [45]. Alkoholem stosowanym w transestryfikacji tłuszczy może być metanol lub etanol, z kolei jako katalizator stosowana jest z reguły zasada potasowa. Końcowym produktem procesu jest biodiesel, który po destylacji można zastosować jako paliwo (rys. 5). Z kolei odzyskana gliceryna po odpowiednim oczyszczeniu może wykazywać przydatność w sektorze kosmetycznym.

Inna metoda, opisana przez Pastora, obejmuje transestryfikacją połączoną ze wstępną ekstrakcją frakcji lipidowej przy udziale heksanu [28]. Stosując oba etapy można dodatkowo skrócić czas reakcji oraz zmniejszyć ilość rozpuszczalnika. Czynnikami zwiększającymi efektywność procesu produkcji biodiesla z osadów są również wysoka temperatura oraz dodatek enzymów [15].

Wydajność przedstawionej metody i jakość biodiesla uzyskanego z osadów ściekowych jest zróżnicowana w zależności od zastosowanej technologii i warunków prowadzenia procesu, a także od rodzaju osadów. Dla procesu transestryfikacji, najlepszym surowcem jest osad wstępny. Z kolei osady wtórne charakteryzują się najmniejszą efektywnością produkcji biodiesla [20]. Wdrożenie metody na skalę techniczną wymaga jednak wcześniejszych szczegółowych badań dotyczących zarówno charakterystyki osadów poddawanych transestryfikacji, jak i doboru najbardziej optymalnych parametrów pracy instalacji warunkujących opłacalność całej inwestycji.

3. Nawozy mineralno-organiczne na bazie osadów ściekowych

Intensywna produkcja rolnicza, zorientowana na maksymalizację plonów, oprócz zastosowania wydajnych maszyn wymaga również użycia wysokich dawek nawozów. Nawożenie mineralne, stosowane w gospodarstwach rolnych nastawionych na intensywne plonowanie roślin często znacznie odbiega od metod przyjętych w kodeksie dobrej praktyki rolniczej. Alternatywą dla powszechnie dostępnych na rynku nawozów są nawozy chelatowe, traktowane jako preparaty o niższej szkodliwości dla środowiska.

Ze względu na zawartość w swoim składzie białka, osady ściekowe mogą być stosowane w produkcji nawozów chelatowych zawierających metale śladowe. Propozycja produkcji wymienionych nawozów z osadów została opisana przez Liu i wsp. [24] (rys. 6).

W pierwszym etapie, osady ściekowe poddawane się procesowi termicznej hydrolizy przez 5 godz. w temperaturze około 120°C. Po oddzieleniu faz, roztwór zawierający aminokwasy podlega dalszej hydrolizie oraz odparowaniu w temperaturze 80°C i pod ciśnieniem 13 kPa. Zastosowany na tym etapie kwas solny można odzyskać metodą kondensacji. Następnie roztwór proteinowy mieszany jest ze związkiem aktywnym celem odbarwienia i poddawany odfiltrowaniu na membranie. Po dalszym odparowaniu w temperaturze 80°C otrzymana pozostałość jest rozpuszczana przy użyciu kwasu octowego w temperaturze 50°C przez 30 minut. Otrzymany roztwór ponownie poddaje się filtracji z użyciem membrany o wielkości porów 0,45 μm. Dzięki powyższemu zabiegowi, wszystkie aminokwasy zostają wypłukane do fazy ciekłej. Oczyszczony roztwór zawierający aminokwasy wzbogaca się metalami śladowymi, poprzez dozowanie m.in. ZnSO₄ · 7H₂O, CuSO₄ · 5H₂O oraz FeSO₄ · 7H₂O. Całkowitą chelatyzację aminokwasów z metalami uzyskuje się poprzez przechowywanie roztworu w temperaturze 80°C przez 3 godziny, a następnie chłodzenie do temperatury pokojowej. Po wcześniejszym rozdzieleniu z użyciem wirówki, uzyskany filtrat jest zbierany i odparowywany do sucha. Końcowym produktem procesu jest nawóz chelatowy wzbogacony w metale, niezbędne do wzrostu i plonowania roślin [24].

Kolejną innowacją w zakresie produkcji nawozów osadowych jest kapsulacja osadów ściekowych w nośniku hydrożelowym. Badania wykazały możliwość wytworzenia nawozu granulowanego w postaci kapsułki (rys. 7), która składa się z mieszaniny osadów ściekowych i sieciowanego alginianu sodu. Wytrzymałość mechaniczną kapsułek żelowych z rdzeniem z osadów ściekowych można zwiększyć poprzez jej otoczkowanie dodatkową warstwą alginianu sodu. Otoczka żelowa zabezpiecza kapsułki przed uszkodzeniami mechanicznymi. Według opracowanej technologii można wyprodukować kapsułki o jednorodnej strukturze i średnicy ok. 1,3÷2 mm. Wytworzony granulat z osadów ściekowych może być łatwo transportowany, magazynowany, a jednocześnie zminimalizowane zostaje zjawisko powstawania bioaerozoli i uciążliwości zapachowej [18].

4. Zastosowanie osadów ściekowych w budownictwie

W ostatnich latach popularność zyskały metody utylizacji osadów ściekowych oparte na ich zastosowaniu w różnych dziedzinach gospodarki. Z przeglądu literatury znane są przykłady prac dotyczących produkcji materiałów budowlanych z użyciem zarówno odwodnionych osadów, jak i popiołów powstających w wyniku ich spalania (tab. 3). Komunalne osady ściekowe wykazują przydatność w produkcji m.in. cegieł, płytek, płyt chodnikowych, ceramiki oraz lekkich kruszyw budowlanych (rys. 8). Badania Käänte i wsp. [14] potwierdziły również możliwość produkcji cementu portlandzkiego zawierającego w swoim składzie domieszkę popiołu ze spalania osadów ściekowych.

Jednym z kierunków potencjalnego zastosowania osadów ściekowych jest ich wykorzystanie do produkcji płytek ceramicznych (rys. 9).

Sposób wytwarzania płytek z wysuszonego osadu ściekowego w połączeniu z innymi komponentami został przedstawiony przez Amina i wsp. [2]. Osady ściekowe, po wysuszeniu do wilgotności około 30% i zmieleniu, mieszane są z innymi składnikami mieszanki. Celem uzyskania odpowiednich parametrów wytrzymałościowych, zawartość osadu w całkowitej masie wyrobu nie powinna przekraczać 40÷50% [4]. Po uformowaniu i sprasowaniu, mieszaninę poddaje się wypalaniu w temperaturze około 750÷1000°C w czasie do 1 godz. Badania Amina i wsp. [2] wykazały pozytywny wpływ aplikacji wysuszonych osadów ściekowych na plastyczność mieszanki. Zwiększenie zawartości osadów z 0 do 35% poprawiło nawet 2-krotnie właściwości sprężysto-plastyczne mieszaniny. Wadą zastosowania osadów do produkcji płytek ceramicznych jest jednak wzrost ich porowatości. Chociaż porowatość dla płytek nie jest limitowanym parametrem, to wywiera znaczący wpływ na nasiąkliwość wyrobu. Aby uzyskać niższą porowatość, maksymalna zawartość osadów w mieszaninie nie powinna przekraczać 15%. Czynnikiem zmniejszającym porowatość płytek jest również zwiększenie temperatury wypalania powyżej 1150°C [2, 29].

Poważnym problemem, zarówno z punktu widzenia ochrony środowiska, jak i ekonomii, jest prawidłowa utylizacja popiołów powstających w wyniku spalania osadów ściekowych. Według Smola i wsp. [30], roczną produkcję popiołów ze spalania osadów szacuje się na około 43 tys. Mg. Z kolei w samym Hong-Kongu dziennie powstaje blisko 300 Mg popiołów [21].

Zgodnie z zasadami zrównoważonego rozwoju i gospodarki odpadami, uboczne produkty spalania osadów ściekowych wykazują przydatność w sektorze budownictwa, w tym w budownictwie drogowym. Zhang i wsp. [44] zaproponowali metodę produkcji zeolitu typu A z ubocznych produktów spalania osadów i wykorzystanie go w produkcji mieszanki asfaltowej. Przedstawione rozwiązanie warunkuje możliwość budowania nawierzchni asfaltowych przy niższej temperaturze względem konwencjonalnych technologii bez jednocześnie negatywnego wpływu na parametry konstrukcyjne. Dodatkowo, zastosowanie zeolitu do produkcji mieszanki asfaltowej obniża energochłonność procesu nawet o 25% oraz w znaczący sposób zmniejsza emisję zanieczyszczeń [32, 32]. Proces produkcji zeolitu typu A z osadów ściekowych zaprezentowano na rys. 10.

Synteza zeolitu obejmuje trzy główne etapy: rozpuszczanie Si oraz Al, kondensację jonów Si₂⁺ iAl₃⁺ w roztworze alkalicznym celem wytworzenia żelu glinokrzemianowego oraz krystalizację. Popiół ze spalania osadów ściekowych po wcześniejszym zmieleniu zostaje zmieszany ze sproszkowanym NaOH, celem otrzymania homogenicznej mieszaniny. Następnie uzyskany produkt poddawany jest ogrzewaniu w temperaturze 500°C przez około 1 godz. Faza ta warunkuje przekształcenie nierozpuszczalnej frakcji mineralnej popiołu na rozpuszczalną frakcję glinokrzemianową. W kolejnym etapie, mieszaninę poddaje się działaniu alkalicznego roztworu NaOH. Produktem reakcji jest zawiesina, która jest mieszana w temperaturze 65°C celem przejścia jonów Si₂⁺ oraz Al₃⁺ do roztworu. Po około 3 godz. zawiesinę poddaje się przesączaniu, uzyskując klarowny roztwór. Ostatni etap procesu ma na celu formowanie żelu krystalicznego i polega na dodawaniu do otrzymanego roztworu sproszkowanego Na₂Al₂O₄. Uzyskany produkt syntezy jest następnie poddawany filtracji, oczyszczaniu oraz suszeniu w temperaturze około 60°C [44]. Otrzymany zeolit może wykazywać przydatność jako dodatek do produkcji mieszanki asfaltowej.

Badania Zhanga i wsp. [44] wykazały, że aplikacja zeolitu z popiołów ze spalania osadów ściekowych na etapie spieniania wpływa na obniżenie temperatury mieszania oraz zagęszczania asfaltu. Dodatkowo, mieszanka asfaltowa zawierająca zeolit typu A spełnia wymagania w zakresie stabilności Marshala, płynności oraz zawartości tzw. „pustych przestrzeni”. Z tego względu popioły z termicznej konwersji osadów można rozważać jako niekonwencjonalny dodatek do tzw. asfaltów nowej generacji.

Popiół ze spalania osadów ściekowych może być również wykorzystywany do produkcji betonu [17] oraz prefabrykowanych wyrobów betonowych [6, 30]. Analiza tematu wskazuje na możliwość zastąpienia nawet 20% wagowych cementu w mieszance betonowej popiołem z osadów ściekowych [30].

Przegląd piśmiennictwa wskazuje na inne kierunki aplikacji popiołów ze spalania osadów ściekowych Na przykład Černatová i wsp. [8] prowadzili badania nad zastosowaniem popiołów lotnych ze spalania komunalnych osadów ściekowych jako pigment do malarstwa ściennego. Testy obejmowały rozdrabnianie popiołu z osadów jako pigment oraz jego wykorzystanie w malarstwie ściennym na panelu testowym, starzenie próbek w komorze starzenia oraz porównanie z pigmentem handlowym z za pomocą mikroskopii, spektrometrii w podczerwieni oraz spektroskopii ramanowskiej. Stwierdzono, że pigment pochodzenia komunalnego jest w stanie konkurować z przemysłowymi pigmentami komercyjnymi, wobec czego możliwy staje się recykling osadów ściekowych.

5. Podsumowanie

Osady ściekowe, jako uboczny produkt oczyszczania ścieków, wymagają doboru odpowiedniej metody utylizacji przy uwzględnieniu ich charakterystyki oraz potencjalnie szkodliwego oddziaływania na środowisko. Wobec prognoz wzrostu produkcji osadów ściekowych, obecnie funkcjonujące metody zagospodarowania wydają się być niewystarczające. Wzrastająca corocznie ilość osadów wytwarzanych w oczyszczalniach ścieków na całym świecie determinuje więc potrzebę opracowania i wdrażania nowych metod ich utylizacji, przy jednoczesnym spełnieniu wymogów prawnych, ekologicznych oraz ekonomicznych.

Ze względu na specyficzne parametry, osady ściekowe można traktować jako materiał o dużym potencjale energetycznym. Procesy oparte na mono-, współspalaniu oraz metodach alternatywnych, takich jak zgazowanie czy piroliza, warunkują możliwość przekształcenia osadów ściekowych w wartościowy gaz o komercyjnym zastosowaniu. Oprócz klasycznych metod termicznych, w skali laboratoryjnej testowane są również niekonwencjonalne rozwiązania, m.in. proces gazyfikacji odwrotnej. Wymienione metody warunkują znaczne zmniejszenie objętości osadów, przy jednoczesnym odzysku z nich cennych surowców.

Charakterystyka osadów ściekowych stwarza możliwość ich recyklingu w wielu sektorach gospodarki. Osady generowane w oczyszczalniach wykazują duży potencjał do produkcji nawozów chelatowych oraz biowęgla, zorientowanych na wspomaganie zabiegów rolniczych. Z uwagi na niekiedy wysoką zawartość metali ciężkich w osadach, finalne produkty procesów należy przebadać pod kątem składu chemicznego i mikrobiologicznego, co warunkuje bezpieczeństwo ich stosowania.

W ostatnich latach prowadzone są intensywne prace badawcze nad zastosowaniem osadów ściekowych w sektorze budownictwa. Studium literatury potwierdza możliwość produkcji m.in. płytek, materiałów ceramicznych oraz cegieł zawierających w swoim składzie osady ściekowe. Znane są równie przykłady rozwiązań wdrożonych na skalę techniczną, np. wytwarzanie lekkiego kruszywa z osadów o przydatności w budownictwie drogowym. Technologie produkcji materiałów budowlanych na bazie osadów ściekowych stwarzają warunki bezodpadowej utylizacji, przy jednoczesnym spełnieniu wymogów prawnych oraz zachowaniu parametrów mechanicznych wyrobów. Opracowane sposoby zagospodarowania osadów ściekowych, do niedawna traktowane jako szkodliwe dla środowiska naturalnego, obecnie dzięki odpowiednim modyfikacjom należą do innowacyjnych rozwiązań i zyskują coraz większe znaczenie w dziedzinie gospodarki odpadami.

6. Bibliografia

1. Agrafioti E., Bouras G., Kalderis D., Diamadopoulos E., Biochar production by sewage sludge pyrolysis. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2013, 101, 72-78.
2. Amin Sh.K., Abdel Hamid E.M., El-Sherbiny S.A., Sibak H.A., Abadir M.F., The use of sewage sludge in the production of ceramic floor tiles. HBRC Journal, 2017, dostępny pod adresem: www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1687404817300214.
3. Bagreev A., Bashkova S., Locke D.C., Bandosz T.J., Sewage sludge-derived materials as efficient adsorbents for removal of hydrogen sulfide. Environmental Science & Technology, 2001, 35, 1537-1543.
4. Baruzzo D., Minichelli D., Bruckner S., Fedrizzi L., Bachiorrini A., Maschio S., Possible production of ceramic titles from marine dredging spoils alone and mixed with other waste materials. Journal of Hazardous Materials, 2006, t. 134, nr 1-3, 202-210.
5. Capodaglio A.G., Callegari A., Feedstock and process influence on biodiesel produced from waste sewage sludge. Journal of Environmental Management, 2018, 216, 176-182.
6. Chen Z., Li J.S., Poon C.S., Combined use of sewage sludge ash and recycled glass cullet for the production of concrete blocks. Journal of Cleaner Production, 2018, 171, 1447-1459.
7. Cheng Y., Yan B., Li T., Cheng Y., Li X., Guo C.Y., Experimental study on coal tar pyrolysis in thermal plasma. Plasma Chemistry and Plasma Processing, 2015, t. 35, nr 2, 401-413.
8. Černatová L., Zamrazilová L., Miškovaá L., Verification of the utilization of fly ash generated by municipal sewage sludge incineraction as a pigment in mural painting. Inżynieria Mineralna – Journal of the Polish Mineral Engineering Society, 2014, 15, 1, 249-258.
9. Fytili D., Zabaniotou A.: Utilization of sewage sludge in EU application of old and new methods – A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2008, 12, 116-140.
10. He Q., Xie D., Xu R., Wang T., Hu B., The utilization of sewage sludge by blending with coal water slurry. Fuel, 2015, 159, 40-44.
11. Hossain M., Strezov V., Chan K., Ziolkowski A., Nelson P., Influence of pyrolysis temperature on production and nutrient properties of wastewater sludge biochar. Journal of Environmental Management, 2011, t. 92, 1, 223-228.
12. Huang H-j., Yang T., Lai F-y., Wu G-q., Co-pyrolysis of sewage sludge and sawdust/rice straw for the production of biochar. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2017, 125, 61-68.
13. Joan A.C., Lázaro V.C., Environmental effects of using clay bricks produced with sewage sludge: Leachability and toxicity studies. Waste Management, 2012, 32 (6), 1202-1208.
14. Käänte U., Zevenhoven R., Backman R., Hupa M., Cement manufacturing using alternative fuels and the advantages of process modelling. Fuel Processing Technology, 2004, 85, 293-301.
15. Kargbo D.M., Biodiesel production from municipal sewage sludges. Energy & Fuels, 2010, 24, 2791-2794.
16. Kokalj F., Arbiter B., Samec N., Sewage sludge gasification as an alternative energy storage model. Energy Conservation and Management, 2017, 149, 738-747.
17. Kartini K., Dahlia Lema A. M., Dyg. Siti Quraisyah A. A., Anthony A. D., Nuraini T., Siti Rahimah R., Incinerated domestic waste sludge powder as sustainable replacement material for concrete. Pertanika Journal of Science and Technology, 2015, 23(2), 193-205.
18. Kończak B., Optymalizacja procesu kapsułkowania osadów ściekowych. Inżynieria Ekologiczna, 2017, 18(3), 168-174.
19. Kułażyński M., Natowska B., Transestryfikacja oleju roślinnego wspomagana energią mikrofalową. Logistyka, 2015, 5, 283-288.
20. Kwon E.E., Yi H., Kwon H.H., Urban energy mining from sewage sludge. Chemosphere, 2013, 90, 1508-1513.
21. Lam C., Lee P., Hsu S., Eco-efficiency analysis of sludge treatment scenarios in urban cities: the case of Hong Kong. Journal of Cleaner Production, 2016, 112, 3028-3039.
22. Leda C., de Figueiredo lopes Lucena L., Thome Juca J., Soares J., Portela M., Potential uses of sewage sludge in highway construction. Journal of Materials in Civil Engineering, 2013, t. 26, nr 9, 10.1061/(ASCE)MT.1943-5533.0000937.
23. Lin Y., Zhou S., Li F., Lin Y., Utilization of municipal sewage sludge as additives for the production of eco-cement. Journal of Hazardous Materials, 2012, 30, 213-214.
24. Liu Y., Kong S., Li Y., Zeng H., Novel technology for sewage sludge utilization: Preparation of amino acids chelated trace elements (AACTE) fertilizer. Journal of Hazardous Materials, 2009, 171, 1159-1167.
25. Lu H.L., Zhang W.H., Wang S.Z., Zhuang L.W., Yang Y.X., Qiu R.L., Characterization of sewage sludge-derived biochars from different feedstocks and pyrolysis temperatures. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis, 2013, 102, 137-143.
26. Masłoń A., Surowiec z osadów. Kierunek WODKAN, 2015, 3 (613), 60-67.
27. Materazzi M., Lettieri P., Taylor R., Chapman C., Performance analysis of RDF gasification in a two stage fluidized bed-plasma process. Waste Management, 2016, 47, 256-266.
28. Pastore C., Lopez A., Lotito V., Mascolo G., Biodiesel from dewatered wastewater sludge: a two-step proces for a more advantageous production. Chemosphere, 2013, 92, 667-673.
29. Pérez J.M., Rincón J.M., Romero M., Effect of moulding pressure on microstructure and technological properties of porcelain stoneware. Ceramic International, 2012, 38 (1), 317-325.
30. Pérez-Carrióna M., Baeza-Brotonsa F., Payáb J., Savala J.M., Zornozaa E., Borracherob M.V., Garcésa P., Potential use of sewage sludge ash (SSA) as a cement replacement in precast concrete blocks. Materiales de Construcción, 2014, 64 (313), e002.
31. Raport Głównego Urzędu Statystycznego. Ochrona Środowiska, 2017.
32. Rodriguez-Alloza A., Malik A., Lenzen M., Gallego J., Hybrid input-output life cycle assessment of warm mix asphalt mixtures. Journal of Cleaner Production, 2015, 90, 171-182.
33. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów [Dz. U. 2014 poz. 1923].
34. Safa S., Sourcy G., Liquid and solution treatment by thermal plasma: a review. International Journal of Environmental Science and Technology, 2014, nr 11, 1165-1188.
35. Sayed M.H.A., Madany I.M., Buali A.R.M., Use of sewage sludge ash in asphaltic paving in hot regions. Construction and Building Materials, 1995, t. 9, nr 1, 19-23.
36. Smol M., Kulczycka J., Henclik A., Gorazda K., Wzorek Z., The possible use of sewage sludge ash (SSA) in the construction industry as a way towards a circular economy. Journal of Cleaner Production, 2015, 95, 45-54.
37. Striügas N., Valinčius V., Pedišius N., Poškas R., Zakarauskas K., Investigation of sewage sludge treatment using air plasma assisted gasification. Waste Management, 2017, 64, 149-160.
38. Suzuki S., Tanaka M., Kaneko T., Glassceramic from sewage sludge ash. Journal of Material Science, 1997, 32 (7), 1775-1779.
39. The statistical office of the European Union. Sewage sludge production and disposal from urban wastewater, 2016.
40. Thevenieau F., Nicaud J.M., Microorganisms as sources of oils. Oilseeds & fats Crops and Lipids, 2013, 20 (6), 1-8.
41. Uzunow E., Mazela A., Lekkie kruszywo sztuczne z osadów ściekowych. Ekopartner, 2009, 209, 14-15.
42. Wójcik M., Bąk Ł., Stachowicz F., Unconventional materials from sewage sludge with a potential application in a road construction. Advances in Science and Technology Research Journal, 2018 (w druku).
43. Yague A., Walls S., Vazquez E., Cushion V., Use of dry sewage sludge from waste water treatment plants as an additive in prefabricated concrete bricks. Construction and Building Materials, 2002, nr 267, 31-41.
44. Zhang Y., Leng Z., Zou F., Wang L., Chen S.S., Tsang D.C.W., Synthesis of zeolite A using sewage sludge ash for application in warm mix asphalt. Journal of Cleaner Production, 2018, nr 172, 686-695.
45. Żmudzińska-Żurek B., Kożuch B., Rakoczy J., Badanie reakcji transestryfikacji triglicerydów oleju rzepakowego bioetanolem. Nafta-Gaz, 2009, r. 65, nr 4, 338-344.
46. Strona internetowa: http://docplayer.pl/61297124-Adsorpcja-wybranych-jonow-metali-ciezkich-na-bioweglu-pochodzacym-z-komunalnych-osadow-sciekowych.html (03.05.2018).
47. Strona internetowa: http://gmecanada.com/ecotech/about/products-utilizing-various-sludge/ (03.05.2018).
48. Strona internetowa: http://www.eco-bis.eu/news/comparision-analysis-of-sewage-sludge-and-biochar (03.05.2018).
49. Strona internetowa: https://www.youtube.com/watch?v=gqC5IX5oDrQ (03.05.2018)   

dr inż. Marta Wójcik, Politechnika Rzeszowska, Katedra Przeróbki Plastycznej

dr inż. Adam Masłoń, Politechnika Rzeszowska, Zakład Inżynierii i Chemii Środowiska

Źródło: Forum Eksploatatora 5/2018