CC BY
170
ХИМИЯ
Вестн. Ом. ун-та. 2013. № 4. С. 143-145.
УДК 628.169.7
И.В. Мулькеева, Е.Н. Мулькеев
ПЕРЕРАБОТКА ШЛАМА,
ПОЛУЧЕННОГО ПОСЛЕ ОЧИСТКИ РЕЧНОЙ ВОДЫ,
В СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Приведен вариант утилизации шлама, получаемого при очистке речной воды коагуляцией с хлористым алюминием. После анализа шлама на состав было принято решение использовать шлам в качестве добавки к строительным материалам - кирпичам. Были изготовлены образцы кирпичей с разным содержанием шлама и проведены испытания на них. Сделан вывод, что полученный шлам можно использовать как добавку в производстве кирпича с влажностью не более 20 % и с содержанием шлама в глине не более 5 %.
Ключевые слова: шлам, утилизация шлама, получение кирпича.
Введение
Состояние окружающей среды свидетельствует о том, что дальнейшее существование человечества неразрывно связано с защитой природы, строжайшим контролем над производством и потреблением, с экологизацией политики. Далеко не случайно экологическая наука сейчас начала разрабатывать количественные методы прогнозирования последствий различных форм человеческой деятельности. При работе на объектах современного производства инженерно-техническим работникам приходится напрямую заниматься охраной окружающей среды.
Под охраной окружающей среды понимается система мер, направленных на поддержание взаимодействия человека и окружающей природной среды, обеспечивающих сохранение и восстановление природных богатств, рациональное использование природных ресурсов, предупреждение прямого и косвенного влияния результатов деятельности общества на природу и здоровье человека.
По мере развития современного производства с его масштабностью и темпами роста все большую актуальность приобретают проблемы разработки и внедрения мало- и безотходных технологий. Скорейшее их решение в ряде стран рассматривается как стратегическое направление рационального использования природных ресурсов и охраны окружающей среды. Безотходная технология представляет собой такой метод производства продукции, при котором все сырье и энергия используются наиболее рационально и комплексно в цикле: сырьевые ресурсы - производство - потребление - вторичные ресурсы, и любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования.
При этом по техническим, экономическим, организационным или другим причинам часть сырья и материалов может переходить в отходы и направляться на длительное хранение или захоронение. В соответствии с действующим в России законодательством предприятия, нарушающие санитарные и экологические нормы, не имеют права на существование и должны быть реконструированы или закрыты, т. е. все современные предприятия должны быть малоотходными или безотходными [1].
Экспериментальная часть
В цехе водоподготовки ОАО «Омский каучук» речную воду перед подачей цехам-потребителям очищают от взвешенных и гуминовых веществ коагуляцией с хлористым алюминием и последующим фильтрованием. Шлам, образующийся при коагуляции, оседает в камерах осветлителей, из
© И.В. Мулькеева, Е.Н. Мулькеев, 2013
144
И. В. Мулькеева, Е.Н. Мулькеев
которых периодически выводится в канализацию с продувочной водой, содержащей около 7 % шлама.
Для определения химического состава шлама продувочную воду отфильтровывали через фильтр «белая лента» на вакуумной установке. Отфильтрованный шлам высушивали при 150 оС (для удаления влаги), сжигали при 550 оС (для удаления органики) и растворяли при кипячении в концентрированной соляной кислоте в течение часа. В нерастворённой части шлама определяли содержание силикатов. В фильтрате определяли неорганическую часть осадка.
Результаты анализа приведены в табл. 1.
Таблица 1 Результаты анализа шлама
№ п/п Наименование показателей Результат анализа,% масс. В пересчёте на сухой остаток, % масс.
1 Влага 19,29
2 Органические вещества 29,10 36,1
3 3.1 Неорганические вещества: Железо (в пересчёте на Рб20з) 9,74 11,73
3.2 Алюминий (в пересчёте на А1 2О3) 27,40 33,90
3.3 Кальций (в пересчёте на СаСОз) Менее 0,01 -
3.4 Силикаты в пересчёте на БЮ2 12,29 15,53
3.5 Не идентифицированные 2,17 2,74
Известно, что для уплотнения шламов используются органические полимеры (фло-кулянты) [2].
Несмотря на довольно большой размер частичек шлама, который составляет от 1 до 3 мм [3], макрофаза хлопьев шлама имеет весьма рыхлую структуру, что сильно усложняет процесс фильтрования. Для предварительного уплотнения шлама с целью снижения затрат и времени на фильтрование нами была проведена работа по подбору органического полимера. Выбор был остановлен на РгаевЮ ТЫ-650, так как этот полимер применяется в качестве флокулянта при водо-подготовке на ОАО «Омский каучук».
Выяснилось, что при содержании шлама 70 г/л (как в исследуемом шламе) оптимальная дозировка составила 0,030 кг/м3, что является экономически невыгодным для предприятия. В работе Д.Н. Еремеева [2] указывается, что при содержании твёрдого вещества более чем 60 г/ л нецелесообразно использовать органические полимеры (фло-кулянты), практически не идёт сгущение осадка. Также в [2] приводятся данные лабораторных исследований по методам осушения и сгущения осадков, которые указы-
вают, что суспензии с содержанием твёрдой фазы 60-600 г/л нужно обезвоживать на вакуум-фильтрах, пресс-фильтрах и другом соответствующем оборудовании.
После анализа шлама на состав было решено использовать его в качестве добавки к строительным материалам, например кирпичам.
Глина, используемая для производства кирпича на ООО «Кирпичный завод СК», содержит около 70 % 8і02. Известно, что повышенное (до 80 % и более) содержание 8і02 указывает на запесоченность сырья. С повышением содержания 8і02, не связанного с А1203 в глинистых материалах, снижается связующая способность глин, прочность в высушенном и обожжённом состоянии, повышается пористость обожжённых образцов. И если добавлять в состав глины исследуемый шлам, то должно увеличиться содержание А1203 и уменьшиться содержание 8і02, что должно привести к улучшению свойств кирпича, а именно прочности [4].
В производстве кирпича на ООО «Кирпичный завод СК» в сутки используется примерно 440 тонн глины. В цехе водопод-готовки образуется около 880 килограмм шлама в сутки (в пересчёте на сухой остаток), что составляет всего 0,2 % от общей массы глины, используемой за сутки на заводе. В сушильный барабан попадает примерно 16 тонн глины в час, при добавке шлама 880 кг одноразово, это составляет 5,5 % шлама от общей массы глины.
Исходя из этих расчётов и требований по содержанию воды в глине шлам в лаборатории отфильтровали на вакуумном фильтре до 20 % влажности. Затем были сделаны кирпичи в соответствии с производимыми на кирпичном заводе размерами: 250 х 120 х 65 мм, с добавкой к глине шлама с содержанием в сыром кирпиче по массе: 1, 5, 10 %.
После изготовления кирпичи были помещены на транспортер печи для высушивания и обжига вместе с основным потоком. Проведены основные испытания по ГОСТ 530-2007 [5]. В табл. 2 приводятся результаты испытаний кирпича с различным содержанием добавок шлама и данные испытания на кирпич, производимый на заводе, для сравнительной характеристики.
Как видно из табл. 2, по результатам испытаний качество кирпича при содержании 1 % не ухудшилось. При 10 % произошло заметное растрескивание при прокаливании, хотя прочностные характеристики по результатам испытаний не изменились, а при 5 % выявлена оптимальная дозировка, при которой марка кирпича повысилась. Таким образом, более высокое содержание шлама в кирпиче делать не рекомендуется.
Переработка шлама, полученного после очистки речной воды, в строительные материалы 145
Таблица 2
Испытание кирпича
Наименование кирпича Плотность кирпича (средняя), кг/м3 Яизг, кгс/см3 Ясж, кгс/см3 Соответствие марке по ГОСТ 530-2007 для Яизг, кгс/см3 Соответствие марке по ГОСТ 530-2007 для Ясж, кгс/см3 Соответствие марке по прочности ГОСТ 530-2007, кгс/см3
С добавкой к глине шлама 1 % 1733 1,9 16,4 100 150 100
С добавкой к глине шлама 5 % 1838 2.0 14,8 125 125 125
С добавкой к глине шлама 10 % 1769 1,7 15,1 100 100 100
С кирпичного завода СК 1900 2,0 15,3 100 100 100
Примечание. Ксж - предел прочности при сжатии образца, кгс/ см3 (в таблице представлено среднее значение из пяти образцов); Кизг - предел прочности при изгибе образца, кгс / см3 (в таблице представлено среднее значение из пяти образцов).
В связи с этим, возможно, необходимо дозировать шлам в процессе подготовки и смешения с глиной, чтобы избежать ухудшения качества кирпича при попадании шлама более 5 %.
При добавлении шлама происходит незначительное изменение цвета кирпича, поэтому желательно дозирование шлама, чтобы кирпичи одной партии имели одинако-выфй цвет.
Для кирпича из 100 % шлама результатов испытаний не получили, так как в этом случае на стадии формования кирпича раствор получается непластичным, не формуется, разваливается.
Наличие органических веществ в шламе при его последующем обжиге в виде кирпича в печи будет вести к снижению потребления природного газа.
Выводы
1. Установлено, что утилизация шлама возможна, если использовать его в качестве добавки при производстве кирпича с влажностью не более 20 %.
2. Подтверждено результатами испытания, что оптимальное содержание шлама в глине должно быть не более 5 %.
3. Получены кирпичи, и приведены результаты испытаний на них, доказывающие, что 5%-ная добавка шлама незначительно улучшает качество кирпича, а именно повышает его марку и, соответственно, прочность.
4. Показано, что при производстве кирпича необходимо учитывать, что добавка шлама незначительно изменяет цвет кирпича.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Боголюбова С. А. Экология : учебное пособие. М. : Знание, 1999. 288 с.
[2] Еремеев Д. Н. Обезвоживание сгущённых тонкодисперсных угольных шламов с применением органических полимеров // Вода: Химия и экология. 2012. № 7. С. 23.
[3] Стерман Л. С., Покровский В. Н. Физические и химические методы обработки воды на ТЭС : учебник для вузов. М. : Энергоатомиздат, 1991. С. 43.
[4] Мороз Н. И. Технология фарфорофаянсовых изделий : учебник для техникумов. М. : Строй-издат, 1984. С.15.
[5] Кирпич и камень керамические. Общие технические условия: ГоСт 530-2007.
