Διερεύνηση της συμβολής της ιπτάμενης τέφρας από καύση λιγνιτών στην απορρύπανση οργανικών φορτίων

Abstract

The PhD thesis investigates the possibility of utilising an inorganic industrial byproduct lignite fly ash in the treatment of organic waste in particular of oil. It addresses two environmental issues the first is the utilisation of an industrial byproduct the most of which is landfilled, the second is the treatment of oil pollution which concerns both the marine environment and the land. Fly ash has proved effective in sorbing very thin layers of oil in marine environment as it forms a semi-solid phase allowing almost total oil removal. Its oil sorption capacity reaches up to 0,5-1,1g of oil/g of fly ash. Its application in oil sorption in land has proved also possible. For the amelioration of its floating ability in marine environment its conversion into zeolitic material, the treatment with surface active agent, the mixing with lighter materials has been investigated. Its conversion into zeolitic material aims at increasing its porosity and decreasing its specific gravity. Despite the decrease in specific gravity the floating ability is not ameliorated. However, the high oil sorption capacity (0,5-3,0g of oil/g of zeolitic product) encourages the application in oil sorption in land. The treatment with surface active agent aims at ameliorating the hydrophobic character. The treatment with an anionic surface active agent sodium oleate proved effective in the case of fly ash with high lime content due to formation of calcium oleate since it results in limitation of precipitation formation of more cohesive semi-solid phase allowing total oil removal. The mixing with lighter materials aims at decreasing the specific gravity. The mixing with polymers does not result in amelioration of the floating ability. The mixing with 10-25% w/w of sawdust in water results in limitation of precipitation formation of more cohesive semi-solid phase and total oil removal. The increased oil sorption capacity of fly ash-sawdust mixture (0,7-1,7g of oil/g of fly ash-sawdust mixture) encourages also the application in oil sorption in land. It is possible to apply fly ash-oil mixtures before or after its treatment with sodium oleate in road construction for dust reduction during road paving and soil stabilization. The addition of 3-5% w/w of fly ash-oil mixtures to gravel results in dust reduction by up to 70%. The addition of 3-20% w/w of fly ash-oil mixtures to clayey soil results in increase in compressive strength by up to 1,6-2,6 times. It is also possible to apply fly ash-sawdust-oil mixtures in energy production since their higher calorific value is in the order of the highest calorific value of coals whereas the remaining fly ash can be utilised in road construction and cement industry.

Η διατριβή διερευνά την δυνατότητα αξιοποιήσεως ενός ανόργανου βιομηχανικού παραπροϊόντος της ιπτάμενης τέφρας λιγνίτου στην απορρύπανση οργανικών φορτίων ειδικότερα πετρελαίου. Στόχο έχει να συμβάλει στην αντιμετώπιση δύο περιβαλλοντικών προβλημάτων με την αξιοποίηση ενός παραπροϊόντος αφ’ ενός το οποίο κυρίως αποτίθεται και την αντιμετώπιση της πετρελαϊκής ρυπάνσεως σε θαλάσσιο και χερσαίο περιβάλλον αφ’ ετέρου. Η τέφρα απεδείχθη αποτελεσματική στην προσρόφηση λεπτών υμενίων πετρελαίου σε θαλάσσιο περιβάλλον σχηματίζοντας ημιστερεά φάση η οποία επιτρέπει την σχεδόν πλήρη απομάκρυνση του. Η προσροφητική της ικανότητα ανέρχεται σε 0,5-1,1g πετρελαίου/g τέφρας. Δυνατή κρίνεται η χρήση της και σε πετρελαιοκηλίδες σε ξηρό περιβάλλον. Για την βελτίωση της ικανότητος επιπλεύσεως της στο θαλάσσιο περιβάλλον εμελετήθη η μετατροπή της σε ζεολιθικό προϊόν, η κατεργασία με τασιενεργό ουσία, η ανάμειξη με ελαφρότερα υλικά. Η μετατροπή της σε ζεολιθικό προϊόν αποσκοπεί σε αύξηση του πορώδους και μείωση του ειδικού βάρους. Παρά την μείωση του ειδικού βάρους δεν βελτιούται η ικανότητα επιπλεύσεως. Η υψηλή όμως προσροφητική ικανότητα (0,5-3,0g πετρελαίου/g ζεολιθικού προϊόντος) ενθαρρύνει την εφαρμογή σε πετρελαιοκηλίδες σε ξηρό περιβάλλον. Η κατεργασία με τασιενεργό ουσία αποσκοπεί σε βελτίωση του υδρόφοβου χαρακτήρος. Η κατεργασία με ανιονική τασιενεργό ουσία το ελαϊκό νάτριο κρίνεται αποτελεσματική για την τέφρα υψηλής περιεκτικότητας σε άσβεστο λόγω σχηματισμού ελαϊκού ασβεστίου αφού περιορίζει την καταβύθιση επιτρέπει τον σχηματισμό συνεκτικωτέρας ημιστερεάς φάσεως και την πλήρη απομάκρυνση του πετρελαίου. Η ανάμειξη με ελαφρότερα υλικά αποσκοπεί σε μείωση του ειδικού βάρους. Η ανάμειξη με πολυμερή δεν επιφέρει βελτίωση της ικανότητος επιπλεύσεως διότι δεν αναπτύσσεται συνάφεια μεταξύ αυτών. Η ανάμειξη με πριονίδι εντός ύδατος σε ποσοστό 10-25% κ.β. περιορίζει την καταβύθιση επιτρέποντας τον σχηματισμό συνεκτικωτέρας ημιστερεάς φάσεως και την πλήρη απομάκρυνση του πετρελαίου. Η αυξημένη προσροφητική ικανότητα (0,7-1,7g πετρελαίου/g μείγματος τέφρας-πριονιδίου) ενθαρρύνει την εφαρμογή και σε πετρελαιοκηλίδες σε ξηρό περιβάλλον. Εφικτή κρίνεται η αξιοποίηση στην οδοποιία των μειγμάτων τέφρας-πετρελαίου πριν ή μετά την κατεργασία με ελαϊκό νάτριο για την απομείωση κόνεως κατά την διάστρωση οδού και την σταθεροποίηση εδάφους. Η προσθήκη τους σε ποσοστό 3-5% κ.β. σε χάλικα οδοστρωσίας επιφέρει απομείωση κόνεως έως και κατά 70%. Η προσθήκη τους σε ποσοστό 3-20% κ.β. σε αργιλώδες έδαφος επιφέρει αύξηση της αντοχής σε ανεμπόδιστο θλίψη κατά 1,6-2,6 φορές. Δυνατή είναι και η αξιοποίηση των μειγμάτων τέφρας-πριονιδίου-πετρελαίου στην παραγωγή ενέργειας αφού η ανωτέρα θερμογόνος δύναμη τους πλησιάζει την μέγιστη θερμογόνο δύναμη των γαιανθράκων ενώ η εναπομένουσα τέφρα μπορεί να αξιοποιηθεί στην οδοποιία και την βιομηχανία τσιμέντου.