CC BY
46
Информация об авторах
Баранова Альбина Алексеевна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Промышленное и гражданское строительство», e-mail: [email protected]; Ангарский государственный технический университет, 665835, Россия, г. Ангарск, ул. Чайковского, 60.
Савенков Андрей Иванович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Промышленное и гражданское строительство», e-mail: [email protected]; Ангарский государственный технический университет, 665835, Россия, г. Ангарск, ул. Чайковского, 60.
Шустов Павел Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Строительное производство», е-mail: [email protected]; Иркутский национальный исследовательский технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Information about the authors
Baranova A.A., candidate of technical sciences, associate professor, Department of industrial and civil construction, е-mail: [email protected], Angarsk State Technical University, 60, Chaykovskiy St., 665835, Angarsk, Russia.
Savenkov A.I., candidate of technical sciences, associate professor, Department of industrial and civil construction, е-mail: [email protected], Angarsk State Technical University, 60, Chaykovskiy St., 665835, Angarsk, Russia.
Shustov P.A., candidate of technical sciences, associate professor, Department of construction production, е-mail: [email protected], Irkutsk National Research Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
УДК 691.311: 666.91
DOI: 10.21285/2227-2917-2016-3-70-77
СТЕНОВЫЕ КАМНИ НА ОСНОВЕ БЕЗОБЖИГОВОГО АНГИДРИТОВОГО
ВЯЖУЩЕГО
© А.В. Каклюгин, И.В. Трищенко, А.В. Козлов, А.В. Чижов
Представлены результаты исследований по определению рационального способа использования ангидрита, получаемого попутно при добыче гипсового камня. Изучена возможность его вовлечения в производство вяжущего. Описана предлагаемая технология получения безобжигового ангидритового вяжущего. Приведены предложения по организации производства стеновых камней на его основе. Выполнен сравнительный анализ технико-экономических показателей производства стеновых камней с использованием традиционного низкообжигового гипсового и безобжигового ангидритового вяжущего. Установлены преимущества предлагаемого технического решения, в том числе меньшая энергоемкость и экологическая безопасность продукции. Расчетным путем доказана эффективность инвестиций в исследуемое направление инновационной деятельности.
Ключевые слова: безобжиговое ангидритовое вяжущее, производство стеновых камней, рециклинг, технико-экономическая и экологическая эффективность, инвестиции, показатели коммерческой эффективности.
WALL STONES BASED ON UNBURNT SYNTHANITE © A.V. Kakliugin, I.V. Trischenko, A.V. Kozlov, A.V. Chizhov
We presented the research results to define the rational method to use synthanite, received during the mining of gypsum stone. We studied the possibility of its implementation into the production of binding. We described the suggested technology to receive unburnt synthanite. We offered suggestions to organize the production of wall stones on its basis. We carried out comparative analyses of technical and economical indexes of the production of wall stones with the use of traditional low-burnt gypsum and unburnt synthanite. We stated the advantages of the suggested technical solution, which includes less energy consumption and ecological safety of the products. We proved the effectiveness of investments into the investigated direction of investment activity.
Keywords: unburnt synthanite, production of wall stones, recycling, technical and economic and ecological effectiveness, investments, indexes of commercial effectiveness
Долгосрочные перспективы инновационного развития промышленности в нашей стране (в т.ч. промышленности строительных материалов) определены федеральными законами «О стратегическом планировании в Российской Федерации», «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности», «Об охране окружающей среды», а также Стратегией развития промышленности строительных материалов и индустриального домостроения на период до 2020 года.
К инновационным направлениям развития, обозначенным этими документами, отнесены реализация энергосберегающих технологий и замещение природного сырья накопленными техногенными отходами.
Востребованность энергосберегающих технологий производства строительных материалов и изделий обусловлена высокими ценами на энергоносители, ограниченностью энергетических ресурсов, ростом затрат на мероприятия по охране окружающей среды в процессе добычи и переработки сырья. Рациональное энергопотребление позволяет производителям снизить себестоимость выпускаемой продукции строительного назначения.
Промышленность строительных материалов является уникальным потребителем техногенных отходов. Получать высококачественные строительные материалы многих видов можно с использованием отходов различных производств, в т.ч. рециркулируемых материалов. Это позволяет организовать замкнутый цикл, в котором образующиеся отходы подвергаются рециклингу и перерабатываются в готовую продукцию.
Проблема рециклинга в настоящее время особенно актуальна. Он направлен на энерго- и ресурсосбережение, а также на оздоровление окружающей среды. Успешному решению данной проблемы способствует доступность современных технологий, представляющих возможность для экологизации сектора отходов. В России и за рубежом накоплен значительный опыт использования рециклинга на предприятиях промышленности строительных материалов. Опубликовано большое количество результатов исследований, доказывающих возможность и эффективность посредством рециклинга преобразования отходов различных производств в качественные строительные материалы. Многие работы посвящены изучению использования рециклируемых материалов в производстве бетона [1-4].
В настоящей статье рассмотрено одно из возможных направлений комплексного решения поставленных проблем применительно к организации производства бетонных стеновых камней на основе безобжигового ангидритового вяжущего. Представленные результаты актуальны и могут быть полезны ряду действующих и проектируемых промышленных предприятий (цехов) по производству гипсовых вяжущих, строительных материалов и изделий на их основе.
Обоснование выбора бетонных камней в качестве базового продукта:
- широкое их использование в строительстве, в т.ч. жилищном;
- доступность организации производства изделий этого вида не только крупным предприятиям, но и предприятиям малого бизнеса.
Потребность в стеновых камнях постоянно растет. Об этом свидетельствует прогноз объема их потребления в РФ. Согласно Стратегии к 2020 г. он должен составить 34,3 и 27 млрд шт. усл. кирпича соответственно при инновационном и инерционном вариантах развития. Применительно к Южному федеральному округу требуемая производственная мощность к 2020 г. составит 3,58 млрд шт. усл. кирпича. Дефицит мощности по отношению к существующим мощностям по состоянию на 01.01.2010 г. составлял 1,26 млрд шт. усл. кирпича.
Стеновые камни можно изготавливать на основе различных вяжущих веществ, в т.ч. на основе ангидритовых [5, 6].
Минерально-сырьевая база для производства гипса и ангидрита представлена 89 месторождениями. На долю распределенного фонда недр приходится 41 месторождение с запасами в количестве 150 млн т. Использование отходов, образующихся при переработке сырья этого вида, следует рассматривать как резервную базу. Ее освоение в перспективе позволит увеличить запасы распределенного фонда недр, а также будет способствовать охране окружающей среды.
Ангидритовые вяжущие могут быть получены из сырья следующих видов:
- специально добываемого природного ангидрита;
- ангидрита, получаемого попутно при добыче гипсового камня для производства гипсовых вяжущих;
- техногенного ангидрита.
Сырье последних двух видов представляет собой отходы. Их вовлечение в производство (рециклинг) будет способствовать решению актуальных проблем, поставленных перед промышленностью РФ.
Техногенный ангидрит является отходом химической промышленности. Известны результаты исследований, доказывающие возможность получения безобжиговых ангидритовых вяжущих на его основе, а также использования этих вяжущих в производстве строительных материалов [5, 7, 8].
Ангидритовый камень, как правило, встречается в виде прослоек или подстилающего слоя в месторождениях гипсового камня, является нежелательным включением при добыче последнего и выбрасывается в отвал. Эти отходы можно рассматривать как техногенное сырье, богатое ангидритом, размещенное в отвалах, с ограниченной промышленной эксплуатацией. Использование рециркулируемого ангидритового камня в качестве сырья для получения ангидритового вяжущего позволит расширить сырьевую базу для предприятий гипсовой промышленности. Одновременно будет частично решена проблема улучшения охраны окружающей среды в районах месторождений гипсового камня (отпадет необходимость отведения земельных участков для полигонного депонирования отходов) [9-11].
Поиску способов производства безобжиговых ангидритовых вяжущих незаслуженно уделяется недостаточно внимания. Авторы настоящей статьи провели многолетние комплексные исследования, в результате чего был разработан способ получения безобжигового ангидритового вяжущего и исследована возможность производства стеновых камней из легкого бетона на его основе [9, 10]. Ниже приведены результаты выполненной оценки технико-экономической эффективности предложенного технического решения.
Рассмотрены альтернативные варианты организации производства стеновых камней на технологических линиях мощностью 10 млн шт. усл. кирпича:
- в условиях действующего производства (варианты технического перевооружения) с размещением технологических линий в имеющихся производственных цехах;
- для вновь создаваемых производств с размещением технологических линий во вновь возводимых производственных цехах в составе существующих предприятий.
Первоначально в качестве альтернативного был рассмотрен вариант производства камней на основе низкообжигового гипсового вяжущего. Сравнительный анализ полученных результатов свидетельствует о перспективности производства стеновых камней на основе безобжигового ангидритового вяжущего. Основным преимуществом предлагаемой технологии является снижение энергоемкости продукции, т.к. производство базируется на использовании безобжигового вяжущего. Отмеченное отвечает обязательным требованиям к проектируемым объектам, установленным в законе РФ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности».
Оценка энергетической эффективности выполнялась по показателям условного суммарного потребления топливно-энергетических ресурсов на производство 1000 шт. усл. кирпича (с учетом расхода электроэнергии и природного газа на обжиг 1 т гипсового вяжущего). Известно, что в среднем на обжиг 1 т гипсового вяжущего требуется 25 кВтч электроэнергии и 40 кг условного топлива.
Для предлагаемой технологии отмечено снижение условного суммарного потребления электроэнергии на производство стеновых камней на 30-35 %. Кроме того, полностью исключено потребление природного газа.
Принятые к сравнению варианты производства стеновых камней на основе предложенного вяжущего предусматривали технологию вибропрессования камней. Преимуществами метода вибропрессования являются получение равнопрочных гипсобетонов при пониженном расходе вяжущего, возможность практически немедленной распалубки све-жеотформованных стеновых камней, сокращение технологического процесса искусственной сушки.
Альтернативные варианты производства стеновых камней отличались:
- способом сушки отформованных изделий: естественная сушка на складе готовой продукции или искусственная в туннельных сушилах;
- способом организации выдержки отформованных изделий в камерах вызревания для набора отпускной прочности: на стеллажах или на транспортных вагонетках;
- способом формирования и выгрузки стеллажей (с помощью традиционных вилочных погрузчиков или с помощью современных транспортно-складирующих групп).
Для каждого из рассматриваемых вариантов определялись стоимость технологического оборудования, производственных зданий и спецсооружений, бетонных смесей, себестоимость изготовления стеновых камней, объем капитальных вложений, потребность в оборотных средствах, объем инвестиций. Расчет технико-экономических показателей и оценка эффективности предлагаемых проектных решений выполнялись в соответствии с положениями [12].
Исходные данные для расчетов принимали в соответствии с «Общесоюзными нормами технологического проектирования предприятий по производству гипсовых вяжущих и изделий» (ОНТП 15-86) или получали расчетным путем в соответствии с действующими нормативно-техническими документами. Для обеспечения сопоставимости полученных результатов исходные данные в вычислениях по отдельным вариантам сохраняли неизменными.
Детально проработаны варианты производства стеновых камней:
- разной пустотности;
- различной средней плотности бетона;
- с использованием заполнителей разного вида (древесных опилок, керамзитового гравия разных марок по плотности, керамзитового песка, пенополистирола вспененного гранулированного).
Эффективность рассматриваемых технических решений оценивалась системой показателей, отражающих соотношение затрат и результатов их осуществления. Показатели коммерческой эффективности инвестиций рассчитаны при норме дисконта 15 %. Норма прибыли принималась обеспечивающей отпускную цену камней на уровне среднерыноч-
ной. В зависимости от особенностей рассматриваемого технического решения она составляла 8-12 %.
Оценивались следующие показатели коммерческой эффективности: чистый доход (ЧД), чистый дисконтированный доход (ЧДД), индекс доходности дисконтированных затрат (И), индекс доходности дисконтированных инвестиций (ИДД), срок окупаемости, уровень безубыточности, показатели рентабельности.
В таблице представлены значения некоторых показателей коммерческой эффективности инвестиций в создание технологической линии по производству стеновых камней, размещенной в специально построенном производственном корпусе в составе действующего производства.
Результаты расчета показателей коммерческой эффективности
Показатели коммерческой эффективности инвестиций Значения показателей
Объем инвестиций, тыс. р. - всего В том числе капитальные вложения: в технологическое оборудование в строительно-монтажные работы 34000-40000 12000-19000 17600-19000
Чистый доход (ЧД), тыс. руб. 970-2600
Чистый дисконтированный доход (ЧДД), тыс. руб. 61270-71500
Срок окупаемости, лет 5,0-6,5
Уровень безубыточности, % 32-47
Рентабельность, %, рассчитанная как отношение: валовой прибыли к производственным затратам на годовой выпуск продукции чистой прибыли к производственным затратам на годовой выпуск продукции чистой прибыли к выручке (объему продаж) чистой прибыли к объему капитальных вложений 20-26 14,6-18,6 11,6-14,1 14,2-14,6
Приведенные данные свидетельствуют об эффективности инвестиций в исследуемое направление инновационной деятельности.
Дополнительным преимуществом ангидритового вяжущего является его экологическая безопасность. Отсутствие термической обработки при его получении исключает возможность выделения в окружающую среду каких-либо вредных газов, в том числе от сжигания топлива. Природный ангидритовый камень не токсичен, а получаемое вяжущее (в отличие от цемента и извести) не является аллергеном и не вызывает заболеваний силикозом.
Отмеченная экономическая и экологическая эффективность использования предложенного вяжущего позволяет считать данное направление развития производства стеновых материалов привлекательным для потенциальных инвесторов. Для расширения области применения стеновых камней на основе безобжигового ангидритового вяжущего планируется проведение дальнейших исследований, направленных на поиск способов значительного повышения их водостойкости.
Статья поступила 25.02.2016 г.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Карпенко Н.И., Ярмаковский В.Н. Основные направления ресурсоэнергосбере-жения при строительстве и эксплуатации зданий. Часть 1. Ресурсоэнергосбережение на стадии производства строительных материалов, стеновых изделий и ограждающих конструкций // Строительные материалы. 2013. № 7. С. 12-18.
2. Касторных Л.И., Трищенко И.В., Гикало М.А. Эффективность системы рецик-линга на заводах товарного бетона и сборного железобетона // Строительные материалы. 2016. № 3. С. 35-39.
3. Experimental study on recycled aggregate concrete [Электронный ресурс]/ G. Murali, C.M. Vivek Vardhan, G. Rajan, G.J. Janani, N. Shifu Jajan, R. Ramya Sri // International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA) 2012. Vol. 2, issue 2. P. 407-410. URL: www.ijera.com (14.01.2016).
4. Matar P., El Dalati R. Strength of masonry blocks made with recycled concrete aggregates // Physics Procedia. 2011. № 21. P. 180-186.
5. Гипс в малоэтажном строительстве / под общ. ред. А.В. Ферронской. М.: Изд-во АСВ, 2008. 240 c.
6. Основные направления производства гипсовых материалов и изделий / А.В. Как-люгин [и др.] // Строительство и архитектура - 2015: мат-лы междунар. науч.-практич. конф. Ростов-н/Д: Изд-во Рост. гос. строит. ун-та, 2015. С. 325-327.
7. Федорчук Ю.М., Малинникова Т.П. Исследование свойств строительных изделий на основе техногенного ангидрита // Фундаментальные исследования. 2014. № 3-1. С. 46-49.
8. Singh M., Garg M. Making of anhydrite cement from waste gypsum // Cement and Concrete Research. 2000. Vol. 30, № 4. P. 571-577.
9. Мелкозернистый керамзитобетон на основе безобжигового ангидритового вяжущего / А.В. Каклюгин [и др.] // Известия вузов. Строительство. 2013. № 6. С. 23-29.
10. Пат. 2566154 Российская Федерация. Технологическая линия для приготовления безобжигового ангидритового вяжущего / Мирская М.В., Каклюгин А.В., Трищенко И.В. [и др.]. № 2014110985/03; заявл. 21.03.2014; опубл. 20.10.2015, Бюл. № 29. 6 с.
11. Binders based on natural anhydrite and modified by finely-dispersed galvanic and petrochemical waste / S. Sychugov, Y. Tokarev, T. Plekhanova, A. Kazantseva, D. Gaynetdi-nova // Procedia Engineering. Series «Modern Building Materials, Structures and Techniques». 2013. Vol. 57. P. 1022-1028.
12. Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов / Министерство экономики РФ, Министерство финансов РФ, Государственный комитет РФ по строительной, архитектурной и жилилищной политике. М.: ОАО НПО Изд-во «Экономика», 2000. 421 с.
REFERENCES
1. Karpenko N.I., Yarmakovsky V.N. Main Ways of Resource-Energy Saving at Construction and Operation of Buildings. Part 1. Resource-Energy Saving at the Stage of Producing of Building Materials, Wall Products and Enclosing Structures. Stroitel'nye materialy [Construction Materials], 2013, no. 7, pp. 12-18. (In Russian)
2. Kastornykh L.I., Trishchenko I.V., Gikalo M.A. Effectiveness of the recycling system at the factories of trade concrete and prefabricated concrete. Stroitel'nye materialy [Building materials], 2016, no. 3, pp. 35-39. (In Russian)
3. Murali G., Vivek Vardhan C.M., Rajan G., Janani G.J., Shifu Jajan N., Ramya Sri R. Experimental study on recycled aggregate concrete [Электронный ресурс]. International Journal of Engineering Research and Applications (IJERA), 2012, vol. 2, issue 2, pp. 407-410. Available at: www.ijera.com (accessed 14.01.2016).
4. Matar P., El Dalati R. Strength of masonry blocks made with recycled concrete aggregates. Physics Procedia, 2011, no. 21, pp. 180-186.
5. Ferronskaya A.V. Gips v maloetazhnom stroitel'stve [Gypsum in low-rise construction]. Moscow, Izd-vo ASV Publ., 2008. 240 p.
6. Kakliugin A.V. et al. Osnovnye napravleniia proizvodstva gipsovykh materialov i izde-lii [Main directions of the production of gypsum materials and goods]. Mat-ly mezhdunar. nauch.-praktich. konf. "Stroitel'stvo i arkhitektura - 2015" [Building and architecture - 2015]. Rostov-on-Don, Izd-vo Rost. gos. stroit. un-ta Publ., 2015, pp. 325-327. (In Russian)
7. Fedorchuk Y.M., Malinnikova T.P. Investigation of characteristics of the building products on the base of technogenic anhydrite. Fundamental'nye issledovaniia [Fundamental research], 2014, no. 3-1, pp. 46-49. (In Russian)
8. Singh M., Garg M. Making of anhydrite cement from waste gypsum. Cement and Concrete Research, 2000, vol. 30, no. 4, pp. 571-577.
9. Kaklyugin A.V., Trishchenko I.V., Kozlov A.V., Mirskaya M.V. Fine-grained expanded clay lightweight concrete on the basis of anhydrite nonfired binder. Izvestiia vuzov. Stroitel'stvo [News of Higher Educational Institutions. Development], 2013, no. 6, pp. 23-29. (In Russian)
10. Mirskaya M.V., Kaklyugin A.V., Trishchenko I.V. Tekhnologicheskaia liniya dlya prigotovleniya bezobzhigovogo angidritovogo vyazhushchego [Technological line for preparation of unburnt synthanite]. Patent RF, no. 2566154, 2015.
11. Sychugov S., Tokarev Y., Plekhanova T., Kazantseva A., Gaynetdinova D. Binders based on natural anhydrite and modified by finely-dispersed galvanic and petro-chemical waste. Procedia Engineering, series "Modern Building Materials, Structures and Techniques", 2013, vol. 57, pp. 1022-1028.
12. Metodicheskie rekomendatsii po otsenke effektivnosti investitsionnykh proektov [Methodical recommendations to estimate the effectiveness of investment projects]. Moscow, OAO NPO Izd-vo "Ekonomika" Publ., 2000. 421 p.
Информация об авторах
Каклюгин Александр Викторович, кандидат технических наук, доцент кафедры строительных материалов, е-mail: [email protected]; Ростовский государственный строительный университет, 344022, Россия, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.
Трищенко Инна Викторовна, кандидат технических наук, доцент кафедры строительных материалов, е-mail: [email protected], Ростовский государственный строительный университет, 344022, Россия, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.
Козлов Александр Владимирович, кандидат технических наук, доцент кафедры строительных материалов, е-mail: [email protected]; Ростовский государственный строительный университет, 344022, Россия, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.
Чижов Антон Валерьевич, студент гр. МПСМ-104, е-mail: [email protected]; Ростовский государственный строительный университет, 344022, Россия, г. Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162.
Information about the authors
Kaklugin A.V., candidate of technical sciences, assistant professor, Department of Building Materials, e-mail: [email protected]; Rostov State University of Civil Engineering, 162 Sotsialisticheskaya St., Rostov-on-Don, 344022, Russia.
Trishchenko I.V., candidate of technical sciences, assistant professor, Department of Building Materials, e-mail: [email protected]; Rostov State University of Civil Engineering, 162 Sotsialisticheskaya St., Rostov-on-Don, 344022, Russia.
Kozlov A.V., candidate of technical sciences, assistant professor, Department of Building Materials, e-mail: [email protected]; Rostov State University of Civil Engineering, 162 Sot-sialisticheskaya St., Rostov-on-Don, 344022, Russia.
Chighov A.V., student, e-mail: [email protected]; Rostov State University of Civil Engineering, 162 Sotsialisticheskaya St., Rostov-on-Don, 344022, Russia.
УДК 628.35.001.24
DOI: 10.21285/2227-2917-2016-3-77-84
ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ РЕГЕНЕРАЦИИ СИНТЕТИЧЕСКОЙ ЗАГРУЗКИ
В БИОРЕАКТОРЕ
© В.Н. Кульков, Е.Ю. Солопанов
Проведена сравнительная оценка эффективности регенерации ершовой загрузки c иммобилизованным илом. Рассмотрены три способа регенерации: механический (вибрационный), водовоздушный и воздушный. В экспериментах применялась физическая модель аэротенка-биореактора, позволяющая оценить величину концентрации свободно плавающего ила с помощью оптического метода с использованием люксметра. Оценка эффективности регенерации синтетической загрузки показала преимущество водовоздушной регенерации с использованием инжекционных форсунок по сравнению с механической и воздушной регенерациями.
Ключевые слова: аэротенк-биореактор, физическая модель, ершовая инертная загрузка, регенерация загрузки, эффективность регенерации, иммобилизованный ил.
ASSESSMENT OF EFFECTIVENESS OF REGENERATION OF SYNTHETIC
LOADING IN A BIOREACTOR
© V.N. Kulkov, E.Iu. Solopanov
We performed comparative assessment of effectiveness of regeneration of brush loading with immobilized silt. We considered three ways of regeneration: mechanical (vibrational), wa-ter-and-air and air. In these experiments we used physical model of an aerotank-bioreactor, which allows to assess the range of concentration of a free-flowing silt with the help of optical method with the use of luxometer. Assessment of effectiveness of regeneration of synthetic loading showed the advantage of water-and-air regeneration with the use of blast atomizer in comparison with mechanical and air regenerations.
Keywords: aerotank-bioreactor, physical model, brush inert loading, regeneration of loading, effectiveness of regeneration, immobilized silt
Очистка сточных вод в аэротенках-биореакторах с применением иммобилизованных микроорганизмов обусловливает лучшую их защищенность от воздействия отрицательных факторов, обеспечивает высокую концентрацию микроорганизмов в биореакторе. Иммобилизованный ил менее чувствителен к токсичным веществам. Одновременное присутствие свободно плавающего и иммобилизованного активного ила до 15-20 г/м.п. на синтетической инертной загрузке позволяет повысить окислительную мощность биореактора, стабилизировать процесс обработки сточных вод, увеличить глубину биологической очистки, а также уменьшить биологические очистные сооружения. Загрузка увеличивает
