CC BY
127
УДК 504.691
СОВРЕМЕННЫЕ РЕШЕНИЯ ПО ПЕРЕРАБОТКЕ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ
Е.Б. Аносова
кандидат технических наук, доцент кафедры пожарной безопасности
Академия гражданской защиты МЧС России
Адрес: 141435, Московская обл., г. Химки, мкр. Новогорск
E-mail: [email protected]
С.М. Ляшенко
кандидат военных наук, доцент, заведующий кафедрой пожарной безопасности
Академия гражданской защиты МЧС России
Адрес: 141435, Московская обл., г. Химки, мкр. Новогорск
E-mail: [email protected]
И.В. Сусоева
кандидат технических наук, доцент кафедры техносферной безопасности
ФГБОУ ВО Костромской государственный университет Адрес: 156005, ЦФО, Костромская область, Адрес: г. Кострома, ул. Дзержинского, д. 17. E-mail: [email protected]
Т.Н. Вахнина
кандидат технических наук, доцент кафедры
лесного хозяйства и деревообработки
ФГБОУ ВО Костромской государственный университет
Адрес: 156005, ЦФО, Костромская область,
Адрес: г. Кострома, ул. Дзержинского, д. 17.
E-mail: [email protected]
Аннотация. В настоящий момент всё большую актуальность в области обеспечения безопасности окружающей среды и снижения техногенной нагрузки на биосферу приобретают проблемы переработки и рекуперации твёрдых промышленных отходов. В представленной статье рассмотрена возможность использования безвозвратных пылевидных отходов текстильных производств для изготовления композиционных материалов. Публикуемые данные получены впервые.
Ключевые слова: отходы хлопковых и льняных волокон, текстильная промышленность, композиционные материалы, рекуперация отходов, вторичные ресурсы.
Цитирование: Аносова Е.В., Ляшенко С.М., Сусоева И.В., Вахнина Т.Н. Современные решения по переработке растительных отходов // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. 2017. № 4 (35). С. 116-120.
Проблема сохранения природных ресурсов пилось около 100 млрд. т твердых отходов,
и направленные на ее решение разработки спо- из которых только 5 % поступает на перера-
собов утилизации промышленных отходов яв- ботку или на мусороперерабатывающие заво-
ляется одной из самых актуальных в мире. ды, остальные складируются или вывозятся
На свалках, хранилищах, полигонах РФ ско- на свалки [1]. В этих условиях рост объемов
Аносова Е.Б., Ляшенко С.М., Сусоева И.В., Вахнина Т.Н.
отходов становится фактором, относящимся к категории «больших вызовов» для глобальной безопасности [2]. В области разработки направлений утилизации отходов работают многие ученые [3-6]. Главной задачей исследователей является разработка и реализация безопасных способов утилизации и рекуперации отходов промышленности. Для этого разрабатываются новые технологии переработки отходов, с помощью которых снижается негативное влияние на окружающую среду.
Недостаточно интенсивно развиваются такие направления, как строительство установок по обезвреживанию и переработке отходов, созданию полигонов для их размещения или захоронения, реконструкция уже существующих объектов размещения отходов, рекультивация несанкционированных свалок бытовых и промышленных отходов ввиду малых объемов финансирования [6].
В соответствии с новой редакцией ФЗ-89 «Об отходах производства и потребления» (с изменениями на 3.07.2016) отходы производства — вещества или предметы, которые образованы в процессе производства, выполнения работ, оказания услуг или в процессе потребления, которые удаляются, предназначены для удаления или подлежат удалению.
Вторичные материальные ресурсы, для которых в настоящее время отсутствуют условия использования, называются неиспользуемыми отходами [7]. Данный вид отходов является значительным ресурсом для повышения эффективности производства.
Получение готовой продукции из растительного сырья, в том числе производства натуральных волокон, также сопряжено с образованием отходов. В настоящее время разрабатываются различные направления использования растительных волокон и отходов их производства. ЛпсЬип Zlш [8] предлагает использовать натуральные волокна (например, лен, конопля и т.д.) вместо синтетических волокон (углерод и стекло и т.д.) для оборудования транспортных средств. В работе [8] исследованы композиционные материалы из волокон льна со связующим на основе эпоксидных смол с биодобавками, такими как танин, которые могут использоваться в транспортных средствах. Автор [8] отмечает, что части
транспортных средств (двери, панели, стойки шасси и т.д.), полученные из нефтепродуктов, проблематичны в утилизации. Поэтому вырос интерес к новому возобновляемому сырью. Стоимость изготовления, механические свойства и экологическая безопасность являются преимуществами для использования биокомпозиций [9].
В настоящее время разрабатываются различные направления использования растительных отходов. Ведутся разработки в области промышленного производства композиционных материалов из биокомпозиций на основе льна и полипропилена, а также кенафа и полипропилена для выполнения частей транспортных средств [10]. Однако исследователи в основном занимались переработкой отходов стеблей однолетников [11]. Следует отметить, что безвозвратные пылевидные лигноцеллю-лозные отходы производства волокон не использовались в качестве сырья для производства продукции.
В настоящем исследовании рассматриваются отходы растительного сырья, которые могут быть использованы для производства композиционных материалов [12]. Аналогом разрабатываемого материала являются древесноволокнистые плиты (далее - ДВП) мокрого способа производства [14]. Процесс производства плит из древесного волокна, получаемого методом размола древесной щепы в дефибраторах и рафинерах, является материал о- и энергоемким. В качестве связующего для производства ДВП используется фе-нолоформальдегидная смола.
В пресс-композиции в качестве наполнителя были использованы пылевидные отходы прядения хлопка и льна. Для производства образцов композитов использовались связующие: органическое — смола фенолоформаль-дегидная (далее - ФФС), и неорганическое-жидкое стекло (далее - ЖС). Доля добавки связующего 30 % от массы наполнителя. Образцы материала сушились при 80° С [12]. Для сравнения характеристик исследованных образцов с известными материалами были проведены испытания образца древесноволокнистой плиты (далее - ДВП).
Были исследованы физико-механические показатели полученных композиционных ма-
териалов: плотность, прочность при статическом изгибе, разбухание по толщине за 24 ч пребывания в воде и показатель пожарной безопасности — потеря массы при горении. Предел прочности при статическом изгибе определялся согласно ГОСТ 10635-88. Испытания образцов размером 250х50хЬ мм проводились на машине 2166Р-5. Предел прочности образцов при статическом изгибе определялся по формуле:
аи = 3Р1/2ЪН2,
где Р - разрушающая нагрузка, Н \1 - расстояние между опорами приспособления, мм; Ь -ширина образца, мм; к - толщина образца, мм.
Физические свойства образцов материала (плотность и разбухание по толщине за 24 ч) определялись по ГОСТ 10634-88. Число дублированных опытов п=5. Потеря массы образцов материала при горении определялась при испытании в установке «керамический короб» по ГОСТ Р 53292-2009 [13]. В качестве материала-аналога испытывались мягкие древесно-волокнистые плиты (ДВП) мокрого способа производства [14].
Статистическая обработка результатов испытаний проводилась по ГОСТ 10633-78. Результаты определения средних значений показателей для образцов разработанных композитов и представлены в Таблице 1.
Таблица 1 - Результаты определения показателей композиционных плит*; *Над чертой значения показателя для плит из хлопка, под чертой - из льна
Вид связующего Плотность, кг/мЗ Прочность при статическом изгибе, МПа Разбухание по толщине за 24 ч, % Потеря массы при горении, %
ФФС 344/347 0,10/0,31 8,36/7,54 45,3/51,1
же 350/353 0,22/0,41 5,98/5,81 11,8/15,7
ДВП 291 0,41 25,6 78
Исследование физико-механических
свойств и показателя безопасности разработанных материалов и материала-аналога позволило сделать следующие выводы.
Использование ранее не утилизируемых отходов текстильной промышленности в виде производства композиционных материалов является принципиально возможным. Полученные изделия обладают удовлетворительными физическими и физико-механическими показателями для использования их в строительстве в качестве отделочных материалов.
При любом виде связующего (синтетического или неорганического) более прочными являются композиционные материалы из пылевидных отходов переработки льна.
Использование неорганического связующего — жидкого стекла в 1,3... 1,4 раза снижает разбухание материала по толщине за 24 ч пре-
бывания в воде и в 3,3... 3,8 раза уменьшает потерю массы при горении при испытаниях в установке «керамический короб», что повышает его эксплуатационные свойства и пожарную безопасность.
Плиты из пылевидных отходов переработки льна при доли добавки 30% по массе неорганического связующего (жидкого стекла) соответствуют нормативным требованиям, предъявляемым к материалу-аналогу — древесноволокнистым плитам мокрого способа производства.
Таким образом, экспериментально подтверждена возможность использования широкого спектра безвозвратных пылевидных отходов текстильной промышленности для изготовления композиционных материалов, что, несомненно, приведет к снижению техногенной нагрузки на окружающую среду.
Аносова Е.Б., Ляшенко С.M., Сусоева И.В., Вахнина Т.Н.
Литература
1. Одарюк В.А. Проблемы утилизации отходов производства и потребления / Одарюк В.А., Тронин С.Я., Сканцев В.И. // Технологии гражданской безопасности. - 2012. - Том 9. - № 3 (33). - С.72.
2. Указ Президента РФ от 1 декабря 2016 г. №642 «О Стратегии научно-технологического развития Российской Федерации». [Электронный ресурс] URL: http://base.garant.ru. (дата обращения: 04.07.2017).
3. Binici Н. Engineering properties of insulation material made with cotton waste and fly ash / H. Binici, O. Aksogan // Journal of material cycles and waste management. - 2015. -Vol. 17. - № 1. - P. 157-162.
4. Palumbo M. Characterization of thermal insulation materials developed with crop wastes and natural binders / M. Palumbo, A. Navarro, J. Avellaneda, A. M. Lacasta // World Barcelona. - 2014. - P. 1-10.
5. Zach J. Research and development of thermal-insulating materials based on natural fibres / J. Zach, J. Brozovsky, J. Hroudová // Modern building materials, structures and techniques. - 2010. - P. 330-334.
6. Bledzki A. Composites reinforced with cellulose-based fibres / Bledzki A., Gassan J. // Progress in polymer Science. - 1999. - № 24. - Pp. 221- 274.
7. ГОСТ P 54098-2010. Ресурсосбережение. Вторичные материальные ресурсы. Термины и определения. [Электронный ресурс] URL: http://base.garant.ru. (дата обращения: 04.07.2017)
8. Jinchun Zhu. Recent development of flax fibres and their reinforced composites based on different polymeric matrices materials. - 2013. - №6. Pp. 5171-5198. [Электронный ресурс] URL: http://www.mdpi.com/journal/materials. (дата обращения: 04.07.2017).
9. Peroni I. Natural fibres and composites: research development and pro-duction // International journal of materials and product technology. - 2009. -Vol. 36. - № 1-4. Pp. 396-416.
10. Khalil H. P. S. A. Natural fiber rein for cedpoly (vinylchloride) composites: A review / Khalil H. P. S. A., Tehrani M. A., Davoudpour Y., Bhat A. H., Jawaid M. and Hassan A. // Journal of rein forced plastics and composites. -2013. -Vol. 32. - № 5. Pp. 330-356.
11. Г. Dobircau. Wheat flour thermoplastic matrix reinforced by waste cotton fibre // Agro-green-composites composites. -2009. - Part A 40. -Pp. 329-334.
12. Сусоева И.В. Исследование интенсивности образования пылевидных отходов текстильных предприятий, используемых для производства строительных лигноцеллюлозных композиционных материалов / Сусоева И.В., Вахнина Т.Н., Ибрагимов A.M. // Технология текстильной промышленности. -2016. - № 2 (362). - С. 219 - 222.
13. ГОСТ Р 53292-2009. Огнезащитные составы и вещества для древесины и материалов на ее основе. Общие требования. Методы испытаний М.: Стандартинформ, 2009. 18 с.
14. ГОСТ 4598-86. Плиты древесноволокнистые. Технические условия. [Электронный ресурс] URL: http://base.garant.ru. (дата обращения: 04.07.2017).
MODERN DECISIONS ON PROCESSING OF VEGETABLE WASTE
Evgenia ANOSOVA
Candidate of Technical Sciences,
Associate Professor of the Fire Safety Department
Faculty of Engineering, Academy of Civil Defence EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk E-mail: [email protected]
Sergey LYASHENKO
Candidate of Military Sciences, Associate Professor, Head of the Department of Fire Safety
Faculty of Engineering, Academy of Civil Defence EMERCOM of Russia Address: 141435, Moscow Region, Khimki, md. Novogorsk E-mail: [email protected]
Irina SUSOEVA
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Technospheric Security of the State Social Security University of Kostroma State University Address: Kostroma, ul. Dzerzhinskv, 17 E-mail: [email protected]
Tatyana VAHNINA
Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Forestry and Woodworking Department, University of Kostroma State University Address: Kostroma, ul. Dzerzhinskv, 17 E-mail: [email protected]
Abstract. At the moment all the more relevant in ensuring the safety of the environment and reduce their impact on the biosphere are problems of recycling and recovery of industrial solid waste. In the presented work the possibility to use irrevocable pulverized waste for the manufacture of composite materials. Published data were obtained for the first.
Keywords: waste of cotton and linen fibers, textile industry, composite materials, recuperation of waste, recoverable resources.
Citation: Anosova E.B., Lyashenko S.M., Susoeva I.V., Vahnina T. N. (2017) Sovremennye resheniya po pererabotke rastitel'nyh othodov. [Modern decisions on processing of vegetable waste]. Scientific and educational problems of civil protection, no. 4(35), pp.116-120 (in Russian).
