Environmental impact of volcanic ash based alkali-activated binders using two eco-toxicity tests

Abstract

The ash expelled by the volcano of La Palma for 85 days, can contribute to the reconstruction of the damaged infrastructure of the island, as an alternative raw material in the manufacture of sustainable building materials, such as alkaline activated binders (AABs). The utilization of this volcanic ash as natural pozzolanic material has been successfully assessed as a partial precursor substitutive in the formulation of ABBs, due to its high content of aluminosilicates. To determine the potential environmental impact of these new binders on the marine environment, in this research, chemical assays (according to UNE-EN 12457-4 leaching test) and two different aquatic toxicity bioassays: luminosity reduction of the bacteria Vibrio fischeri (according to UNE-EN 11348-3), and embryo-larval development of the sea urchin Paracentrotus lividus, were performed. The leaching test results of the samples, Volcanic ash (VA) and binders (AAB 6M and AAB 8M) showed that the analyzed metals mobility is bigger in a similar way for both products than for the raw material when deionized water is the used extract agent, which is contrastable with the recorded luminescent reduction, whose dose-response curves demonstrate that any of the samples present toxicity according to Technical Report CEN (2017). On the other hand, when clean filtered sea water is the leachate agent, the chemical analysis showed more trace element mobility from AAB 8M sample, which is in line with the observed inhibition over larvae development that this material supposes at high leachate concentration.

Las cenizas emitidas por el volcán de la Palma durante un período 85 días podrían contribuir a la reconstrucción de los daños derivados de la erupción sobre las infraestructuras de la isla, siendo destinada como materia prima alternativa en la producción de materiales de construcción sostenibles, como pueden ser los cementos activados alcalinamente (AABs). El estudio basado en el uso de la ceniza de volcán como material puzolánico natural a través de su substitución parcial en la formulación de AABs, ha sido abordado con resultados satisfactorios, de acuerdo con el elevado contenido en aluminosilicatos que este material presenta, entre otras características. Con el interés de determinar el potencial impacto medioambiental sobre el medio marino de los materiales cementantes propuestos durante el estudio, ha sido desarrollado un conjunto de ensayos, basados en el análisis químico (según el ensayo de equilibrio UNE-EN 12457-4), y dos bioensayos de toxicidad acuática diferentes, basados en la reducción de luminosidad por parte de la bacteria Vibrio fischeri (De acuerdo con la normativa UNE-EN 11348-3), y en el desarrollo embrionario de las larvas de erizo de mar perteneciente a la especie Paracentrotus lividus. Los resultados del ensayo de lixiviación de las muestras, ceniza volcánica (VA) y los cementos (AAB 6M y AAB 8M), reflejan que la movilidad de los metales analizados es mayor de una manera similar para ambos productos, en comparación con la materia prima, cuando el agente lixiviante es agua desionizada, lo que es contratable con la reducción de luminosidad registrada, cuyas curvas dosis-respuesta demostraron que las muestras no presentan toxicidad de acuerdo con CEN (2017). Por otro lado, considerando el agua de mar filtrada como agente lixiviante, el análisis químico visibilizó una mayor movilidad de elementos traza por parte de la muestra AAB 8M, que coincide con la inhibición observada sobre el desarrollo larvario que este material implica a elevadas concentraciones de lixiviado.