CC BY
30
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОСАДКА ГОРОДСКИХ ВОДООЧИСТНЫХ СООРУЖЕНИЙ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СТЕКЛОМАТЕРИАЛОВ СТРОИТЕЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Н.И. Шалуненко , Т.А. Королюк
МГАКХиС
Утилизация осадка городских водоочистных сооружений, путем его использования в качестве сырья при получении стекло - стеклокристаллических материалов строительного назначения.
Utilization tankage's municipal waste-water treatment facility by pathway, using it's as raw materials for production glass-metal materials of building purposes.
Утилизация осадка городских водоочистных сооружений является важной экологической проблемой, однако, значительно увеличившееся содержание в осадке соединений тяжелых металлов усложняет эту задачу. По этой причине перспективным направлением является переработка осадка сточных вод путем его использования в качестве сырьевого материала при получении стекло- и стеклокристаллических материалов строительного назначения. Большинство осадков, полученных при утилизации промышленных и коммунальных стоков, ликвидируют путем сброса в накопители, закапывают в земляные пустоты, вывозят на свалки. Однако эти методы далеко не безобидны. Они наносят значительный вред экологии и делают непригодными к использованию значительные земельные площади.
Исходя, из технологической схемы отчистки сточных вод можно выделить две стадии, на которых происходит образование осадка: песколовки, в которых происходит улавливание песка и тяжелых минеральных примесей и фильтры, после которых осадок подвергается уплотнению и обезвоживанию.
Осадок после песколовок, в основном, состоит из песка и после обработки (сушки и классификации) используется в качестве кварцевого компонента в сельском хозяйстве и промышленности. В отличие от него осадок, получаемый после фильтрации и дополнительной обработки, может содержать значительное количество соединений тяжелых и цветных металлов в виде сульфатов, хлоридов, карбонатов, а также кремнезем и органические соединения. Из перечисленных соединений особую опасность представляют соединения тяжелых металлов, количество которых в осадке сточных вод колеблется от нескольких десятков до нескольких тысяч осадка (таблица 1). В соответствии с ГОСТом 12.11.007-76 соли тяжелых металлов классифицированы как опасные и чрезвычайно опасные, так как они могут аккумулироваться в организме и оказывать вредное воздействие на состояние нервной системы, белковый обмен, состав крови а также вызывать молекулярные изменения ДИК.
Для изучения возможности использования осадка в качестве сырьевого материала для получения стекла были выбраны следующие исходные составы (% масс.): -ликвирующая стеклоплитка:
SiO2- 53...55, CaO - 26...28, AI2O3 - 7...9, MgO - 6, N2O - 13...15 - черный марблит:
БЮ2 - 68. ..72, СаО - 7, А1203 - 3...4, Ш20 - 5.
В качестве сырьевых материалов использовали глинозем (по ГОСТ 6912), доломит (по ТУ 21-01-503), соду (по ГОСТ 10689), мел (по ТУ 21-41-69). Вместо кварцевого песка вводили осадок сточных вод.
Таблица 1. Содержание ионов тяжелых металлов в осадках сточных вод
Фактическое содержание, мг/кг осадка
Наименование Осадок с иловых Механически
металла площадок обезвоженный осадок
1. Цинк 6778 1167
2. Кадмий 48,5 23
3. Никель 688 167
4. Свинец 415 54
5. Медь 1933 442
6. Хром 4120 515
7. Марганец 590 468
8. Стронций 854 290
Используемый в работе осадок городских водоочистных сооружений представляет собой полидисперсную массу грязного темно-зеленого цвета, влажность которой составляет около 60%. Химический состав осадка следующий (масс. %):
Си2+ - 0,0031, №2+-0,0020 , Ге3+-0,6800, Са2+ - 1,8000 Б14+ - 30,8000 , влага 59,0000 прочие 6,9150.
Для нахождения оптимального состава стекломатериалов, при расчете сырьевых шихт, содержащих осадок сточных вод, использовали полный факторный эксперимент с матрицей планирования 2 в степени 2 (таблица 2).
Таблица 2
Номер опыта Уровни факторов
ХО Х1 Х2
1 +1 +1 +1
2 +1 +1 -1
3 +1 -1 +1
4 +1 -1 -1
В качестве независимых параметров использовали содержание БЮ2 и №20 , пределы, изменения которых были следующими: №20 - 10-16; БЮ2 - 55-75 масс.% (таблица 3).
Таблица 3. Пределы изменения независимых факторов
Фактор Уровни факторов
Условное значение Фактическое значение, масс.%
Содержание БЮ2, Х1 +1 -1 70 55
Содержание №20, Х2 +1 -1 16 10
Таблица 4. Химический состав сырьевых шихт (% масс.)
Номера составов Содержание компонентов
Осадок сточных вод сода мел Глинозем технический
Состав 1 81,14 27,36 12,49 7,0
Состав 2 81,14 17,09 17,85 10,0
Состав 3 65,64 27,36 37,50 8,0
Состав 4 65,64 17,09 46,42 9,0
В результате были составлены четыре смеси, соответствующие по своему составу шихтам для варки ликвирующей стеклоплитке и черного марблита.
В зависимости от вида сырьевой смеси варку осуществляли при температурах 1480-1560°С в силитовой и газовой печах с выдержкой при максимальной температуре 1,5 - 2 часа. Выработка производилась при температурах 1250-1300°С путем отлива в форму с последующим отжигом при температуре 560°С Синтезированные стекла имели коричневый или темно-зеленый цвет, обусловленный присутствием разного количества красящих ионов железа, никеля и меди.
Определение физико-химических свойств синтезированных стекол проводили согласно ГОСТ , полученные значения приведены в таблице 5.
Таблица 5. Физико-химические свойства синтезированных стекол
Свойства Состав 1 Состав 2
Плотность, кг/м3 2,505 2,545
КЛТР , а-10 град"1 91,1 78,6
Прочность на изгиб, МПа 60,3 70,8
Термическая устойчивость, °С 70 80
Химическая устойчивость, класс III III
Изучение кристаллизационной способности показало, что полученные стекла имеют достаточно низкую кристаллизационную способность. Термообработка в интервале температул 750-1100°С позволила установить, что при температурах 980-1100°С наблюдается поверхностная кристаллизация в виде корки и отдельных закристаллизованных участков в массе образца, количество стеклофазы при этом составляет не менее 80%.
Таким образом, стекла сваренные на основе шихты, содержащей от 50-70% масс. осадка очистных сооружений, обладают удовлетворительными варочными и вырабо-точными свойствами, а по своим физико-химическим свойствам соответствуют требованиям ГОСТ для стеклянной облицовочной плитки.
Литература.
1. Исматов А.А., Абдуллаев Х.А. стекла и ситаллы на основе отходов промышленности. Стекло и керамика, 1992, 1, с.2
2. Панкова Н.А., Беляева А.Г. использование отходов в стекловарении. Стекло и керамика, 1991, 2, с.2.
3. Петров С.В. промышленные отходы для производства облицовочных материалов. Стекло и керамика, 1990, 1 с.31
4. Соболев И.А., Макарченко Г.В., Степановский С.В., Ифанова Ф.А. Высокотемпературное иммобилизация вредных промышленных отходов в стекле. Стекло и керамика., 1992, 2, с.8
Ключевые слова: осадок городских водоочистных сооружений, утилизация, стекломатериал строительного назначения, сырьевой материал, шихта, ликвирущая стеклоплитка, марблит.
Keywords: Tankage of municipal waste-water treatment facility, utilization sintered glass-metal materials, raw material, furnace-charge, liquating glass-materials, marblite glass.
Рецензент: Зав. кафедры ОТС РХТУ им. Менделеева д.т.н., проф. Сулименко Л.М.
E-mail автора: Koroluk.t@mail.ru
