Проблема утилизации техногенных отходов промышленности

Содержание

• Введение
• 1. Техногенные отходы промышленности в индустриальных странах Европы и в России
• 1.1 Учет техногенных отходов в индустриальных странах Европы
• 1.2 Учет техногенных отходов в России
• 2. Классификация техногенных отходов
• 2.1 Классификация техногенных отходов в странах ЕС
• 2.2 Классификации техногенных отходов в России
• 3. Управление техногенными отходами
• 3.1 Управление техногенными отходами в странах ЕС
• 3.2 Управление отходами в Российской Федерации. Федеральная целевая программа 'Отходы'
• 4. Основные направления утилизации техногенных отходов промышленности
• 4.1 Некоторые аспекты утилизации жидких техногенных отходов
• 4.2 Основные направления утилизации твердых техногенных отходов
• 5. Производство строительных материалов и изделий на основе применения новых принципов утилизации техногенных отходов
• 5.1 Новые принципы утилизации техногенных отходов промышленности для получения вяжущих веществ
• 5.2 Новые технологии получения бетона с использованием техногенных отходов
• 6. Теплотехнический расчет
• Вывод
• Список литературы

Введение

Строительное производство - одна из важных отраслей народного хозяйства, которая создает основные фонды, осуществляя строительство жилых и общественных зданий, промышленных предприятий, реконструкцию существующих заводов, фабрик, зданий и сооружений.

Повышение эффективности строительного производства будет осуществляться за счет дальнейшей индустриализации строительного производства, технического перевооружения домостроительных комбинатов, увеличения доли строительства крупнопанельных и объемно-блочных жилых домов, сокращения затрат ручного труда в строительстве путем увеличения выпуска средств малой механизации, механизированного инструмента, создания комплексов машин для проведения строительных работ, комплексного оснащения строительных организаций высокопроизводительными машинами, механизмами, автотранспортом и улучшением качества материалов.

К техногенным отходам промышленности по ГОСТ 25916-83 относятся остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично исходные потребительские свойства. В более общем плане к техногенным отходам промышленности относится вся сумма твердых, газообразных и жидких отходов, образующихся в процессе производства конечного продукта данного предприятия.

В Российской Федерации промышленность сбрасывает ежегодно около 45 км ³ сточных вод различной степени загрязнения, в атмосферу выбрасывается порядка 36 млн. т пылевидных и газообразных отходов, твердых отходов образуется до 10 млрд. т ежегодно, из которых основную часть составляют отвалы вскрышных пород и пустой породы, а также некондиционных рудных пород.

Общее количество накопленных к настоящему времени отходов и масса образующихся ежегодно отходов на один-два порядка выше общей мощности предприятий народного хозяйства. Иначе говоря, рассматривая гипотетическую возможность перехода всех предприятий страны на переработку отходов, мы столкнулись бы со сроком переработки уже накопленных отходов 50-100 лет. В настоящее время утилизируется для различных целей не более 10-20 % техногенных отходов промышленности. Остальная часть загрязняет окружающую среду, постепенно накапливаясь в ней: например, растет концентрация таких газов, как диоксида серы и азота в атмосфере, а также различных загрязнителей в водных объектах, на поверхности земли накапливаются твердые отходы, общее количество которых на начало 1990 гг. в России составило около 55 млрд. т.

Проблема техногенных отходов промышленности связана не только с охраной окружающей среды. Образование отходов является также и показателем нерационального использования природных ресурсов, когда запасы многих из них находятся на грани истощения. Поэтому утилизация техногенных отходов является актуальной экологической и экономической задачей.

Успешное решение любой задачи, в том числе и задачи утилизации техногенных отходов промышленности предполагает наличие исчерпывающей систематизированной информации. Гигантские масштабы производственной деятельности человека, необозримый перечень вовлеченных в производственный цикл материалов и ресурсов обусловливают широкий спектр образования самых разнообразных отходов промышленности.

Некоторые количественные аспекты биогеохимической функции человека в осуществлении техногенного круговорота веществ приведены в табл. 1 /2, 3, 4, 5, 10/.

Таблица 1

Из данных таблицы 1 видно, что поступление веществ в следствие техногенного круговорота в биосферу составляет от долей процента до десятков и даже тысяч процентов от природного их поступления. Так, техногенное поступление СО превышает в 3,6 раз природное. Вместе с тем в биосфере возникают и такие биогеохимические функции человека, которые в естественных ее условиях проявлялись крайне незначительно или отсутствовали совсем.

На рис. 1 схематически изображен современный техно-генный круговорот веществ на Земле. Общая масса вещества, перемещаемого человеком на поверхности планеты, достигла 4 трлн. т в год. Из 120 млрд. т (Гт) ископаемых материалов и биомассы, мобилизуемых за год мировой экономикой, только 9 Гт (7.5 %) преобразуются в материальную продукцию в процессе производства. Более 80 % этого количества потребляется и входит в основные и оборотные материальные фонды и резервы всех отраслей мирового хозяйства, т.е. в основном возвращается в производство. Только 1,5 Гт составляет личное потребление людей, что больше половины этого количества относится к нетто-потреблению прод. питания. Лишь небольшая часть последних минует производственный цикл, т.е. он требует дополнительных затрат энергии на приготовление пищи.

В данном обзоре рассматриваются вопросы техногенных круговоротов веществ и связанные с ними некоторые аспекты образования и накопления техногенных отходов. Освещены вопросы учета и классификации, проблемы управления этими отходами. Основная часть обзора посвящена изложению новых принципов переработки и технологий утилизации крупнотоннажных техногенных отходов промышленности для производства строительных материалов.

1. Техногенные отходы промышленности в индустриальных странах Европы и в России

Суммарное количество техногенных отходов, поставляемых эколого-экономическими системами всех стран, стремительно растет. Сейчас в мире ежегодно, только твердых техногенных отходов образуется более 25 млрд. т. Из этого количества почти третья часть - более 7 млрд. т приходится на Россию. К настоящему времени в России накоплено более 80 млрд. т твердых отходов производства /11/.

Для хранения техногенных отходов из хозяйственного оборота ежегодно выделяются сотни тысяч гектаров земель. Сконцентрированные в отвалах, хвостохранилищах и свалках техногенные отходы являются источниками загрязнения поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха, почв и растений.

Наряду с увеличением общей массы отходов происходит расширение спектр состава связанного с синтезированием все более разнообразных веществ. В настоящее время человек может синтезировать около 10 000 000 разнообразных веществ, из которых пока только 2 млн. обнаружено в природе. Поэтому громадная часть отходов радующаяся после употребления этих веществ, не может быть ассимилирована биохимическими круговоротами и дополняет список техногенных отходов.

Большие запасы, реальный экономический вред, потенциальная угроза для здоровья населения а также необходимость переработки и утилизации в связи с расширяющимся дефицитом ресурсов делает крайне актуальным решение вопросов, связанных с учетом и классификацией техногенных отходов промышленности.

К настоящему времени отсутствует реальный учет образования отходов. Систематический сбор начат недавно и обычно совпадает с указами и правилами по отходам. Статистическим странам, касающаяся отходов, часто не сопоставима из-за несовпадения систем классификации и целей. В этом плане наибольшие расхождения наблюдаются при сравнении данных по отходам индустриальных стран Европы и России.

1.1 Учет техногенных отходов в индустриальных странах Европы

отходы строительный переработка инвестор

В большинстве стран Европы не разработана статистика по отходам /12/. данных по образованию отходов, перемещению и управлению ими часто бывает ничейным по степени охвата и масштаба. Небольшое количество данных по образованию отходов имелось до 1985 г. Большая часть современных данных основана на специально сделанных обзорах или оценках. В частности, редко имеются в наличии национальные статистические данные по опасным отходам или же они редко бывают точными. Вплоть до сегодняшнего дня только несколько стран Европы применяют правовые требования для отраслей промышленности, касающиеся отчетов по количеству опасных отходов и других видов образующихся отходов. Вследствие существующих различий в технологических процессах методы оценки основаны на тенденциях производства и потребления и характеризуются большим диапазоном ошибок. Кроме того, значительная часть отходов не контролируется, поэтому часто не проводится их регистрация в существующих статистических данных.

Наиболее точные данные обычно признаются таковыми из имеющихся в наличии в случае действия правильно регулируемых систем уведомления и сообщения. Так как такие 'системы контроля' в Европе все еще не полностью и единообразно реализованы, статистика по отходам практически нереальна. В большинстве стран Европы информация о количестве и типах образующихся отходов часто предоставляется только на добровольной основе, но не является частью информационной системы.

Современные мощности по размещению и переработке промышленных отходов, вероятно, недостаточны для удовлетворения ожидаемого роста. Зачастую имеющееся в наличии оборудование не является адекватным для обеспечения приемлемых экологических норм. Размещение новых видов оборудования обычно наталкивается на заметную оппозицию местного населения, считающегося с потенциальным риском для своих муниципалитетов.

1.2 Учет техногенных отходов в России

На территории Российской Федерации на начало 1996 г. накоплено в принадлежащих предприятиям хранилищах, накопителях, складах, могильниках, полигонах, свалках и других объектах 405 млн. т отходов производства и потребления (по данным статистической отчетности по форме N 2ТП 'токсичные отходы').

В 1995 г. на предприятиях Российской Федерации образовалось 89,9 млн. т промышленных токсичных отходов, в том числе, млн. т: I класса опасности - 0,16; II класса - 2,2; III класса - 8,7; IV класса - 78,8 /16/.

Площадь, занимаемая местами организованного захоронения отходов, составила 14,7 тыс. га. Под полигоны (свалки) твердых отходов ежегодно отчуждается около 10 тыс. га пригодных для использования земель, не считая площади земель, загрязняемых многочисленными несанкционированными свалками. На санкционированные свалки и полигоны твердых бытовых отходов в 1995 г. поступило 5,6 млн. т промышленных отходов.

В связи с недостаточным числом полигонов для складирования и захоронения промышленных отходов широко распространена практика вывода промышленных отходов в места неорганизованного складирования (несанкционированные свалки), что представляет особую опасность для окружающей среды. В 1995 г. 95,4 тыс. т промышленных отходов направлено в места неорганизованного складирования, в том числе -204 т отходов I класса опасности.

В 1994-1995 гг. разработан и утвержден руководством Минприроды России для применения территориальными органами Министерства ряд нормативных документов по учету отходов:

-'Временные правила охраны окружающей среды от отходов производства и потребления в Российской Федерации';

'Временные рекомендации по проведению и инвентаризации мест захоронения отходов производства и потребления на территории Российской Федерации';

'Предложения по совершенствованию системы государственного учета по вопросам обращения с отходами'.

2. Классификация техногенных отходов

Классификация отходов в настоящее время находится на начальной стадии разработок. Различные экономические структуры в разных странах обусловливают неодинаковый подход к вопросам классификации промышленных отходов. Кроме такого объективного фактора, как структура экономики, принципы классификации отходов во многих случаях отражают также и субъективное начало, например, различия в национальных дефинициях.

2.1 Классификация техногенных отходов в странах ЕС

Попытки согласовать дефиниции и установить международные системы классификации отходов в настоящее время проводятся международными организациями. Разработанный ОЕСО в 1988 г. Международный код идентификации отходов (МКИО) дает единообразную систему классификации для описания отходов. Было использовано 6 таблиц, каждая из которых описывает отходы, исходя из различных подходов, т.е.

1) причины, по которым материал предназначен для депонирования;

2) операции по депонированию;

3) их составляющие;

4) характеристики опасности;

5) деятельность, связанная с их образованием.

МКИО дает перечень кодов для каждой из этих таблиц, которые вместе взятые позволяют получить досье по образованию отходов 'от колыбели до могилы'. Любым способом можно описать любую партию отходов, подвергающихся трансграничным перемещениям/12/.

На протяжении последних десяти лет появились международные соглашения по регулированию трансграничных перемещений опасных отходов, инициированные национальными правительствами, которые осознали необходимость в общем перечне отходов, определяющем характеристики их опасности. Страны ОЕСБ имеют также систему классификации отходов, предназначенную для процедур по утилизации. Эти различия отходов в терминах 'зеленые', 'янтарные' и 'красные' перечни зависят от уровня контроля, который применяется для их трансграничного перемещения.

Инициатива создать общую номенклатуру отходов была выдвинута ЕС для разработки Европейского каталога отходов (ЕКО). ЕКО был разработан и принят в соответствии с директивой Совета ЕС по отходам 75/442/ЕЕС как поправка к директиве ЕС 91/156/ЕЕС (рамочная директива), которая требует общего сравнительного перечня отходов, установленного в странах ЕС. Ее выполнение должно создать общую основу для перекрестных сравнительных национальных перечней и облегчить проведение политики ЕС по управлению отходами.

Каталог не означает подмены схем национальной классификации и не следует жесткому единому подходу. Вместе с тем он должен позволить государствам-членам ЕС согласовать системы контроля отходов и отчеты по отходам. Отходы классифицируются согласно источникам, технологическим процессам и потокам отходов, обеспечивая основу для сравнимой и сопоставимой статистики по отходам в государствах-членах ЕС. ЕС и экономическая комиссия ООН по Европе сотрудничают по расширению каталога на все страны Европы.

Любая человеческая деятельность является потенциальным источником образования отходов. Поэтому отходы можно классифицировать и в соответствии с главными источниками их образования, которые включают в себя: муниципальные, сельскохозяйственные отходы, отходы, образующиеся при добыче полезных ископаемых, отходы сектора производства энергии, илы сточных вод и отвалы. В табл.2 приведены оценочные данные за 1983 г. по общему количеству отходов, образующихся в пяти из этих категорий главных источников в странах ОЕСЭ.

Таблица 2

По массе выделяются сельскохозяйственные, промышленные и муниципальные отходы и отходы горнорудного сектора. Промышленные отходы и отходы горнорудной промышленности более важны, когда сравнивают отходы в соответствии с их потенциальным воздействием на окружающую среду.

Основные процессы образования и предполагаемые специфические виды промышленных отходов по основным группам производства приведены в табл. 3 /17/.

Таблица 3

Классифицировать отходы можно и в соответствии с различными их потоками. В табл. 4 показаны доли, %, бумаги, пластмасс, стекла, металлов в ряде стран Европы.

Таблица 4

Отходы промышленной деятельности включают разнообразные материалы органического и неорганического происхождения. Их гетерогенность затрудняет переработку и размещение отходов. Главные категории отходов, которые рассматриваются как опасные, включают отходы органических растворителей, красок, отходы, содержащие тяжелые металлы, отработанные кислоты и масла. Отходы горнорудной промышленности включают верхний слой почвы, скальные породы и грязь и могут оказаться инертными или отходами обогащения, которые загрязнены металлами и химическими веществами процессов переработки. Большие количества золы образуются при производстве энергии.

Кроме того, классификация отходов является инструментом их минимизации и рециклинга. Точный учет характеристик отходов - физико-химических свойств, энергетической ценности или теплотворной способности дает возможность выбрать соответствующие методы минимизации энергии:

1. горючие: - сжигание, - газификация, - пиролиз;

2. рециклируемые: - грануляция, мономеризация, - твердение, полимеризация, вторичное производство, ожижение;

3. биодеградируемые: - биоконверсия, - биоокисление, - биотрансформация;

4. компостируемые: - биокомпостирование, - биополимеризация, - биоэнергия

5. (биогаз).

В директивах Европейского Сообщества особое внимание уделяется опасным отходам. Для классификации опасных отходов приняты следующие критерии:

наличие опасных химических веществ;

характеристики отходов, которые могут прогнозироваться с точки зрения их происхождения.

Согласно новым Директивам идентифицируется 14 характеристик опасных отходов. В целом же опасные отходы разбиты на 40 категорий на основе их происхождения и активности, 51 вещество и классов вещества, которые входят в состав отходов и могут быть классифицированы как опасные, 14 типовых характеристик опасности, которые могут быть определены в связи с их риском для окружающей среды и для здоровья человека.

В предложениях к Директиве 91/689,СЕЕ указаны 14 категорий опасности:

НD- взрывоопасные;

Н 2-оксиданты;

НЗА- высокой степени возгораемости;

Н 4- раздражающие;

Н 5-вредные;

Н 6-токсичные;

Н 7- канцерогенные;

Н 8-коррозионно активные;

Н 9-инфекционные;

Н 10-тератогенные;

Н 11-мутагенные;

Н 12- вызывающие свободное выделение токсичных газов при контакте с водой;

Н 13- являющиеся опасными веществами как источники;

Н 14-экотоксичные.

В различных странах ЕС опасные отходы составляют от 2 до 20 % общего количества твердых отходов/18/.

2.2 Классификации техногенных отходов в России

В России, как и в промышленно развитых странах Европы, еще не сформировался четкий и единый взгляд на вопросы классификации техногенных отходов промышленности.

В одной из классификаций /19/ отходы производства подразделяются на виды по источникам их образования: при механической, физико-химической обработке сырья и при добыче и обогащении полезных ископаемых. Далее каждый вид отходов делится на используемые и неиспользуемые разновидности.

Неутилизируемые промышленные отходы классифицируются в соответствии их гигиеническими характеристиками (табл. 5)/20/.

Для токсичных промышленных отходов разработан 'Классификатор токсичных промышленных отходов и методических рекомендаций по определению класса токсичности промышленных отходов' /21/. Токсичные промышленные отходы здесь классифицированы по наименованию отхода и производства, где он образуется, по наиболее токсичным компонентам, внешнему виду и консистенции, применяемым и рекомендуемым методам утилизации, обезвреживания и захоронения.

Перечень наиболее токсичных промышленных отходов по отдельным отраслям приводится в табл. 6 /22/.

Таблица 5

Таблица 6

В настоящее время наряду с токсичностью особый интерес представляет радиоактивность отходов. Все твердые отходы промышленности по степени радиоактивности объединены в пять классов (табл. 7)/23/.

Таблица 7

Наиболее разработанными являются вопросы классификации отходов отдельных отраслей промышленности. В частности, отходы химической промышленности по фазовым состояниям делятся на группы; в каждой группе в зависимости от физико-химических свойств выделяются виды отходов.

В 1996 г. планировалось утвердить ряд нормативных документов по вопросам классификации отходов. Среди них:

- 'Методические рекомендации и порядок определения класса опасности отходов'. Этот нормативно-методический документ устанавливает порядок определения класса опасности отходов и предназначен для контроля и обеспечения экологической безопасности при обращении с отходами; совершенствования расчетов ущерба от загрязнения окружающей среды отходами; практического использования при принятии решений, связанных с контролем экологической безопасности в работе с отходами, при их использовании и переработке, определении ущерба для объектов окружающей среды;

- 'Положение о ведении Федерального классификационного каталога отходов производства и потребления'.

3. Управление техногенными отходами

Растущее количество отходов следует за тенденциями производства и потребления. Рост количества бытовых отходов на душу населения происходит с повышением уровня жизни. Большое количество выпускаемой продукции и расширение производственной деятельности неизбежно приводят к увеличению количества отходов. Однако количество - это только одна сторона проблемы отходов. Экологическое воздействие возрастающего количества существенно зависит от практики и методов управления этими отходами. Поэтому управление отходами, в том числе и промышленными, является важной составной частью общей стратегии оздоровления окружающей среды.

3.1 Управление техногенными отходами в странах ЕС

В течение последних 20-ти лет в странах Европы установлены различные системы контроля управления отходами; особое внимание уделяется стратегиям предотвращения образования отходов. С 1976 г. в странах ОЕСО принята иерархическая система предпочтительных выборов для управления отходами. Иерархия управления отходами состоит из следующих уровней:

- снижение образования количества отходов, например, за счет более эффективной технологии изготовления продукции, снижения потребления материалов в потребительских товарах или возрастания срока службы продукции;

- раздельное использование компонентов отходов у их источника, например, за счет более эффективного контроля стоков производственных процессов, разделения бумаги, стекла, пластмасс и металлов домовладельцами или концентрирования использованных автомобильных шин или масел в центрах сбора;

- вторичное использование отходов непосредственно, если это возможно, например, возвращение материалов в производственный процесс, как в сталеплавильном или цементном производствах, сжигание бытовых отходов с утилизацией энергии или обменом материалов, которые являются отходами одного процесса, но могут быть использованы в качестве полезных материалов в других процессах;

- преобразование или другие виды физической обработки для того, чтобы ре-циклировать полезные компоненты отходов, например, магнитная сепарация скрапа черных металлов из бытовых отходов и последующее использование их для изготовления продукции черной металлургии, утилизация цветных металлов из смешанных промышленных отходов с помощью термических процессов, вторичного рафинирования обработанных смазочных масел или перегонки и регенерации отработанных растворителей;

- деструкция отходов с помощью физико-химической обработки или сжигания, например, нейтрализация при смешивании щелочных и кислотных отходов или сжигание перекачиваемых жидких или твердых отходов.

Рост экономической активности, как следствие экономической интеграции Европы и реструктуризации экономики стран Центральной и Восточной Европы приведет к значительному росту общего образования отходов. Поэтому проблема отходов должна быть доминирующей для окружающей среды Европы на ближайшие десятилетия, если не будут достигнуты цели по снижению образования количества отходов и разработаны нормы по безопасному управлению ими во всех европейских странах.

3.2 Управление отходами в Российской Федерации. Федеральная целевая программа 'Отходы'

В России в отличие от стран Западной Европы проблема управления отходами до недавнего времени не входила в число приоритетных. В условиях достатка в материальных ресурсах отходы как вторичное сырье представляли не слишком большую ценность, а наличие обширной территории привело к тому, что захоронение становилось основным способом управления отходами. Это отличие наглядно представлено на рис. 2 схемой двух сценариев управления отходами в России и в Западной Европе.

Резкий поворот к улучшению управления отходами может наступить в России в результате использования федеральной целевой программы 'Отходы', утвержденной постановлением Правительством Российской Федерации от 13 сентября 1996 г.

Основными целями программы 'Отходы' являются создание нормативной и технологической базы для реализации единой государственной политики в сфере обращения с отходами на всех уровнях управления, обеспечение стабилизации, а в дальнейшем сокращения и ликвидации загрязнения окружающей среды отходами, экономия природных ресурсов за счет максимального вовлечения отходов в хозяйственный оборот.

К числу задач, подлежащих решению для достижения указанных целей относятся:

· организация и обеспечение научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок, направленных на создание перспективных ресурсосберегающих и малоотходных технологий, эффективных средств и методов переработки и обезвреживания отходов;

· составление системы управления обращением с отходами, построенной на основе организационно-управленческих, правовых, нормативных, экономических, информационных и контрольных регуляторов;

· реализация пилотных проектов по переработке и обезвреживанию отдельных видов отходов для последующего тиражирования как начальный этап крупномасштабного решения проблемы накопленных в стране отходов и технического перевооружения производства на основе ресурсосберегающих и малоотходных технологий;

Реализация Программы рассчитана на 1996-2000 гг. Сроки реализации мероприятий в зависимости от их масштабности и подготовленности устанавливаются от 1 до 5 лет.

В целях принятия неотложных мер по оздоровлению окружающей среды и повышению эффективности использования отходов в Программе определены первоочередные мероприятия на 1996-1998 гг., реализация которых позволит решить в 1996-1998 гг. значительную часть поставленных в Программе задач.

Эколого- и социально-экономическими результатами проведения совокупности программных мероприятий явятся:

снижение на 20-30 % негативного воздействия отходов на окружающую среду в районах осуществления пилотных проектов переработки и обезвреживания отходов;

сокращение отчуждения площадей земель, пригодных для сельскохозяйственного и иного использования, под полигоны, отвалы и хранилища (накопители) отходов после реализации пилотных проектов;

экономия сырья, материальных и топливно-энергетических ресурсов за счет вовлечения отходов в хозяйственный цикл;

накопление опыта для тиражирования проектов с целью вовлечения в процессы использования и обезвреживания образующихся и накопленных отходов;

создание рынка экологически безопасных технологий и оборудования по переработке и обезвреживанию отходов;

насыщение рынка пользующимися спросом товарами, изготовленными из (или с применением)отходов.

В результате реализации пилотных проектов будет перерабатываться более 55 млн. т в год отходов и производиться более 40 видов товарной продукции различного назначения. Всего будет изготовляться более 10 млн. т продукции в год, в том числе, тыс. т: металлов и их соединений - 124,1; строительных материалов (кирпич, цемент, строительные и облицовочные плиты и плитки, пористый заполнитель, клинкер и др.) -8,4; угля, включая кокс-330; нефелиновых окатышей - 200; абразивов - 10; вторичных нефтепродуктов - 10; гранулированных древесных отходов - 5,5; органических удобрений 560.

Прибыль от реализации продукции, полученной на основе переработки отходов, составит 693,6 млрд. рублей в год, предотвращенный экологический ущерб (по оценке)- 201,3 млрд. рублей в год.

Одним из таких документов является 'Федеральный классификационный каталог отходов производства и потребления', который представляет собой систематизированный перечень отходов производства и потребления по совокупности следующих признаков:

происхождение отходов;

агрегатное состояние;

технологический процесс, в результате которого получены отходы;

химический состав;

класс опасности.

Этот нормативно-методический документ предназначен для обеспечения экологически безопасного управления в области обращения с отходами и предотвращения их вредного воздействия на окружающую среду и человека.

В целях создания типовой региональной системы управления обращения с отходами производства и потребления, совершенствования, разработки и внедрения нормативно-методических документов в этой области в 1995-1996 гг. Минприроды России совместно с ГИПЭ в соответствии с приказом от 19.09.95 г. N 370 проведен эксперимент по обращению с отходами производства и потребления. В эксперименте участвовали республики Башкортостан, Коми, Северная Осетия, области Брянская, Владимирская, Вологодская, Ивановская, Калужская, Кировская, Московская, Ростовская, Смоленская, Томская, Челябинская, Ярославская и Астраханская. В ходе эксперимента разработана система нормативно-правовых документов по обращению с отходами по следующим вопросам:

- организация и проведение мониторинга отходов;

- совершенствование экономического механизма регулирования обращения с отходами;

- реализация мер административной ответственности за экологические нарушения при обращении с отходами;

- оценка опасности отходов;

- организация аналитического контроля отходов на объектах окружающей среды.

Намечены:

- создание типовой системы управления отходами на региональном уровне;

- подготовка предложений по созданию автоматизированных информационно-справочных баз данных, необходимых для принятия решения по улучшению экологической обстановки, связанной с обращением с отходами;

- разработка типовой организационной структуры по обращению с отходами на региональном уровне;

- отработка взаимодействия федерального и регионального уровней управления.

В настоящее время на территории Российской Федерации действует несколько подзаконных актов, которые частично регулируют вопросы трансграничного перемещения опасных отходов и их удаления.

Между странами СНГ подписано Соглашение о контроле за трансграничными перевозками опасных отходов и их удалением.

4. Основные направления утилизации техногенных отходов промышленности

Утилизация техногенных отходов является не только средством повышения эффективности производства и сбережения ресурсов, но и естественным и обязательным условием существования современного хозяйства. Утилизация отходов кроме того во многом решает экологические проблемы, снимая нагрузку с окружающей среды и повышая ее устойчивость. Как видно из табл. 9, утилизация отходов по сравнению с другими направлениями в управлении отходами имеет узкий спектр потенциального воздействия на окружающую среду.

В настоящее время неизвестно общее количество отходов, утилизируемых в Европе и тем более в России, где учет и классификация отходов не поставлены на должный уровень. Утилизация материалов из муниципальных отходов существенно возросла в период 1985 - 1990 гг.

Диапазон различных условий по рециклингу изменяется весьма значительно между странами. Среди главных потоков утилизируемых материалов находятся бумага и картон (20-60 %), алюминий (около 30 %) и стекло (8-63%).

Утилизация отходов, особенно техногенных отходов промышленности требует сложной организации экономической и технологической структуры.

Возможности утилизации газообразных техногенных отходов промышленности. Основными источниками газообразных отходов (выбросов) являются промышленные предприятия, транспорт и тепловые электростанции. Каждый из этих источников связан с выделением большого количества специфических токсичных веществ, хотя номенклатура многотоннажных загрязнений сравнительно мала.

Предприятиями химической промышленности выбрасываются пыль, содержащая неорганические и органические вещества и газы: СО₂, СО, NHз, SО₂, NO_x, НF, НС1, Н₂S и др. Воздушные выбросы нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности содержат углеводороды, сероводород и дурнопахнущие газы.

Заводы промышленности строительных материалов выбрасывают пыль, фториды, диоксиды серы и азота. Выхлопные газы автомобилей содержат примерно 200 веществ, в том числе канцерогенные углеводороды и тетраэтилсвинец. Тепловые электростанции выделяют в атмосферу газы, содержащие оксиды серы, азота и углерода, золу и металлы.

Переработка газообразных отходов фактически сводится к их очистке. Малотоннажность и большая энергоемкость очистки делают экономически невыгодной утилизацию даже наиболее ценных компонентов газообразных отходов, хотя и разработаны различные методы утилизации таких отходов и переработки их в товарную продукцию. Например, в современном сернокислотном производстве для снижения выбросов

диоксида серы используют адсорбционную, аммиачную, содовую, кислотно-каталитическую и др. технологии утилизации сернистых газов.

Однако наиболее перспективными в плане утилизации являются тепловая энергия, содержащаяся в высокотемпературных газообразных отходах, а также горючие примеси; для последних широко применяются термические методы утилизации.

4.1 Некоторые аспекты утилизации жидких техногенных отходов

Жидкие техногенные отходы промышленности представлены сточными водами, которые образуются при добыче и переработке органического и неорганического сырья и в технологических процессах со следующими источниками:

воды, образующиеся при протекании химических реакций (загрязнены исходными веществами и продуктами реакций);

воды, находящиеся в виде свободной и связанной влаги в сырье и исходных продуктах й выделяющиеся в процессах переработки;

промывные воды после промывки сырья, продуктов и оборудования;

маточные водные растворы;

водные экстракты и абсорбенты;

воды охлаждения;

другие сточные воды, воды вакуум-насосов, конденсаторов смещения, систем гидрозолоудаления, после мытья тары, оборудования и помещений.

Количество и состав сточных вод зависят от вида производства. Комитетом ВОЗ рекомендована следующая классификация химических загрязнителей воды:

биологически нестойкие органические соединения;

малотоксичные неорганические соли;

нефтепродукты;

биогенные соединения;,

вещества со специфическими токсическими свойствами, в том числе тяжелые металлы.

Основные направления переработки жидких техногенных отходов подразделяются на рекуперационные и деструктивные. Рекуперационные методы предусматривают извлечение из сточных вод и дальнейшую переработку всех ценных веществ. В деструктивных методах вещества, загрязняющие воды, подвергаются разрушению путем окисления или восстановления. Продукты разрушения удаляются из воды в виде газов или осадков.

В качестве примера в табл. 10 приведены основные методы утилизации жидких техногенных химических отходов /24/.

Таблица 10

В отличие от газообразных отходов утилизация жидких техногенных отходов сопряжена большими технологическими возможностями и продукты утилизации находят более широкое применение. Наиболее характерными в этом плане являются шламы содового производства, которые аккумулируются в специальных накопителях, получивших название 'белые моря'. Эти отходы пока используются очень незначительно. Вместе с тем созданы системы, позволяющие перерабатывать до 50 % подобных отходов для использования в производстве строительных материалов и в сельском хозяйстве.

4.2 Основные направления утилизации твердых техногенных отходов

Накопление значительных масс твердых отходов во многих отраслях промышленности обусловлено существующим уровнем технологии переработки соответствующего сырья и недостаточностью его комплексного использования. По имеющимся оценкам, в отвалах и шламохранилищах накоплены десятки миллиардов тонн различных горных пород, более 1,2 млрд. т золошлаковых отходов ТЭС, 580 млн. т металлургических шлаков, 350 млн. т. галита 200 млн. т фосфогипса и значительные количества других материалов.

Наряду с этим уровень оперативной утилизации отходов является низким: в хозяйственный оборот вовлекается только пятая часть шламов цветной металлургии, 10-12 % золошлаковых отходов и фосфогипса, менее 4 % отходов углеобогащения, что ведет к нарастанию массы складируемых отходов.

Значительная часть твердых отходов промышленных предприятий может быть эффективно использована в экономике. Так, строительная индустрия и промышленность строительных материалов ежегодно добывают и потребляют около 3,5 млрд. т нерудного сырья, большая часть которого может быть заменена промышленными отходами. Задача их утилизации тем более актуальна, что организация производства продукции на их основе требует в 2-3 раза меньше затрат, чем для соответствующих производств на основе специально добываемого природного сырья.

Источники твердых отходов в материальном производстве иллюстрируются на рис. 4. Многообразие видов твердых отходов, значительное различие состава даже одноименных отходов в значительной степени усложняют задачи их утилизации, вызывая в ряде конкретных случаев необходимость изыскания нестандартных путей их решения.

Многообразие твердых отходов и основные направления их использования охватывают многие отрасли промышленности: 1- цементная; 2- кирпичная; 3- керамическая; 4- строительство; 5- керамзитовая; 6- дорожное строительство; 7- нерудная; 8-сельское хозяйство; 9- известковая; 10- кровельная; 11- металлургическая; 12- изготовление блоков; 13- стекольная; 14- химическая и нефтехимическая; 15- пищевая; 16 - производство естественного камня.

В настоящее время для большинства основных видов крупнотоннажных твердых отходов промышленности разработаны и частично реализуются экономически целесообразные технологии их утилизации.

5. Производство строительных материалов и изделий на основе применения новых принципов утилизации техногенных отходов

Для утилизации техногенных крупнотоннажных отходов таких отраслей неорганического производства как сернокислотное производство, производство фосфорных и калийных удобрений, кальцинированной соды и отраслей по производству органических продуктов и изделий как нефтепереработка и нефтехимия, а также для утилизации отходов горнодобывающей промышленности, черной и цветной металлургии разработаны достаточно эффективные с технологической и экологической точек зрения методы. Среди них важное место занимают технологии получения строительных материалов и изделий, в особенности цемента, бетона, керамзита и т.п.

Процессы переработки фосфоангидрита или природного гипса с получением цемента, способ получения высокопрочного гипсового вяжущего (полуводный гипс а-модификации), технологии получения шлакопортландцемента на основе фосфорных шлаков, различные варианты производства вяжущих материалов на основе шламов содовых производств, аглопорита на основе отходов углеобогащения, керамзита на основе вскрышных и попутных пород и многие другие методы превращения техногенных отходов в строительные материалы и изделия во многих странах, в том числе и в России, освоены в промышленном масштабе л внедрены на многих предприятиях.

Тем не менее, активный процесс совершенствования уже существующих технологий утилизации техногенных отходов и поиск принципиально новых подходов никогда не прекращается. Некоторые результаты этого поиска освещены далее.

5.1 Новые принципы утилизации техногенных отходов промышленности для получения вяжущих веществ

В числе отечественных разработок в данной области могут быть отмечены следующие. На предприятии АО 'Среднеуральский медеплавильный завод' (АО 'СУМЗ') разработана и применяется технология измельчения меди методом флотации медного концентрата из отвального медеплавильного шлака, отходом которого является железосодержащий продукт следующего химического состава, % по массе: 41-54 FеО, 34-38 SO₂, 4/5-5 АlОз, 3-4 СаО, 0,2-1,2 Сa, 0,5-1,2 3 /28/.

По химическому составу этот материал может быть использован в качестве железистого компонента сырьевой смеси для получения портландцементного клинкера. На Сухоложском цементном заводе ТОО 'Алит' и кафедре технологии цемента УГ-ТУ-УПИ выполнены исследования по испытанию данного материала в сырьевой смеси конкретного цементного производства взамен применявшихся ранее колчеданных огарков и колошниковой пыли.

Промышленные испытания новой сырьевой смеси проводили в течение 16 сут непрерывной работы всех цехов завода. Переработано более 1 000 т данного железистого продукта. В течение 3 сут проводились полные сравнительные испытания вращающейся печи при обжиге обычного шлама с колошниковой пылью и опытного шлама, содержащего медный шлак.

В результате установлено, что технология обжига существенно не изменилась, химические и минералогические составы клинкера изменились следующим образом: при одинаковом КН=0,89 глиноземный модуль был равен 1,2 и 1,15 соответственно на обычном и опытном шламе, а кремнеземный - 2,25 и 2,45.

Производительность печи увеличилась на 2,3 %, а расход топлива уменьшился на 4,1 %. Пылеунос из печи и безвозвратный унос пыли после электрофильтров не изменились. Микроструктура обоих клинкеров однотипна и хорошо раскристаллизована. Опытный клинкер лучше спечен - его пористость составляет 25-35 %, а рядового клинкера -35-40 %. Размер пор достигает 0,4-мм, они более мелки у опытного клинкера. Последний характеризуется более равномерным распределением зерен алита и белита и несколько их более крупными размерами, с меньшей разбросанностью по размерам.

Такая микроструктура клинкера присуща более активным цементам. Результаты определения прочности, МПа, опытных и рядовых цементов приведены в табл. 13.

Таблица 13

Данные табл. 13 свидетельствуют о том, что активность цементов из опытного клинкера полностью соответствует требованием стандартов, а по сравнению с цементами на основе обычного клинкера обладают близкими показателями.

Таким образом, железокремнеземистый продукт от переработки шлаков медеплавильного цеха АО 'СУМЗ' является эффективной железистой добавкой в цементную сырьевую смесь и может заменить традиционные колчеданные огарки и другие корректирующие добавки, ставшие в последние годы дефицитными. Его применение вписывается в существующие технологии производства цемента и позволяет заметно снизить расход топлива на обжиг клинкера и увеличить производительность вращающейся печи.

Как отмечено выше, значительный интерес представляет изучение и оценка возможности использования для производства вяжущих шламовых отходов предприятий химической промышленности (белые моря) и золошлаковых отходов ТЭЦ.

Анализ химического состава более 50 проб, отобранных из шламонакопителей АО 'Капролактам' (г. Дзержинск, Нижегородская обл.) и АО 'Сода' (г. Березники), показал, что исследуемые образцы по содержанию основных оксидов (СаО, Fе₂О₃, Аl₂О₃, SО₃) достаточно однородны и отвечают требованиям, предъявляемым к сырьевым материалам для получения цемента /29, 30/.

В качестве глинистой составляющей при подборе сырьевых смесей приняты золошлаковые смеси Игумновской ТЭЦ, ВолгоГРЭС, ТЭЦ-2 (г. Березники). На основании указанных отходов рассчитаны и приготовлены различные варианты сырьевых смесей, % по массе, которые представлены в табл. 14.

Обращает на себя внимание необходимость использования отсева известняка для понижения содержания оксида магния в клинкере. В случае использования в сырьевой смеси отсева известняка АО 'Химпром' в количестве до 42 % содержание оксида магния в клинкере составляет не более 4,8 %.

Таблица 14

Результаты физико-химических испытаний по ГОСТ 310.1.76-310.3.76 и ГОСТ 310.4-81 показали, что цементы NN 1,2,5, полученные с использованием сырьевых материалов АО 'Химпром', не выдержали автоклавного испытания, предусмотренного ГОСТ 10178-85 для цементов, содержащих более 5 % оксида магния; эти цементы соответственно содержали 9,58; 6,42; 6,30 % оксида магния.

Проведенные петрографические исследования клинкеров показали, что они не отличаются от клинкеров на традиционном сырье.

Таким образом, проведенные лабораторные и полупромышленные исследования свидетельствуют о принципиальной возможности использования отходов химической промышленности и теплоэнергетического комплекса в качестве сырья для производства цемента.

На основе проведенных исследований и опытно-промышленных работ разработан рабочий проект опытно-промышленной установки производительностью 60 тыс. т год для получения минерального вяжущего с использованием отходов химической и теплоэнергетической промышленности. Опытно-промышленная установка размещается на территории АО 'Химпром' (Волгоград).

На основе отходов химических производств (фосфо-, боро-, серогипса и др.) разработана технология получения высокопрочного гипсового вяжущего /31/, которая заключается в совместной тепловой обработке суспензии гипсосодержащего сырья и гидравлических компонентов - портландцемента, шлаков и пуццолоновых цементов. Она позволяет получать вяжущее марок по прочности 200-400 со сроками твердения от 5 до 45 мин и коэффициентом размягчения более 0,6. Высокопрочное ангидритовое вяжущее марок 250-350 со сроками твердения 30 - 90 мин получают путем совместного помола до определенной дисперсности природного ангидрита и модифицирующих добавок.

На основе этих вяжущих разработаны составы и технологии конструкционно-теплоизоляционных бетонов на легких пористых заполнителях для ограждающих стеновых конструкций.

В производстве вяжущих могут использоваться и другие промышленные отходы, например, сталеплавильные шлаки. Только в Северо-Западном регионе России ежегодно образуется свыше 3 млн. т таких шлаков.

Сталеплавильные шлаки из-за высокого содержания в них железа (до 30 %) не подвергаются грануляции и в производстве вяжущих в настоящее время не применяются. Затрудняет использование этих шлаков и нестабильность их химического состава: от ультракислых до ультраосновных.

Шлак является основным - модуль основности 1,46. Подготовка его заключалась в сушке до остаточной влажности не более 1% и помоле до удельной поверхности 3500 и 500 см² /г. Для выявления наибольшего эффекта твердения подготовленного шлака его затворяли щелочными компонентами на основе технической соды, жидкого стекла, метасиликата и дисиликата натрия, едкого натра и едкого кали. Для повышения активности сталеплавильного шлака его частично смешивали с молотым доменным шлаком Череповецкого металлургического комбината.

Некоторые результаты испытаний щелочных вяжущих на сталеплавильных (С) и доменных (Д) шлаках представлены в табл. 15.

Полученные результаты исследований дают принципиальный ответ о возможности использования негранулированных сталеплавильных шлаков для получения шла-кощелочных вяжущих активностью от 15 до 25 МПа.

Указанные шлакощелочные вяжущие можно применять в бетоне и растворах, а также для изготовления стеновых материалов в малоэтажном строительстве, потребность в которых в настоящее время постоянно возрастает.

В производстве вяжущих веществ могут найти применение также и отработанные растворы химического фрезерования алюминия /33/. При химическом фрезеровании алюминия образуются щелочные растворы, содержащие, г/л: КаОН - 120-170, на прочность при изгибе и сжатии проводили по стандартным методикам.

Введение алюмината натрия в цементный раствор повышает его физико-механические показатели по сравнению с контрольным раствором (при всех изученных количествах. Оптимальным следует считать количество 1,03 % АlО₃ от массы сухого вещества.

5.2 Новые технологии получения бетона с использованием техногенных отходов

Отечественными специалистами разработаны различные бетоны, приготовляемые с использованием техногенных отходов.

Тепловые электростанции, работающие на каменном угле и оснащенные системами очистки отходящих газов, производят большие количества отходов: золу, образующуюся при сжигании угля и выделяемую из газового потока в электрофильтрах, а также шлам, получаемый в скрубберах при очистке газа от сернистого ангидрида суспензией известняка.

Зола-унос в настоящее время используется в качестве заполнителя для бетонов на портландцементе. Шламы десульфуризации могут служить сырьем для производства гипсовых вяжущих. Одним из рациональных способов утилизации отходов, образующихся на угольных ТЭС, могло бы стать производство строительных изделий из обоих видов шлама для получения вяжущего и золы как заполнителя.

Гипсовое вяжущее Р-модификции получено из шлама сероочистки отходящих газов Губкинской ТЭС /34/. В качестве наполнителя использована зола-унос Луганской ТЭС. Состав и свойства бетонной смеси и затвердевшего бетона приведены в табл. 17.

Для наглядности прочность образцов как функция соотношений зола/вяжущее (3/В) и вода/вяжущее (В/В) представлены на рис.6, откуда видно, эта функция имеет сложный экстремальный характер.

Таблица 17

Прочность гипсобетона может быть увеличена введением золы в систему В/В. Как следует из рис.6, при введении золы до соотношения 3/В=0,9-1,1 прочность увеличивается. Частицы золы заполняют пустоты в относительно рыхлой структуре гипсового камня, что приводит к более плотной и прочной конечной структуре бетона. Подвижность смеси при этом снижается. При дальнейшем увеличении количества золы прочность зологипсобетона падает в связи с недостатком вяжущего.

Таким образом, оптимальное количество золы, которое можно использовать без существенной потери подвижности зологипсобетонной смеси составляет 100 % по отношению к вяжущему. При условии сохранения достаточной подвижности смеси (В/В=0,6-0,8) прочность получаемого изделия в воздушно-сухом состоянии составляет 8-10 МПа.

Экологически чистая технология получения легкого бетона с использованием преимущественно золошлаковых отходов разработана специалистами 26 ЦНИИ МО РФ /35/ и предусматривает ударное уплотнение уложенных в опалубку сырцовых гранул с последующим твердением в нормальных условиях при тепловой обработке. Легкий бетон крупнопористой структуры (ЛБКС) характеризуется плотностью 800-1200 кг/м³, прочностью на сжатие 2,5-10 МПа, маркой по морозостойкости не менее Р 15. ЛБКС может быть использован при изготовлении мелкоштучных камней и крупных блоков для наружных и внутренних стен в малоэтажном и коттеджном строительстве.

В качестве заполнителя при изготовлении ЛБКС могут применяться:

смесь золошлаков (ЗШС) по ГОСТ 25592, класса 'Б', вид 'И' (Смесь золошла-ковая для легкого неармированного бетона);

материалы из отсевов дробления изверженных или осадочных горных пород по ГОСТ 26193 и ГОСТ 26873;

мелкий песок по ГОСТ 8736.

В качестве вяжущих материалов можно применять портландцемент, вяжущее низкой водопотребности.

Получение ЛБКС осуществляется с использованием типового оборудования завода сборного железобетона, гранулятора тарельчатого типа и шокстола для ударного уплотнения уложенных в форму сырцовых гранул. Технология изготовления ЛБКС состоит из следующих операций:

приготовление сырьевой смеси;

изготовление сырцовых гранул;

получение ЛБКС;

- тепловая обработка ЛБКС или отверждение в нормальных условиях.

Сырьевая смесь приготавливается путем совместного перемешивания исходных компонентов в бетоносмесителе принудительного действия. Смесь подается на гранулятор тарельчатого типа для его грануляции (закатки) в сырцовые гранулы. Полученные гранулы снимаются с чаши гранулятора съемным лотком и укладываются в форму, которая затем подается на шок-стол для ударного уплотнения. Полученный ЛБКС твердеет в нормальных условиях либо его подвергают тепловлажностной обработке. Такая технология позволит получать конструкционный и конструкционно-теплоизоляционный материал для ограждающих конструкций непосредственно из исходного сырья без предварительного изготовления пористых заполнителей; расширить сырьевую базу исходных материалов для получения легких бетонов за счет вовлечения в производство отходов промышленности и местных материалов; снизить себестоимость конструкций на 16-50%.

В Белгородском технологическом институте строительных материалов разработана новая вибровакуумная технология поризованных легких бетонов /36/, позволяющая изготавливать эффективные и долговечные стеновые изделия из неавтоклавного пористого материала на основе цемента (расход до 300 кг на 1 м³), немолотого природного песка, золы-унос ТЭЦ и ГРЭС, мелких отсевов камнедробления, керамзитовой, цементной пыли и других отходов разных производств.

Вибровакуумная технология позволяет вспучивать очень вязкие композиции, в том числе без введения в них традиционных порообразователей, и получать неавтоклавный бетон с высокими физико-механическими показателями. А результаты испытания образцов из поризованного легкого бетона на основе золы Губкинской ТЭЦ приведены в табл.18.

Таблица 18

Результаты испытания образцов из поризованного легкого бетона на основе керамзитовой пыли представлены в табл.19.

Таблица 19

Результаты опытов показывают, что с использованием предлагаемой технологии можно изготавливать неавтоклавный эффективный стеновой материал, который можно с успехом использовать для сельскохозяйственного и гражданского строительства. Технология его сравнительно проста и может быть освоена на любом заводе железобетонных изделий с минимальными капитальными затратами.

Определенный интерес для получения мелкозернистых и ячеистых бетонов представляют отходы дробления скальных пород. Но основным препятствием для их использования являются повышенные запыленность, пустотность и водопотребность.

По традиционной технологии трудно получить конкурентоспособные изделия из мелкозернистого бетона на основе отсева. Поэтому представилось целесообразным определить эффективность получения мелкозернистых бетонов на отсеве дробления сланцев с использованием вакуума /37/. На кафедре производства строительных изделий и конструкций БТИСМ была сконструктруирована и изготовлена установка, представляющая собой вакуум-камеру, устанавливаемую на виброплощадке. В камеру помещены формы с перфорированными стенками с фильтрующей тканью для удаления воздуха и излишков воды.

Применение предложенного способа позволило получить бетоны классов В 20-40 без применения химических добавок при расходе цемента 330-550 кг на 1 м³ бетона. Такие бетоны по основным показателям не уступают обычным бетонам на крупном заполнителе и превосходят песчаные вибрированные бетоны по прочностным показателям на 20-53 % и имеют меньшую на 4,4-22,5 % пористость цементного камня.

Одновременно с использованием крупных фракций отсева встает проблема утилизации мелких его фракций размером 0,315 мм и менее, которые составляют до 40 % отсева. Определена эффективная область использования этих фракций в качестве заполнителя неавтоклавного ячеистого бетона.

Спланирован и реализован эксперимент с целью получения математических моделей процесса изготовления газобетона с заданными свойствами. Исследовано влияние на основные свойства газобетона крупности различных фракций отсева, водотвердого отношения(В/Т), соотношения кремнеземистого компонента и вяжущего, величины вакуума и времени вибродействия.

На рис. 7 показаны зависимости основных параметров ячеистого бетона от двух рецептурно-технологических факторов - времени вибрирования в вакууме и величины разряжения в вакуум-камере. Сравнительный анализ диаграмм показывает, что при В/Т= 0,33, крупности отсева 0,14-0,315 мм, песчано-цементном отношении 0.61 можно получить ячеистые бетоны средней плотности 750-800 кг/м ³ с прочностью 3,5-4,5 МПа.

Таким образом, применение немолотого заполнителя из отсева позволяет резко снизить расход воды затворения и уменьшить влажность изделий, а следовательно, усадку и ползучесть бетона. При этом значительно упрощается технология. Кроме того, появляется возможность утилизировать большое количество мелких фракций отсева дробления метаморфических пород, которые не пригодны для производства тяжелого бетона.

Утилизация отсева дробления сланцев высокоэффективна и позволяет снизить себестоимость готовой продукции на 12-28 % в зависимости от класса бетона.

Одним из перспективных направлений утилизации техногенных отходов является получение жаростойких легких бетонов на основе шамота и алюмохромофосфатной связки с применением добавок из отходов карбида кремния.

Установлено, что заполнитель из карбидо-кремниевых отходов фракций 0-5 мм позволил получить поризованный бетон с улучшенными физическими характеристиками /38/. Отходы карбида кремния являются одними из наиболее термостойких материалов. Поэтому термостойкость шамотного газобетона с тонкомолотыми отходами шлама карбида кремния превышает примерно в два раза термостойкость газобетона без шламовых отходов.

Физико-механические и жаростойкие свойства разработанных составов газобетонов представлены в табл. 20.

Таблица 20.

Разработана технологическая схема изготовления изделий из жаростойкого газобетона и на ее базе создано опытное производство панелей и блоков для теплоизоляции стен печей безпламенного горения.

По эффективности и себестоимости строительства, потребительскому спросу и комфортности жилища применение гипса не уступает традиционным материалам. Однако применению изделий на основе гипса препятствует их низкая водостойкость, следствием которой является снижение прочности более чем вдвое, и развитие необратимых деформаций ползучести.

Одним из способов улучшения этих показателей является введение в гипс гидрофобных добавок или веществ, снижающих растворимость и водопотребность гипса. К числу таких добавок можно отнести известь и ее смеси с торфяным дегтем, гидравлическими добавками и т.д., а также сульфатно-дрожжевую бражку с осадком сточных вод гальванических производств в определенном состоянии.

В качестве готовой комплексной добавки полифункционального действия предлагается весьма распространенный промышленный отход, который образуется при осаждении сточных вод на предприятиях, связанных с обработкой черных металлов /39/.

После обезвоживания и уплотнения этот осадок представляет собой пасту с водосодержанием 60-75 %, в которой соотношение органических и минеральных веществ составляет 1:3 по массе.

Шлам, отобранный с очистных сооружений шарикоподшипникового завода Самары, вводили в количестве 0,2 - 1 % в гипс марки Г-6БП. Качество гипсового вяжущего с добавкой оценивали по следующим показателями:

нормальная густота гипсового теста, определяемая стандартным методом по диаметру расплыва лепешки, см, на вискозиметре Суттарда;

сроки схватывания, мин, определяемые на приборе Вика;

прочность стандартных образцов-балок размерами 4 х 4 х 16 см, твердевших в воздушно-сухих условиях в течение 2 ч, МПа;

водостойкость образцов через 1 сут выдерживания в воде по коэффициенту размягчения;

- водопоглощение образцов, высушенных до постоянной массы, выдержанных в воде в течение 1 сут %.

Данные табл. 21 свидетельствуют о явном преимуществе предлагаемой добавки. Органические соединения шлама являются гидрофобизаторами, которые создают водоотталкивающую оболочку на поверхности частиц гипса и одновременно пластифицируют гипсовое тесто, вследствие чего замедляют процессы его гидратации, при этом повышается прочность при одновременном уменьшении водопотребности. Твердые частицы уплотняют поверхностные поры и также способствуют повышению прочности и водостойкости.

Таблица 21

Весьма перспективно использование органоминерального шлама при изготовлении древесно-гипсовых композитов. Практически неограниченная сырьевая база, а также потребность в легких гипсобетонах для малоэтажного и сельского строительства позволяет рассматривать это направление как одно из перспективных. Результаты испытаний гипсоопилкобетона приведены в табл. 22.

Таблица 22

Меняя соотношение гипса и опилок можно получить практически любой гипсобетон: от конструкционно-теплоизоляционного до теплоизоляционного плотностью 1100-650 кг/м³.

При сжигании углей в котлоагрегетах ТЭС образуются зольные частицы различных форм и размеров. Практически в настоящее они разделяются на фракции - зола унос и золошлаки. Данные продукты эффективно используются, в частности, при производстве клинкера и цемента. Для расширения области применения золошлаковых отходов необходимы их дальнейшие исследования. С этих позиций особый интерес представляет относительно малоизученный компонент золошлаковых отходов (ЗШО) - фракция, состоящая из мельчайших алюмосиликатных полых микросфер (АСПМ).

Фракция АСПМ находит применение во многих отраслях промышленности. Одними из перспективных являются вяжущие композиции с АСПМ для футеровочных работ, так как помимо микросфер здесь могут быть использованы местные пористые материалы и отходы других производств. Вяжущие композиции согласно СН 156-79 'Инструкция по технологии приготовления жаростойких бетонов' должны включать заполнители различной крупности и вяжущие.

В качестве заполнителей были использованы АСПМ и бой шамотного кирпича фракций 3-7 мм, 1-3 мм и менее 80 мкм, в качестве вяжущих - глиноземистый цемент и портландцемент.

По истечении суток хранения во влажных условиях образцы извлекали из форм, и их дальнейшее твердение происходило по нескольким режимам, по возможности моделирующим реальные условия футеровочных работ:

воздушно-влажное хранение 1 и 3 сут при ПО °С;

то же, 3 и 3 сут;

то же, 7 и 3 сут;

воздушное хранение.

Испытания показали, что образцы, твердевшие по режимам 2 и 3, набрали 40-70 % от 28 суточной прочности, что укладывалось в требования СН 156-79. Более низкие результаты получены с образцами 4 режима.

При твердении по всем четырем режимам отмечено снижение прочностных показателей образцов, содержавших более 15 % АСПМ. Оптимальные результаты получены при содержании АСПМ от 5 до 15 %.

Испытание образцов на изменение размеров при обжиге показало, что их усадка зависит от содержания АСПМ. Образцы с нормативными значениями усадки не более 1-1,5 % содержали АСПМ в количестве 5-15 %.

Установлено, что огнеупорность образцов на глиноземистом цементе выше 1500 °С, на портландцементе - выше 1300 °С /40/.

* Практика отечественного и зарубежного строительства показала, что эффективными материалами для возведения зданий являются легкие бетоны на пористых заполнителях.

В филиале СоюздорНИИ, Смоленск, при участии Московского института коммунального хозяйства и строительства проведены исследования по использованию в легких бетонах белитового шлама Бокситогорского глиноземного комбината - многотоннажного отхода производства глинозема из бокситовых руд. Содержание белита в шламе составляет 45-50 %.

Высокое содержание в шламе оксида кальция, кремнезема и глинозема позволяет отнести его к готовой цементно-минеральной смеси, способной к самостоятельному твердению в нормальных условиях в течение продолжительного времени с образованием прочного и водостойкого монолита.

Для изучения физико-механических свойств шламобетона в лабораторных условиях были изготовлены образцы, результаты испытаний которых приведены в табл.23.

Таблица 23

Как видно из табл.23, средняя плотность шламобетона изменяется в пределах от 1050 до 1425 кг/м³, что в соответствии с действующей классификацией легкого бетона по ГОСТ 25820-83 позволяет отнести его к теплоизоляционно-конструкционному /41/.

Для защиты несущих конструкций в агрессивных производственных цехах (например, в хлорно-кобальтовом цехе Норильского горно-металлургического комбината) наиболее эффективным является нанесение на их поверхность мелкозернистого кислотостойкого торкретбетона методом /42/.

Разработка составов этих бетонов проводилась согласно СНиП 2.03.-11.-85 'Защита строительных конструкций от коррозии'. В качестве вяжущего использовали сульфатостойкий цемент, заполнителями служили базальтовые отсевы (отходы минера-ловатного производства), высевки при производстве щебня, шлаковые пески Надеж-динского металлургического комбината. Для уплотнения структуры бетона с целью повышения его коррозионной стойкости и водонепроницаемости вводили добавки железистые кеки Fе(ОН)₂SС₂, представляющие собой тонкодисперсный порошок с зернами размером менее 74 мкм, получаемый при очистке никелевого электролита.

Из рис. 8, на котором приведена зависимость прочности мелкозернистого бетона на различных заполнителях от содержания уплотняющей добавки, следует, что лучшие результаты дают мелкозернистые бетоны на шлаковых песках с добавкой до 10 % железистых кеков.

Рис. 8. Зависимость прочности на сжатие мелкозернистого бетона от содержания уплотняющей добавки: 1- на шлаковых песках; 2- на базальтовых отсевах; 3- на высевках щебня; 4- на хвостах БОФ

Развитие малоэтажного и индивидуального строительства требует разработки и организации производства эффективных стеновых материалов. Одним из перспективных направлений изготовления таких видов материалов является их производство из неавтоклавного ячеистого бетона по литьевой технологии на основе промышленных отходов (доменные гранулированные шлаки, золы ТЭС).

Разработана рациональная рецептура неавтоклавного ячеистого бетона Д 800 для производства стеновых блоков /43/. Для приготовления бетона были использованы доменный гранулированный шлак Череповецкого металлургического комбината с модулем основности 0.96; зола ТЭС - 22, песок рядовой и молотый.

Подбор состава неавтоклавного ячеистого бетона производился в соответствии с требованиями СН 277-80 'Инструкция по изготовлению ячеистого бетона'. Ячеистобетонную смесь приготавливали в лабораторном смесителе-активаторе емкостью 25 л. Продолжительность приготовления была принята 2 мин.

Проведенные исследования показали принципиальную возможность получения нового эффективного стенового материала - неавтоклавного ячеистого шлакощелочно-го бетона средней плотностью Д 800 на основе промышленных отходов. При этом снижение их себестоимости относительно портландцементных бетонов составит 7-10 %.

Целый ряд конкретных примеров эффективности комплексного подхода к использованию отходов энергетики и металлургии в производстве бетонов представлен разработками НИИЖБ Госстроя России /44/.

Как правило в большинстве случаев 'кислые золы' независимо от их свойств, используются в бетонах усредненно в количестве не более 100-200 кг/м³, что позволяет обеспечить экономию цемента в среднем 10-20 % и мелкого заполнителя - до 30 %. Вместе с тем, при комплексном подходе к использованию золы в бетонах, который учитывает полифункциональное влияние ее в составе бетонной смеси, уровень использования и эффективность применения могут быть значительно выше.

НИИЖБ разработаны золоемкие, малощебеночные бетоны, в которых содержание золы составляло от 200 до 600 кг/м³ в зависимости от расхода цемента, марки бетона и области его применения.

Максимальное золонасыщение бетонов и экономия цемента, а также природных материалов определяются пуццоланической активностью золы, ее зерновым составом, водопотребностью, а также видом и маркой бетона.

Для реализации комплексного подхода к использованию золошлаковых отходов ТЭС в НИИЖБ разработана комплексная методика проектирования составов золосо-держащих бетонов с учетом качества применяемой золы, вида и марки бетона. Разработанная методика позволяет рассчитывать составы бетонов с применением вычислительной техники или номограмм и подбирать равнопрочные бетоны из равноподвиж-ных бетонных смесей с различной степенью утилизации золы - 20-70 % массы смешанного вяжущего и обеспечивать при этом экономию цемента, крупного заполнителя и песка.

С применением методики выполнена работа по оценке эффективности применения отвальной золы ТЭЦ-22 с содержанием 'недожога' до 20 % для приготовления товарных бетонов.

Исследовано влияние степени насыщения товарных бетонов золой ТЭЦ-22. Установлено, что в случае получения равнопрочных бетонов из равноподвижных бетонных смесей может быть обеспечено довольно высокая степень утилизации золы - выше 300 кг/м ³ и получена значительная экономия песка и щебня.

Разработаны ресурсосберегающие составы товарных бетонов классов 7.5 - 20 разной подвижности на портландцементах Воскресенского, Подольского заводов и на шлакопортландцементах, обеспечивающие экономию: цемента 10-30 %, щебня - 10-20 % и песка - до 80 % в зависимости от вида золы и подвижности бетонной смеси.

С применением отвальной золы ТЭЦ-22 получены также золоемкие песчаные бетоны класса В 30 для тротуарной плитки с обеспеченными требованиями по морозостойкости, в которых при содержании золы выше 400 кг/м ³ достигнута экономия портландцемента 100кг/м ³.

С применением золы Рязанской ГРЭС получены золоемкие бетоны и установлено:

- сухая зола Рязанской ГРЭС (2800 см²/г, п.п.п. - 0.3 %) обладает высокой пуццоланической активностью, введение ее в бетоны классов В 10 - В 30 в количестве более 300 кг/м³ не приводит к понижению прочности бетона как после пропаривания, так и в возрасте 28 сут, что открывает возможности экономии не только цемента, но и (при необходимости) гранитного щебня;

в сочетании со шлакопортландцементом Михайловского завода применение золы в количестве 40 % от массы смешанного вяжущего позволяет обеспечить экономию цемента 150 кг/м³ в бетоне М 200 при осадке конуса 1 -4 см и 100 кг/м³ в бетоне М 300 при осадке конуса 6-9 см;

использование сухой золы Рязанской ГРЭС в высокопрочном бетоне М 400 на портландцементе Старооскольского завода позволяет обеспечить экономию цемента 90 кг/м³ в сочетании с суперпластификатором С-3 в количестве 0,3 % массы цемента.

Изучены строительно-технические свойства равнопрочных золосодержащих бетонов с маркой по прочности В 22,5. Установлено:

увеличение содержания золы в бетоне в сочетании с суперпластификатором С-3 способствует повышению однородности структуры бетона и его морозостойкости по сравнению с бетоном контрольного состава. Бетоны с содержанием золы 20-40 % массы смешанного вяжущего имеют морозостойкость 150 при экономии цемента 20%;

введение золы в количестве 20-60 % массы смешанного вяжущего приводит к повышению прочности бетона на изгиб в среднем в 1,3-1,5 раза как после пропаривания, так и в возрасте 28 сут. и не влияет отрицательно на кинетику длительного нарастания прочности;

введение золы в бетон М 300 в количестве, не превышающем расход портландцемента, не приводит к увеличению предельных деформаций усадки по сравнению с бетоном контрольного состава;

использование золы Рязанской ГРЭС в повышенных количествах открывает возможности экономии гранитного щебня;

технология изготовления бетона с повышенными расходами золы не предусматривает отличий от существующих режимов приготовления бетонной смеси и формирования изделий.

В последние годы создан новый класс многокомпонентных высокоэффективных ТМЦ, при производстве которых применяются золы ТЭЦ, шлаки различных производств, другие техногенные отходы. Разработаны ТУ 57-3820-93 'Цемент многокомпонентный тонкомолотый'.

Помол ТМЦ с этими добавками производится до удельной поверхности 4000-5000см²/г.

ТМЦ изготавливаются с содержанием минеральных добавок от 20 до 80% и имеют марки от 30 до 50 МПа. Их можно выпускать как на цементных заводах, так и на предприятиях стройиндустрии при создании специального помольного цеха. Причем экономически для предприятий стройиндустрии последний вариант более выгоден, так как позволяет из 1 т портландцемента получать 1,5-2,5 т свежемолотого смешанного вяжущего и существенно увеличить объем производства бетона и железобетона.

НИИЖБ разработана принципиально новая, малозатратная технология получения малоцементного и бесцементного вяжущего, основанная на сочетании крупнотоннажных отходов химической и энергетической промышленности.

Разработанное вяжущее с содержанием портландцемента до 30% является гидравлическим, водостойким, имеет нормальные сроки схватывания и характеризуется маркой по прочности 15-45 МПа, а по ГОСТ 310.3 - марками 100-300. Мелкозернистые бетоны на основе разработанного вяжущего и золошлаковых смесей соответствует классам В7.5 - В 20 при расходе портландцемента 50-100 кг/м³.

Применительно к легким бетонам комплексное использование отходов энергетики, металлургии и продуктов их целенаправленной переработки способствует не только существенному снижению их энергоемкости и себестоимости изготовления, но и значительному снижению их теплопроводности. Последнее особенно важно в связи с необходимостью повышения требуемого термического сопротивления стен, что вызвано актуальнейшей проблемой снижения энергозатрат для отопления зданий.

Применение в качестве мелкого заполнителя в легких бетонах зол и золошлаковых смесей ТЭС ведет не только к снижению их энергоемкости, но и способствует решению одной из главных проблем технологии основного вида этих бетонов - керамзитобетона, а именно - дефицита обжиговых пористых песков, необходимых для получения бетона с требуемой низкой плотностью и теплопроводностью, а стеновых изделий с достаточно высоким термическим сопротивлением.

Установлена особенно высокая эффективность комплексного использования в легких бетонах отходов металлургической промышленности и продуктов их переработки.

Так, на опыте предприятий стройиндустрии таких крупных металлургических центров, как Липецк, Череповец, Челябинск, показана высокая эффективность замены в конструкционно-теплоизоляционных легких бетонах высокоэнергоемкого и дорогостоящего привозного керамзита на пористые заполнители всех необходимых фракций, получаемые из металлургических шлаков текущего выхода при энергозатратах на порядок меньше в сравнении с производством керамзита.

Разработано на основе доменного гранулированного шлака и успешно апробировано на Череповецком заводе ЖБИиК низкотеплопроводное вяжущее нового вида, а именно вяжущее низкой водопотребности (ВНВ). Две марки такого вяжущего (ВНВ-30 и ВНВ 50) активностью соответственно 45 и 55 МПа получены при совместном помоле доменного гранулированного шлака Череповецкого металлургического комбината и пикалевского портландцемента марки М 400 в присутствии суперпластификатора С-3.

Изготовленный же на основе ВНВ-30 и пористых заполнителей из того же доменного шлака, но текущего выхода легкий бетон классов В 3.5 и В 5 имеет, как показали исследования НИИЖБ:

энергоемкость ниже на 30-40 % при лучших теплотехнических показателях в сравнении с ранее использовавшимся для изготовления стеновых панелей керамзитобетоном на портландцементе (ПЦ) или даже шлакопортландцементе (ШПЦ) с практически тем же расходом, что и расход ВНВ в шлакопемзобетоне;

коэффициент теплопроводности бетона в состоянии эксплуатационной влажности ниже в среднем соответственно на 18,6 и 11,2 %, а энергоемкость ниже на 7-9 % в сравнении с используемым в последнее время шлакопемзобетоном на ПЦ и ШПЦ.

Другим примером эффективного комплексного использования отходов в конструкционно-теплоизоляционных легких бетонах может быть использование бокситовых шламов (БШ) - отходов глиноземного производства алюминиевых заводов. БШ по разработанной НИИЖБ технологии используется в легких бетонах в качестве мелкого заполнителя и в качестве основного компонента смешанного вяжущего.

В состав разработанного вяжущего входят портландцемент М 400, молотый БШ и тонкодисперсная минеральная добавка алюмосиликатного состава с соотношением этих компонентов соответственно (2,1-2,5)/(1-1,5)/0,2-1) по массе. Разработанное вяжущее по сравнению с исходным портландцементом характеризуется пониженным на 10-13 % значением нормальной густоты цементного теста и меньшим в среднем на 16 % значением коэффициента теплопроводности полученного на его основе цементного. В результате использования в керамзитобетоне классов В 3.5 - В 7.5 разработанного вяжущего на основе БШ обеспечено снижение расхода портландцемента на 35-50 %; снижение коэффициента теплопроводности бетона в состоянии эксплуатационной влажности яа 14-20 %. При этом улучшились прочностные и деформативные характеристики бетона.

6. Теплотехнический расчет

г. Пермь

1. t_ext=-35 ^oC

z_ht=229

t_ht= -5,9 ⁰C

2. Климатический район строительства - 1Д

Зона влажности - 2 (нормальная)

I. а) режим помещений - нормальный

б) оптимальная температура воздуха внутри здания для холодного периода года t_int=22

в) условия эксплуатации ограждающих конструкций - Б

II. Определение градусосуток отопительного периода

Dd= (t_{int -} t_ht)* z_ht = (22+5,9)*229= 6389,1 ⁰C*сутки

III. Определение приведенного сопротивления теплопередач ограждающих конструкций

R_reg =a*Dd+b

a=0,00035

b=1,4

R_reg =0,00035*6389,1+1,4=3,6362 м ²* ⁰C/Вт

IV. Теплоизоляционный материал - минераловата

Конструктивное решение стен - трехслойное с теплоизоляционным слоем посередине и гибкими связями в виде арматурных стержней.

Кладка - кирпичная.

V. Кирпич - керамический полнотелый

кг/м³;

Вт/ м* ⁰C

Штукатурка (внутренняя) - листы гипсовые обшивочные

кг/м³;

Вт/ м* ⁰C

Утеплитель - ROCKWOOL

кг/м³;

Вт/ м* ⁰C

VI. Расчет требуемой толщины утеплителя

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций

_i=8,7 Вт/ м²* ⁰C

_e=23 Вт/ м²* ⁰C

3,6362 = 0,11494+0,1875++0,59375+0,1429+0,04348

3,8603>3,6362

Построение линий распределения температур и упругости водяного пара в толще наружного ограждения с учетом термического сопротивления стены и теплопередачи

Определяем температуру в толще ограждения на границе слоев и на внутренней и наружной гранях стены.

Воздух внутри помещения t _в = 22 ^оС

Внутренняя грань стены - точка 1

ф_в = t_в - [(t_в - t_н) / R_о ] · R_в

(формула 7 лаб. работы), где

R_в = 1/б_в = 1/8,7 = 0,115

(формула 3 лаб. работы и таблица 6 СНиП)

ф_в = 22 - [(22 + 35) / 3,8603 ] · 0,115 = 20,3 ^оС

Под штукатуркой - точка 2

ф_n = t_в - [(t_в - t_н) / R_о ] · (R_в + ?_n-1R)

(формула 8 л.р.)

ф₂ = 22 - [(22 + 35) / 3,8603 ] · (0,0435 + 0,03/0,21) = 19,25 ^оС

С внутренней стороны утеплителя- точка 3

ф₃ = 22 - [(22 + 35) / 3,8603 ] · (0,0435 + 0,03/0,21 + 0,38/0.7) = 11,23 ^оС

С наружной стороны утеплителя - точка 4

ф₄= 22 - [(22 + 35) / 3,8603 ] · (0,0435 + 0,03/0,21 + 0,38/0.7 +0.100/0,036) = -29,79 ^оС

Наружная грань стены - точка 5

ф₅= 22-[(22 + 35) / 3,8603 ] · (0,0435+ 0,03/0,7+ 0,25/0.7 +0.100/0,036 + 0,120/0,7) = -32,3 ^оС

Наружный воздух t_в = -35 ^оС. Строим линию температур - см.рисунок 1

Рис.1

6) Определяем максимальную упругость водяного пара Е по таблице 2 'Значений максимальной упругости водяного пара Е' в зависимости от температуры и строим линию насыщающего парциального давления водяного пара Е - см.рисунок 5 (справа).

Для удобства построения слой 2 и 3 разбиваем на промежуточные значения - точки 2₁, 3₁, 3₂, 3₃.

7) Определяем парциальное давление водяного пара е в толще ограждения на границе слоев и на внутренней и наружной гранях стены по формуле 9 лаб. работы

е_n = е_в - Де / R_о.п · ?_n-1 R_п.

Для этого сначала определяем парциальные давления внутреннего и наружного воздуха с учетом относительной влажности воздуха, используя формулу 10 лаб.работы.

ц = (е / Е) · 100% отсюда е = ц · Е / 100%.

Внутренний воздух:

t _в = 22 ^оС, ц = 50%, Е = 19,83 мм рт.ст

е_в= ц · Е / 100% = 50х 19,83/100 = 9,915

Наружный воздух:

t _н= 35 ^оС, ц = 60%, Е = 0,167 мм рт.ст

е_н= ц · Е / 100% = 60х 0,167 /100 = 0,1

Де = е_{в -} е_н = 9,915 - 0,1 = 9,815

Внутренняя грань стены - точка 1

е₁ = е_в - Де / R_о.п · ?_n-1 R_{п =} 9,915 - (9,815/6,796) · (0) = 9,915

Под штукатуркой - точка 2

е₂ = ₌ 9,915 - (9,815/6,796) · (0,03/0,12) = 9,55

С внутренней стороны утеплителя- точка 3

е₃ = ₌ 9,915 - (9,815/6,796) · (0,03/0,12 + 0,380/0,11) = 4,56

С наружной стороны утеплителя- точка 4

е₄ = ₌ 9,915 - (9,815/6,796) · (0,03/0,12 + 0,380/0,11 +0,100/0,05) = 1,68

Наружная грань стены - точка 5

е₅ = ₌ 9,915 - (9,815/6,796) · (0,03/0,12 + 0,250/0,11 +0,100/0,05 +0,120/0,11) = 0,1

Строим линию парциального давления водяного пара е - см.рисунок 2.

Вывод: согласно расчетам, конденсация влаги в стене не возможна.

Сравнение

г. Ухта

1. t_ext=-39 ^oC

z_ht=261

t_ht= -6,4 ⁰C

2. Климатический район строительства - 1Д

Зона влажности - 2 (нормальная)

I. а) режим помещений - нормальный

б) оптимальная температура воздуха внутри здания для холодного периода года

t_int=22

в) условия эксплуатации ограждающих конструкций - Б

II. Определение градусосуток отопительного периода

D_d= (t_{int -} t_ht)* z_ht = (22+6,4)*261= 7412,4 ⁰C*сутки

III. Определение приведенного сопротивления теплопередач ограждающих конструкций

R_reg =a*Dd+b

a=0,00035

b=1,4

R_reg =0,00035*7412,4+1,4=3,99434 м ²* ⁰C/Вт

IV.теплоизоляционный материал - минераловата

Конструктивное решение стен - трехслойное с теплоизоляционным слоем посередине и гибкими связями в виде арматурных стержней.

Кладка - кирпичная.

V. Кирпич - керамический полнотелый

кг/м³;

Вт/ м* ⁰C

Штукатурка (внутренняя) - листы гипсовые обшивочные

кг/м³;

Вт/ м* ⁰C

Утеплитель - ROCKWOOL

кг/м³;

Вт/ м ⁰C

VI. Расчет требуемой толщины утеплителя

Коэффициент теплоотдачи наружной поверхности ограждающих конструкций

_i=8,7 Вт/ м²* ⁰C

_e=23 Вт/ м²* ⁰C

3,99434 = 0,11494+0,1875++0,59375+0,1429+0,04348

4,1381>3,99434

Определяем температуру в толще ограждения на границе слоев и на внутренней и наружной гранях стены.

Воздух внутри помещения t _в = 22 ^оС

Внутренняя грань стены - точка 1

ф_в = t_в - [(t_в - t_н) / R_о ] · R_в

(формула 7 лаб. работы), где

R_в = 1/б_в = 1/8,7 = 0,115

(формула 3 лаб. работы и таблица 6 СНиП)

ф_в = 22 - [(22 + 39) / 4,1381] · 0,115 = 20,3 ^оС

Под штукатуркой - точка 2

ф_n = t_в - [(t_в - t_н) / R_о ] · (R_в + ?_n-1R)

(формула 8 л.р.)

ф₂ = 22 - [(22 + 39) / 4,1381] · (0,0435 + 0,03/0,21) = 19,25 ^оС

С внутренней стороны утеплителя - точка 3

ф₃ = 22 - [(22 + 39) / 4,1381] · (0,0435 + 0,03/0,21 + 0,38/0.7) = 11,23 ^оС

С наружной стороны утеплителя - точка 4

ф₄= 22 - [(22 + 39) / 4,1381] · (0,0435 + 0,03/0,21 + 0,38/0.7 +0.100/0,036) = -29,79 ^оС

Наружная грань стены - точка 5

ф₅= 22-[(22 + 39) / 4,1381] · (0,0435+ 0,03/0,7+ 0,25/0.7 +0.100/0,036 + 0,120/0,7) = -32,3 ^оС

Наружный воздух t_в = -39 ^оС. Строим линию температур - см.рисунок 1

Рис.1

6) Определяем максимальную упругость водяного пара Е по таблице 2 'Значений максимальной упругости водяного пара Е' в зависимости от температуры и строим линию насыщающего парциального давления водяного пара Е - см.рисунок 5 (справа).

Для удобства построения слой 2 и 3 разбиваем на промежуточные значения - точки 2₁, 3₁, 3₂, 3₃.

7) Определяем парциальное давление водяного пара е в толще ограждения на границе слоев и на внутренней и наружной гранях стены по формуле 9 лаб. работы

е_n = е_в - Де / R_о.п · ?_n-1 R_п.

Для этого сначала определяем парциальные давления внутреннего и наружного воздуха с учетом относительной влажности воздуха, используя формулу 10 лаб.работы.

ц = (е / Е) · 100% отсюда е = ц · Е / 100%.

Внутренний воздух:

t _в = 22 ^оС, ц = 50%, Е = 19,83 мм рт.ст

е_в= ц · Е / 100% = 50х 19,83/100 = 9,915

Наружный воздух:

t _н= 39 ^оС, ц = 60%, Е = 0,105 мм рт.ст

е_н= ц · Е / 100% = 60х 0,105 /100 = 0,063

Де = е_{в -} е_н = 9,915 - 0,063 = 9,852

Внутренняя грань стены - точка 1

е₁ = е_в - Де / R_о.п · ?_n-1 R_{п =} 9,915 - (9,852/6,996) · (0) = 9,915

Под штукатуркой - точка 2

е₂ = 9,915 - (9,852/6,996) · (0,03/0,12) = 9,55

С внутренней стороны утеплителя- точка 3

е₃ = 9,915 - (9,852/6,996) · (0,03/0,12 + 0,380/0,11) = 4,56

С наружной стороны утеплителя- точка 4

е₄ = 9,915 - (9,852/6,996) · (0,03/0,12 + 0,380/0,11 +0,100/0,05) = 1,68

Наружная грань стены - точка 5

е₅ = 9,915 - (9,852/6,996) · (0,03/0,12 + 0,250/0,11 +0,100/0,05 +0,120/0,11) = 0,1

Строим линию парциального давления водяного пара е - см.рисунок 2.

Вывод: согласно расчетам, конденсация влаги в стене не возможна.

Вывод

Актуальность проблемы утилизации техногенных отходов промышленности в настоящее время связана как с обострением общего экологического кризиса в мире, так и с возрастанием дефицита природных ресурсов. Экологический кризис в своей основе связан с образованием и накоплением газообразных, жидких и твердых техногенных отходов. Большие объемы техногенных отходов выявили несовершенства современных промышленных технологий, незамкнутости техногенного круговорота веществ и являются одними из главных причин истощения природных ресурсов.

Производство строительных материалов и изделий, постоянно нуждающееся в огромных массах заполнителей, является одним из основных потребителей крупнотоннажных техногенных отходов. Для стройиндустрии среди техногенных крупнотоннажных отходов первостепенное значение имеют отходы энергетики, черной и цветной металлургии, химической промышленности: золы и золошлаковые смеси, металлургические, химические, нефтехимические шлаки и шламы.

Техногенные отходы теплоэнергетики, черной и цветной металлургии, химической промышленности при их огромных запасах в России должны рассматриваться как долговременный источник минерального сырья при производстве вяжущих, заполнителей и бетонов на их основе.

Успешное решение проблемы утилизации техногенных отходов, в частности, разработка и внедрение новых принципов и технологий изготовления строительных материалов, изделий и конструкций на основе крупнотоннажных отходов энергетики, металлургии и химической промышленности требует соблюдения следующих рекомендаций /42/:

- осуществить необходимое инвестирование в разработку и изготовление необходимого оборудования для переработки промышленных отходов в эффективные строительные материалы, строительство промышленных установок, а также в выполнение соответствующих исследовательских и проектных работ (при этом следует учитывать, что приоритетным направлением является переработка отходов на месте их образования и создание тем самым безотходных технологий на промышленных предприятиях России);

- разработать соответствующую налоговую политику, обеспечивающую заинтересованность инвесторов и производителей в переработке техногенных отходов;

- разработать законодательные акты, запрещающие разработку новых карьеров природных строительных материалов в регионах действия предприятий, образующих крупнотоннажные отходы, пригодные для переработки в строительные материалы и изделия;

ввести обязательную сертификацию продуктов переработки отходов и строительных материалов на их основе с учетом требований экологической безопасности;

в целях инвестирования внедрения безотходных технологий переработки отходов необходимо создать экологический фонд из средств, получаемых за счет платы за землю, занимаемую отвалами, а также за транспортирование отходов в отвалы и содержание последних;

создать межотраслевой центр по координации исследовательских, проектных и производственных работ в области переработки и использования в строительстве крупнотоннажных техногенных отходов.

Список литературы

1. Современные направления утилизации техногенных отходов и их применение для изготовления строительных материалов. - М.,1998. -61 с. - (Строительные материалы и конструкции: Обзор.информ./ВНИИНТПИ;Вып.2).

2. Формирование местной сырьевой базы на основе отходов стройиндустрии с ревизией отвалов и захоронений эксплуатируемых и неэксплуатируемых месторождений./Н.Г. Чумаченко [и др.]//Строительные материалы, оборудование технологии ХХI века. -2007. -№1. -С. 16-18.

3. Утилизация отходов в строительном и промышленном производстве/Ю.Михайлов//Российская архитектурно-строительная энциклопедия. Том XI: Строительная экология -М., 2006. - С. 263-265.

4. Российская архитектурно-строительная энциклопедия. М.: 1996. -том III, часть I.-с. 218.

5. Щипунов Ф.Я. Организованность биосферы. М.: - Наука. -1980

6. Справочник по геохимии. Г.В. Войткевич, А.В. Кокин, А.Е. Мирошников, В.Г. Прохоров. М.: Недра, 1990. - 480 с: ил.

7. Камшилов М.М. Эволюция биосферы. М.: - Наука, 1974.

8. Вернадский В.И. Избранные сочинения. - М.: - Наука. - 1961. - т.5

9. Гершензон М.О. Тройственный образ совершенства. Томск. - 1994.

10. Бондарев Л.Г. Ландшафты, металлы, человек. М.: Мысль, 1975.

11. Акимова Т.А., Хаскин В.В. Основы экоразвития. М.:- 1994.- 312с.

12. Комар И.В. Рациональное использование природных ресурсов и ресурсные циклы. М.: Наука, 1975.

13. Вивельский М.М. и др. Защита окружающей среды от химических выбросов. -М.: Химия, 1990.

14. Юсфин Ю.С., Леонтьев Л.И., Генералов В.А., Карабасов Ю.С. Перспективы металлургической переработки техногенных и бытовых отходов для решения экологических проблем// Экология и промышленность России, август, 1996, с.42-44.

15. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Российской Федерации в 1995 г.- М.: - 1996.

16. Твердые отходы. Возникновение, сбор, обработка и удаление. Под ред. Ч.Мантелла. Пер. с англ. М.:- Стройиздат, 1979.

17. Цыганков А.П., Балацкий О.Ф., Сенин В.Н. Технический прогресс - Химия окружающей среды. - М.: Химия, 1989.

18. Ливчак И.Ф., Воронов Ю.В. Охрана окружающей среды. - М.: Стройиздат, 1988.- 191.С.

19. Временный классификатор токсичных промышленных отходов и методические рекомендации по определению класса токсичности промышленных отходов. М.: МЗСССР. - 1987.-24с.

20. Перелыгин В.М., Разнощик В.В. Гигиена почвы и санитарная очистка населенных мест. - М.: Медицина. - 1977

21. Логинов А.А. и др. Применение у - спектрометрического метода при радиа-ционно-гигиенической оценке радиоактивных отходов // Гигиена и санитария. - 1989. -N4.-с. 42-45.

22. Наркевич И.П., Печковский В.В. Утилизация и ликвидация отходов в технологии неорганических веществ. - М.: Химия, 1984. - 239с.

23. Федеральная целевая программа 'Отходы' // Экос-информ, N 11-12, 1996, с. 28-31.

24. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды. М.:- Химия - 1989.

25. Ласкорин Б.Н., Барский Л.А., Пресиц В.З. Безотходная технология переработки минерального сырья. Системный анализ. - М.: Недра, 1984. - 334 с.

26. Пьячев В.А., Лысцова Л.Ю., Черданцева Т.П., Шабалина М.А. Новый железосодержащий продукт для сырьевой смеси цементного производства // Цемент, май-июнь, 1996, с.31-32.

27. Суханов М.А., Феднер Л.А., Храпов В.С., Джангиров Д.А., Макеев Ю.А., Задерман Е.А. Отходы промышленности - сырье для получения цемента // Цемент, N 5-5, 1995.-с. 46-49.

28. Феднер Л.А., Савостьянов В.П., Суханов М.А. Использование отходов химической промышленности и теплоэнергетического комплекса для производства цемента // Строительные материалы, N 2, 1994. - с. 12-13.

29. Тихомиров А.П., Задачин Ф.Д. Вяжущие вещества из отходов сталеплавильного производства // Строительные материалы, N 2, 1994. - с- 19.

30. Гончар В.Ф. Высокопрочные гипсовые и ангидритовые вяжущие и изделия на их основе // Строительные материалы, N 5. - 1994. - с. 19.

31. Шутько А.П., Шабанов М.В., Бутченко Л.И. Повышение качества строительных материалов введением в сырьевую массу раствора алюмината натрия // Эко-технология и ресурсосбережение, 1995. - N 2. - с. 62-63.

32. Костенко А.С, Рудый И.В., Нульман О.Н. Легкие бетоны из отходов газоочистки тепловых электростанций // Экотехнологии и ресурсосбережение, N 2, 1996,- с. -67-69.

33. Андреичев СВ., Наумов А.В. Легкий бетон крупнопористой структуры на основе отходов промышленности и местных материалов // Строительные материалы, N 12, 1995.-с. 9.

34. Гладков Д.И., Ерохина Л.А., Черных А.С. Новая технология легких бетонов // Строительные материалы, N 4, 1994. - с. 16.

35. Кузнецов В.Д., Кузнецова И.А. Мелкозернистые и ячеистые бетоны на отходах дробления скальных пород // Строительные материалы, N 4, 1994. - с. 15-16.

36. Стефаненко И.В. Жаростойкий газобетон на алюмохромофосфатном связующем с использованием отходов абразивного производства. Автореферат дисс. на соиск. канд. техн. наук. Саратов. - 1997.

37. Федоров В.П., Коренькова С.Ф. Эффективные добавки в гипсовое вяжущее // Строительные материалы. N 1, 1994. - с. 9-10.

38. Коугия М.В., Самусева М.Н. Вяжущие композиции с микросферами из золошлаковых отходов // Цемент. 3. 1996. - с. 28-31.

39. Высоцкий Ю.Н., Воронкова В.В. Использование белитового шлама в производстве легкого бетона. Использование отходов, попутных продуктов в производстве строительных материалов и изделий. Охрана окружающей среды. Экспресс-информация. Серия II, выпуск 6, ВНИИЭСМ. М.:- 1991.- с.12-16.

40. Кухаренко Л.В., Старинская Н.Л. Использование базальтовых отсевов, металлургических шлаков и кеков в производстве кислотостойких бетонов. Использование отходов, попутных продуктов в производстве строительных материалов и изделий. Охрана окружающей среды. Экспресс-информация. Серия И, выпуск 1, ВНИИЭСМ. М.:-1991.-С.З-5.

41. Величко Е.Г., Зубенко В.М., Белякова Ж.С, Анищенко Л.В. Неавтоклавный ячеистый шлакощелочной бетон // Строительные материалы, N 4, 1994, - с. 17-19.

42. Малинина Л.А., Щеблыкина Т.П., Ярмаковский В.Н. Об использовании

43. крупнотоннажных отходов энергетики и металлургии в производстве малоэнергоемких бетонов // Строительные материалы, N 6, 1994. - с. 21-23.