CC BY
92
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
