Исследование возможности утилизации шламовых отходов водоподготовки в строительных материалах с использованием опоки как наполнителя вяжущего

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА

УДК 87.53.91 + 691.5 Р. Ш. Валеев

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ УТИЛИЗАЦИИ ШЛАМОВЫХ ОТХОДОВ ВОДОПОДГОТОВКИ В СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛАХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОПОКИ КАК НАПОЛНИТЕЛЯ ВЯЖУЩЕГО

Ключевые слова: шлам подготовки химобессоленной воды, строительные материалы.

Исследована возможность использования шлама водоподготовки в качестве компонента гипсового вяжущего с модификацией минеральным наполнителем (опоки). Найдено, что добавление минерального наполнителя в количестве 5 % в составе композиционного гипсового вяжущего способствует достижению прочностных характеристик и требуемых сроков схватывания согласно ГОСТ 125-79.

Keywords: sludge water treatment, construction materials.

The possibility of using sludge water as a component of gypsum with a modification of the flask was investigated. We found that the addition of a flask in an amount of 5% in the gypsum composition contributes to the strength characteristics and the required setting time according to GOST125-79.

Шламы водоподготовки и сточных вод, образующиеся в результате эксплуатации объектов промышленности, являются одним из наиболее опасных источников загрязнения окружающей среды.

В масштабной проблеме очистки сточных вод и водоподготовки утилизация образующихся осадков и шламов представляется наиболее сложным аспектом.

Одним из наиболее многотоннажных шламовых отходов являются шламы предварительной очистки, образующиеся в процессе коагуляции воды на установках химводоподготовки теплоэнергетических централей и станций, нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводов.

Имеющиеся технологические решения по утилизации шламов водоочистки не дают положительных результатов, что подтверждается объемами накопления шламов на шламо-накопителях РФ. Так, только на шламонакопителях установок химводоподготовки Республики Татарстан, за годы их эксплуатации, скопилось свыше 200 000 тонн шлама водоочистки, при этом следует отметить, что объемы шламов, направляемых на долгосрочное хранение ежегодно растут. Основная причина роста объемов шламонакопления в условиях отсутствия исчерпывающей технологии его утилизации -постоянный рост объемов промышленного производства объектов нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности, а именно рост объемов паропотребления, потребления химически очищенной воды, при производстве которых и образуется исследуемый шлам водоочистки.

Данные факты говорят об актуальности исследования и поиска новых возможных путей утилизации отхода водоочистки.

Важность данной задаче придают и факторы негативного воздействия самих

шламонакопителей на окружающую среду, т.к. несмотря на свой природоохранный характер они являются источником загрязнения окружающей среды. Так, шламонакопители воздействуют на подземные воды посредством фильтрата суспензии в почву, инфильтрационными потерями в процессе транспортирование шламовых потоков до шламонакопителей.

Основной же негативный фактор воздействия шламонакопителей на окружающую среду можно выразить в необходимости отчуждения значительных площадей территории для их размещения с целью накопления шламов, необходимости отвода значительных участков территории под их вспомогательные линейные объекты (пульпопроводы).

Очевидно, что приемлемым вариантом решения данной экологической проблемы является рециклинг шламов в составе такой материалоемкой отрасли как строительная индустрия.

Положительные результаты исследований [1] продемонстрировали возможность

использования шламов водоочистки в качестве наполнителя композиционного гипсового вяжущего при производстве сухих строительных смесей. С целью модификации физико-механических свойств полученного [2] композиционного гипсового вяжущего (далее КГВ) выполнено исследование возможности утилизации шлама водоочистки в составе гипсового вяжущего в присутствии минерального наполнителя - опоки.

В качестве строительного материала, в составе которого исследовались способы утилизации шлама водоочистки, использовался строительный гипс по ГОСТ 125-79.

Исходным сырьем для получения данного строительного гипса - основного вяжущего в составе получаемого композиционного материала служил гипсовый камень месторождения

Республики Татарстан. Минеральный состав гипсового камня представлен в таблице 1.

Гипсовый камень соответствует 2 сорту согласно требованиям ГОСТ 4013-82, влажность -0.14 - 0.2%.

В качестве минерального наполнителя была принята опока г. Вольск.

В качестве утилизируемого шлама был использован шлам установки химводоподготовки г. Нижнекамск (Республика Татарстан). Данные химического анализа пробы исследуемого шлама водоочистки представлены в таблице 2.

Таблица 1 - Минеральный состав гипсового камня

Содержание, %

Двуводный гипс Ангидрит Доломит Кварц и глинистые минералы

92-94 4.5-5.5 1-1.5 0.5-1

Ингредиенты Ед. изм. Результаты анализа С±Л,

Влажность % 67±11

Медь мг/кг 51±14

Никель мг/кг 30±11

Цинк мг/кг 57±20

Марганец мг/кг 285±97

Хром мг/кг 7.01±1.1

Свинец мг/кг 24.7±7.9

Кадмий мг/кг 2.6±0.8

Железо г/кг 113±36

Алюминий г/кг 1.27±0.46

Кальций г/кг 230±32

Магний г/кг 23.5±4.7

Ртуть мг/кг <0.1

Таблица 2 - Химический состав шлама водоочистки установки химводоподготовки, г. Нижнекамск

В состав строительного гипса и КГВ, содержащего оптимальное ранее установленное [1,2] количество шлама, вводили опоку, в количестве 5-15% от массы вяжущего. Результаты экспериментов представлены на рис. 1, 2.

Как видно из рис. 1, введение опоки изменяет нормальную густоту вяжущего в незначительном интервале (в пределах 56.5-58 % -для гипсовой композиции с утилизируемым шламом водоочистки). При этом наблюдается замедление сроков схватывания теста с увеличением количества вводимой опоки.

Введение до 5% опоки в состав КГВ не вызывает снижения прочностных характеристик камня ниже контрольных значений. Водостойкость образцов на основе чистого гипса и модифицированного шлама водоочистки при введении опоки изменяется (рис. 2) в незначительных интервалах (сохраняется на уровне Кр = 0.33-0.37 - для чистого гипса, Кр = 0.35-0.4 - для КГВ).

60

58

56 —

а

я —

54

4 -♦ -'а _ : »

—4_

1  Ф

-I

-*---^

-Г 29

17

11

10

15

Количестве

, %

Рис. 1 - Изменение сроков начала схватывания и водопотребности КГВ и строительного гипса при ведении опоки: 1 - водопотребность гипсового вяжущего, 2 - водопотребность КГВ, 3 - начало схватывания гипса, 4 - начало схватывания КГВ

Рис. 2 - Изменение прочности и водостойкости гипсового камня на основе КГВ и строительного гипса при ведении опоки:1 - прочность гипсового камня, 2 - прочность камня на основе КГВ, 3-водостойкость гипсового камня, 4-водостойкость камня на основе КГВ

На основании вышеизложенного можно сделать следующие выводы:

- введение наполнителя опоки в количестве 5-15 % не влияет в значительной степени на нормальную густоту вяжущего и сохраняет её в пределах 55-57 % - для чистого гипса, 56.5-58 % - для КГВ с рекуперируемым шламом водоочиски;

- увеличение количества опоки в составе вяжущего замедляет сроки схватывания теста нормальной густоты, как для чистого гипса, так и для композиции с рекуперируемым шламом водоочистки на его основе;

- установлено, что в состав КГВ без снижения прочности ниже контрольных значений возможно введение до 5 % опоки при параллельной добавке 15 % (от массы вяжущего) шлама водоочистки ХВО;

- водостойкость образцов на основе чистого гипса и модифицированного шлама водоочистки при введении опоки изменяется в незначительных интервалах и сохраняется на

уровне Кр = 0.33-0.37 - для чистого гипса, Кр = 0.35-0.4 - для КГВ.

Разработанный способ совместного применения шлама водоочистки и минерального наполнителя (опоки) при производстве композиционного гипсового вяжущего в виде сухой строительной смеси для отделочных работ вполне может служить одним из основных вариантов решения актуальной экологической задачи по утилизации скопившихся в шламонакопителях РФ шламов водоочистки установок химводоподготовки.

Использование исследованного варианта утилизации шлама водоочистки в качестве составной части КГВ позволяет снизить себестоимость и энергоемкость производства гипсового вяжущего, т.к. исследуемый шлам не требует обжига в отличие от гипсового камня. Внедрение исследованного способа утилизации шлама позволяет также снизить затраты эксплуатирующих организаций за счет снижения доли экологических платежей благодаря снижению объемов отходов, направляемых на долгосрочное хранение в шламонакопители.

Литература

1. Валеев Р.Ш. Утилизация шламовых отходов теплоэнергетических централей при производстве строительных материалов / Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Экология и промышленность России. - 2010. - № 2. - С. 28-29.

2. Валеев Р.Ш. Рекуперативная технология утилизации шламовых отходов водоподготовки в строительные материалы с использованием пластификатора С-3/ Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев // Вестник Казанского технологического университета. - 2011. - № 13. - С. 41-45.

3. Сорокин А.Г., Горбачевский Н.И., Мифтахова Л.Х. Методы моделированиея электромагнитных и тепловых полей системы индукционного нагрева для технологических комплексов производства пластмассы.

- Вестник КГТУ, 2014, т.17, в.1 - с.111-114.

4. Козловский В.Н., Горбачевский Н.И., Сорокин А.Г., Кислинский В.Б., Мифтахова Л.Х. Аналитический комплекс прогнозирования надежности электромобилей и автомобилей с комбинированной силовой установкой.

- Вестник КГТУ, 2014, т.17, в.3 - с.227-230.

© Р.Ш. Валеев - к.т.н., доцент кафедры электротехники и энергообеспечения предприятий НХТИ КНИТУ, valeevrs@mail.ru. © R. Sh. Valeev, Ph.D., assistant professor of electrical engineering and energy companies NHTI KNRTU,: valeevrs@mail.ru.