Утилизация шламовых отходов водоочистки в строительной композиции с использованием минерального наполнителя вяжущего

УДК 87.53.91 +691.5 Р. Ш. Валеев

УТИЛИЗАЦИЯ ШЛАМОВЫХ ОТХОДОВ ВОДООЧИСТКИ В СТРОИТЕЛЬНОЙ КОМПОЗИЦИИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МИНЕРАЛЬНОГО НАПОЛНИТЕЛЯ ВЯЖУЩЕГО

Ключевые слова: шлам подготовки химобессоленной воды, строительные материалы.

Исследована возможность использования шлама водоподготовки в качестве компонента гипсового вяжущего с модификацией минеральным наполнителем (тонкомолотого кварцевого песка). Найдено, что добавление минерального наполнителя в количестве 15 % в составе композиционного гипсового вяжущего, содержащего исследуемый отход промышленности, способствует достижению прочностных характеристик и требуемых сроков схватывания согласно ГОСТ 125-79.

Keywords: Sludge water treatment, construction materials.

The possibility of using water treatment sludge as a component of gypsum with a modification of the mineral filler (from thin milled quartz sand) was investigated. We found that the addition of a mineral filler in an amount of 15% as part of a composite of gypsum containing the analyzed waste industry, contributes to the strength characteristics and the required setting time according to GOST125-79.

Из природных водоисточников, которые используются для целей водообеспечения объектов нефтехимии и энергетики, на стадии предварительной очистки воды установок химической водоочистки (далее ХВО), требуется удаление грубой и тонкой взвеси размером 0,01^0,001 мм (пески, глины, продукты коррозии и т.д.), а также дисперсно-коллоидных частиц с размером 0,001^0,00001 мм (органические соединения, оксиды металлов и т.д.). Удаление данной взвеси и дисперсно-коллоидных частиц, как правило, осуществляется посредством коагуляции. В целях углубления очистки воды, удаления углекислоты, снижения солесодержания исходной воды с одновременным её умягчением и при низких значениях карбонатной жесткости, в процессе коагулирования воды дополнительно прибегают к известкованию воды.

Результатом эффективной работы

вышеуказанной стадии предварительной очистки воды является образование известкового шлама, с последующим его транспортированием на шламонакопители (рис. 1) для долгосрочного хранения.

Несмотря на исходное природоохранное назначение, накопители шлама ХВО являются источником негативного воздействия на окружающую природную среду, посредством выноса пылевидных фракций шлама с поверхности шламонакопителя, загрязнения грунтовых вод.

Положительные результаты ранее проведенных исследований [1-5] продемонстрировали возможность использования шламов ХВО в качестве наполнителя композиционного вяжущего (далее КВ) при производстве строительных отделочных смесей.

С целью улучшения технических свойств полученного КВ, выполнены дальнейшие исследования возможности утилизации шлама водоочистки в составе вяжущих в присутствии минерального наполнителя - тонкомолотого кварцевого наполнителя (далее ТКН).

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 на рис. 2.

Дву водный пшс=93%_

Кварц п глинистые миндэалы= 0.75%

Ангщрпт=

5%

Доломит= 1.25%

Рис. 1 - Шламонакопитель шлама ХВО

Рис. 2 - Минеральный состав гипсового камня

В качестве утилизируемого отхода применялся шлам ХВО г. Нижнекамск (Республика Татарстан). Данные химического состава шлама ХВО представлены на рис. 3.

Дальнейшее увеличение количества кварцевого наполнителя приводит к снижению прочности КВ (рис. 5). Введение ТКН не оказывает значительного влияния на водостойкость гипсового камня.

Рис. 3 - Химический состав шлама ХВО

При постоянном ранее установленном оптимальном количестве отхода - шлама ХВО в составе КВ, равном 15 % [1, 2], варьировалось содержание ТКН от 5 до 15 %. Результаты исследований влияния сроков схватывания КВ и показателя водопотребления представлены на рис. 4.

5

0 з

Я I

о

К И о а

и

36 34 32 30 28

И т

3 2

----1----- 1 1 ^ 1 1 ------1------- 1 1 _ ..... 1 1 —

1 1 1 1 1 1 1

53 чо

о4

¡5

51 Й о

49Ц

о

47 с

о

о

45

5

10

15

20

Количество ТКН, %

1 - начало схватывания, 2 - конец схватывания, 3 - водопотребность

Рис. 4 - Изменение водопотребности и сроков схватывания КВ с отходом водоподготовки при ведении ТКН

Анализ полученных зависимостей,

представленных на рисунке 4 показал, что введение в состав КВ до 20 % ТКН не оказывает значительного влияния на сроки схватывания гипсового теста (они сохраняются в пределах 29-30 минут по началу и 30-32 минут по концу схватывания). Водопотребность гипсового вяжущего при наполнении его ТКН не изменяется и находится в пределах 48-50 % (рис. 4). При этом без снижения прочности КВ ниже контрольного состава (без наполнителя) возможно введение в состав вяжущей композиции с отходом ХВО до 15 % ТКН.

115 т

105

I «

& Л

Ь ^

о а С

95

л

75

>/- -  < V 2 о Л : А

- -1-1-

т 0,4

0,3

0,2

0,1

0

Ё

<и

-е -е

т

£

0 5 10 15 20 Количество добавки ТКН,%

1 - прочность, 2 - водостойкость

Рис. 5 - Изменение прочности и водостойкости КВ с отходом водоподготовки при ведении ТКН

На основе анализа полученных результатов сделаны следующие выводы:

- введение ТКН в количестве 5-15 % в состав КВ наполненного шламом ХВО не изменяет его нормальной густоты и сохраняет в пределах 48-50 %;

- введение в состав КВ до 20 % ТКН не оказывает значительного влияния на сроки схватывания теста из КВ (они сохраняются в пределах 29-30 минут по началу и 30-32 минут по концу схватывания);

- в состав КВ содержащего утилизируемый отход водоподготовки возможно использование до 15 % ТКН без снижения прочности затвердевшего КВ ниже контрольного состава (без добавки ТКН), дальнейшее увеличение количества кварцевого наполнителя до 20% нецелесообразно, так как приводит к снижению прочности КВ.

Исследованный способ совместного

использования отхода промышленности (шлама ХВО) и минерального наполнителя (тонкомолотого кварцевого песка) при изготовлении композиционного гипсового вяжущего в виде сухой смеси для внутренних строительно-отделочных работ может служить одним из ключевых вариантов решения насущной задачи защиты окружающей среды от техногенного воздействия эксплуатируемых узлов водоподготовки нефтехимических и энергетических производств.

Применение разработанного варианта утилизации шлама ХВО в качестве наполнителя КВ наполненного минеральным наполнителем (ТКН) позволяет снизить энергоемкость и себестоимость производства вяжущего, т.к. исследуемый шлам не требует высокотемпературной температурной обработки (обжига) в отличие от гипса.

0

Сопутствующим экологическо-экономическим

утилизации шлама ХВО является снижение затрат эксплуатирующих организаций в части экологических платежей за счет снижения объемов отходов, передаваемых на долгосрочное хранение.

Литература

1. Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев, Экология и промышленность России, 2, 28-29 (2010).

эффектом использования вышеуказанного способа

2. Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 13, 41-45 (2011).

3. Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 6, 35-37 (2012).

4. Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 10, 111-113 (2012).

5. Р.Ш. Валеев, И.Г. Шайхиев, Вестник Казанского технологического университета, 10, 74-75 (2012).

© Р. Ш. Валеев - к.т.н., ст. преподаватель кафедры электротехники и энергообеспечения предприятий, НХТИ КНИТУ, valeevrs@mail.ru.

© R. Sh. Valeev - Dr. Art. lecturer of the department of electrical engineering and energy companies, NCHTI KNRTU, valeevrs@mail.ru.

Все статьи номера поступили в редакцию журнала в период с 01.09.15. по 25.10.15.