Комплекс по производству строительных изделий с использованием вторичного сырья Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

СТРОИТЕЛЬСТВО

УДК 691.32

Р. А. КУДРЯШОВА, С. В. МАКСИМОВ, А. С. ДРОНЬ, О. Е. ДРОНЬ

КОМПЛЕКС ПО ПРОИЗВОДСТВУ СТРОИТЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ВТОРИЧНОГО СЫРЬЯ

Представлена технологическая схема первичной сортировки твёрдых коммунальных отходов, приведено техническое описание процессов получения полимерпесчаных изделий и получения биогаза.

Ключевые слова: твёрдые коммунальные отходы, полимеры, биогаз, сортировка отходов, вторичное сырьё, строительные изделия.

На кафедре «Строительное производство и материалы» УлГТУ в качестве выпускной квалификационной работы магистрантами разрабатывается проект комплекса по производству мелкоштучных бетонных изделий различного назначения на основе полимерных отходов без применения минеральных вяжущих, получаемых после первичной сортировки твёрдых бытовых отходов. Завод включает помимо цеха по производству полимерпесчаных изделий (тротуарной плитки, кровельной черепицы, бордюрного камня, лотков, брусчатки, других изделий) корпус, в котором предусматривается приёмка машин с твёрдыми бытовыми отходами, сортировочный конвейер с разделением их по видам и дальнейшей их упаковкой. При первичной сортировке отделяются чёрные и цветные металлы, стекло прозрачное и цветное, бумажная макулатура, картон и тряпьё, резиновые отходы (автопокрышки), электронный и электротехнический скрап, строительные отходы и полимеры (бутылки, полиэтиленовые мешки, пакеты, упаковки, твёрдый пластик).

Полимерные отходы сразу же направляются в соседний цех по производству полимерпесчаных изделий, а все остальные виды отходов прессуются, пакетируются и отправляются на склад упакованных отходов. Отсюда они отправляются на специализированные предприятия, на которых налажена переработка промышленных отходов, в том числе и для получения строительных материалов, включая асфальтобетон, гидроизоляционные материалы, звукоизоляционные, строительное стекло, бетоны и другие.

© Кудряшова Р. А., Максимов С. В., Дронь А. С., Дронь О. Е., 2017

После первичной сортировки бытовых отходов на конвейере остаётся самое ценное - пищевые отходы - органический компонент, состоящий из углерода, являющийся источником энергии, т. е. качественным топливом [1].

В проекте заложена технология переработки этих пищевых отходов в биогаз - метан. Для этого в соседнем с сортировочным отделением ангаром предусмотрен приёмочный резервуар, далее подающим конвейером органические отходы поступают в биореактор, где их подогревают до температуры 50-55°С и выдерживают определённое время. Образующийся при прении биогаз отбирается, поступает в газгольдер и сжигается в газогенераторе. Генераторный газ состоит из окиси углерода (СО) и водорода (Н2) Это фактически природный газ; кроме этого образуется жидкий остаток - переброженная масса. Остаток является однородным по составу органическим субстратом, который транспортируется на близлежащие к комплексу свободные земельные площадки для вылеживания с дальнейшим использованием их в качестве ценного удобрения на сельскохозяйственных территориях. Полученный биогаз проходит через газовый фильтр, счётчик и поступает в газгольдер (газовое хранилище), из газового хранилища необходимый объём газа поступает в когенерационную установку для выработки электрической и тепловой энергии. Полученная электроэнергия используется в технологическом процессе производства строительных изделий на основе полимеров в соседнем корпусе. Тепловая энергия расходуется на поддержание постоянной температуры в биореакторе и на обеспечение комфортных тепловых условий в производственных помещениях в зимний период года [2].

Таким образом, электроэнергия, получаемая из пищевых отходов на территории мусоропере-рабатывающего комплекса, практически на 100% обеспечивает технологический процесс производства строительных изделий, что значительно снижает себестоимость изделий и повышает их конкурентоспособность.

Процесс производства всех видов изделий из полимерпесчаной смеси примерно одинаков и заключается в следующем (приведём на примере тротуарной плитки).

Для приготовления композитной смеси используются такие составляющие:

- песок: используется фракция до 3 мм, желательно без глинистых включений с влажностью от 0,1% до 10,3%, который предварительно просеивается, что позволяет избавиться от посторонних включений. Чаще всего применяется обычный карьерный или речной песок, для использования без предварительной подготовки подходит песок с влажностью до 10%;

- полимеры: в качестве полимерной составляющей смеси могут использоваться как первичные, так и вторичные полимеры. Для производства могут использоваться полимеры различных групп (ПНД, ПВД и т. д.). Технология допускает использование разнородных полимеров разных групп, при этом важным условием является подбор полимеров с одинаковой температурой плавления;

- краситель: могут использоваться как минеральные, так и органические красители широкой цветовой гаммы. При выборе органических красителей следует учитывать их низкую устойчивость к воздействию ультрафиолетовых лучей, а также к воздействию высоких температур в процессе приготовления полимерпесчаной смеси. Поэтому для изготовления продукции хорошего качества приоритетнее использовать пигменты минерального происхождения.

Производство тротуарной плитки предполагает следующее соотношение используемого сырья: 70-75% песка; 1% красителей; около 24-29% пластиковых изделий.

Для производства полимерпесчаной плитки необходимо следующее оборудование:

- дробилка полимерных отходов, поступающих из корпуса по сортировке мусора;

- экструзионная установка для переработки полимерного сырья;

- смесительная установка для смешивания полимера, песка и пигмента;

- агрегат плавильно-нагревательный для приготовления рабочей смеси;

- пресс для формования из рабочей смеси готовой продукции;

- дополнительное оборудование (дробилка брака, сушилка песка).

На первом этапе полимерные отходы высокой плотности измельчаются на дробильной установке. Полимерные отходы низкой плотности поступают в агломератор для переработки. Далее полученные измельченные полимерные отходы вместе с песком и пигментом поступают в смесительную установку для равномерного перемешивания. Для производства полимерпесча-ных изделий не требуется предварительная очистка от примесей, в процессе подготовки смеси они выгорают. Строительные изделия из поли-мерпесчаной смеси устойчивы к маслам и другим химическим продуктам. Необходимо только избегать попадания металлических включений и фольги.

После измельчения отходы пластиков попадают в экструзионную машину, где под нагревом тщательно перемешиваются до получения композитного сухого состава. В структуре полимерных отходовбольшое место занимают пленки полиэтилена и полипропилена. Они перерабатываются в агломераторе и добавляются в смесительную установку.

Полученную полимерпесчаную массу с консистенцией дрожжевого теста оператор рукавицей снимает на выходе из экструзионного узла линии,и, сваляв руками шар (агломерат до 100 мм), бросает в воду для охлаждения. Вынутый из воды, не совсем остывший, но уже затвердевший агломерат быстро сохнет, остывая.

Смешивание песка, полимеров и пигментов происходит в смесительной установке и далее отправляется в агрегат плавильно-нагреватель-ный (АПН). Для получения однородной массы АПН разделен на 3 зоны с разными температурными режимами. АПН укомплектован терморегуляторами, контролирующими в автоматическом режиме процесс включения и выключения каждой из зон нагрева. Диапазон регулировки температур от 50 до 450°С. На выходе мы имеем однородную массу, готовую к формовке. Важно получить качественную смесь - частицы песка должны полностью обволакиваться полимерами, без пробелов. При последующей формовке и застывании полимерпесчаная масса образует однородную монолитную структуру с высокой прочностью.

Таким образом, полученная полимерпесчаная масса с температурой на выходе около 170-190°С и консистенцией тугого пельменного теста выдавливается из машины после открытия заслонки. Оператор отрезает ножом необходимое количество, взвешивает на весах и, получив нужное (около 2 кг), обычным совком укладывает в форму.

Номинальное развиваемое усилие для изготовления полимерпесчаной продукции 150 т. Работа с прессом возможна как в ручном, так и полуавтоматическом режиме. Автоматический контроль времени выдержки под давлением в среднем 2 мин. Пресс-формы являются основным видом оснастки для полимерпесчаного производства и предназначены для придания формы готовому изделию. Для охлаждения полимер-песчаной массы в процессе формования в пресс-форме предусмотрена система каналов и штуцеров, через которые пресс-форма подключается к системе охлаждения, что обеспечивает циркуляцию охлаждающей жидкости внутри формы для-эффективного охлаждения изделия по всей массе. Формование готового изделия происходит благодаря усилию, которое развивает пресс с одновременным охлаждением формы. Форма, установленная на прессе сподвижной нижней плитой, охлаждается по-разному. Верхняя часть имеет температуру около 80°С, а нижняя 45°С или охлаждается как можно быстрее, для скорейшего формования плитки (30-50 с). Это создаёт глянец на наружной стороне полимерпесча-ной плитки, полимер как бы выдавливается вверх, заполняя поры между наполнителем. Для получения матовой поверхности достаточно охладить верхнюю форму так же быстро, как и нижнюю. Краситель может и не добавляться, и изделие получается серым по цвету, как бетон. До полного остывания плитку раскладывают на ровный стол для полного остывания. После того как изделия полностью готовы, продукция упаковывается на поддоне [3].

Технология изготовления полимерпесчаного материала помогла решить извечную проблему поиска долговечной и морозоустойчивой продукции. Производство полимерпесчаной плитки — это эффективный баланс передовых технологий и чётко организованных рабочих процессов.

Благодаря своей прочности такая плитка может сравниться с бетонной, превосходя её по некоторым параметрам. В отличие от бетонной плитки, она не расколется на холоде. Зимой убирать снег с поверхности дорожки не составит труда, плюс ко всему, на этом материале не будет образовываться ледяная корка. А сама поверхность отлично сцепляется с подошвой обуви, что позволяет снизить до минимума скольжение. Полимерпесчаная плитка обладает множеством достоинств: высокий уровень прочности; стойкость к истиранию; влагостойкость;

выдерживает низкие температуры до -70°С; небольшой вес; химическая стойкость; легкость и простота укладки; возможность изготовления в различных цветах с разнообразной фактурой поверхности; длительный срок эксплуатации. К недостаткам материала можно отнести увеличение в размере при высокой температуре, поэтому укладывая его, необходимо оставлять расстояние в несколько миллиметров. Главным преимуществом такого строительного материала является его невысокая цена [4].

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мусоросортировочный комплекс / [Электронный ресурс]/Ъйр8://суЬег1ешпка.ги/ агй-сЬ/п/тшитеогйгоуосЬпуу-котрЬк^уе^уЬ-Ьу1;оууЬ-о1Ьо^у (дата обращения: 01.06.2017).

2. Образование биогаза микробными сообществами при разложении целлюлозы и пищевых отходов/[Электронный ресурс]/Шр:// naukarus.com/ (дата обращения: 01.06.2017).

3. Бизнес по производству полимерпесчаных изделий/ [Электронный ресурс]/Ьйр:// moneymakerfactory.ru/biznes-dei/biznes_po_ proizvodstvu_po1imerpeschanoy_p1itki/ (дата обращения: 01.09.2017).

4. Тротуарная плитка из пластиковых бутылок/ [Электронный ресурс] /НИр^/то^у-hunters.ru/proizvodstvo/trotuarnoy-p1itki-iz-p1astikovyih-butyi1ok.htm1 (дата обращения: 01.06.2017).

Кудряшова Розалия Алексеевна, кандидат технических наук, доцент кафедры«Строительное производство и материалы» УлГТУ.Область научных интересов - строительные материалы и технологии их производства. Максимов Сергей Валентинович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой «Строительное производство и материалы» УлГТУ. Сфера научных интересов - монолитный бетон и керамика.

Дронь Анна Сергеевна, магистрантка по направлению 08.04.01 «Промышленное и гражданское строительство».

Дронь Олег Евгеньевич, магистрант по направлению 08.04.01 «Промышленное и гражданское строительство».

Поступила 10.10.2017 г.