CC BY
33
УДК 628.8.02
Н.М. Качурин, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой,
(4872) 35-20-41, ecology@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
Г.В. Стась, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-20-41, ааПпа stas@mail.ru,
Д.Ю. Титов, канд. техн. наук, доц., (4872) 35-20-41, tinov@mail.ru,
А.Ю. Титов, (4872) 35-20-41, tinov@mail.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НОРМАТИВНОГО ВОЗДУШНОГО РЕЖИМА ПОМЕЩЕНИЙ, ОТДЕЛАННЫХ СТРОИТЕЛЬНЫМИ МАТЕРИАЛАМИ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОТХОДОВ ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Обоснованны зависимости выделения вредных газов в помещение различного типа в результате низкотемпературного окисления строительных материалов.
Ключевые слова: строительные материалы, отходы горной промышленности, выделение вредных газов, определение количества воздуха.
Отходами называются продукты деятельности человека в быту, на транспорте, в промышленности, не используемые непосредственно в местах своего образования и которые могут быть реально или потенциально использованы как сырье в других отраслях хозяйства или в ходе регенерации. Отходами производства могут считаться продукты, образовавшиеся в результате физико-химической переработки сырья, добычи и обогащения полезных ископаемых, получение которых не является целью данного производства. Негативное воздействие промышленности выражается в воздействии на конкретные части природы и на биосферу в целом отходов от процессов добычи и переработки природных ресурсов. Отходы производства и потребления являются источниками антропогенного загрязнения окружающей среды в глобальном масштабе и возникают как неизбежный результат потребительского отношения и непозволительно низкого коэффициента использования ресурсов. Например, в СССР в год цветная металлургия потребляла около 2 млрд т. горных пород, а товарная продукция составляла 1 %. В Российской Федерации так или иначе, переходят в отходы 90 - 95 % или от 80 млрд т до 120 млрд т, из них более миллиарда токсичных и являющихся важными источниками экологических эксцессов с ежегодным приростом 10 млрд т или 9 - 10 %, ежегодно площади, занимаемые отходами, увеличиваются на 250 тыс. га. Основными поставщиками отходов являются горнодобывающая, химическая, металлургическая, топливно-энергетическая отрасли.
Промотходы зачастую являются химически неоднородными, сложными поликомпонентными смесями веществ, обладающими различными химико-физическими свойствами, представляют токсическую, химическую, биологическую, коррозионную, огне- и взрывоопасность. При разработке новых ресурсосберегающих и экологичных технологических про-
цессов, необходимо обезвреживание отходов на стадии вывода из технологического процесса, но при современном развитии науки и техники невозможно исключить образование неутилизируемых, не подлежащих сжиганию, не поддающихся нейтрализации токсичных отходов. В этом случае целесообразно захоронение отходов такого рода в специально создаваемых для этого хранилищах, где можно будет захоронить промышленные отходы для их использования в будущем.
Для захоронения отходов промышленности целесообразно использовать резервуары в геологических формациях: гранит, вулканические породы, туфы, базальты, соляные толщи, гипс, ангидрит, доломит, глина, гнейсы. Такого рода хранилища могут существовать как самостоятельно, так и совместно с горнодобывающими предприятиями на его шахтном поле.
Крупные карьеры минерального строительного сырья уничтожают почвы на значительных площадях и вызывают эффект гидрологической де-прессионной воронки, в результате чего понижается уровень подземных вод на территории, в 10 -15 раз превышающей площадь открытых разработок.
Промышленность строительных материалов использует и попутные продукты других отраслей промышленности (черной и цветной металлургии, ТЭС, химической промышленности и др.), применяемые в качестве ценного исходного сырья для производства высококачественных строительных материалов, изделий и конструкций, чем оказывает положительное влияние на экономику предприятий различных отраслей и весьма ощутимо снижает вредное воздействие промышленности на окружающую среду.
Переработка отходов позволяет высвободить дефицитные земельные угодья, отводимые под отвалы, и весьма существенно уменьшить загрязнение природной среды. На сегодняшний день разработаны и внедряются технологии использования отходов гипсового производства легких бетонов ит.д.
Строительные материалы, используемые при строительстве, характеризуются разнообразием состава и свойств и в этой связи широким спектром направления использования.
Практика проектирования и эксплуатации систем вентиляции помещений показывает, что до настоящего времени не прогнозируют возможные изменения газового состава в помещениях, обусловленные газообменом воздуха с веществом материалов стен и отделочных материалов.
Результаты исследований диффузионного переноса газов в пористых сорбирующих средах, выполненных Э.М. Соколовым, М.Б. Суллой, Е.И. Захаровым и др., показывают, что основная масса строительных материалов будет взаимодействовать с кислородом воздуха.
Одним из основных элементов как природного, так и техногенного сырья для строительных материалов является диоксид кремния. В химии кремния связи между его атомами нестабильны, то есть кремний и кислородные группы конкурируют по устойчивости и многообразию форм с угле -
родными цепями живых организмов. Все природные процессы ведут к разрушению искусственных и природных силикатов с высвобождением свободного диоксида кремния в противоположность химии углеродных соединений.
В целом результаты исследований показывают, что в определенных условиях возможно образование газовых вредностей в строительных материалах и изделиях. При этом такие ситуации возможны как для материалов, полученных из отходов, так и для строительных изделий из традиционных (природных) материалов, которые принято считать безопасными по газовому фактору. В этой связи необходимо подробнее рассмотреть структурные особенности строительных материалов на уровне надмолекулярных структур, чтобы выбрать адекватную модель газообмена в помещениях.
Практика эксплуатации зданий и сооружений показывает, что проблема экологической безопасности среды обитания людей, прежде всего, связана со структурой материалов, контактирующих с воздухом. Большинство встречающихся строительных материалов и изделий являются проницае -мыми для газов и их смесей. Разумеется, что в этом отношении наиболее важным физическим свойством является пористость, характеризующая способность материала вмещать газообразную фазу. Пористость по условиям ее образования условно можно разделить на первичную и вторичную. Первичная пористость образуется в процессе изготовления строительных изделий. Вторичная пористость (часто эта пористость является скорее трещиноватостью) возникает в процессе эксплуатации материала или изделия.
Поверхность, на которой может происходить данный массообменный процесс, весьма велика.. В процессе химических реакций возможно также и изменение пористой структуры материалов.
В данном случае метод интегральной газовой динамики и баланс массы ьго газа, поступающего в помещение, можно записать следующим образом:
Скорость газовыделения определяется по формуле, которую удобно представить в следующем виде:
Математическая модель рассматриваемого процесса будет иметь вид:
^с, = Д8студ (і ) л + Сі,ьпраі - с1 ьпрл .
(1)
Iу,, (і ) = в, VI,
(2)
(3)
С (0) = Сі0 = соші .
(4)
Решение уравнения (5) для условия (6) получено в следующем виде:
(с, - С,,)
J exp (-к,г)
'fexp(f2) df
dr
(5)
ASA 0
где k,= Lnp.i/Vn - кратность воздухообмена по i-му газу, выделяющемуся в помещение.
Введем обозначение
J (k,r) = exp (-к,?) Jexp (С2) dC , (6)
и тогда учитывая, что Ьпр.1= Упкь соотношение (7) можно представить как
(с,- с,.0) V к-5 1'-'
j J (u ) du
(7)
P,SC В,
Зависимости (6) и (7) были использованы в качестве базовых закономерностей при вычислительных экспериментах.
Следует отметить, что f(t) можно аппроксимировать следующей зависимостью:
f (t) = a(k,t)" , (8) где a, b - коэффициенты аппроксимации.
Так как длительность химической реакции будет равна некоторому значению Тхр, то в практических расчетах необходимо рассматривать значение f(Txp). Следовательно, можно рассчитать кратность воздухообмена, по притоку, используя соотношение (7). Расчетная формула для определения кратности воздухообмена по притоку имеет вид
к =
V„ (ПДКi - C,.0 ) aT,bp p,S„B,
b-1,5
(9)
Расчеты выполнены для следующих исходных данных: Уп =1 м ; ПДК,=20-10-6 кг/м3; С,.0=0; а=9,97; Ь=1,1; Тхр= 100 ч; р,=1,2 кг/м3. Сравнение расчетных значений кратностей воздухообмена с нормативными кратностями показывает, что фактор возможных газовыделений может быть иногда определяющим. Таким образом, обоснована расчетная зависимость определения воздухообмена по фактору выделения газообразных продуктов возможных химических реакций в строительных материалах конструкций, контактирующих с воздухом.
Многостороннее и глубокое решение проблемы утилизации и переработки промышленных отходов - длительный и кропотливый процесс, которым предстоит заниматься ряду поколений ученых, инженеров, техников, экологов, экономистов, рабочих разного профиля и многих других специалистов.
0
1
Список литературы
1. Соколов Э.М., Качурин Н.М., Рябов Г.Г. Геоэкологические принципы использования вторичных ресурсов. Москва - Тула: Издательство «Гриф и К0», 2000. 360 с.
2. Дворкин Л.И., Дворкин О.Л. Строительные материалы из отходов промышленности: учебно-справочное пособие. Ростов н/Д: Феникс, 2007. 368 с.
3. ГОСТ 25137-82* (СТ СЭВ 5445-85)"Материалы нерудные строительные, щебень и песок плотные из отходов промышленности, заполнители для бетона пористые. Классификация" (утв. постановлением Госстроя СССР от 31 декабря 1981 г. N 291).
N.M. Kachurin, G.V. Stas, D.Y. Titov, A.Y. Titov
PROVIDING NORMATIVE AIR CONDITIONS OF ROOMS DECORATING BUILDING MATERIALS WITH USING MINING ENTERPRISES WASTES
Dependences of emission toxic gases into different rooms as result of building materials low-temperature oxidation were substantiated.
Key words: building materials, mining enterprises wastes, emission toxic gases, calculating quantity of air.
Получено 20.04.11
УДК 622.411.33
H.M. Качурин, д-р техн. наук, проф., зав. кафедрой,
(4872) 35-20-41, ecology@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ),
А.М. Борщевич, ген. директор (ОАО «ОУК «Южкузбассуголь»),
А.А. Бухтияров, асп., ecology@tsu.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
МЕТАНОВЫДЕЛЕНИЕ В ОЧИСТНОЙ ЗАБОЙ ИЗ ПОДРАБОТАННЫХ И НАДРАБОТАННЫХ ПОРОД
Обосновано, что движение газа в подработанной толще следует рассматривать с позиций фильтрационного переноса в трещиновато-пористой среде. Наличие трещин технологического происхождения, даже при их незначительном объеме в пустотах твердого скелета, может оказывать определяющее влияние на интенсивность газовыделения. Для надработанных пород математическое описание процесса можно получить как частный случай математической модели газовыделения из подработанных пород.
Ключевые слова: вмещающие породы, газоносность, трещиновато-пористой среда, метан, математическаямодель.
Физическая модель движения газа в подработанных и надработанных породах в соответствии с полученной информацией о структуре нарушенного массива должна формироваться на основании физических по-
