Геоэкологический аспект использования кальцийсодержащих строительных отходов

(Збщетехнические и социальные проблемы

Библиографический список

1. Handbook of Software Reliability Engineering / M. R. Lyu. - McGraw Hill, 1996. - 819 p. - ISBN 0-0703-9400-8.

2. Надежность аппаратно-программных комплексов : учеб. пособие /

Г. Н. Черкесов. - СПб. : Питер, 2005. - 479 c. - ISBN 5-469-00102-4.

3. Прямая и обратная задачи надежности сложных программных комплексов /

B. В. Кузнецов, В. А. Смагин // Надежность и контроль качества. - 1997. - № 10. -

C. 56-62.

4. An Architecture-Based Software Reliability Model / W.-L. Wang, Y. Wu, M.-H. Chen // Proceedings Of Pacific Rim International Symposium on Dependable Computing. - 1999. - Р. 143-150.

5. Метод планирования тестирования сложных программных комплексов на этапах проектирования и разработки / А. В. Тырва, А. Д. Хомоненко // Научнотехнические ведомости СПбГПУ. - 2009. - № 4 (82). - С. 125-131.

6. Разработка динамических моделей нестационарных систем обслуживания / В. П. Бубнов, В. И. Сафонов. - СПб. : Лань, 1999. - 64 c. - ISBN 5-8114-0194-9.

7. Software Reliability Model Selection: A Case Study / Т. М. Khoshgoftaar, T. G. Woodcock // Proceedings оf International Symposium on Software Reliability Engineering. - 1991. - Р. 183-191.

8. A validation of object-oriented design metrics as quality indicators / V. R. Basili, L. C. Briand, W. L. Melo // IEEE Transactions on Software Engineering. - 1996. - V. 22, Is. 10. - Р. 751-761.

9. A metrics suite for object oriented design / S. R. Chidamber, C. F. Kemerer // IEEE Transactions on Software Engineering. - 1994. - V. 20, Is. 6. - Р. 476-493.

10. The prediction of faulty classes using object-oriented design metrics / K. El-Emam, W. Melo, J. C. Machado // Journal of Systems and Software. - 2001. - V. 56, N 1. -Р. 63-75.

Статья поступила в редакцию 12.04.2010;

представлена к публикации членом редколлегии А. А. Корниенко.

УДК 574

М. В. Шершнева, Ю. Е. Пузанова, В. Я. Соловьева

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КАЛЬЦИЙСОДЕРЖАЩИХ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОТХОДОВ

В работе исследован геозащитный резерв кальцийсодержащих строительных отходов по отношению к ионам тяжелых металлов. Представлена количественная характеристика геозащитного резерва по поглотительной емкости веществ.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

287

Предложены новые технологии утилизации кальцийсодержащих строительных отходов.

геозащитный резерв, кальцийсодержащие строительные отходы, очистка от ионов тяжелых металлов.

Введение

Проблема утилизации твердых строительных отходов широко известна и актуальна. Однако в последние десятилетия наряду с традиционными появились дополнительные источники образования таких отходов, которые приводят к обострению уже существующей проблемы. Например, железные дороги, протяженность которых только в России составляет более 90 тыс. км, сопровождаются железобетонными опорами контактной сети с большим сроком эксплуатации, и этот срок заканчивается. По сети дорог этих опор сотни тысяч, их интенсивно заменяют на новые, но возникла проблема утилизации старых опор. В результате разрушения города Г розного и при техногенной катастрофе на Саяно-Шушенской ГЭС образовались тысячи тонн разрушенных железобетонных конструкций.

По данным Европейской ассоциации по сносу зданий, ежегодно на планете образуется около 2,5 млрд т строительных минеральных отходов. Более половины из них - это разрушенный бетон и железобетон, который в отличие от другого строительного мусора не гниет и не распадается. Работа посвящена исследованию свойств строительных отходов, которые позволили бы предложить новые области утилизации таких отходов.

1 Г еозащитные свойства строительных отходов

Результаты работы кафедры «Инженерная химия и естествознание» показали, что твердые минеральные силикатсодержащие отходы определенной природы обладают геозащитным резервом по отношению к ионам тяжелых металлов (ИТМ). Такой резерв проявляется в способности самопроизвольного взаимодействия отходов с металлами в водной среде и характеризуется поглотительной емкостью по отношению к ионам тяжелых металлов. Дальнейшие исследования показали наличие геозащитных свойств у кальцийсодержащих строительных отходов. При этом поглотительная емкость таких отходов, как бой бетона и отходы производства пенобетона, в динамических условиях по отношению к ионам тяжелых металлов (железа, марганца, кадмия, меди, никеля и хрома) достигает значений 2,3 мг/г.

Характер взаимодействия отходов был изучен с помощью измерения рН, исследования калориметрии, исследования ИК-Фурье-спектроскопии и анализа на наличие обменных ионов кальция в растворе. Результаты показали увеличение рН до 13 единиц в зависимости от дозы отходов при взаимодействии, что связано с поступлением в раствор ионов кальция,

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

О88Щетехнические и социальные проблемы

концентрация которых достигала 12 мг/л. Калориметрические измерения показали выделение теплоты при взаимодействии отходов и растворов, содержащих ИТМ, что косвенно подтверждает понижение энергии системы и самопроизвольность процесса взаимодействия.

Были изучены также спектры распределения центров адсорбции на поверхности отходов. Наличие активных центров в области

бренстедовских основных центров 7...12 свидетельствует о способности поверхности этих отходов к взаимодействию с ИТМ, что подтверждается их уменьшением после взаимодействия с растворами ИТМ.

2 Области утилизации кальцийсодержащих строительных отходов

Обнаруженные свойства строительных кальцийсодержащих отходов позволяют предложить новые области их утилизации. При этом такое использование отходов решает проблему их утилизации, приводит к экономии природных материалов и освобождению полезных площадей, занимаемых отходами, а также способствует защите окружающей природной среды от ионов тяжелых металлов.

Было предложено использовать отходы боя бетона вместо природного песка и щебня при ремонте железнодорожных путей. Это приведет к снижению концентрации ионов тяжелых металлов в поверхностном стоке от железнодорожного полотна. Опытная апробация показала, что при использовании боя бетона концентрация ионов железа в поверхностном стоке железнодорожного полотна снизилась в три раза. Контроль за состоянием стоков проводился в водоотводном лотке (см. фото).

Водоотводный лоток

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

289

Была проведена апробация отходов боя бетона при очистке промывных сточных вод гальванического производства (на примере электровозоремонтного завода в Ростове-на-Дону). Процессы подготовки изделий на электровозоремонтном заводе для гальванических покрытий и непосредственно гальванические покрытия металлов связаны с

применением водных растворов различных щелочей, моющих и обезжиривающих веществ, минеральных и органических кислот, а также солей и оксидов ионов цветных и тяжелых металлов: цинка, меди, никеля, хрома, олова и др.

Растворы подготовки деталей перед гальванопокрытием: обезжиривания и травления, пассивирования, фосфатирования и им подобные - называются технологическими, а непосредственного гальванического покрытия: растворы солей и оксидов тяжелых и цветных металлов - электролитами.

После каждой подготовительной операции и операций гальванических покрытий изделия промываются водой. Промывка осуществляется в специальных ваннах погружным методом. При промывке деталей (изделий) в сточные воды переходят технологические растворы обезжиривания -поверхностно-активные вещества (ПАВ), тринатрийфосфат и кальцинированная сода, омыленные жиры, масло- и нефтепродукты, щелочь; минеральные и органические кислоты травления деталей, а также ионы и гидроксиды металлов, подвергающихся травлению, - меди, железа, алюминия, кроме того, высокотоксичные ионы тяжелых и цветных металлов электролитов гальванопокрытий.

Эти загрязнения промывных вод запрещается сбрасывать в городские сети канализации, т. к. они губительно действуют на микроорганизмы, которые очищают бытовые стоки на городских очистных сооружениях, при этом неочищенные стоки могут попасть в реку Дон и загрязнить природную среду. На заводе существуют локальные очистные сооружения, на которых проводится очистка стоков методом гальванокоагуляции. Максимально допустимые концентрации ионов тяжелых металлов в стоках достигают следующих значений, мг/л:

Сг6+ 50,0

Си2+ 40,0

Ni2+ 15,0

Zn2+ 26,0

Sn2+ 12,0

Проблемой этого метода очистки является то, что для наиболее полного осаждения ионов тяжелых металлов в сточные воды добавляют

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

ШШцетехнические и социальные проблемы

10%-ный раствор кальцинированной соды, и если соды в сточную воду поступит больше нормативного количества (человеческий фактор), то величина водородного показателя рН превысит нормативные значения.

Было предложено включить в схему существующей очистки стоков, содержащих ионы тяжелых металлов, дополнительно очистку отходами боя бетона, вводя их на этапе поступления сточных вод в отстойник.

Результаты очистки сточных вод отходами боя бетона приведены в таблице 1.

ТАБЛИЦА 1. Характеристика сточных вод

Определяемый показатель После отстойника После отстойника

Хром общий, мг/л Не обнаружено Не обнаружено

Хром (VI), мг/л Не обнаружено Не обнаружено

Никель, мг/л 1,33 ±0,13 0,49 ±0,15

Медь, мг/л 0,15 ±0,03 0,036 ±0,01

Железо общее, мг/л 28,6 ±2,9 2,94 ± 0,44

Контроль за концентрацией ионов тяжелых металлов в сточных водах после обработки боем бетона проводился в аттестованной аналитической лаборатории завода. Результаты проведенных анализов показали, что концентрация никеля после обработки стоков дополнительно боем бетона снизилась на 63%, концентрация меди - на 75%, концентрация железа - на 90%.

Таким образом, использование отходов боя бетона при очистке гальванических стоков позволяет повысить степень их очистки, что приводит к снижению негативного воздействия от электровозоремонтного завода на гидросферу.

Следующая технология связана с утилизацией отходов пенобетона. Была проверена возможность использования пенобетонов для нейтрализации ИТМ из почв, при этом концентрация железа в водных вытяжках почвы при использовании пенобетона снизилась в четыре раза. Как правило, загрязнение почв ИТМ сопровождается повышением их кислотности. Было учтено сопутствующее свойство пенобетона нейтрализовать кислую среду. Апробация отходов пенобетона показала, что при его использовании значение рН кислых почв увеличивается на 3-4 единицы.

3 Г еоэкологический анализ новых технологий утилизации строительных отходов

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Общетехнические и социальные проблемы

291

Анализ технологий проводился расчетом предотвращенного экологического ущерба и методом PQ. Результаты представлены в таблице 2.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2

Обцетехнические и социальные проблемы

ТАБЛИЦА 2. Геоэкологический анализ технологий утилизации

Вид отхода Географический регион Размер опытной площадки Индекс PQ Предотвращен ный ущерб, тыс. руб/год

Новая технолог ия Известна я технолог ия

Бой бетона Свердловская область 500 м ж. -д. пути 0,90 0,49 0,90

Отходы производства пенобетона Ленинградская область 100 м2 0,90 0,33 1,10

Бой бетона Ростов-на Дону л 2 4 м 0,66 0,44 3,90

Результаты показали, что значение индекса PQ новых технологий выше, чем применяемых до настоящего времени. Такие данные свидетельствуют о перспективности использования новых технологий утилизации строительных кальцийсодержащих отходов для защиты окружающей среды.

Заключение

По результатам исследований геозащитных свойств кальцийсодержащих строительных отходов, были предложены новые области утилизации этих отходов. Оценка новых технологий утилизации была проведена методом PQ и расчетом предотвращенного экологического ущерба.

Библиографический список

1. Новые экозащитные технологии на железнодорожном транспорте / ред. Л. Б. Сватовская. - М. : ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2007. - 159 с. - ISBN 978-5-89035-358-0.

2. Развитие геозащитных технологий / М. В. Шершнева // Новые исследования в материаловедение и экологии : сб. науч. тр. - Вып.8. - СПб. : ПГУПС, 2008. - С. 1314.

Статья поступила в редакцию 20.04.2010;

представлена к публикации членом редколлегии Л. Б. Сватовской.

ISSN 1815-588 Х. Известия ПГУПС

2010/2