Reklama

Hydraulická vodivost filtračních materiálů ze stavebních recyklátů a jejich použitelnost ve vodárenství

21.8.2024

Ing. Ondřej Zedník, doc. Ing. Michal Kriška, Ph.D.

Recenzovaný

Hodnocení hydraulických vlastností stavebních recyklovaných materiálů ve spojitosti s technologií přírodních čistíren představuje stále relativně málo rozvinuté téma Foto: Čistírna firmy Stabilplastik Měšice 2023 Zdroj: Kořenovky

Přírodní čistírny odpadních vod využívají jako hlavní čisticí stupeň systém filtračních polí. V současné době představuje nejvyužívanější typ filtrační pole s vertikálním směrem průtoku, které je tvořeno souvrstvím kameniv. Pro hlavní filtrační vrstvy vertikálních filtrů je nutné naplnit požadovanou hodnotu koeficientu nasycené hydraulické vodivosti. Příspěvek se věnuje stanovení hydraulické vodivosti recyklovaných vybraných stavebních materiálů a možnosti využití ve vodárenství.

Reklama

1. Úvod

Technologie přírodních čistíren představuje alternativní způsob likvidace odpadních vod, který své uplatnění nalézá především u malých producentů. Zpravidla se jedná o producenty, jejichž počet obyvatel nepřekračuje 500. V závislosti na legislativou požadovaných odtokových koncentracích u malých zdrojů znečištění se systém čištění sestává z několika dílčích stupňů – mechanického předčištění, hlavního čisticího stupně a případného terciálního dočištění. Hlavní stupeň je následně tvořen soustavou tzv. filtračních polí, v jejichž konstrukci se jako filtrační materiály většinově používají přírodní kameniva. Posouzení použitelnosti materiálu je založeno na hodnocení zrnitostního složení, ale především na nasycené hydraulické vodivosti. Přesné požadavky se následně liší dle zvoleného typu filtračního pole a skladby jeho konstrukčních vrstev. Stejným posouzením, které probíhá u přírodních materiálů, musí projít také každý alternativní materiál, za něhož můžeme považovat například stavební recyklát.

Stavební recyklované materiály hledají své uplatnění v technologii přírodních čistíren velice obtížně. I přes narůstající produkci stavebních a demoličních odpadů jak v ČR, tak i v celosvětovém měřítku, se problematice věnuje stále omezené množství výzkumů, resp. praktická aplikace v provozních podmínkách je téměř nulová. A to i přesto, že nalezení vhodného způsobu aplikace recyklovaných materiálů v prostředí filtračního pole může přinášet značné finanční úspory spojené s ekologickými výhodami. Hlavní motivací pro využití stavebního recyklátu by mělo být snížení negativního vlivu výstavby přírodních čistíren na životní prostředí, a to skrze omezení využívání přírodního kameniva. Nicméně aplikace recyklátu s sebou může přinášet i výhody spojené s nárůstem účinnosti při odstranění fosforu až na míru 80 % nebo přínosy svázané se zvýšením plochy dostupné pro nárůst biofilmu, což má přímý vliv na účinnost odstranění např. amoniakálního dusíku z odpadní vody [1], [2]. Výzkumy zabývající se celou řadou výhod recyklátů ale často nezohledňují prvotní posouzení, která jsou nutná k rozhodnutí o použitelnosti alternativního filtračního média. Zároveň je většina prováděných testů v našich podmínkách spojena s atypickým provozem či odlišnou konstrukcí filtračního pole. Data dokumentující chování recyklovaných materiálů ve filtrech, konstruovaných dle zásad platných v České republice nebo v okolních evropských státech (Německo, Rakousko), stále nejsou dostupná.

Pro hodnocení použitelnosti materiálu k filtraci vody je využívána nasycená hydraulická vodivost vyjádřená součinitelem k_s. Požadovaná hodnota k_s je následně závislá na konstrukční vrstvě, ve které má být posuzovaný materiál využit. Rozdílné požadavky jsou tedy specifikovány pro hlavní filtrační vrstvy, kde je z důvodu delší doby zdržení vyžadována vodivost nízká, a například vrstvy drenážní, kde naopak očekáváme vodivost vyšší. Požadované hodnoty k_s pro jednotlivé filtrační materiály jsou podrobně zpracovány Německým národním standardem, který jednak zohledňuje rozdíly spojené s odlišnými konstrukčními vrstvami, ale především stanovuje požadavky pro veškerá možná provedení filtračního pole [3]. Vybrané hodnoty koeficientu k_s pro v podmínkách České republiky nejrozšířenější filtrační pole sumarizuje Tab. 1.

Tab. 1 Požadované hodnoty koeficientu `k_s` [3]
Frakce [mm]	Konstrukční vrstva, zóna	Typ filtračního pole	`k_s` [m s⁻¹]
0–4	Hlavní filtrační vrstva	VF-SS	10⁻⁴
0–4	Hlavní filtrační vrstva	VF-TS-2	10⁻³
2–8	Hlavní filtrační vrstva	VF-TS-2	10⁻¹
4–8	Hlavní filtrační vrstva, přechodová vrstva	HF, VF-SS, VF-TS-2	10⁻¹
8–16	Pohledová vrstva	VF-SS	1
VF-SS – jednostupňový vertikální filtr VF-TS-1(2) – dvoustupňový vertikální filtr první stupeň (druhý stupeň) HF – horizontální filtr

Stanovení koeficientu k_s je následně prováděno jak v podmínkách laboratorních, tak terénních. Přímá měření jsou realizována prostřednictvím propustoměrů s různými konstrukčními modifikacemi. Jedná se o zařízení upravená například ke stanovení propustnosti neporušených půdních vzorků [4], [5]. Nezávisle na konstrukci či metodě měření je koeficient určován vždy řešením Darcyho vztahu (1), ve kterém k představuje součinitel úměrnosti.

(1)

kde je

q: specifický průtok,
J: sklon čáry piezometrické výšky,
k: součinitel hydraulické vodivosti [m s⁻¹].

Vzhledem k zásadnímu vlivu hydraulické vodivosti na průtok vody filtračním prostředím byla navržena i metoda polního určení koeficientu k_s, která je využitelná přímo na staveništi. Alternativní zařízení je složeno z potrubí o jmenovité světlosti 100 mm a délce 300 mm. Potrubí je vyplněno materiálem frakce 4–8 mm a navazující vrstvou posuzovaného materiálu tloušťky 200 mm. Na hodnocený materiál je následně dávkováno 500 ml vody v pěti sekundových intervalech. Měření je ukončeno v době ustálení času potřebného k infiltraci nárazově přiváděné vody, a to alespoň u pěti měření [6]. Následně je koeficient k_s vypočten z následující úpravy Darcyho vztahu (2).

(2)

kde je

k_s: nasycená hydraulická vodivost [m s⁻¹],
l: mocnost vrstvy posuzovaného materiálu [m],
t: průměrný čas infiltrace pro pět po sobě jdoucích měření [s],
h₁: výška materiálu a vodní hladiny na počátku infiltrace [m],
h₂: výška materiálu a vodní hladiny na konci infiltrace [m].

V závislosti na zrnitostním složení filtračního materiálu je hydraulická vodivost pro účely prvotního hodnocení vyjadřována i nepřímými metodami. Německý národní standard uvádí možnost výpočtu prostřednictvím Beyerova vztahu, který využívá velikosti zrn udávaných desetiprocentním propadem (d₁₀) na křivce zrnitosti [3]. Platnost Beyerova vztahu určuje efektivní průměr zrna odpovídající propadu d₁₀, který by se měl nacházet v rozmezí hodnot 0,06 až 0,6 mm. Zároveň číslo stejnozrnnosti U by se mělo pohybovat v rozmezí 1 až 20 [5]. Při pohledu na používané frakce filtračních materiálů patrných z Tab. 1 splňují tyto požadavky především materiály hlavní filtrační vrstvy, pro které také je Beyerův vztah přednostně využíván.

Recyklované materiály poskytují zajímavou alternativu oproti materiálům přírodním. Nicméně jejich použitelnost je limitována kritérii hydraulické vodivosti, pro jejichž posouzení zatím nebyla získána relevantní data. Cílem příspěvku je určit nasycené hydraulické vodivosti jak pro surové, tak upravené stavební recykláty dostupné v podmínkách České republiky. Určené koeficienty k_s by měly poskytnou základní podklad pro srovnání recyklovaných materiálů s materiály přírodními a vymezit možné uplatnění recyklátu v dílčích konstrukčních vrstvách filtračního prostředí.

2. Metodologie

Pro stanovení hydraulické vodivosti byly vybrány recyklované materiály běžně dostupné v podmínkách České republiky. Jednalo se o recykláty vzniklé úpravou demoličního odpadu prováděnou v recyklačním centru s využitím stacionární linky. Proces recyklace se ve většině případů sestával z několika stupňů drcení a následného třídění. U všech odebraných materiálů byla rovněž provedena separace cizorodých částic. Naopak opomíjeno bylo odstranění částic prachových, které svým rozměrem nepřesahují 0,063 mm. Pro účely testování byly vybrány materiály cihelné (RMA), betonové (RCA) i směsné (MRA) s takovými frakcemi, které odpovídaly běžně používaným materiálům ve filtračním prostředí (Tab. 1). Velikost částic cihelného recyklátu se pohybovala v rozmezí 0–4 mm. Materiály tvořené z betonových odpadů zastupovaly frakce 0–4 a 4–8 mm a u recyklátu směsného se jednalo o frakci 5–32 mm. Zrnitostní složení dostupných recyklátů vyjádřené pomocí hodnot vstupujících do nepřímého stanovení hydraulické vodivosti dle Beyera uvádí Tab. 2. Označení d₆₀ zastupuje 60% propad částic na křivce zrnitosti a hodnota f vyjadřuje podíl částic menších než 0,063 mm.

Tab. 2 Vybrané ukazatele popisující zrnitostní složení hodnocených recyklátů
Materiál	Frakce [mm]	`d₁₀` [mm]	`d₆₀` [mm]	`U`	`f` [%]
RMA	0–4	<0,07	1,2	>50,0	21,8
MRA	5–32	0,70	6,0	8,6	4,0
RCA	0–4	<0,07	1,5	>23,8	12,0
RCA	4–8	3,00	6,5	2,2	2,0
MRMA	0–4	0,30	1,5	5,0	1,5
MRCA	0–4	0,42	1,8	4,3	0,3

Vzhledem k vysokému podílu částic menších než 0,063 mm u frakcí 0–4 mm byly připraveny modifikované materiály RCA a RMA, u kterých byly prachové částice odstraněny pomocí mokrého procesu. Modifikované cihelné (MRMA) a betonové (MRCA) recykláty byly následně podrobeny obdobnému přímému i nepřímému hodnocení hydraulické vodivosti jako materiály neupravené. Získané hodnoty byly využity k posouzení účinnosti provedené úpravy, ale především k rozhodnutí o jejich potenciální využitelnosti pro účely filtrace odpadní vody.

Obr. 1 Zařízení sloužící pro stanovení hydraulické vodivosti

Koeficient k_s byl stanovován v laboratorních podmínkách s využitím modifikovaného propustoměru s konstantním spádem. Konstrukce zařízení byla tvořena dutým válcem (potrubím) vnitřní světlosti 186 mm a délky 540 mm. Svislé potrubí bylo zakončeno děrovanou zátkou (sítem) a s využitím redukce přecházelo do potrubí flexibilního. S pomocí ohebného potrubí bylo možné provést nastavení rozdílu hydraulické výšky Δh. Přiváděná voda přepadající přes hranu potrubí v nejvyšším bodě byla zachytávána do obvodového prstence a potrubím odváděna do odtoku. Posuzované materiály frakcí 0–4 mm byly při stanovení umisťovány v hladkém potrubí na drenážní vrstvu vytvořenou z praného kameniva frakce 4–8 mm z důvodu zamezení jejich propadu spodním sítem. U materiálů hrubších frakcí nebyla drenážní vrstva využívána. Konstrukční schéma zařízení je patrné z Obr. 1.

Pro dílčí posuzované materiály bylo voleno variabilní nastavení výšky Δh pomocí odtokového potrubí v závislosti na očekávané hydraulické vodivosti. Pro materiály hrubších frakcí byl rozdíl výšek snižován. Opačný postup byl volen u materiálů jemných. Mocnost testovaného filtračního materiálu (L) se následně lišila dle množství dostupného materiálu, které bylo v případě MRMA a MRCA omezené. Specifikaci počátečního nastavení pro jednotlivé recykláty uvádí Tab. 3. Hodnoty h_d a t vyjadřují mocnost použité drenážní vrstvy, respektive dobu trvání měření.

Tab. 3 Nastavení laboratorního zařízení stanovujícího hydraulickou vodivost pro testované materiály
Materiál	Frakce [mm]	Δ`h` [mm]	`L` [mm]	`h_d` [mm]	`t` [hod]
RMA	0–4	495	285	50	114
MRA	5–32	10	337	0	27
RCA	0–4	500	265	45	183
RCA	4–8	15	332	0	24
MRMA	0–4	415	325	50	29
MRCA	0–4	120	275	50	33

Výpočet výsledného koeficientu hydraulické vodivosti byl prováděn pomocí upraveného Darcyho vztahu do formy uváděné rovnicí (3).

(3)

kde je

k_s: koeficient nasycené hydraulické vodivosti [m s⁻¹],
V: objem průsaku vody materiálem v průběhu jednoho měření [m³],
L: mocnost hlavní filtrační vrstvy [m],
A: plocha průřezu zkušebního válce [m²],
t: doba trvání dílčího měřeného průsaku [s],
Δh: rozdíl hydraulické tlakové výšky na přítoku a odtoku z materiálu [m].

Měřené hodnoty k_s byly následně porovnávány s koeficienty vypočtenými prostřednictvím nepřímé metody odvozené Beyrem. Jedná se o upravený Beyrův vztah (4), s jehož pomocí jsou hodnoceny filtrační materiály v Německu.

(4)

kde je

k_s,Beyer: součinitel hydraulické vodivosti vypočtený dle Beyera [m s⁻¹],
d₁₀: desetiprocentní propad [mm].

3. Výsledky

Měření nasycené hydraulické vodivosti bylo prováděno selektivně pro jednotlivé stavební recykláty. Posuzovaný materiál v mocnostech uváděných v Tab. 3 byl zatopen vodou, přičemž množství vody proudící přes substrát bylo měřeno v několika vzorkovacích kampaních. Celková doba měření byla proměnlivá, a to v závislosti na vývoji koeficientu k_s v čase. Každé měření bylo prováděno až do ustálení vodivosti materiálu. Časový vývoj koeficientu vztažený k hodnoceným materiálům je zachycen na Obr. 2. Z měřených hodnot a zachycených průběhů je patrné, že s prodlužujícím se časem měření dochází ke snižování hydraulické vodivosti až do jejího ustálení. K významnému snížení v počátečních fázích měření docházelo především u jemných frakcí 0–4 mm, které obsahovaly nízký podíl částic menších než 0,063 mm. U MRCA a MRMA došlo ke snížení vodivosti v průběhu měření o 1,98 ‧ 10⁻³ m s⁻¹, respektive 7,25 ‧ 10⁻³ m s⁻¹. Naopak v případě obsahu vysokého podílu prachových částic, který se projevuje především u materiálu RMA, došlo k poklesu hydraulické vodivosti pouze
o 1,48 ‧ 10⁻⁵ m s⁻¹.

Vysoký podíl prachové složky se zároveň projevil i v délce samotného měření, tedy času, po který docházelo k vývoji k_s. Doby měření u RMA a RCA frakcí 0–4 mm dosahovaly až 114 hodin, respektive 183 hodin. Zatímco u MRMA a MRCA pouze 29 a 33 hodin. Obdobný vývoj byl následně pozorován i u materiálů hrubozrnných, tedy MRA frakce 5–32 mm a
RCA frakce 4–8 mm.

Obr. 2 Vývoj koeficientu k_s v průběhu měření u vybraných recyklovaných materiálů; zobrazené limity odpovídají požadavkům kladeným na hlavní filtrační vrstvy vertikálních filtrů 10⁻⁴–10⁻³ m s⁻¹

Výsledné hodnoty ustálených koeficientů k_s jsou uváděny v Tab. 4, kde lze rovněž nalézt vypočtené hodnoty dle upraveného Beyerova vzorce (4) označené jako k_s,Beyer. Pro srovnání s požadavky kladenými na hlavní filtrační vrstvy vertikálních filtrů je uveden i koeficient vypočtený požadovaný označený jako k_{s,Beyer,pož.}. Z uváděných ustálených koeficientů je patrný rozdíl mezi materiály s vysokým podílem prachové složky a naopak materiály, u kterých proběhlo její odstranění. Odplavením prachových částic došlo ke zvýšení hydraulické vodivosti téměř více než o jeden řád, a to z hodnot 1,07 ‧ 10⁻⁵ m s⁻¹ až na
2,36 ‧ 10⁻⁴ m s⁻¹ u RMA, respektive MRMA a z 1,39 ‧ 10⁻⁵ m s⁻¹ na 1,08 ‧ 10⁻³ m s⁻¹ pro RCA (MRCA).

Tab. 4 Měřené hodnoty `k_s` spolu s vypočtenými dle Beyera
Materiál	Frakce [mm]	`k_s` [m s⁻¹]	`k_s,Beyer` [m s⁻¹]	`k_{s,Beyer,pož.}` [m s⁻¹]
RMA	0–4	1,07 ‧ 10⁻⁵	9,02 ‧ 10⁻⁶	6,3 ‧ 10⁻⁴–1,6 ‧ 10⁻³
MRA	5–32	1,23 ‧ 10⁻²	4,90 ‧ 10⁻³
RCA	0–4	1,39 ‧ 10⁻⁵	2,52 ‧ 10⁻⁵
RCA	4–8	4,12 ‧ 10⁻³	9,00 ‧ 10⁻²
MRMA	0–4	2,36 ‧ 10⁻⁴	9,00 ‧ 10⁻⁴
MRCA	0–4	1,08 ‧ 10⁻³	1,76 ‧ 10⁻³

Ze srovnání měřených k_s s koeficienty vypočtenými dle Beyera je patrný výrazný rozdíl v případě MRA a RCA frakce 4–8 mm. Značně odlišné výsledky mohou být zapříčiněny překročením limitů platnosti Beyerova vztahu, a to především rozmezí stanoveného pro desetiprocentní propad. U materiálů frakce 0–4 mm se ve většině případů vypočtené hodnoty blíží výsledkům měření. Pouze u MRMA dochází k více než dvojnásobnému nadhodnocení vypočtené hodnoty.

V porovnání s požadovanými hodnotami pro konstrukční vrstvy jednotlivých filtrů vyplývá, že z pohledu hydraulické vodivosti nelze bez předešlé úpravy využít materiály frakcí 0–4 mm, které vykazují vodivost příliš nízkou. Naopak hrubozrnné materiály frakcí 4–8 mm a 5–32 mm svými hydraulickými vlastnostmi nejsou schopny splnit požadavky kladené na hlavní filtrační vrstvy, ale ani na vrstvy drenážní či pohledové. Ačkoliv analýza zrnitostního složení např. u RCA frakce 4–8 mm odpovídá požadavkům právě pro vrstvy drenážní, zjištěná vodivost je několikanásobně nižší než požadovaná 10⁻¹ m s⁻¹.

4. Diskuse

Hodnocení hydraulických vlastností stavebních recyklovaných materiálů ve spojitosti s technologií přírodních čistíren představuje stále relativně málo rozvinuté téma. Nicméně pro srovnání a diskuzi získaných výsledků lze uvést závěry z výzkumů věnujících se uplatnění recyklátů v odlišných odvětvích stavebnictví. Z měřených a popsaných nasycených hydraulických vodivostí je patrná jejich značná závislost na zrnitostním složení. Především obsah prachových částic menších než 0,063 mm způsobuje výrazné snížení koeficientu k_s. K obdobným závěrům dochází i řada zahraničních autorů, kteří uvádějí snížení hydraulické vodivosti u betonových recyklátů při obsahu prachových částic 12,8 % až na 1,6 ‧ 10⁻⁵ m s⁻¹ [4]. Naopak v případě téměř nulového procentuálního zastoupení částic menších než 0,063 mm dosahuje betonový recyklát hodnot k_s 1,5 ‧ 10⁻³ m s⁻¹. S nárůstem prachových částic ovšem opět dochází k poklesu vodivosti, a to pro podíl 6 %
na 0,5 ‧ 10⁻⁴ m s⁻¹ a podíl 15 % až na 6,0 ‧ 10⁻⁵ m s⁻¹ [7]. Téměř totožná hodnota k_s jako u betonového recyklátu s nulovým podílem prachové složky byla dosažena pro materiál MRCA, při jehož přípravě proběhlo odstranění prachových částic až na podíl 0,3 %. V případě recyklátů cihelných je mezioborové srovnání obtížné, a to z důvodu jejich omezeného využití spojeného často pouze se zásypovými pracemi. Především frakce 0–4 mm stále nenachází širšího uplatnění, ačkoliv podíl její produkce při recyklaci cihelných odpadů činí až 60 % [8]. Přitom možnost aplikace jemných cihelných recyklátů v prostředí přírodních čistíren by byla právě z pohledu přebývajícího množství materiálu v kombinaci s jeho nízkou pořizovací cenou výhodná.

V případě využití surových recyklovaných materiálů, které vykazují nižší hydraulickou vodivost, než je požadovaná, může dojít k řadě provozních problémů. Jako problematické se především jeví nezbytné snížení hydraulického zatížení plochy filtru. Pokud nastane redukce hydraulického zatížení a současně je cílem zachování původní projektované kapacity, musí dojít ke zvýšení plošného záboru filtračního pole [6]. Zamýšlená finanční úspora spojená s využitím cenově dostupnějšího stavebního recyklátu tedy může být rázem eliminována. Naopak vyššími náklady spojenými s výstavbou může dojít k nárůstu počáteční investice. Z tohoto důvodu lze aplikaci neupravených stavebních recyklátů frakcí 0–4 mm označit za nevhodnou.

Dojde-li ale k odstranění nadměrného podílu prachových částic, tak i recyklát cihelný o frakci 0–4 mm může splnit limitní požadavek kladený na hlavní vrstvy vertikálních filtrů. Právě v případě hlavní filtrační vrstvy, dosahující mocnosti až 0,5 m, se velikost úspory spojená s nahrazením kameniva přírodního za materiál recyklovaný jeví jako velice výhodná. Výše finančního rozdílu mezi pořízením modifikovaného recyklátu a přírodního kameniva, ale bude v budoucnu závislá na celkových nákladech spojených s procesem úpravy, respektive praním.

Prezentovaná posouzení a hodnocení se věnují pouze specifické oblasti hydraulických charakteristik filtračních materiálů, které ač jsou pro použitelnost materiálu zásadní, tak nejsou konečné. V případě zamýšlení využití jakéhokoliv alternativního materiálu v prostředí filtračního pole je nutné zohlednit především jeho vliv na probíhající biochemické procesy. Právě ovlivnění odtokových parametrů, které představují základní ukazatel funkčnosti celého zařízení, respektive čistírny, by mělo být předmětem dalších výzkumů. Hodnocení odtoků by se mělo zaměřit jednak na běžně sledované a posuzované ukazatele znečištění komunálních vod, ale také na specifické polutanty, které se mohou výluhem stavebních recyklátů do protékající vody dostávat. Jedná se například o těžké kovy, chloridy apod. Mimo posouzení biochemického ovlivnění je rovněž nutné hodnotit i ostatní fyzikální vlastnosti stavebních recyklátů vystavených povětrnostním podmínkám. Jak popisují zahraniční zdroje, vyšší nasákavost recyklovaných materiálů může být spojena s nižší mrazuvzdorností [8].

5. Závěr

Stavební recyklované materiály mohou představovat alternativu k běžně využívaným přírodním kamenivům. Nicméně před aplikací ve filtračním prostředí je nutné provést celou řadu rozborů, mezi které lze zařadit i stanovení hydraulické vodivosti. Stavební recykláty v závislosti na zrnitostním složení dosahují rozdílných hodnot k_s. Surové cihelné a betonové recykláty frakcí 0–4 mm vykazují ustálení koeficientu k_s v blízkosti hodnot 1,07 ‧ 10⁻⁵ a 1,39 ‧ 10⁻⁵ m s⁻¹. Naopak recykláty hrubší s frakcemi 4–8 mm nebo 5–32 mm disponují hydraulickou vodivostí 4,12 ‧ 10⁻³ a 1,23 ‧ 10⁻² m s⁻¹. Ani jeden druh surových recyklovaných materiálů ovšem svými hydraulickými vlastnostmi neodpovídá limitům pro využití v technologii vertikálních filtrů. Jemné materiály se nachází pod požadovaným rozmezím přípustného využití v hlavních filtračních vrstvách, což je způsobeno především vysokým podílem částic menších než 0,063 mm. Naopak hrubozrnné recykláty zmiňované rozmezí hlavních vrstev překračují, ale zároveň nedosahují požadavku ani pro vrstvy drenážní či pohledové. Posuzovaných limitů bylo dosaženo v případě recyklátů frakcí 0–4 mm, které byly podrobeny úpravě prostřednictvím praní. V případě cihelného recyklátu se hodnoty k_s zvýšily až ke spodní hranici limitu, tedy na 10⁻⁴ m s⁻¹. Upravený betonový recyklát se svými hodnotami přiblížil téměř na maximální přípustnou hranici 10⁻³ m s⁻¹. Představené výsledky dokládají omezenou využitelnost neupravených recyklovaných materiálů, ale i splnění limitů v případě materiálů praných. Jedná se o jedno z prvotních posouzení hydraulické vodivosti stavebních recyklátů z pohledu jejich využití ve filtračním prostředí přírodních čistíren. Ač závěry příspěvku zmiňují možnou aplikaci upravených materiálů, tak jsou stále založeny na posouzení pouze jediného hodnotícího kritéria. Navazující výzkumy by se měly zaměřit především na ovlivnění odtokových parametrů a biochemických procesů, které jsou zodpovědné za redukci sledovaných ukazatelů znečištění. Hodnoceny by měly být i další fyzikální vlastnosti recyklátů jako objemová hmotnost, pórovitost, dostupnost reakčního povrchu, ale i mrazuvzdornost.

Poděkování

Příspěvek vznikl z prostředků interního projektu Vysokého učení technického v Brně, který lze nalézt pod označením FAST-J-22-7863 Udržitelné hospodaření s vodními zdroji v klimatických podmínkách České republiky.

Použité zdroje

Li H, Zhang Y, Wu L, Jin Y, Gong Y, Li A, Li J, Li F. Recycled aggregates from construction and demolition waste as wetland substrates for pollutant removal. Journal of Cleaner Production 2021; vol. 311.
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2021.127766.
Marcelino G, Carvalho K, Lima M, Passig F, Belini A, Bernardelli J, Nagalli A. Construction waste as substrate in vertical subsuperficial constructed wetlands treating organic matter, ibuprofenhene, acetaminophen and ethinylestradiol from low-strength synthetic wastewater. Science of The Total Environment 2020; vol. 728.
https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.138771.
Grundsätze für Bemessung, Bau und Betrieb von Kläranlagen mit bepflanzten und unbepflanzten Filtern zur Reinigung häuslichen und kommunalen Abwassers 2017.
Nokkaew K, Tinjum J, Benson C. Hydraulic Properties of Recycled Asphalt Pavement and Recycled Concrete Aggregate. GeoCongress 2012, Reston, VA: American Society of Civil Engineers; 2012, pp. 1476-1485.
https://doi.org/10.1061/9780784412121.152.
Říha J. Hydraulika podzemní vody 2005.
Wetland technology: practical information on the design and application of treatment wetlands. London: IWA Publishing; 2019.
Liu F, Wang D. Influence of Material Properties on Hydraulic Conductivity and Strength of Aggregates Used for Pavement Base. Advanced Materials Research 2012;446-449:2641-2645.
https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.446-449.2641.
Rodrigues F, Carvalho M, Evangelista L, de Brito J. Physical–chemical and mineralogical characterization of fine aggregates from construction and demolition waste recycling plants. Journal of Cleaner Production 2013; vol. 52:438-445. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2013.02.023.

English Synopsis

Hydraulic Conductivity of Filter Materials Made from Recycled Aggregates

Constructed treatment wetlands use a system of filter beds as the main treatment stage. Currently, the most used type of filter is the vertical flow bed, which is formed by layers of natural aggregates. The suitability of a material for use in the filter body is determined, among other things, by its hydraulic conductivity. For the main filtration layers of vertical filters, it is necessary to meet the required value of the saturated hydraulic conductivity coefficient located in the range of 10⁻⁴–10⁻³ m s⁻¹. This article focuses on the determination of the hydraulic conductivity of recycled aggregates made from brick and concrete. The conductivity of raw materials is approximately 10⁻⁵ m s⁻¹, but for materials treated by washing the saturated conductivity values are in the required range.