پژوهشگران استفاده لجن فاضلاب انسانی، بتن مقاوم‌تری ساختند

به گزارش آرمان آرا،این پژوهش که در مجله علمی Scientific Reports منتشر شده، به بررسی امکان استفاده از بیوچار حاصل از لجن فاضلاب انسانی در تولید بتن پرداخته است. منظور از این ماده، فضولات خام انسانی نیست؛ لجن جمع‌آوری‌شده از سیستم‌های فاضلاب و مخازن سپتیک ابتدا در تأسیسات تصفیه لجن پردازش شده و سپس به بیوچار تبدیل شده است.

تبدیل لجن فاضلاب به ماده کربنی

پژوهشگران در این مطالعه، بیوچار حاصل از لجن فاضلاب را پس از فرآوری، آسیاب و الک کردند و در نسبت‌های مختلف جایگزین بخشی از سیمان در مخلوط بتن قرار دادند. میزان جایگزینی مورد آزمایش ۵، ۱۰ و ۱۵ درصد بود و عملکرد نمونه‌ها از نظر مقاومت فشاری، مقاومت خمشی، جذب آب، تخلخل و جمع‌شدگی مورد بررسی قرار گرفت.

نتایج نشان داد نمونه دارای ۵ درصد بیوچار نیز عملکرد قابل‌توجهی داشته است. پس از ۹۱ روز عمل‌آوری، مقاومت فشاری این نمونه حدود ۲۰ درصد و مقاومت خمشی آن حدود ۳۶ درصد بیشتر از بتن معمولی گزارش شد. در نمونه دارای ۱۰ درصد بیوچار، این افزایش به‌ترتیب به حدود ۲۱ و ۴۲ درصد رسید.

چرا بیوچار می‌تواند بتن را مقاوم‌تر کند؟

به گفته پژوهشگران، ساختار متخلخل بیوچار می‌تواند در فرایند عمل‌آوری بتن نقش داشته باشد. منافذ موجود در این ماده امکان جذب و آزادسازی تدریجی آب را فراهم می‌کنند و این موضوع می‌تواند به ادامه فرایند هیدراتاسیون سیمان کمک کند.

از سوی دیگر، ذرات ریز بیوچار می‌توانند بخشی از فضاهای موجود در ساختار بتن را پر کرده و بر ساختار ریزمقیاس و ناحیه اتصال میان اجزای بتن اثر بگذارند. بررسی‌های ریزساختاری نیز تغییر در تخلخل و ساختار داخلی نمونه‌های حاوی بیوچار را نشان داده است.

افزایش میزان بیوچار همیشه به معنای افزایش مقاومت نیست

نتایج آزمایش‌ها نشان داد افزایش بی‌رویه میزان بیوچار الزاماً عملکرد بتن را بهتر نمی‌کند. در سطح جایگزینی ۱۵ درصد، مزیت مکانیکی مشاهده‌شده در درصدهای پایین‌تر کاهش یافت و برخی ویژگی‌های ساختاری نمونه تحت تأثیر قرار گرفت.

پژوهشگران همچنین کاهش غلظت برخی فلزات سنگین در نمونه‌های بتن حاوی بیوچار را گزارش کرده‌اند؛ موضوعی که می‌تواند از منظر کاهش احتمال آزادسازی برخی آلاینده‌ها اهمیت زیست‌محیطی داشته باشد. با این حال، ارزیابی‌های گسترده‌تر برای بررسی رفتار این ماده در شرایط مختلف محیطی همچنان ضروری است.

یک راهکار برای کاهش مصرف سیمان و مدیریت پسماند

پژوهشگران معتقدند استفاده از بیوچار حاصل از لجن فاضلاب می‌تواند هم‌زمان دو مسئله را هدف قرار دهد؛ از یک سو بخشی از پسماند حاصل از فرایندهای بهداشتی و فاضلابی به یک ماده قابل استفاده تبدیل می‌شود و از سوی دیگر، امکان کاهش مصرف سیمان در تولید بتن فراهم می‌شود.

با وجود نتایج امیدوارکننده، این فناوری هنوز در مرحله پژوهشی قرار دارد و برای استفاده گسترده در صنعت ساختمان، بررسی‌های بیشتری درباره دوام بلندمدت، رفتار در شرایط آب‌وهوایی مختلف، چرخه‌های یخ‌زدگی و ذوب، محیط‌های شور و احتمال آبشویی آلاینده‌ها مورد نیاز است. خود پژوهشگران نیز بر ضرورت مطالعات تکمیلی و ارزیابی‌های فنی و اقتصادی پیش از توسعه صنعتی این فناوری تأکید کرده‌اند.