Surowce odpadowe jako alternatywa wobec kruszyw naturalnych

K RU S Z Y WA A LT E R N AT Y W N E
Elżbieta Uzunow
Instytut Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego
Surowce odpadowe
jako alternatywa
wobec kruszyw naturalnych
C
36
oraz szersze stosowanie
Racjonalna gospodarka zasobariałów zastępczych, w budownicmi jest podstawowym warunkiem
twie nie dopuszcza się, żeby prosurowców odpadowych
funkcjonowania i rozwoju całej
dukt finalny miał gorszą jakość,
i wtórnych, wytwarzagospodarki, zwłaszcza w Euroktóra może wynikać ze stosowanych w wielu gałęziach przemypie, której zasoby surowcowe
nia zamienników.
słu jako zamienniki dotychczas
w wielu asortymentach są ograZ tego punktu widzenia termin
używanych nieodnawialnych
niczone.
„kruszywa alternatywne” należy
surowców naturalnych, może
Budownictwo jest tym obszarozumieć raczej jako kruszywa
powodować skutki pozytywne,
rem, w którym zużywa się barz zasobów surowcowych alternajak i negatywne. Warunki, które
dzo duże ilości surowców. Tak
tywnych do złóż naturalnych.
są
niezbędne
do
prawidłowego
popularny wyrób budowlany jak
wykorzystania takich alternaAlternatywne zasoby
kruszywa, które w przodujących
tywnych surowców w budowsurowców mineralnych,
krajach europejskich są zużynictwie, są określone zarówno
możliwych do stosowania
wane w ilościach przekraczająw
przepisach
dotyczących
gojako kruszywa
cych 6 ton na osobę, a w Polsce
Definicje wg PN-EN, dotyczące
w ilościach 4-4,5 ton na osobę,
spodarki odpadami, jak i obokruszyw sztucznych i z recyklinto obecnie zużycie 3 mld ton
wiązujących w budownictwie
gu, określają jednocześnie sposób
nieodnawialnych surowców natunormach PN-EN.
ich pozyskiwania, a mianowicie:
ralnych rocznie, a średnioroczny
• Kruszywa sztuczne – kruszywa pochodzenia miwzrost ich produkcji wynosi ok. 7%.
W tym aspekcie zastąpienie kruszyw wytwarzanych
neralnego, uzyskane w wyniku procesu przemyz nieodnawialnych surowców mineralnych przez
słowego obejmującego termiczną lub inną modymateriały alternatywne jest działaniem istotnym
fikację.
dla ochrony środowiska, zwłaszcza jeśli alternaty- • Kruszywa z recyklingu – kruszywa powstałe w wywy poszukuje się wśród zasobów będących odpaniku przeróbki nieorganicznego materiału zastodami nieprzydatnymi w innych branżach, jednakże
sowanego uprzednio w budownictwie.
podstawowym warunkiem akceptacji takiego postę- Są to bardzo ogólne sformułowania, nie do końca
powania jest zapewnienie, że zastosowanie tychże obejmujące całość potencjalnych zasobów możliwych
odpadów nie spowoduje obniżenia jakości materia- do stosowania jako alternatywa kruszyw naturalnych,
łów i wyrobów budowlanych.
z tego względu proponowany w literaturze (1) i preNormy PN-EN dzielą kruszywa na trzy grupy: kru- zentowany na rys. 1 termin „kruszywa alternatywne”
szywa naturalne, kruszywa sztuczne i kruszywa dodatkowo wyodrębnia bardzo obszerną grupę kruz recyklingu, ale każdej z tych grup dotyczy zasada, szyw naturalnych z surowca odpadowego, towarzyże niezależnie od pochodzenia surowca, z którego szącego i ubocznego (odpady wydobywcze).
są wytwarzane, obowiązują takie same wymagania Nie analizując zasadności wprowadzania dodatkodotyczące określenia ich przydatności w budownic- wych definicji, schemat z rys. 1 można traktować
twie, na podstawie oceny parametrów jakościowych. jako określenie źródeł potencjalnych zamienników
Jest to bardzo istotne dla bezpiecznej aplikacji mate- dla kruszyw naturalnych.
Kruszywa
alternatywne
Kruszywa sztuczne
Kruszywa z recyklingu
Kruszywa naturalne z surowca
odpadowego, towarzyszącego,
i ubocznego
Z surowca mineralnego
poddanego obróbce termicznej
Beton
z robót wyburzeniowych
Surowce odpadowe z górnictwa
węgla kamiennego
Z surowców odpadowych
(ubocznych) poddanych
obróbce termicznej
Kruszywa
z podbudów i nasypów
Masy skalne z odkrywkowych
kopalń węgla brunatnego
Z surowców odpadowych
(ubocznych) poddanych
obróbce mechanicznej
Inne surowce
z robót wyburzeniowych
Surowce odpadowe
z górnictwa rud
Inne
Surowce odpadowe z innych
gałęzi górnictwa rud
Rys. 1. Proponowany podział kruszyw alternatywnych
Według szacunkowych danych w 2010 r. wyprodukowano w Polsce ok. 200 mln ton kruszyw ze złóż
naturalnych, czyli kruszyw łamanych, żwirów i piasków, natomiast produkcja kruszyw sztucznych i pochodzących z recyklingu wyniosła ok. 10-15 mln
ton, co świadczyć może o stosunkowo niewielkiej
jeszcze ich popularności.
Zakłada się, że udział procentowy kruszyw pozyskiwanych ze źródeł alternatywnych powinien rosnąć
w przyszłości, jako niezbędny element racjonalizacji polityki surowcowej.
Warunki stosowania odpadów
zamiast kruszyw naturalnych
Prawo dopuszcza możliwość bezpośredniego użycia określonych grup (kodów) odpadów w budownictwie, ale pod warunkiem, że spełniają one odpowiednie wymagania (5), mianowicie:
• należy udokumentować na podstawie badań
w akredytowanym laboratorium, że są to odpady
obojętne, tzn. że ogólna zawartość substancji niebezpiecznych w odpadzie oraz zdolność do ich
wymywania, a także negatywne oddziaływania
na środowisko są nieznaczne, a w szczególności że nie stanowią zagrożenia dla jakości wód
powierzchniowych, podziemnych, gleby i ziemi.
W praktyce oznacza to, że posiadacz odpadów
jest zobowiązany do wykonania badań zawartości substancji niebezpiecznych (w mg/kg odpadu) zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Środo-
wiska (6) oraz badania wymywalności substancji
niebezpiecznych (w mg/l wyciągu wodnego z odpadów);
• sposób odzysku nie jest dowolny, ale określony
dla poszczególnych kodów odpadu, np. do budowy wałów, nasypów kolejowych i drogowych,
podbudów dróg i autostrad, itd.
Do zagospodarowania odpadów o kodach innych
niż w ww. rozporządzeniu Ministerstwa Środowiska (5) zgodnie z obowiązującymi przepisami wymaga się uzyskania zezwolenia na prowadzenie
działalności w zakresie odzysku i unieszkodliwiania, nawet w przypadkach, kiedy wydaje się to zbędne. Przykładowo, wymienione na rys. 1 kruszywa
naturalne z odpadów wydobywczych to w większości przecież naturalne masy skalne wyłącznie
po obróbce mechanicznej i podstawowym problemem związanym z ich wykorzystaniem jest wymieszanie minerałów o właściwościach odpowiednich
dla budownictwa z tymi minerałami, które nie spełniają wymagań norm PN-EN. Mimo to, jeśli ich użycie w budownictwie wymaga zastosowania nawet
najprostszej instalacji (np. sit), to analogicznie, jak
ma to miejsce dla innych odpadów, np. po procesach termicznych, wymagać będzie trybu postępowania zilustrowanego na rys 2.
Natomiast stosowanie w budownictwie kruszyw
z recyklingu i sztucznych oprócz spełnienia wymagań wynikających z ww. przepisów dodatkowo musi
spełnić wymagania rozporządzenia REACH (7),
37
K RU S Z Y WA A LT E R N AT Y W N E
38
z tym że rejestracja substancji zawartych w powyższych wyrobach jest obowiązkowa dla wytwórcy lub
importera jedynie, gdy:
• substancje podlegające rejestracji mają być uwolnione z wytworzonych lub importowanych wyrobów w normalnych i racjonalnie przewidywalnych
warunkach użytkowania,
• łączna ilość substancji podlegających rejestracji
obecna w wytworzonych i/lub importowanych
przez dany podmiot wyrobach, z których ma być
uwolniona, przekracza 1 tonę rocznie.
Zgodnie z obowiązującą interpretacją przepisów
producent kruszyw sztucznych powinien wykazać,
że jego kruszywo jest wyrobem i potwierdzić jego
właściwości badaniami składu chemicznego, aby
na tej podstawie:
• ocenić zawartość uwalnianych substancji niebezpiecznych oraz określić ich rodzaj,
• ocenić ich jakość i stopień szkodliwości lub
wykluczyć ich szkodliwe oddziaływanie (art. 7
ust. 3),
• sprawdzić na listach substancji zwolnionych z rejestracji i liście substancji już zarejestrowanych.
Spełnienie powyższych wymagań jest podstawą
do zagwarantowania, że kruszywa z różnych surowców odpadowych będą bezpieczne dla zdrowia
i życia oraz środowiska naturalnego w całym cyklu
życia, natomiast możliwy zakres ich stosowania
w budownictwie oczywiście jest określony przez
normy PN-EN.
Zagospodarowanie odpadów może jednak oznaczać, że wyrób budowlany, np. kruszywo sztuczne
wytwarzane z surowców alternatywnych, nie jest
objęty lub nie jest w pełni objęty normami zharmonizowanymi. W takim przypadku możliwe jest
jego wprowadzenie na rynek w trybie przewidzianym przez system Europejskiej Oceny Technicznej
(EOT). Wytwórca wyrobu sporządza deklarację właściwości użytkowych dla tego wyrobu, a jego deklaracja jest oceniana przez niezależną Jednostkę Oceny
Technicznej (JOT) (2). Jeżeli wyrób jest w pełni objęty normą zharmonizowaną, Europejska Ocena Techniczna dla tego wyrobu nie może być wydana.
Opisany powyżej sposób postępowania, jeśli jest
zrealizowany zgodnie z przepisami, pozwala uniknąć większości negatywnych skutków związanych
z użyciem alternatywnych źródeł surowcowych
do produkcji kruszyw. W trakcie postępowania
wg zharmonizowanych norm PN-EN albo oceny
deklaracji przez JOT badane i zatwierdzane są bowiem takie istotne wskaźniki, jak:
• czy kruszywo z odpadów jest bezpieczne dla użytkowników i środowiska,
• czy kruszywo nie pogorszy jakości inwestycji budowlanej.
Potencjalne ryzyko związane
z użyciem odpadów w budownictwie
Jednym z potencjalnych zagrożeń związanych
ze stosowaniem odpadów, a zwłaszcza kruszyw
sztucznych, jest fakt, że skład chemiczny tychże
odpadów może być zupełnie inny niż dobrze znanych kruszyw naturalnych. W tym aspekcie należy
uwzględnić, że ocena bezpieczeństwa zdrowotnego
i ekologicznego wyrobów budowlanych dotychczas
stosowaną metodą wg PN-EN, opartą na wymywalności substancji niebezpiecznych przy użyciu wody
destylowanej, może nie do końca spełniać swoje
zadanie podczas wykorzystania wyrobu w całym
cyklu jego życia.
Dotychczasowa metoda jest wystarczająca dla odpadów niezawierających składników innych niż
występujące w naturalnych minerałach, ale jeśli
tą metodą ocenia się kruszywa z odpadów po procesach termicznych i chemicznych, to nie ma pełnej informacji o reaktywności składników, które
w naturalnych minerałach nie występują. W powszechnym użyciu kruszywa mają bowiem kontakt nie tylko z czystą wodą, ale także z kwaśnymi
deszczami, z alkalicznym betonem, z odciekami
zawierającymi substancje bardziej reaktywne niż
woda destylowana.
Problem ten w niektórych państwach (USA) rozwiązano, stosując w metodyce wymywania substancji
niebezpiecznych roztwory kwaśne, o pH analogicznym jak „kwaśne deszcze”, opierając się na założeniu, że bardziej aktywny rozpuszczalnik wykaże
realne, a nie teoretyczne zagrożenie dla zdrowia
i środowiska naturalnego. Również w UE w stadium końcowym są prace nad analogiczną zmianą
metody i należy spodziewać się, że jej wprowadzenie pozwoli na wyeliminowanie każdego produktu, którego bezpieczeństwo zdrowotne nie będzie
analogiczne, jak produktów wyłącznie z surowców
występujących w naturze.
Korzyści ze stosowania odpadów
jako potencjalnego źródła surowcowego
do wytwarzania kruszyw
Obecnie, w wyniku coraz ostrzejszych uregulowań
prawnych i rosnących opłat za składowanie odpadów, nikogo nie trzeba przekonywać o korzyściach
ekonomicznych i ekologicznych wynikających z zagospodarowania odpadów.
W niektórych asortymentach, np. żużli pohutniczych, masowa ich eksploatacja do produkcji kruszyw sztucznych łamanych zmniejszyła ich podaż
na rynku z 10-12 mln t/rok w latach 2006-2007
do 7-9 mln ton/rok w ostatnim czasie, wskutek wyczerpywania się zapasów starych hałd oraz braku
istotnych dostaw nowych żużli po zmianach tech-
nologicznych w polskim hutnictwie żelaza (3). Natomiast stosunkowo rzadko wspomina się o tym,
że – zwłaszcza w produkcji kruszyw sztucznych
– można, utylizując odpady, uzyskać takie cechy
wyrobu, które są nawet korzystniejsze niż właściwości dotychczasowych produktów otrzymywanych
na bazie surowców naturalnych.
Opracowana w Instytucie Mechanizacji Budownictwa i Górnictwa Skalnego w Warszawie technologia otrzymywania kruszyw lekkich wyłącznie
z mieszaniny odpowiednio dobranych odpadów
komunalnych, jak osady ściekowe z oczyszczalni
ścieków, odpadowy pył szklany, a także odpadowej
krzemionki w postaci pyłów (4), pozwala nie tylko
uzyskać wyrób o jakości analogicznej do keramzytu wytwarzanego z gliny pęczniejącej, ale także,
poprzez zmianę proporcji ilościowych surowców
odpadowych, umożliwia kontrolowanie i poprawę
takich właściwości, jak gęstość nasypowa i wytrzymałość mechaniczna.
Przemysłowe wdrożenie tej technologii przez firmę
Nowoczesne Techniki Instalacyjne NTI Sp. z o.o.
w Głogowie zaplanowane zostało na pierwsze
półrocze 2015 roku, jako zakończenie budowy
pierwszej w Polsce przemysłowej instalacji dostosowanej do tej technologii. Inwestycja ta jest realizowana w ramach Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka 2007-2013 i dofinansowana
przez UE.
Dodatkową korzyścią przemysłowego wykorzystania wyżej wymienionych specyficznych odpadów
w produkcji nowoczesnego wyrobu budowlanego
będzie niższa cena produkcji kruszywa lekkiego,
wynikająca z zagospodarowania odpadów uciążliwych dla środowiska, jak pyły powstające podczas
płukania kruszyw krzemianowych, składowane
obecnie w osadnikach przez producentów kruszyw, czy osady ściekowe z komunalnych oczyszczalni ścieków.
Podsumowanie
W perspektywie nowej gospodarki surowcowej
UE produkcja kruszyw z zasobów odpadowych
będzie rosła, zwłaszcza jako zamienników kruszyw
naturalnych najsłabszej jakości – ze względów ekologicznych czy ekonomicznych (cena i transport).
Duże szanse rozwoju dotyczyć będą także kruszyw
sztucznych o specyficznych właściwościach, tym
większe, im bardziej korzystne będą ich właściwości od kruszyw naturalnych i im bardziej uda się
obniżyć ich cenę. Zwłaszcza w asortymencie kruszyw lekkich, których właściwości w zakresie gęstości nasypowej, termoizolacyjności będą decydować
o szerokich możliwościach zastosowania, istnieje
możliwość obniżenia kosztów ich produkcji dzięki
ODPAD WYDOBYWCZY
Wniosek dotyczący
pozwolenia
na zagospodarowanie
odpadów
Pozwolenie właściwego
organu
INSTALACJA
DO PRZETWARZANIA
ODPADU W KRUSZYWO
BADANIA KRUSZYWA WG
PN-EN OBOWIĄZUJĄCYCH
W BUDOWNICTWIE
KRUSZYWO BUDOWLANE
O ZAKRESIE STOSOWANIA
OKREŚLONYM WG PN-EN
Program zagospodarowania
odpadów wydobywczych,
zawierający między innymi:
charakterystykę odpadów
wydobywczych, technologię
zagospodarowania
Zatwierdzenie zgłoszonej
technologii i instalacji, sposobu
kontroli procesu, wpływu procesu
na środowisko
Ustalenie zakresu aplikacji
na podstawie kryteriów, które
są analogiczne dla kruszyw
naturalnych, jak i alternatywnych
Zastosowanie takiego
wyrobu nie wymaga
dodatkowych zezwoleń
Rys. 2. Działania związane z użyciem odpadów wydobywczych w budownictwie
zastosowaniu jako surowców odpadów trudnych
do zagospodarowania.
Poszukiwanie możliwości zagospodarowania różnych rodzajów odpadów wymaga jak najszybszego wprowadzenia nowych, ujednoliconych metod
badania kruszyw wytwarzanych z surowców odpadowych w kierunku oceny ich bezpieczeństwa dla
zdrowia i środowiska, ponieważ dotychczasowe
metody wg PN-EN, wystarczające dla surowców naturalnych, mogą nie zawsze być odpowiednie dla
badania tych kruszyw sztucznych, które znacznie
różnią się składem chemicznym od minerałów występujących w złożach naturalnych.
‰
Piśmiennictwo
1. Kozioł, W., Kawalec, P.: Kruszywa alternatywne w budownictwie.
„Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne”, lipiec – sierpień
2008.
2. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) Nr 305/2011
z dnia 9 marca 2011 r. ustanawiające zharmonizowane warunki
wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych i uchylające dyrektywę Rady 89/106/EWG.
3. Smakowski T.J.: Perspektywy rynku kruszyw mineralnych w Polsce.
Prace Naukowe Instytutu Górnictwa Politechniki Wrocławskiej
„Studia i Materiały”, 2011, Vol. 132 nr 39, 259-276.
4. Uzunow E., Góralczyk S., Mazela A.: Sposób otrzymywania kruszywa lekkiego z odpadów komunalnych i przemysłowych. Patent,
PL 210921.
5. Rozporządzenie M.Ś. z dnia 21 marca 2006 r. w sprawie odzysku
lub unieszkodliwiania odpadów poza instalacjami i urządzeniami
(Dz.U. Nr 49 poz. 356).
6. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 września 2002 r.
w sprawie standardów jakości gleby oraz standardów jakości ziemi
(Dz.U. 02.165.1359).
7. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (WE)
Nr 1907/2006 Registration, Evaluation and Authorisation of Chemicals.
39