Научная статья на тему 'Определение оптимального соотношения исходных компонентов в сырьевой смеси для производства керамзита с использованием осадка после биологической очистки сточных вод'

Определение оптимального соотношения исходных компонентов в сырьевой смеси для производства керамзита с использованием осадка после биологической очистки сточных вод Текст научной статьи по специальности «Энергетика и рациональное природопользование»

CC BY
255
80
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
КЕРАМЗИТ / УГОЛЬНЫЕ ОТХОДЫ / ЛЕГКОПЛАВКИЕ ГЛИНЫ / ОЧИСТНЫЕ СООРУЖЕНИЯ / ВСПУЧИВАНИЕ / СТОЧНЫЕ ВОДЫ / АКТИВНЫЙ ИЛ / ЭКОЛОГИЯ / СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ / ПОРИСТОСТЬ / EXPANDED CLAY / COAL WASTE / LOW-MELTING CLAYS / TREATMENT FACILITIES / BLOWING / WASTE WATER / ACTIVATED SLUDGE / ECOLOGY / CONSTRUCTION MATERIALS / POROSITY

Аннотация научной статьи по энергетике и рациональному природопользованию, автор научной работы — Картушина Ю. Н., Полозова И. А., Ананьев Д. С.

Проведено исследование в области технологии получения керамзита с вспомогательными добавками в виде отходов после биологической очистки сточных вод и древесноугольного производства. Проанализировано влияние предлагаемой добавки на вспучивания керамзитового сырья. В статье приведены физико-механические характеристики опытных образцов, основные химические реакции, происходящие при обжиге керамзита с добавлением в сырье отходов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по энергетике и рациональному природопользованию , автор научной работы — Картушина Ю. Н., Полозова И. А., Ананьев Д. С.

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

Determination of the optimal ratio of initial components in the raw mix for the production of expanded clay using sludge from the biological treatment of wastewater

The present research was realized in the field of expanded clay production technology with support ingredient as a waste of biological sewage treatment and charcoal production. The iInfluence of the introduced ingredient on the blowing of clay raw materials was analysed. The comparative physical and mechanical characteristics of samples, the main chemical reactions which took place during the firing of clay with addition of waste in raw materials were provided in article.

Текст научной работы на тему «Определение оптимального соотношения исходных компонентов в сырьевой смеси для производства керамзита с использованием осадка после биологической очистки сточных вод»

Определение оптимального соотношения исходных компонентов в сырьевой смеси для производства керамзита с использованием осадка после биологической очистки сточных вод

Ю. Н. Картушина, И.А. Полозова, Д.С. Ананьев Волгоградский государственный технический университет, Волгоград

Аннотация: Проведено исследование в области технологии получения керамзита с вспомогательными добавками в виде отходов после биологической очистки сточных вод и древесноугольного производства. Проанализировано влияние предлагаемой добавки на вспучивания керамзитового сырья. В статье приведены физико-механические характеристики опытных образцов, основные химические реакции, происходящие при обжиге керамзита с добавлением в сырье отходов.

Ключевые слова: керамзит, угольные отходы, легкоплавкие глины, очистные сооружения, вспучивание, сточные воды, активный ил, экология, строительные материалы, пористость.

На станциях биологической очистки городских и производственных сточных вод образуются осадки, представляющие собой водные суспензии минеральных и органических веществ различного состава и происхождения [1]. Под хранение этого отхода отчуждаются обширные территории со специально оборудованными площадками. В результате происходит образование экологически опасных объектов-полигонов складирования осадков сточных вод и активного ила, характеризующихся высокой степенью негативного воздействия на окружающую среду и здоровье человека [2].

Избыточный активный ил - это сложный органо-минеральный комплекс, органическая часть которого представляет собой биомассу и частично разложившиеся окисленные органические вещества бытовых сточных вод, а также азот- и фосфорсодержащие соединения[1-3].

Предлагаемое нами направление утилизации осадка сточных вод -применение его в качестве корректирующей добавки при производстве строительного материала - керамзитового гравия.

Согласно промышленному опыту хорошо вспучиваются глинистые материалы, содержащие тонкодисперсные органические примеси в пределах 1-5%, однако в некоторых случаях недостаток их может быть восполнен соответствующими добавками (нефтяные продукты и отходы древесноугольного производства) [4-6].

Применение этих добавок обеспечивает некоторое снижение насыпной плотности керамзита, однако не всегда обеспечивает плотность готового продукта. Основной целью исследования является снижение насыпной плотности керамзита при оптимальных прочностных характеристиках и увеличение коэффициента вспучивания его гранул.

Указанный технический результат достигается тем, что сырьевая смесь для изготовления керамзита включает: глинистое сырье и органоминеральную добавку, содержит в качестве добавок осадок бытовых сточных вод после биологической очистки, отходы древесноугольного производства в соотношении приведенных в таблице 1.

Таблица № 1

Состав сырьевой смеси

Глинистое сырье, % 100 92 87 82 72 72

Осадок после биологической очистки 0 5 10 15 20 25

бытовых сточных вод, %

Отходы древесноугольного 0 2 2 2 2 2

производства, %

% общей органики в образце 0 4 5 6 7 8

Осадок бытовых сточных вод содержит, мас.%: органические соединения 28 и минеральные компоненты 72 в том числе минеральный азот (нитратный и аммонийный) 0,29; фосфор общий (Р205) 1,3; калий общий (К20) 0,46; железо 56,5 и др.

Отходы древесноугольного производства, мас.%: углерод остаточный

80; 1-15 минеральные примеси, главным образом карбонатов и оксидов К, Са, Mg, А1, Бе; остальное вода. Влажность отходов углеобогащения составляет 4,5%, потери при прокаливании - 80%.

Глинистого сырье имеет следующий химический состав, в пересчете на сухую массу, %: 8102 - 53,90; АЬОз - 17,60; Бе20з - 6,33; MgO - 2,67; СаО - 5,41; Ш2О+К2О - 3,93; ППП - 8,9; органические примеси - 0.

Химический состав пробы сырья без осадка удовлетворяет требованиям ОСТ 21-79-88 [7].

Из ГОСТа 25264-82 следует, что содержания органического вещества в керамзитовом сырье должно быть от 1 до 2%. При увеличении содержания органической добавки в шихте более 5% керамзит становится крупнопористым, что ухудшает его качество. При введении в глину менее 2% (мас.) органической добавки ослабевает эффект вспучивания глинистого сырья, что приводит к увеличению насыпной плотности продукта.

Образцы керамзита были получены по рецепту из таблицы 1. Физико-механические показатели гравия определены по ГОСТ 9757-90 и представлены в таблице 2.

Таблица № 2

Физико-механические показатели гравия

% общей органики Диаметр , см Объем сферы, 3 см Коэф. вспуч. Масса после обжига, г Плотность, кг/м3 Насыпная плотность, кг/м3

0 1,9 3,59 1,18 7,19 2003,0 688,3

4 2,2 5,57 1,83 6,91 1240,0 599,2

5 2,3 6,37 2,09 6,87 1078,9 575,8

6 2,4 7,23 2,37 6,81 941,3 572,5

7 2,4 7,23 2,37 6,725 929,6 567,5

8 2,5 8,18 2,68 6,615 809,0 560,4

Из рис. 1 видно, что при увеличении количества органики в образцах коэффициент вспучивания растет, однако при достижении в грануле концентрации более 7% керамзит начинает терять свои прочностные характеристики [8]. Коэффициент вспучивания при данном показателе достигает показателя 2,37.

2,50

с

* 0,80

0 4 5 6 7 3

0рганика,%

Рис. 1. - График зависимости коэффициента вспучивания от содержания

органики

В ходе предварительного и основного нагрева гранул происходит выделение водяного пара и кислорода за счет испарения остаточной влаги и удаления химически связанной воды, газообразование вследствие разложения органических веществ, образование диоксида серы, а также угольной кислоты из карбонатов, при этом происходит интенсивная потеря массы гранулы [9].

Из состава отходов очистных сооружений следует, что содержание минеральных компонентов (72%) в значительной степени превосходит органические примеси (28%). Данное условие не может благоприятно влиять на химизм процесса, конечные прочностные характеристики материала и создание его оптимальной пористости.

Добавление отхода древесноугольного производства к осадку бытовых сточных вод увеличивает количество твердого углерода в смеси и снижает содержание минеральных компонентов отходов.

Как видно из таблицы 2 и рис. 2 при содержании общей органики 5-7 % были достигнута оптимальная вспучиваемость образцов (k>2), насыпная

плотность, плотность керамзита в куске и водопоглащение (16%) соответствует ГОСТу 25264-82.

Чем выше коэффициент вспучивания сырья, тем меньше плотность керамзита, и тем более ценно это сырье для его производства (рис. 2) [10].

0.50 -

5 СО. 4 j 07.5 572,5 575,8 599,2 G88..3

Насыпная пяотногть, кг/м 5

Рис. 2. - Зависимость коэффициента вспучивания от насыпной плотности

образцов

Таблица № 3

Оптимальный состав сырьевой смеси для получения керамзита

Глинистое сырье, % 87-78

Осадок после биологической очистки бытовых сточных вод, % 10-20

Отходы древесноугольного производства, % 2

Из состава указанного в Таблице №3 следует, что только взаимодействие оптимального количества органических примесей (5-7%) и умеренное содержание минеральных компонентов создает условия для нормального вспучивания и получения прочностных характеристик керамзита. Выбранная смесь позволяет получить продукт с наилучшими свойствами: значительное снижение насыпной плотности керамзитового гравия с сохранением прочностных характеристик по требованиям ГОСТ 25264-82 (плотности в куске продукта).

Литература

1. Лукашевич О. Д., Барская И.В. Экологические проблемы обработки и утилизации осадков сточных вод // Экология промышленного производства. 2007. №3. С. 68-75.

2. Евилевич А.З. Утилизация осадков сточных вод. Ленинград: Стройиздат, 1988. 240 с.

3. Federico M., Eva L., Leonardo E. Industrial activated sludge exhibit unique bacterial community composition at high taxonomic ranks // Water Research. Volume 47, Issue 11, 1 July 2013. рр. 3854-3864.

4. Нефедьева Е.Э., Белицкая М.Н., Шайхиев И.Г. Возможности использования твердой фракции городских сточных вод в качестве органоминерального удобрения в городском и сельском хозяйстве // Вестник Казанского технологического университета. 2013. №19. С. 223-227.

5. Покровская Е.В., Сергеева Т.Н. Утилизация осадков сточных вод // Экология и промышленность России. 2005. №6. С. 23-25.

6. Зерщикова М.А. Меры борьбы с негативными экологическими последствиями в Ростовской области // Инженерный вестник Дона. 2010. №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2010/243

7. Онацкий С. П. Производство керамзита. Москва: Стройиздат, 1987.

337 с.

8. Ананьев Д.С., Картушина Ю.Н. Современные методы утилизации отходов городских очистных сооружений. Избыточный ил как корректирующая добавка в производстве керамзита. // Естественные и математические науки в современном мире № 11. Новосибирск: «СибАК», 2013. С. 159-165.

9. Рыльцева Ю.А. Лысов В.А. Совершенствование методов расчета процессов обезвоживания осадков природных вод на площадках подсушивания // Инженерный вестник Дона. 2012. №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2012/1011

10. Gorman, P. Technical note-lighweight aggregate in western Europe // International J. of hightweitght Conogete. 2007. №2. рр. 211-219.

References

1. Lukashevich O.D., Barskaja I.V. Jekologija promyshlennogo proizvodstva. 2007. №3. pp. 68-75.

2. Evilevich A.Z. Utilizacija osadkov stochnyh vod [Disposal of sewage sludge]. Leningrad: Strojizdat, 1988. 240 p.

3. Federico M., Eva L., Leonardo E. Industrial activated sludge exhibit unique bacterial community composition at high taxonomic ranks // Water Research. Volume 47, Issue 11, 1 July 2013. рр. 3854-3864.

4. Nefed'eva E.Je., Belickaja M.N., Shajhiev I.G. Vestnik Kazanskogo tehnologicheskogo universiteta. 2013. №19. pp. 223-227.

5. Pokrovskaja E.V., Sergeeva T.N. Jekologija i promyshlennost' Rossii. 2005. №6. pp. 23-25.

6. Zershhikova M.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2010. №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2010/243

7. Onackij S. P. Proizvodstvo keramzita [Production expanded clay]. Moskva: Strojizdat, 1987. 337 p.

8. Ananiev D.S., Kartushina Yu.N. Estestvennye i matematicheskie nauki v sovremennom mire № 11. Novosibirsk: «SibAK», 2013. pp. 159-165.

9. Ryl'ceva Ju.A. Lysov V.A. Inzenernyj vestnik Dona (Rus). 2012. №3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2012/1011

10. Gorman, P. Technical note-lighweight aggregate in western Europe // International J. of hightweitght Conogete. 2007. №2. pp. 211-219.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.