CC BY
30
УДК 620.28+502.13
К.Г. Пугин, Я.И. Вайсман
ФГБОУ ВПО «ПНИПУ»
МЕТОДИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К РАЗРАБОТКЕ ТЕХНОЛОГИЙ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗНОРОДНЫХ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА
Приведена методика выбора и разработки новой технологии совместного использования разнородных отходов производства для получения строительных материалов, основанная на принципах наилучших доступных технологий. Апробация методики проведена при производстве асфальто- и цементобетона с использованием доменных шлаков и отходов содового производства. Полученные целевые продукты конкурентоспособны в сравнении с аналогами из первичных материалов.
Ключевые слова: строительные материалы, доменные шлаки, тяжелые металлы, наилучшие доступные технологии.
В настоящее время достаточно широко применяются технологии использования задолженного в однородных отходах ресурсного потенциала и иных полезных свойств вместо первичного сырья и материалов для получения целевых продуктов заданного качества. При этом важным условием достижения приемлемого уровня промышленной и экологической безопасности и экономической доступности производства является применение наилучших доступных технологий (НДТ). В производстве целевых продуктов с добавлением (или на основе) отходов производства НДТ наилучшим образом обеспечивают решение экологических, экономических, технических, социальных и иных задач.
Использование отходов производства для получения строительных материалов и их применение конечным потребителем может привести к эмиссии загрязняющих веществ, формирующей экологическую нагрузку на объекты окружающей среды и население, которая может превышать приемлемый уровень.
Поэтому при совместном использовании разнородных отходов производства для получения целевых продуктов были использованы такие инструменты управления процессами, которые позволили бы перевести загрязняющие вещества в неподвижную форму и тем самым снизить их эмиссию до приемлемого уровня и максимально использовать полезные свойства отходов. То есть приоритетом, наряду с достижением заданных целевых показателей полученных материалов и экономической эффективностью, должно быть обеспечение промышленной и экологической безопасности.
Известные методические подходы к технологиям использования задолжен-ного в однородных отходах ресурсного потенциала, основанные на конкретных эмпирических исследованиях или анализе результатов обращения с подобными отходами, достаточны для решения частных практических задач [1—8]. Вместе с тем, до настоящего времени нет методических подходов, основанных на соблюдении требований, предъявляемых к НДТ. Из практики известно, что при ис-
пользовании отходов возможно получение целевых продуктов менее затратным путем. Это становится возможным благодаря взаимной нейтрализации опасных в экологическом отношении компонентов и иных неблагоприятных свойств отходов; улучшению или получению новых положительных свойств целевых продуктов; интенсификации и повышению результативности применяемых технологических переделов в результате проявления эффектов суммации, потенцирования, синергии и эмерджентности.
Анализ состояния проблемы позволяет сделать вывод, что использование только эмпирических методов не продуктивно, так как не только требует больших временных и ресурсных затрат, но и дает решения частного характера, действительные для конкретных сочетаний разнородных отходов, не позволяет получить решение общей задачи использования неопределенного большого числа (больше двух) разнородных отходов.
Вместе с тем, есть решения подобного класса задач в смежных областях науки и техники, таких как материаловедение, где для достижения заданных целевых показателей наряду с эмпирическими методами применяются математическое и функциональное моделирование, экспертные оценки и прогнозирование с использованием известных закономерностей взаимодействия разнородных материалов, протекающих в технологических переделах по типу одно- или разнонаправленных эффектов (антагонизма, аддитивности, синергизма и др.) [8—13].
С учетом этого и на основе обобщения результатов собственных многолетних исследований нами были разработаны методические подходы по выбору и разработке технологий совместного использования разнородных отходов производства на примере получения строительных материалов.
Для разработки методических подходов был использован комплекс методов, где наряду с соблюдением фундаментальных принципов НДТ (ресурсо- энергосбережения, приоритета достижения высокого уровня защиты окружающей среды, экономической доступности и технической возможности реализации в промышленных масштабах) предусмотрена приоритетность достижения приемлемого уровня экологической и промышленной безопасности на протяжении всего жизненного цикла отходов — от момента их образования, получения целевых продуктов, применения полученных целевых продуктов промежуточным и конечным потребителями до завершения жизненного цикла целевых продуктов/ изделий или материалов.
Были использованы методы алгоритмизации, математического, функционального и физического моделирования, экспертных оценок, верификации полученных экспериментальных и расчетных данных путем их апробации на пилотных установках и в промышленном масштабе, а также ступенчатый логический подход принятия решений для достижения заданных потребительских свойств целевых продуктов.
Апробация проведена в ходе экспериментальных исследований по совместному использованию разнородных отходов металлургического и химических производств (доменные шлаки (ДШ) и карбонатно-кальциевый шлам — осадок из отстойников сточных вод содового производства) для получения строительных материалов.
Разработанные нами методические подходы включают набор целевых показателей; методы и инструменты их достижения, основанные на использовании
возможных положительных и ослаблении (нейтрализации, устранении) отрицательных эффектов воздействия разнородных отходов.
Набор этих целевых показателей и их качественные и количественные характеристики могут быть различными в зависимости от задач, которые должны быть реализованы при совместном использовании отходов, исходных условий и ограничений (временных, ресурсных, технических, экономических, социальных, экологических, климатогеографических и иных), но в целом они должны обеспечивать:
возможность получения целевых продуктов заданного качества, имеющих статус товарных продуктов (материалов, изделий), востребованных на рынке и конкурентоспособных с аналогами, полученными из первичного сырья и материалов;
соблюдение нормативного уровня промышленной и экологической безопасности, достижение приемлемого уровня экологических нагрузок на всех этапах жизненного цикла отходов, включая завершение жизненного цикла целевых продуктов, изделий, материалов, изготовленных на их основе конечным потребителем;
техническую возможность реализации технологии в промышленных масштабах с заданной полнотой использования задолженного в отходах ресурсного потенциала при условии образования остаточных количеств неутилизируемых остатков или вторичных отходов не более уровня, отвечающего требованиям малоотходных ресурсосберегающих технологий;
доступность реализации технологий в финансово-экономическом отношении (приемлемый уровень капитальных, эксплуатационных и иных затрат) с учетом снижения издержек на функционирование технологии за счет прибыли от реализации целевого продукта, получения предотвращенного экологического ущерба от снижения экологической нагрузки на окружающую среду, экологических платежей и иных расходов в результате уменьшения/исключения сбросов, выбросов и задалживания территорий при размещении неутилизируемых остатков отходов или вновь образованных вторичных отходов в окружающей среде;
социальную эффективность в соответствии с общепринятыми критериями: социальная приемлемость — удовлетворительное качество и условия труда; социальная устойчивость — исключение протестных реакций населения и общественных организаций на возникающие при реализации технологии экологические и иные риски (шум, запахи, визуальное воздействие, появление в окружающей среде загрязняющих веществ и т.п.) в силу их приемлемого (ниже предельно допустимого) нормативного уровня; улучшение социального и экологического имиджа предприятия; создание новых рабочих мест; рост платежей в бюджеты всех уровней.
Разработанный метод выбора (разработки) новой технологии предполагает последовательность проведения этапов совместного использования разнородных отходов производства для получения целевых продуктов, представленных на рис. 1 в виде алгоритма принятия решений.
При принятии решения учитываются: замена (полная или частичная) первичных материалов отходами; снижение экологической нагрузки и обеспечение промышленной безопасности; достижение потребительских свойств целевых продуктов, конкурентоспособных с аналогами из первичных материалов.
При реализации работ в блоках 1—4 приведенного на рис. 1 алгоритма использовались комплексные критериальные показатели, включающие следующие основные компоненты: экологические, экономические, технические, социальные, численные, значения которых определяются заданными ограничениями применительно к конкретным условиям функционирования объектов.
Экспертная оценка отходов производства, обладающих задолженным ресурсным потенциалом и иными полезными свойствами. Определение физико-химических, механических и иных свойств г-го отхода производства (потребления), отобранного на основе экспертно-
_ аналитических оценок для использования в качестве исходного материала для получения
1 целевых продуктов
1 г
2 Оценка ресурсного потенциала г-го отхода, определение возможных технологий его и пользования, выявление технической и экономической возможности и целесообразности степени (полноты) извлечения задолженного ресурсного потенциала для получения целевых продуктов заданного качества
1 г
3 Выявление возможности появления экологических рисков, превышающих приемлемые уровни и возникающих в процессах получения из г-го отхода заданных целевых продуктов и использования их потребителями на протяжении всего жизненного цикла целевого продукта
1 г
4 Подбор отхода, способного при совместном использовании с г-м или с другими отходами обеспечить в процессах получения и использования целевого продукта с заданными потребительскими свойствами нейтрализацию (снижение до приемлемого уровня) возможного негативного экологического воздействия на объекты окружающей среды и население
1 г
Выбор (разработка) технологии совместного использования двух и более разнородных отходов производства с целью получения целевых продуктов заданного качества при соблюдении экологических, экономических, технических, социальных и иных ограничений (производственная и экологическая безопасность, экономическая доступность, техническая возможность реализации, социальная приемлемость и устойчивость, конкурентная способность на рынке по сравнению с аналогичными продуктами, полученными из перви ч-5 ных материалов)
Рис. 1. Алгоритм выбора (разработки) технологии совместного использования отходов производства для получения целевых продуктов
Экологические критерии позволяют оценить вероятность возникновения и тяжесть последствий реализации экологических рисков и их соответствие экологическим нормам. Экономические критерии определяют величину совокупных затрат, необходимых для реализации выбранной или разработанной вновь технологии в условиях изменения рыночных цен на сырье и получаемые целевые продукты. Технические критерии определяют возможность реализации технологических процессов в промышленных масштабах на предприятиях (отрасли в целом). Социальные критерии — значимость технологии для населения района размещения отходов производства или района размещения создаваемой или внедряемой технологии. Вышеназванные критерии принято считать равнозначными.
В блоке 1 при экспертной оценке определяются направления промышленного использования отходов (строительство, энергетика, химическая промыш-
ВЕСТНИК
МГСУ-
5/2014
ленность, металлургия и др.) и возможность (целесообразность) использования взамен первичного сырья или материалов. Оценка, произведенная экспертами, носит рекомендательный характер.
При реализации блока 2 определяется номенклатура возможных строительных материалов и продуктов, востребованных на рынке, например цементобетона, асфальтобетона, дорожного щебня, тротуарной плитки и др. В этом блоке кроме технических и экономических решений дается оценка социальной значимости внедряемой технологии и получаемых целевых продуктов.
В блоке 3 оцениваются экологические риски, которые могут возникнуть при получении из i-х отходов целевых продуктов и их применении на протяжении всего жизненного цикла. Примером возникновения такого риска может быть миграция тяжелых металлов из получаемых целевых продуктов и материалов из отходов производства в окружающую среду.
В блоке 4 определяются возможные пути снижения экологических рисков за счет совместного использования отходов, позволяющих обеспечить устранение (снижение до приемлемого уровня) возможного негативного экологического воздействия на объекты окружающей среды и население. При прочих равных показателях в качестве приоритетной выбирается технология, позволяющая получить полезное сочетанное действие или синергетический эффект.
В связи с большим объемом анализируемой информации по блоку 5 целесообразно применить методы функционального моделирования, позволяющие формализовать без ущерба для качества принимаемых решений процедуру выбора (разработки новых) технологий, что значительно облегчает проведение аналитических работ. Нами для этих задач была использована стандартная методика функционального моделирования IDEF0 [14—17]. Она позволяет разработать функциональные модели процедуры разработки технологии получения целевых продуктов с добавлением или на основе отходов, с учетом решения задач совместного использования двух и более отходов.
В общем виде эта функциональная модель процедуры разработки технологии в рамках принятых ограничений представлена на рис. 2.
Регламентные требования к производству
Техно логические расчеты, подбор оборудовать, устройств и т.п. ддя pea. пгзацлн технолога»
Эколоптческое обоснование
Идентификация и оценка экологических рисков ti безопасны* условий труда
Информация об 1-Х отходах как цотеицнадкном сырье лдя получения целевых продукте»
Разработка -Технологии совместного использования i-х отходов производства
Гоцнатьная приемлемость и устоЛчнпостъ
L
Технологическая
1 Í I Г
документация
Требования по!реб>пе.1я к
целевым продуктам гехно.то! экономист эколог социолог
Рис. 2. Функциональная модель процедуры разработки технологии совместного использования /-х отходов
Начальный этап формализованного описания процедуры разработки технологии совместного использования отходов в виде общей схемы представлен на рис. 3.
Рис. 3. Диаграмма верхнего уровня модели технологии совместного использования отходов АО
Диаграмма верхнего уровня АО позволяет детализировать этапы последующей разработки технологии с использованием методов декомпозиции входящих в нее отдельных процессов и процедур.
С помощью функционального моделирования процесс разработки технологии можно представить в виде четырех главных функциональных блоков А1, А2, А3, А4. Процесс разработки технологии включает в себя четыре этапа: определение ресурсного потенциала отхода;
определение значимого негативного воздействия /-го отхода на объекты окружающей среды и население;
процесс устранения (ослабления) негативного воздействия на окружающую среду и население /-го отхода;
процесс определения экономической доступности технологии. Работы ведутся по методическим схемам декомпозиции первого уровня, приведенным на рис. 4—7. Представленные на этих рисунках связи между блоками позволяют установить зависимости между процессами и оптимизировать ресурсные, временные и финансовые затраты при приоритете экологических ограничений, экономической доступности и возможности реализации полученных целевых продуктов.
Информация, полученная после завершения функционального моделирования, позволяет оценить возможность совместного использования /-х отходов для получения строительных материалов, соответствующих целевым показателям, в ходе реализации выбранной или разработанной вновь технологии, отвечающей принципам НДТ.
ВЕСТНИК
МГСУ-
5/2014
Рис. 4. Декомпозиция I уровня процесса определения ресурсного потенциала отходов производстваА1
М2 Экспертах группа
Рис. 5. Декомпозиция I уровня процесса определения значимого негативного воздействия отходов производства А 2
Рис. 6. Декомпозиция I уровня процесса нейтрализации негативного воздействия на окружающую среду и население отходов производства А3
Рис. 7. Декомпозиция I уровня процесса определения доступности технологии А4
В результате экспериментальных, лабораторных и полевых исследований было установлено, что ДТТТ после первичной магнитной сепарации с целью извлечения крупных металлических включений и вторичной магнитной сепарации после дробления до заданной крупности, установленной для щебня, песка и минерального порошка, соответствуют по своим основным физико-химическим свойствам традиционным первичным материалам — природному щебню, песку и минеральному порошку [18—20].
Было установлено, что при прямом контакте этих материалов, полученных из дробленого доменного шлака, с водой (особенно кислыми водами) возможна эмиссия из них подвижных форм тяжелых металлов — соединений ванадия, марганца, железа и др. [21, 22].
Это определило целесообразность разработки рекомендаций по снижению возможной эмиссии металлов в окружающую среду. Результаты экспериментальных исследований позволили установить, что при помещении ДТТТ в более плотную среду, в частности при изготовлении цементобетона, происходит снижение эмиссии соединений тяжелых металлов в окружающую среду при контакте с водой в 2,5...3 раза. При этом достигается содержание тяжелых металлов на уровне ПДК в воде (ГН 2.1.5.1315—03. Предельно допустимые концентрации (ПДК) химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования).
При совместном использовании щебня, песка и минерального порошка, полученных на основе минеральной составляющей ДТ со шламами — отходами содового производства, за счет щелочного резерва этих шламов происходит переход солей ванадия, марганца и железа в неподвижные формы, что обеспечивает кратное снижение их эмиссии в объекты окружающей среды при контакте с кислыми водами в случаях, не превышающих щелочной резерв полученных материалов.
Экспериментально было установлено, что при контакте цементобетона, изготовленного из минеральной составляющей ДТ и шлама содового производства, с поверхностными и грунтовыми водами в диапазоне рН 4,8.11 не обнаружена эмиссия ванадия, марганца и железа в значащих концентрациях.
При совместном использовании минеральной составляющей ДТ и отходов содового производства (карбонатно-кальциевых шламов) для изготовления из цементобетона изделий типа цементобетонных блоков и тротуарной плитки эмиссия ванадия снижается в 2.3 раза, марганца — в 3.4 раза, железа — в 4.5 раз.
При изготовлении асфальтобетона на основе щебня, песка и минерального порошка из ДШ, после их магнитной сепарации с целью удаления включения металлического железа и использования в качестве связующего битума, экспериментально было установлено, что при контакте такого асфальтобетона с кислыми поверхностными и грунтовыми водами в силу выраженных его гидрофобных свойств не происходит эмиссия подвижных форм металлов в окружающую среду.
Полученные материалы и изделия на их основе (цементобетон, асфальтобетон, тротуарная плитка) по своим техническим параметрам соответствуют нормативным показателям аналогичной продукции на природных компонентах.
Результаты апробации предлагаемого метода совместного использования двух разнородных отходов свидетельствуют о том, что достигнуто решение следующих задач: получены целевые продукты на основе двух разнородных отходов взамен первичного сырья; снижена экологическая нагрузка и достигнут приемлемый уровень промышленной безопасности производства и использования целевых продуктов на основе двух разнородных отходов; целевые продукты конкурентоспособны с аналогами, полученными из первичных материалов.
Известны методические подходы использования ресурсного потенциала и полезных свойств однородных отходов производства для получения строительных материалов, основанные на эмпирических исследованиях для конкретных условий. Полученные при этом результаты не имеют общего характера и могут быть использованы только для решения частных задач.
Методических подходов по совместному использованию разнородных отходов производства не было к началу выполнения данной научной работы. Это определило актуальность проведения научных исследований, направленных на разработку методических подходов общего характера.
На основе экспериментальных исследований, математического, функционального и физического моделирования процессов взаимодействия компонентного состава разнородных отходов производства и данных натурных испытаний полученных строительных материалов были разработаны методические подходы по совместному использованию разнородных отходов, обладающих ресурсным потенциалом и иными полезными свойствами, учитывающие возможные эффекты синергизма, сочетанного действия, взаимной нейтрализации и другие, направленные на снижение негативных и усиление полезных свойств получаемых строительных материалов.
Апробация этих методических подходов была проведена на примере получения строительных материалов при совместном использовании ДТ и карбонатно-кальциевого шлама. Установлено, что в результате эффективного взаимодействия этих отходов удалось достичь снижения эмиссии тяжелых
металлов за счет взаимной нейтрализации и перевода их водорастворимых соединений в неподвижную форму. Заложенный в отходах щелочной резерв позволил использовать их в кислой среде без ущерба качеству материалов и снизить экологическую нагрузку на объекты окружающей среды и население. По потребительским свойствам полученные строительные материалы не уступают аналогам, изготовленным из первичных материалов.
Библиографический список
1. Леонтьев Л.И. Нет дальнейшему накоплению техногенных отходов металлургии // Экология и промышленность России. 2013. № 1. С. 2—3.
2. Effects of limestone addition and sintering on heavy metal leaching from hazardous waste incineration slag / J. Reich, C. Pasel, J. Herbell, M. Luckas // Waste Management. 2002. Vol. 22. No. 3. Pp. 315—326.
3. Motz H., Geiseler J. Products of steel slags an opportunity to save natural resources // Waste Management. 2001. No. 21 (3). Pp. 285—293.
4. LindB.B., Fallman A.M., Larsson L.B. Environmental impact of ferrochrome slag in road construction // Waste Management. 2001. 21 (3). Pp. 255—264.
5. Downey J.P., Twidwell L.G. Ferrihydrite and Aluminum-Modified Ferrihydrite Enhanced High Density Sludge Treatment for Removing Dissolved Metals from Acid Rock Drainage // Global Symposium on Recycling, Waste Treatment and Clean Technology. REWAS 2008. TMS. 10. Vol. 3. Pp. 1289—1299.
6. Young C., Downey J. Splash Technology: Applying the Design-for-Recyclability Concept to Spent Potlining Management // Global Symposium on Recycling, Waste Treatment, and Clean Technology. REWAS 2008, TMS, 10. Vol. 1. Pp. 254—260.
7. Пугин К.Г., Вайсман Я.И. Методические подходы к разработке и идентификации наилучших доступных технологий на примере использования шлаков черной металлургии // Вестник МГСУ 2013. № 10. С. 183—195.
8. ReuterM., Xiao Y., Boin U. Recycling and environmental issues of metallurgical slags and salt fluxes // VII International Conference on Molten Slags Fluxes and Salts. The South African Institute of Mining and Metallurgy. 2004. Pp. 349—356.
9. Pugin K.G., Vaysman Y.I. Methodological approaches to development of ecologically safe usage technologies of ferrous industry solid waste resource potential // World Applied Sciences Journal. 2013. Vol. 22. Special Issue on Techniques and Technologies. Pp. 28—33.
10. Woolley G.R., Goumans J.J.J.M., Ainright P.J. (Eds.). Waste Materials in Construction. WASCON 2000. Proceedings of the International Conference on the Science and Engineering of Recycling for Environmental Protection. Harrogate, England. Vol. 1. Pp. 438—448.
11. Qasrawi H., Shalabi F., Asi I. Use of low CaO unprocessed steel slag in concrete as fine aggregate // Construction and Building Materials. 2009. 23. Pp. 1118—1125.
12. Utilization of electric arc furnace slag as aggregates in concrete — Environmental issue / R. Alizadeh, M. Chini, P. Ghods, M. Hoseini, Sh. Montazer, M. Shekarchi // 6-th CANMET/ACI International Conference on Recent Advances in Concrete Technology. Bucharest, Romania. June 2003. Pp. 451—464.
13. Study of the mechanical properties of heavyweight preplaced aggregate concrete using electric arc furnace slag as aggregate / M. Shekarchi, M. Soltani, R. Alizadeh, M. Chini, P. Ghods, M. Hoseini, Sh. Montazer // International Conference on Concrete Engineering and Technology, Malaysia. 2004.
14. Gerald M. Weinberg. Quality Software Management: Systems Thinking. Dorset House. 1992. 336 р.
15. Freedman Daniel P., Weinberg GeraldM. Handbook of Walkthroughs, Inspections, and Technical Reviews // Evaluating Programs, Projects, and Products. Dorset House. 1990. 464 р.
16. Kazman R., Bass L. Making Architecture Reviews Work in the Real World // IEEE Software. January/February 2002. Pp. 76—73.
17. Черемных С.В., Семенов И.О., Ручкин В.С. Структурный анализ систем: IDEF-технологии. М. : Финансы и статистика, 2001. 208 с.
18. Пугин К.Г., Калинина Е.В., Хамитов А.Р. Ресурсосберегающие технологии строительства асфальтобетонных дорожных покрытий с использованием отходов производства // Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Урбанистика. 2011. № 2. С. 60—69.
19. Shi C., Qian J. High performance cementing materials from industrial slag — a review // Resource Conserve Recycle. 2000. Vol. 29. Pp. 195—207.
20. Wu S., Xu Y., Chen Q.Y. Utilization of steel slag as aggregates for stone mastic asphalt (SMA) mixtures // Building and Environment. 2007. Vol. 42. Pp. 2580—2585.
21. Оценка негативного воздействия на окружающую среду строительных материалов, содержащих отходы черной металлургии / К.Г. Пугин, Я.И. Вайсман, Г.Н. Волков, А.В. Мальцев // Современные проблемы науки и образования. 2012. № 2 (40). Режим доступа: http://www.science-education.ru/102-r5990.
22. Пугин К.Г. Вопросы экологии использования твердых отходов черной металлургии в строительных материалах // Строительные материалы. 2012. № 8. С. 54—56.
Поступила в редакцию в апреле 2014 г.
Об авторах: Пугин Константин Георгиевич — кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой автомобилей и технологических машин, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ФГБОУ ВПО «ПНИПУ»), 614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, д. 29, 8 (342) 219-80-67, 123zzz@rambler.ru;
Вайсман Яков Иосифович — доктор медицинских наук, профессор, заведующий кафедрой охраны окружающей среды, Пермский национальный исследовательский политехнический университет (ФГБОУ ВПО «ПНИПУ»), 614990, г. Пермь, Комсомольский проспект, д. 29, 8 (342) 219-80-67, 123zzz@rambler.ru.
Для цитирования: Пугин К.Г., Вайсман Я.И. Методические подходы к разработке технологий совместного использования разнородных отходов производства // Вестник МГСУ 2014. № 5. С. 78—90.
K.G. Pugin, Y.I. Vaysman
METHODICAL APPROACHES TO WASTE CO-RECYCLING TECHNOLOGIES
DEVELOPMENT
Currently, the waste industry is being perceived more as a raw material for producing the desired products. That is the result of waste production expanding and the improvement of processing of materials technology. Most part of waste recycling falls on construction technology. If waste recycling is used in building constructions there may be possible negative effects of heavy metals emission. Large waste volumes make it possible to develop heterogeneous waste recycling effects such as mutual neutralization of synergy and the improvement of consumer qualities of the obtained materials. Basing on summarized results of waste heterogeneous co-recycling research it was possible to find ways of construction materials potential preparation.
Methodological principles are based on best available technologies principles. The presented paper sets targets, methods and tools to achieve them. The qualitative and
quantitative characteristics may vary depending on the tasks to be implemented. It was stated that the effective counteraction of wastes reduced the emission of heavy metals on the account of mutual neutralization and the shift of water-soluble composition to fix form. The obtained material in relation to its consumer properties is as good as its raw material analogy.
Key words: construction materials, blast furnace slag, heavy metals, the best available technologies.
References
1. Leont'ev L.I. Net dal'neyshemu nakopleniyu tekhnogennykh otkhodov metallurgii [Say No to Further Accumulation of Ferrous Waste]. Ekologiya i promyshlennost' Rossii [Ecology and Production Sector of Russia]. 2013, no. 1, pp. 2—3.
2. Reich J., Pasel C., Herbell J., Luckas M. Effects of Limestone Addition and Sintering on Heavy Metal Leaching from Hazardous Waste Incineration Slag. Waste Management. 2002, vol. 22, no. 3, pp. 315—326. DOI: 10.1016/S0956-053X(01)00020-4.
3. Motz H., Geiseler J. Products of Steel Slags an Opportunity to Save Natural Resources. Waste Management. 2001, no. 21 (3), pp. 285—293.
4. Lind B.B., Fallman A.M., Larsson L.B. Environmental Impact of Ferrochrome Slag in Road Construction. Waste Management. 2001, no. 21 (3), pp. 255—264.
5. Downey J.P., Twidwell L.G. Ferrihydrite and Aluminum-Modified Ferrihydrite Enhanced High Density Sludge Treatment for Removing Dissolved Metals from Acid Rock Drainage. Global Symposium on Recycling, Waste Treatment and Clean Technology. REWAS 2008, TMS, 10, vol. 3, pp. 1289—1299.
6. Young C., Downey J. Splash Technology: Applying the Design-for-Recyclability Concept to Spent Potlining Management. Global Symposium on Recycling, Waste Treatment, and Clean Technology. REWAS 2008, TMS, 10, vol. 1, pp. 254—260.
7. Pugin K.G., Vaysman Ya.I. Metodicheskie podkhody k razrabotke i identifikatsii nailuchshikh dostupnykh tekhnologiy na primere ispol'zovaniya shlakov chernoy metallurgii [Methodological Approaches to Development and Identification of the Best Available Technologies through the Example Use of Ferrous Slags]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2013, no. 10, pp. 183—195.
8. Reuter M., Xiao Y., Boin U. Recycling and Environmental Issues of Metallurgical Slags and Salt Fluxes. VII International Conference on Molten Slags Fluxes and Salts. The South African Institute of Mining and Metallurgy, 2004, pp. 349—356.
9. Pugin K.G., Vaysman Y.I. Methodological Approaches to Development of Ecologi-cally Safe Usage Technologies of Ferrous Industry Solid Waste Resource Potential. World Applied Sciences Journal, 2013, vol. 22, Special Issue on Techniques and Technologies, pp. 28—33.
10. Woolley G.R., Goumans J.J.J.M., Ainright P.J. (Eds.). Waste Materials in Construction. WASCON 2000. Proceedings of the International Conference on the Science and Engineering of Recycling for Environmental Protection. Pergamon Press, vol. 1, Harrogate, England, pp. 438—448.
11. Qasrawi H., Shalabi F., Asi I. Use of Low CaO Unprocessed Steel Slag in Concrete as Fine Aggregate. Construction and Building Materials. 2009, no. 23, pp. 1118—1125. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2008.06.003.
12. Alizadeh R., Chini M., Ghods P., Hoseini M., Montazer Sh., Shekarchi M. Utilization of Electric Arc Furnace Slag as Aggregates in Concrete — Environmental Issue. 6-th CAN-MET/ACI International Conference on Recent Advances in Concrete Technology. Bucharest, Romania, June 2003, pp. 451—464.
13. Shekarchi M., Soltani M., Alizadeh R., Chini M., Ghods P., Hoseini M., Montazer Sh. Study of the Mechanical Properties of Heavyweight Preplaced Aggregate Concrete Using Electric Arc Furnace Slag as Aggregate. International Conference on Concrete Engineering and Technology. Malaysia, 2004.
14. Gerald M. Weinberg. Quality Software Management: Systems Thinking. Dorset House, 1992, 336 p.
15. Freedman Daniel P., Weinberg Gerald M. Handbook of Walkthroughs, Inspections, and Technical Reviews. Evaluating Programs, Projects, and Products. Dorset House, 1990, 464 p.
ВЕСТНИК e(-n, л
5/2014
16. Kazman R., Bass L. Making Architecture Reviews Work in the Real World. IEEE Software. January/February 2002, pp. 76—73. DOI: 10.1109/52.976943.
17. Cheremnykh S.V., Semenov I.O., Ruchkin V.S. Strukturnyy analiz sistem: IDEF-tekhnologii [Structural Analysis of Systems: IDEF-Technologies]. Moscow, Finansy i statistika Publ., 2001, 208 p.
18. Pugin K.G., Kalinina E.V., Khalitov A.R. Resursosberegayushchie tekhnologii stroitel'stva asfal'tobetonnykh dorozhnykh pokrytiy s ispol'zovaniem otkhodov proizvodstva [Resource Saving Technologies of Construction of Bituminous Concrete Pavements Using Industrial Waste]. Vestnik Permskogo natsional'nogo issledovatel'skogo politekhnicheskogo universiteta. Urbanistika [Proceedings of Perm National Research Polytechnic University. Urban Studies]. 2011, no. 2, pp. 60—69.
19. Shi C., Qian J. High Performance Cementing Materials from Industrial Slag — a Review. Resource Conserve Recycle. 2000, vol. 29, pp. 195—207. DOI: http://dx.doi. org/10.1016/S0921-3449(99)00060-9.
20. Wu S., Xu Y., Chen Q.Y. Utilization of Steel Slag as Aggregates for Stone Mastic Asphalt (SMA) Mixtures. Building and Environment, 2007, vol. 42, pp. 2580—2585.
21. Pugin K.G., Vaysman Ya.I., Volkov G.N., Mal'tsev A.V. Otsenka negativnogo voz-deystviya na okruzhayushchuyu sredu stroitel'nykh materialov soderzhashchikh otkhody chernoy metallurgii [Estimation of the Negative Impact on the Environment of Construction Materials Containing Iron Industry Waste]. Sovremennye problemy nauki i obrazovaniya [Contemporary Problems of Science and Education]. 2012, no. 2 (40). Available at: http:// www.science-education.ru/102-r5990.
22. Pugin K.G. Voprosy ekologii ispol'zovaniya tverdykh otkhodov chernoy metallurgii v stroitel'nykh materialakh [The problems of the Ecology of Using Ferrous Hard Waste in Construction Materials]. Stroitel'nye materialy [Construction Materials]. 2012, no. 8, pp. 54—56.
About the authors: Pugin Konstantin Georgievich — Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Chair, Department of Automobile and Process Machinery, Perm National Research Polytechnic University (PNRPU), 29 Komsomolskiy Prospect, Perm, 614990, Russian Federation; +7 (342) 239-14-92; 123zzz@rambler.ru;
Vaysman Yakov Iosifovich — Doctor of Medical Sciences, Professor, Chair, Department of Environmental Protection, Perm National Research Polytechnic University (PNRPU), 29 Komsomolskiy Prospect, Perm, 614990, Russian Federation; +7 (342) 239-1492; 123zzz@rambler.ru.
For citation: Pugin K.G., Vaysman Ya.I. Metodicheskie podkhody k razrabotke tekh-nologiy sovmestnogo ispol'zovaniya raznorodnykh otkhodov proizvodstva [Methodical Approaches to Waste Co-recycling Technologies Development.]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014, no. 5, pp. 78—90.
