Review of possibilities of using sandy waste obtained in wastewater treatment plants as an alternative raw material in construction

Przegląd możliwości wykorzystania odpadów piaszczystych odzyskiwanych w oczyszczalniach ścieków jako surowca alternatywnego w budownictwie

Sand is a globally mined natural resource. It is applied, among others, in construction, because sand is one of the main components of concrete mixtures and a material used in earthworks. The aim of the manuscript is to organize the state of knowledge regarding the management of sandy waste generated in wastewater treatment plants and to indicate the possibilities of using this waste as an alternative raw material in construction applications. The main thesis is the claim that sand recovered in wastewater treatment plants, perceived as waste, can be an alternative for the global economy to obtain a significant amount of raw material for various uses in construction and to replace natural raw materials extracted for industry. The paper presents data on natural sand resources and its use, the effects of uncontrolled exploitation of the worlds sand resources and the potential of the Polish sand resource base. Particular attention was paid to the review of the possibilities of using sandy waste generated in wastewater treatment plants as an alternative raw material for natural sand resources. The practical applications of sand obtained in the processes used in wastewater treatment plants were also presented.

Piasek jest globalnie wydobywanym zasobem naturalnym. Stosuje się go m.in. w budownictwie, ponieważ piasek jest jednym z głównych składników mieszanek betonowych oraz materiałem wykorzystywanym w robotach ziemnych. Celem artykułu jest uporządkowanie stanu wiedzy dotyczącego zagospodarowania odpadów piaszczystych powstających w oczyszczalniach ścieków i wskazanie możliwości wykorzystania tych odpadów jako surowca alternatywnego w zastosowaniach budowlanych. Główną tezę stanowi twierdzenie, że piasek odzyskiwany w oczyszczalniach ścieków, postrzegany jako odpad, może być alternatywą dla światowej gospodarki na pozyskanie znacznej ilości surowca do różnych zastosowań w budownictwie i zastąpienia nim surowców naturalnych wydobywanych dla przemysłu. W pracy przedstawiono dane dotyczące zasobów piasku naturalnego i jego wykorzystania, skutki niekontrolowanej eksploatacji światowych zasobów piasku oraz potencjał polskiej bazy zasobowej piasku. Szczególną uwagę poświęcono przeglądowi możliwości wykorzystania odpadów piaszczystych powstających w oczyszczalniach ścieków jako alternatywnego surowca dla piasku naturalnego. Przedstawiono również dotychczasowe, praktyczne zastosowania piasku uzyskanego w procesach stosowanych w oczyszczalniach ścieków.

 

References/Bibliografia

Bendixen, M., Iversen, L. L., Best, J., Franks, D. M., Hackney, C. R., Latrubesse, E. M., & Tusting, L. S. (2021). Sand, gravel, and UN Sustainable Development Goals: Conflicts, synergies, and pathways forward. One Earth, 4(8), 1095–1111. https://doi.org/10.1016/j.oneear.2021.07.008

Biedrzycka, A. (2021). Ekologiczne inwestycje w krakowskiej oczyszczalni ścieków Płaszów. Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne, (3), 26–29.

Bieniowski, M., Bauman-Kaszubska, H., & Kozakiewicz, P. (2020). Rozważania na temat zagospodarowania piasku powstającego w oczyszczalniach ścieków. Forum Eksploatatora, (3–4/108–109), 52–55.

Borges, N. B., Campos, J. R., & Pablos, J. M. (2015). Characterization of residual sand removed from the grit chambers of a wastewater treatment plant and its use as fine aggregate in the preparation of non-structural concrete. Water Practice and Technology, 10(1), 164–171. https://doi.org/10.2166/wpt.2015.018

Chrispim, M. C., Scholz, M., & Nolasco, M. A. (2020). A framework for resource recovery from wastewater treatment plants in megacities of developing countries. Environmental Research, 188, 109745. https://doi.org/10.1016/j.envres.2020.109745

Hall, M. (2020, May 7). 6 things you need to know about sand mining. Mining Technology. https://www.mining-technology.com/features/sixthings-sand-mining/ (26.06.2013).

Hernández-Chover, V., Castellet-Viciano, L., Fuentes, R., & Hernández-Sancho, F. (2023). Circular economy and efficiency to ensure the sustainability in the wastewater treatment plants. Journal of Cleaner Production, 384, 135563. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.135563

Huang, X., Lu, Y., Wu, G., & Liu, Z. (2021). Research on the experiment of the enhancement removal of fine sand by hydrocyclone in sewage treatment plant. Environmental Science and Pollution Research, 28, 337–353. https://doi.org/10.1007/s11356-020-10493-w

Karło, A., & Gieleciak, Z. (2018). Oczyszczalnia ścieków komunalnych elementem gospodarki obiegu zamkniętego. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, (5), 178–180. https://doi.org/10.15199/17.2018.5.5

Karło, A., Gembołyś, B., Pieczykolan, M., & Bacza, T. (2018). Piasek z piaskowników – od odpadu do surowca. Forum Eksploatatora, 5(98), 38–40.

Kolosovska, T., & Bauer, S. K. (2022). Evaluation of grit properties at a medium-capacity wastewater treatment plant. A case study. Resources, Conservation & Recycling Advances, 14, 20080. https://doi.org/10.1016/j.rcradv.2022.200080

Leal Filho, W., Hunt, J., Lingos, A., Platje, J., Vieira, L. W., Will, M., & Gavriletea, M. D. (2021). The unsustainable use of sand: Reporting on a Global Problem. Sustainability, 13(6), 3356. https://doi.org/10.3390/su13063356

Machniak, Ł., & Kozioł, W. (2014). Kruszywa alternatywne – baza zasobowa i kierunki wykorzystania w budownictwie. Kruszywa, 4, 28–33.

Mateo Pérez, V., Mesa Fernández, J. M., Ortega Fernández, F., & Morán Palacios, H. (2020). Sand content prediction in urban WWTPs using MARS. Water, 12(5), 1357. https://doi.org/10.3390/w12051357

Michałkiewicz, M., Kruszelnicka, I., & Ginter-Kramarczyk, D. (2017). Oczyszczanie ścieków w Berlinie. Forum Eksploatatora, (6/93), 30–33.

Mielke, G., & Jaenicke, R. (2001). Operating experience with a sand recycling plant for processing and cleaning municipal waste. Aufbereitungs Technik-Mineral Processing, 42(4), 178–184.

Miśkiewicz, W., Brzeziński, D., Kalinowska, A., Stawierej, J., & Szczygielski, W. (2022). Piaski i żwiry. W: M. Szuflicki, A. Malon, & M. Tymiński (Eds), Bilans zasobów złóż kopalin w Polsce według stanu na 31 XII 2021 r. (151–402). Państwowy Instytut Geologiczny – Państwowy Instytut Badawczy.

Nawrot, N., & Wojciechowska E. (2017). Osady powstające w systemie kanalizacji deszczowej zlewni zurbanizowanej – przegląd literatury. Inżynieria Środowiska – Młodym Okiem: Ścieki i Osady Ściekowe, 34–53.

Ngan, S. L., How, B. S., Teng, S. Y., Promentilla, M. A .B., Yatim, P., Er, A.C., & Lam, H. L. (2019). Prioritization of sustainability indicators for promoting the circular economy: The case of developing countries. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 111, 314–331. https://doi.org/10.1016/j.rser.2019.05.001

Obwieszczenie Marszałka Sejmu Rzeczypospolitej Polskiej z dnia 3 marca 2022 r. w sprawie ogłoszenia jednolitego tekstu ustawy o odpadach, Dz.U. 2022, poz. 699 (2022) (Polska). https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/download.xsp/WDU20220000699/O/D20220699.pdf

Oczyszczalnia Ścieków „WARTA” S.A. w Częstochowie. (n.d.). Mistrz Techniki Regionu Częstochowskiego dla Oczyszczalni Ścieków „WARTA” S.A. w Częstochowie. https://www.wartasa.eu/n38,MISTRZ-TECHNIKI-REGIONU-CZESTOCHOWSKIEGO-dla-Oczyszczalni-Sciekow-WARTA-S-A-w-Czestochowie (26.06.2023).

Papa, M., Foladori, P., Guglielmi, L., & Bertanza, G. (2017). How far are we from closing the loop of sewage resource recovery? A real picture of municipal wastewater treatment plants in Italy. Journal of Environmental Management, 198(1), 9–15. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2017.04.061

Pires, A., & Martinho G. (2019). Waste hierarchy index for circular economy in waste management. Waste Management, 95, 298–305. https://doi.org/10.1016/j.wasman.2019.06.014

PN-86/B-02480 Grunty budowlane. Określenia, symbole, podział i opis gruntów.

Rozporządzenie Ministra Gospodarki z 16 lipca 2015 r. w sprawie dopuszczania odpadów do składowania na składowiskach, Dz.U. 2015, poz. 1277 (2015) (Polska). https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/download.xsp/WDU20150001277/O/D20151277.pdf

Rozporządzenie Ministra Klimatu z dnia 2 stycznia 2020 r. w sprawie katalogu odpadów, Dz.U. 2020, poz. 10 (2020) (Polska). https://isap.sejm.gov.pl/isap.nsf/download.xsp/WDU20200000010/O/D20200010.pdf

Sikorska, A. (2019). Stabilizacja osadów pochodzących z czyszczenia kanalizacji jako obowiązek nowoczesnej gospodarki obiegu zamkniętego. Forum Eksploatatora, 3(102), 66–73.

Stahl, H. (1997). Wet processing of sewage sand. Aufbereitungs Technik, 38, 245–253.

Statistics Poland. (2018). Environment 2018. https://stat.gov.pl/en/topics/environment-energy/environment/environment-2018,1,10.html

Statistics Poland. (2019). Environment 2019. https://stat.gov.pl/en/topics/environment-energy/environment/environment-2019,1,11.html

Statistics Poland. (2020). Environment 2020. https://stat.gov.pl/en/topics/environment-energy/environment/environment-2020,1,12.html

Statistics Poland. (2021). Environment 2021. https://stat.gov.pl/en/topics/environment-energy/environment/environment-2021,1,13.html

Statistics Poland. (2022). Environment 2022. https://stat.gov.pl/en/topics/environment-energy/environment/environment-2022,1,14.html

Sverdrup, H. U., Koca, D., & Schlyter, P. (2017). A simple system dynamics model for the global production rate of sand, gravel, crushed rock and stone, market prices and long-term supply embedded into the WORLD6 Model. BioPhysical Economics and Resource Quality, 2(8). https://doi.org/10.1007/s41247-017-0023-2

Szczygielska, D. (2015). Wykorzystanie minerałów antropogenicznych w gospodarce obiegu zamkniętym. W: T. Szczygielski (Ed.), Minerały antropogeniczne a gospodarka o obiegu zamkniętym (17–31). Politechnika Warszawska. Instytut Badań Stosowanych.

Szulc, P. (2018). Piasek z oczyszczania ścieków – analiza problemu, możliwości odzysku i wykorzystania na przykładzie oczyszczalni ścieków w Poznaniu. Gaz, Woda i Technika Sanitarna, (5), 190–193. https://doi.org/10.15199/17.2018.5.9

Torres, A., Brandt, J., Lear, K., & Liu, J. (2017). A looming tragedy of the sand commons. Science, 357(6355), 970–971. https://doi.org/10.1126/science.aao0503

Torres, A., Simoni, M. U., Keiding, J. K., Müller, D. B., zu Ermgassen, S. O. S. E., Liu, J., Jaeger, J. A. G., Winter, M., & Lambin, E. F. (2021). Sustainability of the global sand system in the Anthropocene. One Earth, 4(5), 639–650. https://doi.org/10.1016/j.oneear.2021.04.011

Wilson, G. E. (1985). Is there grit in your sludge? Civil engineering. New York, 55(4), 61–63.

Wodociągi Warszawskie (2022, 29 września). Oficjalny profil #WoodociągiWarszawskie na Instagramie. https://www.instagram.com/p/CjFryqWjrNe/?igshid=YmMyMTA2M2Y%3D&fbclid=IwAR2BctwdU6d6S_0drxzn0Vu-ADVH4EUhIFDV7ot4v7l8PjgLnPB26Iqqsj4 (26.06.2023).