Научная статья на тему 'Использование строительных отходов в геоэкозащитных целях'

Использование строительных отходов в геоэкозащитных целях Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

CC BY
246
100
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
СТРОИТЕЛЬНЫЕ ОТХОДЫ / ПЕНОБЕТОН / ГЕОЭКОЗАЩИТНЫЕ СВОЙСТВА / ИОНЫ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ

Аннотация научной статьи по строительству и архитектуре, автор научной работы — Сахарова А.С.

Предлагается использовать строительные отходы как средства защиты окружающей среды на примере пенобетона. Исследованы геоэкозащитные свойства боя неавтоклавного пенобетона разной плотности. Установлено, что пенобетон обладает поглотительной емкостью по отношению к некоторым ионам тяжелых металлов. Даны рекомендации по использованию пенобетона в качестве фильтрующей загрузки в сооружениях по очистке стоков с асфальтового покрытия автодороги. Исследования показали, что отработанный пенобетон может быть утилизирован по обжиговой технологии при производстве строительной керамики. Решение данных вопросов в комплексе позволяет снизить антропогенную нагрузку на биосферу.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Use of Building Wastes for Geo-eco-protective Purposes

The author proposes to use building wastes illustrating it with foam concrete as the means of environment protection having analyzed geo-eco-protective properties of broken materials of non-autoclave foam concrete of different densities. It has been stated that foam concrete possesses an absorptive capacity in relation to some heavy metal ions. Recommendations on using foam concrete as a fi ltering load in structures designed for cleaning run-offs from the asphalt surface of motorways are given. Investiga tions have shown that worked-out foam concrete can be utilized in the production of building ceramics by using kiln technology. Solutions of these problems in complex will make it possible to decrease the anthropogenic loading on biosphere.

Текст научной работы на тему «Использование строительных отходов в геоэкозащитных целях»

164

Техносферная и экологическая безопасность

от 25.06.2002 № 71-ФЗ, от 25.07.2002 № 112-ФЗ, от 10.01.2003 № 11-ФЗ, от 07.07.2003 № 123-ФЗ, от 08.12.2003 № 169-ФЗ, от 05.03.2004 № 9-ФЗ, от 30.06.2004 № 61-ФЗ, от 20.07.2004 № 68-ФЗ, от 22.08.2004 № 122-ФЗ (ред. 29.12.2004), от 29.12.2004 № 199-ФЗ и др., с изм.), ст. 27 // Российская газета. - 1992. - № 172, 31 июля.

12. Порядок обучения по охране труда и проверки званий требований охраны труда работников организаций : утв. постановлением Минтруда России и Минобразования России 13.01.03, № 1/29 // Бюллетень нормативных актов федеральных органов исполнительной власти. -2003. - № 17, 28 апр.

УДК 628.54:656.2 А. С. Сахарова

Петербургский государственный университет путей сообщения ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ В ГЕОЭКОЗАЩИТНЫХ ЦЕЛЯХ

Предлагается использовать строительные отходы как средства защиты окружающей среды на примере пенобетона. Исследованы геоэкозащитные свойства боя неавтоклавного пенобетона разной плотности. Установлено, что пенобетон обладает поглотительной емкостью по отношению к некоторым ионам тяжелых металлов. Даны рекомендации по использованию пенобетона в качестве фильтрующей загрузки в сооружениях по очистке стоков с асфальтового покрытия автодороги. Исследования показали, что отработанный пенобетон может быть утилизирован по обжиговой технологии при производстве строительной керамики. Решение данных вопросов в комплексе позволяет снизить антропогенную нагрузку на биосферу.

строительные отходы, пенобетон, геоэкозащитные свойства, ионы тяжелых металлов.

Введение

С каждым годом объемы строительства в России заметно увеличиваются. Снос зданий и сооружений влечет образование большого количества строительных отходов. Промышленные, или техногенные, отходы давно стали частью окружающей природной среды. На решение проблемы их использования направлена государственная программа ре-циклинга, являющаяся частью системы рационального недро- и природопользования.

При производстве или строительстве без отходов не обойтись. Актуальность настоящей проблемы заключается в том, что снос зданий и сооружений вызывает необходимость решения ряда технико-экономических и экологических задач.

Низкая насыпная масса и обусловленные этим большие объемы, занимаемые строительными отходами при их захоронении,

приводят к перегруженности полигонов, привлечению большого количества транспортных средств, значительному расходу топлива. Максимальная польза здесь может быть извлечена не только за счет правильного выбора способов сноса, но и получения в результате сноса пригодных к повторному использованию материалов. Специальные полигоны для захоронения мусора должны принимать только то, что не подлежит никакой переработке.

Отработанные строительные материалы применяются повторно в основном в той же сфере - в производстве новых строительных материалов, изделий.

На кафедре «Инженерная химия и естествознание» ПГУПС на протяжении нескольких лет проводятся исследования по изучению геоэкозащитных свойств различных техногенных материалов, в том числе строительных отходов, как средств защиты окружающей природной среды [1]. Под геоэко-

2012/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Техносферная и экологическая безопасность

165

защитными свойствами материалов следует понимать их способность минимизировать отрицательное воздействие на природную среду, в частности, своей поверхностью поглощать различные виды загрязнений, типичными из которых являются ионы тяжелых металлов (ИТМ). Были определены геоэкозащитные свойства таких техногенных материалов, как автоклавный пенобетон, доменный гранулированный шлак, фосфогипс, шунгитсодержащий щебень и др. [1].

В качестве объекта исследования кафедры был выбран неавтоклавный пенобетон (бой) как один из широко распространенных строительных отходов.

1 Исследование геоэкозащитных

свойств боя пенобетона

Строительных материалов из пенобетона множество: блоки, перегородки, стеновые панели и др. Их теплоизоляционные свойства в 3-5 раз превосходят аналогичные свойства кирпича и тяжелых бетонов. Помимо этого, пенобетон является хорошим звукоизолирующим материалом, который можно применять для звукоизоляции перегородок и перекрытий.

Как строительный отход пенобетон нетоксичен, поскольку в качестве исходного сырья для его изготовления используются только экологически чистые природные компоненты: цемент, песок, вода. Однако решить проблему большого объема боя пенобетона (производственного брака, после сноса зданий и сооружений) до конца не удается.

Данная статья посвящена исследованию неавтоклавного пенобетона (боя) разной плотности на наличие геоэкозащитных свойств по отношению к таким типичным загрязнителям биосферы, как ИТМ. Даны рекомендации по использованию боя пенобетона нужной фракции в качестве фильтрующей загрузки в сооружениях по очистке стоков, загрязненных ИТМ, асфальтового покрытия автодороги.

Все исследования по изучению пенобетона как фильтрующей загрузки были прове-

дены в динамических условиях, поскольку процесс очистки стоков путем фильтрации через слой сорбента является значимым для промышленности. Исследование обезвреживающих свойств материала проводились на примере ионов марганца (II) и железа (III), выбор которых обусловлен их наличием в ливневых стоках с автодорог [2].

Образцы пенобетона плотностью 300, 500 и 700 кг/м 3 были предварительно измельчены и просеяны через сита с размерами ячеек 0,63 и 1,0 мм и отобрана соответственно фракция 0,63.. .1,0 мм, согласно требованиям [3], касающимся фильтрующих загрузок.

Опытная установка состояла из стеклянной колонки диаметром 30 мм, высотой 400 мм, укрепленной на штативе, с возможностью регулирования скорости потока. Колонка заполнялась исследуемым материалом до высоты 70 мм, выше на штативе крепилась емкость с гидравлическим затвором, которая наполнялась модельным раствором, что обеспечивало непрерывный процесс в ходе эксперимента. Пробы на анализ содержания металлов отбирали после фильтрации каждого литра в количестве 25 мл.

Для получения растворов, содержащих ионы одного из металлов, были использованы следующие соли: MnQ2-6H2O; NH4Fe(SO4)2. Концентрация металлов в растворе составляла 100 ПДК для каждого металла и равнялась для марганца (II) 10 мг/л, для железа (III) -30 мг/л. Поглотительная емкость определялась в условиях полной отработки материала. Данные экспериментов представлены в таблице.

Полученные данные показали: чем меньше плотность пенобетона, тем больше его поглотительная емкость. Такая зависимость связана непосредственно с процентным соотношением состава пенобетона разной плотности. Лучший результат был достигнут при пропускании через образец плотностью 300 кг/м3 раствора, содержащего ионы марганца (II). Поглотительная емкость при этом составила 2,7 мг/г. При пропускании через измельченный пенобетон той же плотности раствора, содержащего ионы железа (III),

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/3

166

Техносферная и экологическая безопасность

ТАБЛИЦА. Поглотительная емкость пенобетона разной плотности

Плотность пенобетона, кг/м3 300 500 700

Емкость по Fe (III), мг/г 0,70 0,55 0,22

Емкость по Mn (II), мг/г 2,70 2,40 1,50

поглотительная емкость составила 0,7 мг/г, что почти в четыре раза меньше по сравнению с емкостью раствора с ионами марганца (II). Это говорит об избирательности механизма сорбционного процесса по отношению к различным ионам.

Результаты исследований показывают наличие геоэкозащитных свойств у пенобетона. Следовательно, такой строительный отход, как неавтоклавный пенобетон, можно применять не только при производстве строительных материалов, но и как средство для обезвреживания воды, загрязненной ИТМ.

2 Использование геоэкозащитного материала в ресурсосберегающих технологиях

Благодаря наличию обезвреживающих свойств пенобетон может быть использован как геоэкозащитный материал для очистки ливневого стока с асфальтового покрытия автодороги, загрязненного ИТМ.

На территории ЗАО «Петербург-Дорсер-вис» ливневый сток собирается и подается на очистные сооружения производства НПП «Полихим». Нами было рекомендовано использовать отходы пенобетона в данных очистных сооружениях. Сооружения представляют собой подземные колодцы с двумя последовательно расположенными фильтрующими патронами (см. рис.).

Фильтрующие патроны устанавливаются в стандартные колодцы диаметром 1; 1,5 и 2 м. Очищаемая вода самотеком поступает через люк колодца на решетку, закрывающую загрузку фильтрующего патрона. На решетке остаются листья и крупные частицы земли, песка, грязи и т. п., что может забить

патрон. Эту грязь необходимо периодически удалять с решетки. Первый патрон загружается минеральной ватой URSA, которая способствует очистке водного потока от механических примесей и крупных взвесей. Второй фильтрующий патрон загружен активированным углем марки МАУ, который очищает стоки от эмульгированных нефтепродуктов и растворенных органических веществ. Третий колодец - контрольный, с трубой-регулятором для поддержания уровня воды, чтобы не происходило опорожнение сорбционного фильтра.

Поскольку в поверхностном стоке данного объекта возможно большое содержание ИТМ, нами предлагается вместо минваты в первый патрон загружать пенобетон фракции 0,63...1,0 мм (см. рис.), обладающий поглотительной способностью к данным загрязнителям. При этом пенобетон также окажет барьерное действие на взвешенные вещества и плавающие нефтепродукты. Таким образом, предлагаемый материал будет выполнять и механическую, и сорбционную очистку.

3 Утилизация отработанного

геоэкозащитного материала

В настоящее время особое внимание уделяется возможности утилизации отработанных материалов. В ходе исследований, проводимых на кафедре «Инженерная химия и естествознание» ПГУПС [4] в области обжиговых технологий, установлено, что ионы 3 J-металлов при высокотемпературном обжиге образуют труднорастворимые силикаты или алюмосиликаты, которые образуются по границам раздела фаз и упрочняют

2012/3

Proceedings of Petersburg Transport University

Техносферная и экологическая безопасность

167

0.0

Подземные колодцы с фильтрующими патронами:

1 - бетонный колодец механической и сорбционной очистки; 2 - патрон механической очистки с минеральной ватой URSA; 3 - бетонный колодец сорбционной очистки; 4 - патрон сорбционной очистки с сорбентом МАУ; 5 - контрольный колодец; 6 - труба-регулятор уровня воды

материал. Отработанный пенобетон может использоваться вместо отощителя (песка) на этапе смешения глины и песка в обжиговой технологии. Дополнительных затрат технология использования не предусматривает. Были выпущены опытные образцы строительной керамики. Использование пенобетона в производстве керамического кирпича позволит:

- повысить прочностные показатели получаемого продукта;

- снизить себестоимость выпускаемых изделий путем уменьшения температуры обжига.

Таким образом, утилизация отработанного материала позволяет:

1) достичь большей экологичности технологии очистки вод и производства строительных материалов;

2) перевести удержанные ИТМ в экологически безопасное состояние, что показывает возможность организации замкнутого технологического цикла;

3) повысить качество керамики за счет увеличения прочности материалов.

Заключение

Исследования показали, что применение строительных отходов, обладающих геоэкозащитными свойствами, как фильтрующих и сорбционных материалов имеет двойное значение: освобождаются площади на строительных площадках, отходы же эффективно используются для очистки ливневых сточных вод, загрязненных ИТМ. Отработанный геоэкозащитный материал (неавтоклавный пенобетон) предполагается не выбрасывать, а возвращать на завод и использовать как отощитель при изготовлении обжиговой керамики. Решение этих вопросов в комплексе приведет к созданию новых малоотходных циклов защиты биосферы. На примере такого строительного отхода, как бой неавтоклавного пенобетона, был

ISSN 1815-588Х. Известия ПГУПС

2012/3

168

Техносферная и экологическая безопасность

показан один из способов комплексного решения проблем, связанных с природоохранными мероприятиями и рациональным использованием природных ресурсов.

Библиографический список

1. Инженерно-химические основы прогнозирования геозащитных свойств твердых тел и новых технологий обезвреживания / Л. Б. Сватовская, М. В. Шершнева, А. М. Сычева, Е. И. Макарова, М. С. Абу-Хасан. - СПб. : Петербургский гос. ун-т путей сообщения, 2010. - 78 с.

2. Тяжелые металлы как супертоксиканты XXI века / С. Л. Давыдова, В. И. Тагаева. - М. : Изд-во Российского университета дружбы народов, 2002. - 140 с.

3. Производство и применение фильтрующих материалов для очистки воды : справ. пособие / Р. И. Аюкаев, В. З. Мельцер. - Л. : Стройиз-дат, 1985. - 119 с.

4. Термодинамические и электронные аспекты свойств композиционных материалов для строительства и экозащиты / Л. Б. Сватовская, В. Я. Соловьева, Л. Л. Масленникова ; под ред. Л. Б. Сватовской. - СПб. : ОАО «Издательство “Стройиздат СПб.”», 2004. - 176 с.

2012/3

Proceedings of Petersburg Transport University

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.