Iskorišćavanje letećeg pepela koji nastaje sagorevanjem uglja u termoelektranama u građevinarstvu

UVOD

Leteći pepeo (LP) predstavlja otpadni materijal nastao u termoelektranama u pećima na ugalj, koji je pomoću elektrostatskih filterskih uređaja separiran iz otpadnih gasova. Leteći pepeo kao takav predstavlja materijal kojeg je potrebno zbrinuti i prema njemu postupati kao prema građevinskom otpadu, i to samo u slučajevima kada isti ne spada u klasu opasnih otpada. Odnosno, ukoliko isti ne sadrži povećanu radioaktivnost. Zbrinjavanje ovog materijala obično se sprovodi dodavanjem istog u različite cementne kompozite ali i u samom procesu proizvodnje cementa. Tako da je uglavnom cementna industrija ona koja ovu vrstu otpadnog materijala i zbrinjava. Uloga letećeg pepela u cementnim kompozitnim materijalima je dvojaka i to:

a) hemijska (učestvuje aktivno u odvijanju pucolanskih reakcija) i
b) fizikalna (deluje kao nukleacijsko mesto ali i kao punilo).

Naime dosadašnje studije su pokazale da je uticaj letećeg pepela na cementni kompozitni materijal izuzetno dobar i poželjan pogotovo ukoliko je reč o cementima koji imaju svoju primenu u agresivnim medijima, tj. medijima u kojima su prisutni sulfati i hloridi. Ovo svojstvo može zahvaliti isključivo svojoj, već navedenoj, dvostrukoj ulozi. Negativna karakteristika ovakvih cementnih kompozitnih materijala je njihova niska rana mehanička čvrstoća, što predstavlja vrlo bitan parametar koji ograničava upotrebu ovakvih cementnih kompozita. U svetu se stvaraju izuzetno velike količine letećeg pepela različitog kvaliteta, a samo se deo zbrinjava u cementnoj industriji, pa količina novonastalih rezervi letećeg pepela premašuje potrebe cementne industrije za ovom vrstom materijala, isključivo zbog toga što ova vrsta cementa nema široku primenu. Otkriće reakcija geopolimerizacije u alumosilikatnim sistemima (kao što su različite gline među kojima se naročito ističe metakaolina) o čemu svedoče brojni radovi objavljeni na tu temu, usmerila su istraživanja primene letećeg pepela ka sintezi geopolimere i određivanju mehanizama geopolimerizacijskih procesa, budući da leteći pepeli takođe spadaju u alumosilikatne sisteme. Zbog neujednačenosti hemijsko fizičkih svojstava letećeg pepela kao i različitih postupaka koji se vrše u svrhu aktiviranja geopolimernih veziva, rezultati istraživanja variraju te se međusobno veoma razlikuju (Davidovits, 2005).

LETEĆI PEPEO I OPŠTE KARAKTERISTIKE

Letećim pepelom se nazivaju fine čestice koje ostaju u suspenziji sa dimnim gasom. Ove čestice se sastoje najvećim delom od neorganske, nesagorive materije prisutne u uglju, od kojih se deo tokom sagorevanja transformiše u staklastu, amorfnu strukturu. Leteći pepeo se uklanja iz dimnog gasa putem sistema za prečišćavanje dimnog gasa, najčešće elektrofiltera u velikim termoenergetskim objektima. U industrijskoj terminologiji leteći pepeo se obično odnosi na pepeo nastao sagorevanjem uglja. U zavisnosti od sastava uglja koji se sagoreva, sadržaj prisutnih čestica u letećem pepelu može znatno da varira. Međutim za sve vrste letećeg pepela, koji je produkt sagorevanja uglja, karakterističan je povišen sadržaj silicijum dioksida i kalcijum oksida. Od toksičnih elemenata, tu se mogu naći, arsen, berilijum, kadmijum, hrom, kobalt, olovo, mangan, kao i neke od PAH komponenti. U prošlosti većina ovog pepela je ispuštana direktno u atmosferu, dok danas zakonska regulativa nalaže da se on pre ispuštanja uhvati u filtrima i po mogućnosti reciklira (Pacheco-Torgal et al., 2008a).
Međutim leteći pepeo može da bude poreklom i od sagorevanja kanalizacionog mulja. Kanalizacioni mulj je karakterističan po visokom sadržaju vlage i prisustvu organskih materija, koje se kasnije mogu javiti u letećem pepelu. Jako važna stvar koja se mora uzeti u obzir prilikom razmatranja sagorevanja kanalizacionog mulja je da se tom prilikom oslobađaju znatne količine teških metala, žive, dioksina i furana i kiselih gasova. Ove materije se nakon sagorevanja javljaju u letećem pepelu, u manjim ili većim količinama, u zavisnosti od tipa mulja kao i njegovog sastava. Količina otpadnih čestica takođe zavisi od vrste sagorevača koji se koristi kao i od metode.
Postoji nekoliko metoda za sagorevanje kanalizacionog mulja, od kojih su najprimenljivije: sagorevanje u višekomornim pećnicama, sagorevanje u pećnicama sa fluidizovanom podlogom i sagorevanje upotrebom naizmenične struje. Takođe su u upotrebi metode sagorevanja u pećnicama sa jednom komorom i oksidacija vlažnim vazduhom.
Deponovanje bilo kog materijala, čak i letećeg pepela vrši se kada više nije moguće upotrebiti taj materijal ili u slučajevima kada nije sagledana dalja mogućnost njegove primene. Leteći pepeo i šljaka bivaju uklonjeni i transportovani na deponiju gde se, zajedno ili odvojeno, skladište. Količina i karakteristike letećeg pepela i šljake (fizičke i hemijske) najpre zavise od sastava uglja, a zatim i od tipa ložišta i tehnologije sagorevanja kao i sistema za odvo]enje pepela i šljake na deponiju. Način odlaganja i veličina deponije zavise od količine i karakteristika letećeg pepla i šljake. U svetu leteći pepeo je klasifikovan kao sirovina koja se može ponovo iskoristiti, ali je kod nas dugo vremena svrstavan pod opasan otpad. Nakon ponovne klasifikacije pepeo je svrstan u kategoriju upotrebljivog otpada. Trenutna upotreba je sporadična i najviše pepela se koristi u proizvodnji cementa. Većina proizvedene električne energije u Srbiji proizilazi iz termoelektrana koje sagorevaju lignit iz površinskog kopa Kolubara. Količina proizvedenog pepela u Srbiji se kreće i do 5,5 miliona tona (Životić i drugi , 2011).