Docent Viet zkoumá betonové materiály z čistírenských kalů a popílku

Docent Dr. Huynh Trong Phuoc (Univerzita Can Tho ) se podílel na výzkumu betonových materiálů vyrobených z čistíren odpadních vod a popílku aplikovaných na nivelaci.

Docent Huynh Trong Phuoc (35 let) právě získal cenu Zlatý glóbus za rok 2023 za vynikající výsledky v oblasti vědeckého výzkumu a vzdělávání, mezi nimiž je jedním z nejvýznamnějších projektů i vytváření materiálů z odpadních kalů.

Docent Phuoc uvedl, že výzkum proběhl, když před sedmi lety dělal doktorát na Národní tchajwanské univerzitě vědy a technologie. V té době si jedna čistírna odpadních vod v Tchaj-peji objednala studii o využití dostupného kalu v továrně jako materiálu pro interní skládku v areálu univerzity.

Dr. Phuoc a jeho výzkumný tým vyvinuli recepturu pro smíchání sedimentu s popílkem a malým množstvím cementu a dalších přísad za účelem vytvoření materiálu s kontrolovanou nízkou pevností (CLSM). Přidaný cement a přísady vytvoří příznivé prostředí pro účast popílku a sedimentu v chemických reakcích, čímž vznikne materiál CLSM s nosností.

Docent Dr. Huynh Trong Phuoc (druhý zleva) během svého studia a výzkumu na Tchaj-wanu. Foto: NVCC — Docent Dr. Huynh Trong Phuoc (druhý zleva) během svého studia a výzkumu na Tchaj-wanu. Foto: *NVCC*

Uvedl, že kal v čistírnách odpadních vod obsahuje poměrně vysoký obsah oxidu křemičitého (SiO2) a oxidu hlinitého (Al2O3), což je podobné složení popílku v uhelných tepelných elektrárnách. Hustota a složení částic těchto dvou materiálů se příliš neliší, takže jsou velmi vhodné pro míchání za účelem výroby materiálů CLSM. „V závislosti na konkrétních potřebách objednávající jednotky lze obsah každé složky materiálu upravit tak, aby se získal produkt, který splňuje požadavky na použití,“ uvedl.

Výzkumný tým vyvinul proces pro výrobu materiálů CLSM s využitím kalů a popela odebraných přímo ze zdrojů emisí do laboratoře a použitých přímo bez dalšího zpracování.

Docent Phuoc uvedl, že v závislosti na konkrétních podmínkách je možné míchat přímo s vlhkostí nebo míchat za sucha (materiály musí být před použitím vysušeny). U materiálů CLSM určených k ukládání na skládky skupina zvolila metodu mokrého míchání, aby ušetřila náklady na zpracování.

Proces sběru kalů v továrně pro výzkumné účely. Foto: NVCC — Proces sběru kalů v továrně pro výzkumné účely. Foto: *NVCC*

Po mnoha testech v laboratoři, vyhodnocení a úpravě jednotlivých kroků tým optimalizoval složení tak, aby produkt splňoval požadavky na použití. Jedná se také o nejobtížnější a časově nejnáročnější krok, který vyžaduje konstrukční výpočty a míchání. Tým to musel zkoušet mnohokrát, protože pokaždé, když bylo upraveno malé množství ingrediencí, se vlastnosti produktu výrazně změnily. Kromě toho výsledky výzkumu výrazně ovlivnila také metoda a proces míchání a typ použitého zařízení.

Docent Phuoc uvedl, že ve srovnání s tradičními pískovými výplňovými materiály se jedná o dvě zcela odlišné metody. Při plnění konvenčním pískem se spoléhá na sílu válce, který zhutňuje materiál na konstrukční hustotu pro přijetí. CLSM je naopak materiál s kontrolovanou nízkou pevností, podobný typu betonu navrženému s vlastnostmi pro různé účely, což znamená, že jej lze kompletně upravit podle požadavků použití. Čím vyšší jsou požadavky na kvalitu, tím se odpovídajícím způsobem zvyšují výrobní náklady.

Materiál má velký potenciál v praktických aplikacích pro skládkování, nicméně docent Phuoc uvedl, že aby bylo možné jej masově využívat jako běžný materiál pro skládkování, je nutné analyzovat skutečné výrobní náklady a posoudit dlouhodobý dopad na životní prostředí. „Je třeba stanovit specifické normy a předpisy týkající se technických požadavků na výstavbu a oddělené přijímání,“ uvedl. Kromě toho musí mít zdroj kalů a popílku stabilní zdroj sběru z hlediska kvality, dostatečný k zajištění velkých rezerv pro průmyslovou výrobu, aby měl základ pro praktické využití.

Snímek výzkumného týmu z mikroskopu CLSM. Foto: NVCC — Snímek výzkumného týmu z mikroskopu CLSM. Foto: *NVCC*

Výzkum týmu byl vysoce ceněn a v prostorách úpravny vody v Tchaj-peji byla zřízena zkušební skládka. Předběžná hodnocení provedená ihned po zřízení skládky prokázala vysokou použitelnost navrženého materiálu. Tým pravidelně monitoruje a odebírá vzorky, aby sledoval dlouhodobé vlastnosti tohoto materiálu a optimalizoval tak metody návrhu a konstrukce pro materiál CLSM.

V zemi proběhlo několik studií o použití popílku a kalů jako vyrovnávacího materiálu, ale mnoho z nich nebylo publikováno ve vědeckých pracích. Pro jeho aplikaci ve Vietnamu je nutné vyvinout soubor technických norem jako základ pro výpočet materiálových norem, které by se používaly v mostních a silničních projektech s využitím státního rozpočtového kapitálu.

Kromě toho musí zdroj surovin zajistit stabilitu a kontinuitu pro realizaci rozsáhlých projektů. Popílek může uspokojit poptávku, ale podle docenta Phuoca je obtížné uspokojit poptávku po kalech, protože systémy čištění odpadních vod provádějí bagrování pouze jednou za 1–2 roky. Řekl, že tento problém lze vyřešit výzkumem využití jiných zdrojů k nahrazení kalů nebo změnou složení, aby se zvýšil nebo snížil podíl surovin, ale aby se stále splňovaly požadavky. „V současné době existují firmy zabývající se dopravní výstavbou, které nastolily otázku pilotních projektů malého rozsahu a poté navrhly zavedení technických norem, posouzení vlivů na životní prostředí a dalších postupů pro hromadnou implementaci,“ uvedl docent Phuoc.

Ha An

Zdrojový odkaz