Проблемы экологии предприятий по производству строительных смесей. Экологически чистые материалы для строительства, отделки и декора: что нам стоит экодом построить? В том числе автотранспорт

Усов Борис Александрович, к.т.н., доцент кафедры «Промышленное

и гражданское строительство» ФГБОУ ВО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)», [email protected]

Окольникова Галина Эриковна, профессор, к.т.н.,

Акимов Сергей Юрьевич, ст. препод., кафедра «Промышленное и гражданское строительство» Московского Государственного

Машиностроительного Университета (МАМИ)

ЭКОЛОГИЯ И ПРОИЗВОДСТВО СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Экология как наука об отношениях между человеком и окружающей природной средой воз-никла в конце XIX века и с тех пор с каждым десятилетием приобретает все большее значение.

Ключевые слова: экология, строительные материалы, промышленность

Ecology as the science of the relationship between humans and the natural environment had arisen at the end of the XIX century and since then, every decade has become increasingly important .

Keywords: ecology, construction materials, industry.

Экологические проблемы с отходами промышленности

Состояние окружающей среды и экологические проблемы непосредственно связаны с объемами промышленного производства, которое за XX столетие увеличилось более чем в 50 раз, и 4/5 этого роста пришлись на период с 1950 г.

Практически любое производство базируется на изъятии из недр земли природного сырья и его переработке в требуемый продукт, сопровождаемый образованием техногенных отходов и загрязнением ими природ-

ных сред. Количество образующихся техногенных отходов напрямую связано с объемами производства основного вида продукции и совершенством технологии ее получения.

Техногенные отходы загрязняют атмосферный воздух, занимают и загрязняют землю, грунтовые водоемы. Все отходы в зависимости от их токсичности подразделяются на четыре класса: I - чрезвычайно опасное вещество; II - высокоопасное вещество; III - умеренно опасное вещество; IV - малоопасное вещество. Отходы I класса опасности направ-

ляются на захоронение в «могильники» для бессрочного захоронения, менее опасные - в шлам - накопители, хвостохранилища, отвалы и т. д., под которые занято более 100 тыс. гектаров земли. Общее количество отходов, накопленных на этих отвалах, не поддается учету.

Выброс вредных веществ в атмосферу предприятиями промышленности строительных материалов осуществляется в виде пыли и взвешенных частиц (более 50% от суммарного выброса), а также оксида углерода, диоксида серы, оксидов азота и других веществ.

Из выбросов предприятий строительных материалов более 40% приходится на цементную промышленность, 18-20% - на производство кровельно-изоляционных материалов, 10% - на асбестоцементные производства, 15% - на нерудные строительные материалы, менее 10% - на производство бетонных и железобетонных конструкций и изделий.

Доля загрязняющих выбросов в атмосферу от промышленности стройматериалов России составляет 3,2% от общего количества загрязняющих выбросов. Основной объем, которых приходится на топливо-энергетический комплекс (48,4% -выбросов в атмоферу, 26,7% сбросов загрязняющих сточные водыи свыше 30% твердых отходов,). На цветную металлургию - 21,6%, состоящие из

твердых отходов(отвальные металлургические шлаки, хвосты обогащения руд вскрышные породы); черную металлургию (15,2% в виде 90млн.т, включая - 50 млн.т доменных шлаков, 22 млн.т - сталеплавильных, 4 млн.т - ферросплавных) некоторые химические производства - в виде шламов, отработанной соляной и серных кислот, дистерных жидкостеи и шламов аммиачно-хлоридных производств, кальцинированной соды, фосфогипса, фторогипса и т.д. -то есть главным образом отходы четвёртого класса, что допускает их размещение в производстве строительных материалов.

А в целом из указанных выше отходов - приводит к необходимости создания «вторичных», но уже техногенных месторождений.

Производство цемента является крупным источником образования оксида углерода: на 1 т цемента -1 т СО2, на 1 т клинкера - от 1,5 до 9,5кг оксидов азота, твердых частиц с дымовыми газами - от 0,3 до 1,0 кг/т. Хотя и значительная часть цементной пыли улавливается фильтрами и вновь направляется в печь.

Исследованиями установлено, что многие техногенные отходы по своему химико-минералогическому составу близки природному минеральному сырью и могут частично или полностью использоваться при производстве цементов, без клинкер-

ных вяжущих, заполнителей, что позволит сохранять природные ресурсы. Однако в ряде производств лишь незначительная часть потребляемых природных ресурсов превращается в требуемую конечную продукцию, а основное количество переходит в техногенные отходы.

На их удаление затрачивается в среднем 8-10% стоимости производимой продукции на складирование твердых отходов только от Московских предприятий по области требуется ежегодно выделение до 20га земли. И к тому же их транспортирование и складирование поглощают миллиарды рублей.

Поэтому использование таких отходов становится первоочередной мировой проблемой ресурсосбережения природного сырья.

Вместе с тем проблему наличия отходов возможно рассматривать и как огромное дополнительное богатство, если правильно их использовать.

В пользу этого приоритета свидетельствует, то обстоятельство, что - наиболее емким потребителем промышленных отходов различных отраслей являются крупные объёмы производства строительных материалов, поскольку многие отходы по своему составу и свойствам аналогичны природному сырью для их производства. Удельный вес сырья из них достигает более 50%.

Установлено, что промышленные отходы позволяют покрыть до 40% потребности строительства в сырьевых ресурсах. Кроме того промышленные отходы в ряде случаев позволяют на 10-30% снизить затраты на изготовление строительных материалов по сравнению с производством из природного сырья. Из промышленных отходов возможно создавать новые строительные материалы с высокими технико-экономическими показателями.

Однако рост массы перерабатываемых материалов сопровождается и значительным увеличением количества отходов, оказывающих отрицательное воздействие на биосферу.

Поэтому экологический критерий при отборе наиболее прогрессивных технологий становится решающим.

При этом важен поиск не только экономически и экологически эффективного производства, но главное их оптимального сочетания.

Решение экологических проблем окружающей среды в сфере производства строительных материалов осуществляется по следующим направлениям:

первое - выявление объемов и исследование характера отходов производства, загрязняющих окружающую среду, и их складирование с установлением путей их ликвидации действиями, направленными на дальнейшую их переработку.

второе - улавливание и утилизация вредных для окружающей среды твердых отходов с внедрением технологических решений по комплексной переработке такого сырья или использованию как вторичных продуктов других отраслей промышленности.

третье - создание экологически «чистых» безотходных технологий с полным исключением загрязнения окружающей среды.

Мероприятия по первому направлению в основном определены. Отходы либо подготавливаются к вторичному использованию, либо подлежат захоронению.

Широко развернуты работы по охране экологии по второму направлению: снижается энергоемкость производства за счет оснащения основных технологических агрегатов теплоутилизирующими установками и широкой подготовки различных отходов (шламов, шлаков, зол и т. д.) к повторному применению. То есть по отношению к промышленным отходам в материальном производстве воплощается уже новая ступень охраны экологии - идея комплексной переработки сырья. Например, при создании крупных металлургических или энергетических комплексов одновременно предусматривается подготовка отходов к использованию в производстве строительных материалов. Так появились и широ-

ко используются гранулированные металлургические шлаки для производства шлакопортландцемента, шлаковой пемзы, шлаковаты и т. д. Имеется опыт применения для этих целей и отвальных шлаков, флотационных хвостов и т. п.

Определился положительный опыт использования шлаков и в качестве заполнителя бетона, а бетонных отходов - в качестве низкомарочного вяжущего или в виде дробленого заполнителя для получения бетонов марок до 200 кг/см2. Но комплексное использование сырья в производстве строительных материалов и особенно при изготовлении самого распространенного и универсального материала - обычного бетона осуществляется еще недостаточно.

Таким образом, технологов строй-материальщиков из массовых неорганических промышленных отходов в первую очередь привлекают металлургические шлаки, топливные отходы (золы, шлаки), а также отвальные углесодержащие породы -отходы при добыче каменного угля. Сегодня успешно находят применение различные отходы пылевидного микрокремнезёма в виде ферросили-циума и др. соединений даже цветной металлургии. При производстве 1 т чугуна образуется около 0,7 т доменных (шлаковых) расплавов.

Однако, к сожалению, в производстве строительных материалов

используется лишь около половины шлаковых отходов; остальное - направляется в отвал. Часть отвальных шлаков применяют как щебень при строительстве дорог. Однако в связи с медленным остыванием непосредственных отходов - расплавов шлака в отвалах, содержащих ещё и примеси расплавленного железа и поэтому приобретающих высокую прочность, производство щебня сопряжено с очень высокими затратами (взрывными работами и очень дорогим дроблением).

С другой стороны из шлаковых расплавов возможно отливать различные изделия: закристаллизованную брусчатку, плиты для мощения улиц и тротуаров, бордюрные камни др. Из них же получают пористые заполнители (шлаковую пемзу), а путем управляемой кристаллизации ценные материалы - шлакоситаллы. Например, ситаллы - стеклокри-сталлические материалы или синтетические камни, отличающиеся от природных тонкозернистой равномерной микро- структурой, способствующей созданию материалов высокой стойкости и прочности. То есть, регулируя составы только расплавов возможно, получать синтетические материалы с заданным комплексом физических и химических свойств. Поскольку технология шлакоситал-лов подобна технологии производства изделий из стекла, то для их

производства пригодно оборудование стекольной промышленности. Кроме того из этих материалов изготавливают плиты для отделки стен и пола, панели для совмещенных кровель, навесные и самонесущие панели наружных стен, санитарно-техническое оборудование, трубы - для газификации, теплофикации, для химической промышленности и сельского хозяйства; столбы, ограды, долговечные скульптуры.

Вспученный шлакоситалл - пе-ношлакоситалл - хороший и дешевый теплоизоляционный материал. Сочетая шлаковую пемзу (термозит) с расплавами, отливают крупные блоки и изделия (шлаколит).

Весьма перспективно применение шлаковых расплавов для изготовления различных профилированных изделий взамен изделий из специально расплавляемых базальтов.

Из неполного перечня шлаковых материалов следует, что металлургические шлаки действительно особо ценный вид сырья.

Другие отходы: золы и топливные (котельные) шлаки образуются от сжигания сотен миллионов тонн каменных углей, горючих сланцев и торфа, насыщая атмосферу кислотными продуктами. Только от сжигания 1 т угля, получается от 100 до 250 кг топливных отходов. Хотя многие отрасли промышленности переходят на природные газы, а также на

газ, получаемый газификацией различных углей. Но и после газификации от 1 т угля остается от 0,2 до 0,4м3 шлаков и золы.

Всё это требует огромных площадей для захоронения.

Вместе с тем топливные отходы (шлаки и золы) являются хорошим сырьем для изготовления многих строительных материалов. Например, некоторые золы от сжигания горючих сланцев представляют собой вяжущие вещества, другие золы и шлаки используются для -получения легких бетонов (шлако-бетонов, золобетонов, особо легких «ячеистых» бетонов - газобетонов и пенобетонов).

Отходы «пустых» пород, извлекаемых из угольных шахт и состоящих из угольно-глинистых сланцев с содержанием в количестве 10-15% угля и сернистых примесей образуют от самовозгорания (с повышением температуры до 800-1000°С) - «горелые породы» - терриконы. Терриконы долгое время дымяться, преобразуясь из пустых пород в своеобразные шлаки, которые применяются подобно топливным отходам. Но чаще всего они представляют собой обожженные и вспучившиеся глины, из которых дроблением возможно получать аглопорит.

Другой вид - органические отходы и в частности - древесные отходы. В нашей стране ежегодно вырубает-

ся примерно 1/3 годового прироста древесины - это порядка нескольких сот миллионов кубических метров. При этом из каждых 5м3 срубленной древесины из леса вывозится около 4м3 бревен, а после их распиловки - получается менее 3 м3 пиломатериалов, остальное составляют отходы (долготьё, коротьё, горбыли, рейки, стружки, опилки). Выход пиломатериалов с учетом усушки в среднем составляет 55-60% объема бревна. Общее количество древесных отходов ежегодно составляет более 150 млн. м3. Из них в виде горбыля и реек - до 25%, а опилок - 10%. Ещё часть расходуют как топливо, остальное не используется

Если превратить эти отходы в стружку или целлюлозные волокна и смешать с синтетическими смолами, то могут быть получены древесностружечные или древесно-волокни-стые плиты и ценная добавка в бетоны в виде фибры.

Отходы сельского производства - костру (паклю) лубяных растений (льна, конопли и др.), солому и др. можно использовать для получения теплоизоляционных и звукоизоляционных плит, листов и плит для отделочных работ (полов, стен).

1. Применение отходов в производстве железобетона

Сегодня огромной промышленности строительных материалов является железобетон, для которого не хватает уже природных компонентов - кварцевого песка и гранитного щебня.

Наступивший XXI век должен быть веком бетона на основе техногенных отходов, что позволит не только утилизировать техногенные отходы, решит экологические, энергетические и природоохранные задачи, но и поднять технологию бетонов на новую эколого-экономическую ступень развития.

Вклад бетоноведения в решение экологических проблем рассматриваются в следующих направлениях:

Сокращение выбросов веществ, сопутствующих производству портландцемента и энергозатрат;

Сокращение расхода клинкерного цемента на 1м3 бетона без ухудшения его качества;

Замена клинкерной части цемента, а также природных заполнителей, техногенными отходами других производств, в том числе содержащих токсичные элементы, благодаря превращению их в нерастворимые вещества и консервации.

Сегодня отходы являются основой нового направления промышленности - химизации бетона с достижением у

него новых технических показателей. Так золы, шлаки и золошлаковые смеси, применяемые в бетоны лишь для замены части цемента, улучшают удобоукладываемость смесей, обеспечивают требуемую прочность и морозостойкость бетона до F = 100-300, снижают усадку и водопроницаемость. Зола повышает коррозионную стойкость железобетона и сульфатостой-кость обычного бетона, не влияя на его деформации ползучести, усадку и модуль упругости.

Приготовленную золошлаковую смесь (2) и шлак применяют взамен тяжелых заполнителей природного происхождения (песка, гравия и щебня), легких (пористых) заполнителей искусственного изготовления (керамзит, аглопорит и др.), природного происхождения (пемза, туф и др.) или в сочетании с ними.

Плотный шлак - раздельного удаления с последующим охлаждением расплава водой применим для обогащения мелких природных песков или в качестве щебня мелкой фракции - для тяжелых бетонов.

Пористый шлак - твердого удаления может служить крупным заполнителем в легких бетонах.

В настоящее время классификация и показатели свойств отходов вошли в нормативные документы. Так в соответствии с ГОСТ 25818 по виду сжигаемого топлива золы-уноса (золы сухого отбора) подразделя-

ют на антрацитовые (А), каменноугольные (КУ) и буроугольные, образующиеся в результате сжигания бурого угля (Б).

Золы-уноса (ЗУ) ТЭС применяют и в качестве компонента для изготовления тяжелых, легких, ячеистых бетонов и строительных растворов, а также в качестве тонкомолотой добавки для жаростойких бетонов. И в зависимости от области применения подразделяют на 4 вида: I - для железобетонных конструкций из тяжелого и легкого бетонов; II - для бетонных конструкций и изделий из тяжелого и легкого бетонов, строительных растворов; III - для изделий и конструкций из ячеистых бетонов; IV - для бетонных и железобетонных изделий и конструкций, работающих в особо тяжелых условиях (гидротехнические сооружения, дороги, аэродромы и др.).

По химическому составу золы-уноса делятся на 2 типа: кислые (К), содержащие окись кальция (СаО) до 10% по массе и основные (О), содержащие СаО более 10% по массе, в т. ч. у ЗУ топлива Б свободного СаОсв - не более 5% для I и II вида золы и не более 3% - для IV вида. Для III вида СаОсв не нормируется.

В обозначениях марок золы учитываются вышеизложенные сокращения.

Пример: ЗУ КУК-1 ГОСТ 25818 - каменноугольная (КУ), кислая (К),

зола-уноса (ЗУ) для изготовления железобетонных конструкций должна соответствовать следующим требованиям:

I I I - 6% и IV - 3%;

II и IV видов - не более 1,5% и III -3,5%; - Ппп для ЗУ кислых из КУ: I вида - не более 10%, II - 15%, III -7% и IV - 5%; из А: I вида - не более 20%, II - 25%, III и IV - 10%; из Б: I вида - не более 3% , II - 5%, III - 5% и IV - 2%; для ЗУ основных из Б: I,

III и IV видов - не более 3% и II - 5%. Удельная поверхность зол, м2/кг,

должна составлять для ЗУ кислых I и III вида не более 250, для ЗУ кислых II вида - 150 и для ЗУ кислых

IV вида - 300; для ЗУ основных I вида - 250, ЗУ основных II вида -200, ЗУ основных III вида - 150 и ЗУ основных IV вида - 300. Остаток на сите № 008, % по массе, должен составлять для ЗУ К I и I I I видов - не более 20%, ЗУ К II вида - не более 30% и ЗУ К IV вида - не более 15%; для ЗУ О I и II видов - не более 20%,

I I I вида - не более 30% и IV вида - не более 15%.

К сожалению, в России из (50 млн. т) общего объема образующихся зо-лошлаковых отходов лишь не более 11% приходится на долю золы-уноса.

Однако в мировой практике зола теплоэлектростанций ТЭС - эффективный компонент бетона в повышенных количествах (50-200кг/м3) (а для высокопрочных бетонов - микрокремнезем или его комбинация с золой) вводится в подавляющее большинство бетонов и рассматривается как обязательный компонент.

Зола вводимая в больших количествах, требует сокращения на ту же величину тех или иных компонентов бетона. Введение золы в бетонную смесь возможно взамен цемента или взамен песка. Эти способы взаимосвязаны (табл.1).

Таблица 1

№ состава Расход материалов, кг/м3 йсж, МПа

вода цемент песок щебень зола

1 190 330 650 1200 - 25

2 200 230 590 1200 100 18,7

3 190 230 730 1200 - 13,6

4 200 229 531 1200 100 25

Бетон с расходом золы 100 кг/м3 бетона (состав 2) может быть получен ее введением по обьёму как взамен цемента в состав 1 с расходом цемента 330 кг/м3, так и взамен песка в состав 3 с расходом цемента 230 кг/м3.

Изменения объемов вследствие повышения водопотребности смеси с золой и меньшей плотности золы (р3 = 2,1 г/см3) компенсируются повышением расхода песка. При этом введение золы взамен цемента может приводить к снижению прочности. Более эффективно введение золы взамен песка: если зола эффективна - прочность растет (в составе 4 - на 14%). На практике, как правило, обычно требуется сохранить прочность на постоянном уровне. Для чего частями золы заменяют цемент и песок.

Пропорции замены зависят от эффективности золы, качество которой количественно выражается коэффициентом эффективности (Кэ). Физический смысл его представляет - отношение масс сокращаемого цемента и вводимой золы, при сохранении постоянной прочности бетона. При использовании Кэ становится наглядным назначение состава бетона с золой. Так, Кэ=0,5 означает, что при введении в бетон, например, 100 кг золы для сохранения прочности расход цемента возможно сократить на 50кг и еще на 50кг -расход песка (при замене по массе). Если вводить золу в состав 1 (табл. 2) с целью получения равнопрочного бетона, то, приняв Кэ=0,31, получим состав 4 (замена по объему).

Таблица 2. Коэффициент эффективности некоторых зол

Расход цемента, кг/м3 Вид золы/условия твердения

Ангарской ТЭС(2) Буштырской ТЭС (3) Углегорской ТЭС(4)

пропари-вание нормальное тведение пропари-вание пропари-вание

240 0,39 0,46 0,5 0,39

300 0,31 0,36 0,4 0,42

350 0,2 0,79 0,33 0,45

400 0.2 0,25 0,5

Иногда более полезной оказывается «прочностная» интерпретация Кэ: отношение прироста прочностей при введении какого-либо количества золы и того же количества цемента. В этом случае Кэ определяется проще. Так как прочностной эффект увеличения расхода цемента на каждом производстве известен, то остается установить прочностной эффект от введения золы (взамен песка). В качестве примера можно воспользоваться данными табл. 1. Прочностной эффект от 100кг цемента - 11,4 МПа, а от 100кг золы -

5,1 МПа, откуда: Кэ = - = 0,45.

При использовании Кэ имеются и сложности, связанные с зависимостью его величины от расхода цемента, количества золы, режима твердения (приведенные выше значения Кэ справедливы для определенного расхода цемента).

Большинство российских зол имеет повышенную водопотребность, по-

этому Кэ понижается с ростом расхода цемента, а для зол низкой во-допотребности, пластифицирующих бетонную смесь, он может и повышаться. Вообще данные о зависимости Кэ от расхода цемента несколько противоречивы, поэтому его лучше определять экспериментально.

С ростом расхода золы эффективность её снижается и установление рассматриваемой зависимости становится трудоемким. Тогда возможно ограничиться одним расходом золы (например, 100-150 кг/м3), а больший Кэ при меньших расходах золы рассматривать как некоторый коэффициент запаса прочности. Такие составы могут быть в дальнейшем скорректированы по результатам производственного контроля прочности бетона.

Основным видом золы, вводимой в бетоны, является низкокальциевая зола ТЭС сухого удаления. Она представляет собой преимущественно силикатное стекло, а слагающий его аморфный кремнезем химически активен по отношению к Са(ОН)2, выделяющемуся при гидратации цемента (так называемая - пуццолани-ческая активность). Реакция между ними приводит к образованию высокодисперсных гидросиликатов

кальция (типа СаО8Ю^Н2О) с высокой вяжущей способностью взамен малопрочного Са(ОН)2, а измельчение частиц - к уменьшению размеров пор и снижению проницаемости. Все это улучшает структуру бетона. К сожалению, пуццолановая реакция (с аморфным кремнезёмом) начинается поздно (примерно в 7суточ-ном возрасте) и протекает медленно; основной ее эффект при нормальном твердении бетона проявляется к 3-месячному возрасту и интенсивное твердение бетона с золой наблюдается в более позднем возрасте - до года и более. В итоге прочностной эффект от введения золы и экономии цемента, определенные по 28-суточной прочности, оказываются ниже, чем для бетона большего возраста. Тем не менее этот «возрастной» эффект не теряется, а обусловит и дополнительный запас прочности, и пониженную проницаемость, а следовательно, повышенную долговечность такого бетона (разумеется, при условиях, способствующих продолжению гидратации в позднем возрасте).

Кроме пуццоланического эффекта, зола оказывает на бетон и значительное физическое воздействие, которое принято называть «эффектом микронаполнителя». В чистом виде он проявляется в повышении прочности при введении в бетон инертных порошков, например, молотого песка, пылевидных отходов дробления и

т.д. Его основой можно считать увеличение концентрации дисперсных частиц в цементном тесте-камне, что вызывает снижение его пористости. Другой аспект этого эффекта проявляется в бетонных смесях с низким расходом цемента, где имеет место явный дефицит дисперсных частиц. Введение золы его ослабляет или ликвидирует, в итоге улучшается зерновой состав цементно-песчаной составляющей, уменьшается расслоение бетонной смеси и повышается однородность бетона. Следует отметить, что «стабилизирующая» роль золы возрастает в связи с тенденцией применения в монолитом строительстве высокоподвижных смесей, с повышенной склонностью к расслоению.

При увеличении расхода цемента расслоение бетонной смеси снижается, но повышается тепловыделение твердеющего бетона, что может привести к образованию микротрещин уже на ранних стадиях твердения. Сокращение расхода цемента при введении золы снижает тепловыделение и вероятность образования термических микротрещин, что также улучшает структуру бетона. В массивном бетоне опасность микротрещин существенно возрастает, и положительная роль золы проявляется во всем диапазоне расходов цемента.

В бетон могут вводиться золы ТЭС, отвечающие определенным

требованиям, в первую очередь к их химическому составу. ГОСТ 2581891 нормирует: содержание СаО, МgО, БО3, щелочей, а также потери при прокаливании. Из показателей, определяющих эффективность золы, в бетоне для железобетонных изделий нормирована только удельная поверхность.

За рубежом в качестве основной характеристики зол для бетонов используется дисперсность. Принято считать, что именно дисперсностью определяются такие важные свойства зол, как водопотребность, пуц-цоланическая активность, микрона-полняющий эффект, потери при прокаливании. Ее оценивают по остатку на сите 45 мкм, считая, что удельная поверхность зол, содержащих пористые частицы, определяется неточно. Но зарубежные стандарты, например, европейские нормы EN-450 «Зола для бетона», наряду с химическим составом, нормируют не только дисперсность, но также индекс активности, характеризующий прочностной эффект золы в смеси с цементом. В ряде стандартов нормируется также водопотребность золы. По общему принципу - зола не должна повышать водопотребность бетонной смеси.

В то же время золы повышенной водопотребности могут оставаться достаточно эффективными в бетоне. Так введение 100 кг золы на 1м3 бетона взамен песка повысило проч-

ность на 14%, несмотря на рост водопотребности смеси на 10 л/м3.

Разумеется, золы с пониженной водопотребностью более эффективны, особенно в бетонах с повышенным расходом цемента.

Введение золы улучшает целый комплекс свойств бетонной смеси и бетона. Следует отметить, что это происходит одновременно со снижением расхода цемента в бетонах с золой в соответствии с Кэ. Бетонная смесь с золой при той же подвижности более пластична, легче перекачивается и заполняет формуемое пространство, что особенно важно при «трудных» условиях укладки. Затвердевший бетон с золой, имея пониженную проницаемость, повышает долговечность, защитное действие по отношению к арматуре затрудняя диффузию ионов хлора в бетон, а также коррозионную стойкость. Особенно резко повышается сульфатостойкость. Но эти эффекты достигаются при продолжительном влажностном уходе, что обеспечивает пуццолановую реакцию в поверхностном слое бетона, который ответственен за перечисленные свойства.

В то же время следует учитывать и некоторые негативные последствия введения золы в бетон. Прежде всего, замедляется твердение бетона в ранние сроки, особенно при пониженных температурах. В ряде случаев, особенно при значительных

расходах золы, возможно снижение морозостойкости бетона, что является сложной функцией расхода золы, длительности ухода за бетоном и возраста, в котором начинается воздействие мороза. Наконец, следует учитывать, что взаимодействие золы с Са(ОН)2 при пуццолановой реакции ведет к уменьшению щелочного резерва в бетоне, при больших расходах золы может возникнуть опасность его полного связывания и коррозии арматуры. Поэтому количество вводимой золы ограничивается.

ГОСТ 25818-91 предусматривает максимально допустимое отношение зола: цемент как 1:1 по массе.

Шлаки ТЭС, запасы которых исчисляются миллионами тонн, являются прекрасным сырьем для производства бетона. Они образуются из минеральной части углей, сжигаемых в пылевидном состоянии в топках котлоагрегатов.

Многие районы страны испытывают острый недостаток - природных песков, отвечающих требованиям действующих стандартов, поэтому строители вынуждены использовать очень мелкие пески с Мкр = 1,...1,2. Это неизбежно ведет к перерасходу цемента и снижению качества железобетонных конструкций. В последнее время мелкие природные пески обогащают попутными продуктами и отходами производства. Рациональное использование отходов расширяет

сырьевую базу строительства и снижает его стоимость.

Шлаки по зерновому составу представляют собой механическую смесь шлакового песка (крупность зерен 0,14-5 мм) и шлакового щебня (крупность зерен более 5мм). Плотность зерен шлака, образующихся в топках котлов, агрегатов с жидким шла-коудаленнем, находится в основном в пределах 2,3-2,5 т/м3; дробимость зерен фракшии 5-10 мм по методике ГОСТ 8269 составляет 20-25%, а прочность образцов-кубов с ребром 2см, выпиленных из куска шлака, достигает 150-200 МПа. То есть шлаки ТЭС применимы в качестве заполнителей бетонов высоких марок, вплоть до М700.

Учитывая высокое значение модуля крупности (Мкр) шлакового песка (3,05-3,96), топливный шлак раздельного удаления целесообразно использовать в качестве компонента, улучшающего гранулометрию мелких песков.

Шлаковый песок не имеет недостатков, присущих многим видам промышленных отходов - практически не содержит лещадных и игловатых зерен, илистых, глинистых и других вредных примесей. Некоторое количество пылевидных фракций, которое может содержаться в шлаках, не ухудшая свойств бетона, заметно улучшает реологические характеристики бетонной смеси.

Практика показала, что стабильная однородность и прочность бетона могут быть получены лишь при оптимальном дозировании, учитывающем гранулометрию исходного песка и добавляемого шлака. Методика расчета состава бетона, обеспечивающего получение оптимальной гранулометрии заполнителей и повышение плотности и прочности бетона, учитывает, что в составе топливного шлака содержатся не только песчаные фракции, но и более крупные зерна, заменяющие щебень. Кроме того, плотность зерен шлака ниже, чем традиционных заполнителей из твердых горных пород, поэтому, количество шлакового заполнителя должно быть меньше суммы масс кварцевого песка и гранитного щебня.

Структуры цементного камня с отходом кремнезема с микро- и на-норазмерными частицами

Сегодня широкое внимание технологов привлекает экологически весьма нежелательные отходы черной, цветной металлургии в виде силикатного «дыма», имеющих в своём фракционном составе даже наноразмерные частицы. Их захоронение требует помимо технологических операций подготовки и складирования ещё и закрытия поверхности гумусом с газоном для того, чтобы предотвратить дальнейшее пыление отходов в сухую или жаркую погоду.

При микро- и наноразмерных наполнителях цементного камня актуальны явления и механиз-мы, участвующие в структурообразовании от их введения как модификатора. Роль микро- и нано-размерных частиц в процессах модифицирования структуры цементного камня и бетона рассматривается в контексте с влиянием включений других их размерных масштабов.

В технологическом материаловедении каждый размерный масштаб «включения» частиц соотносится с соответствующим своим масштабным уровнем структуры, представляемым в виде двухкомпонент-ной подсистемы «матрица - включение». Это последовательно касается крупного, мелкого заполнителя, микронаполнителя, ультрамикро- и наноразмерных частиц. Каждый вид включения, «работая» в рамках своего масштабного уровня структуры, влияет на структуру всего материала (как композита). Последним, и это важно, предопределяется синергизм получаемых эффектов.

Необходимость системной количественной сбалансированности содержания включений разного размерного масштаба очевидна. Эта задача имеет отношение и к оптимизации дозировки микро- и наномодифици-рующих частиц.

Размерный масштаб следует рассматривать в качестве исходно-

го идентификационного параметра включений. С размерно-геометрическим и визуально экспрессфикси-руемым признаком, связаны многие идентификационные характеристики включений - удельная площадь поверхности, удельная поверхностная энергия, число частиц и число контактов частиц в единице их объема (см. таблицу 3), квантово-размерные эффекты и состояния частиц, предопределяющие проявление ими механических, физических и химических воздействий на процессы структуро-образования и эффекты преобразования структуры материалов.

Рассматривая возможные механизмы участия микро- и нанораз-мерных частиц в процессах струк-турообразования цементного камня и бетона, необходимо рассмотреть систему, в которой оказываются они изначально.

Это полидисперсные многофазные системы цементного теста со сложением исходных дисперсных частиц в упаковки определенной плотности. В них развиваются процессы смачивания, адсорбции, хемосорбции, пеп-тизации, растворения, гидратации, коллоидации, зародышеобразования и фазообразования с кристаллизацией и перекристаллизацией.

«Жизненный цикл» микро- и на-норазмерных частиц определяется сущностью и мерой вовлечения их в эти явления и процессы структу-рообразования. Это зависит от размерно геометрических и субстанциональных характеристик, дозировки микро- и наноразмерных частиц. В общем случае структурообразующее участие и преобразующее их влияние становиться результатом следующих взаимосвязанных механизмов.

Таблица 3.

Оценочные характеристики ний, вводимых в структуру бетона

Наименование включений Размер, Удельная поверхность, м2/кг Удельная поверхностная энергия, Дж/кг Число частиц в единице их объема (в 1м3) Число контактов частиц в единице их объема (в 1м3)

Крупный заполнитель 510_3-4^10-2 До 0,5 До 0,6 До 1104 До 9104

Мелкий заполнитель 510_4-5^10"3 До 24 До 30 До 5-106 До 4107

Микронаполнитель 510_6-2^10-4 До 300 До 400 До 11012 До 91012

Микрокремнезем 110"7-210-7 До 20 000 До 18 000 До 6-1018 До 4-1019

Наноразмерные частицы 210_9-4^10-8 До 200 000 До 250 000 До 2-1022 До 11023

Первым и общеизвестным является механизм, определяющий повышение плотности упаковки системы сложения дисперсных частиц, уменьшение общей ее пористости, изменение структуры пористости.

На стадии развития процессов смачивания, адсорбции, хемосорбции присутствующие в системе микро- и наноразмерные частицы способны за счет увеличения объема адсорбци-онно и хемосорбционно связываемой ими воды уменьшать объем капиллярно-связанной и свободной воды, приводить вследствие этого к изменению технологических реологических свойств цементного теста и бетонной смеси, к повышению их вязкости и пластической прочности.

На стадии коллоидации, зароды-шеобразования и фазообразования микро- и наноразмерные частицы способны выполнять роль центров кристаллизации и понижать энергетический порог этого процесса, ускорять его.

Одновременно проявляющимся эффектом влияния частиц как центров кристаллизации будет «зонирование» структуры твердения. Микрообъемы структуры твердения будут оказываться в поле энергетического, термодинамического влияния отдельных микро- и наночастиц, что будет сопровождаться формированием агломератов и кристаллитов из новых гидратных фаз. Размер,

объем, число агломератов и кристаллитов в единице объема будет предопределяться квантоворазмерным состоянием частиц, количественным их содержанием (дозировкой) в единице объема цементного камня и бетона.

Зонирование - как процесс и как результат процесса преобразования структуры цементного камня обеспечивает положительные явления для свойств бетона, поскольку имеет прямое отношение к характеристикам однородности - неоднородности структуры, площади границ раздела фаз и соответственно - к изменению условий работы материала под нагрузкой с точки зрения концентрации и локализации, формирования в нем напряжений и деформаций, условий зарождения и продвижения трещин.

Еще один принципиально важный механизм модифицирования структуры цементного камня при введении микро- и наноразмерных частиц связан с возможностью их непосредственного химического участия в гетерогенных процессах фазообразования гидратных соединений. Такая возможность определяется как субстанциональным признаком (химико-минералогическим составом) частиц, так и повышенными значениями удельной площади их поверхности и удельной поверхностной энергией.

Таким образом, характеризуя механизмы преобразующего влияния микро- и наноразмерных частиц на

структурообразование и структуру цементного камня и бетона, следует в общем случае иметь в виду пространственно-геометрический аспект (параметры системы сложения дисперсных частиц, плотность их упаковки, пористость и структура пористости, зонирование образования новой фазы), термодинамический и кинетический аспект (энергетическое облегчение процессов гидратации и твердения, их ускорение), кристал-ло-химический аспект (проявление частицами роли кристаллической затравки, фактор зонирования аморфно- кристаллической структуры, участие субстанции частиц в химико-минералогических процессах фазообо-разования), наконец, технологический аспект (влияние на водопотребность, изменение реологических характеристик формовочных смесей).

Однако возможности и мера реализации этих механизмов структу-ропреобразования цементного камня должны определяться видом, характеристиками и дозировкой микро- и наноразмерных частиц.

В этом ряду одним из самых приемлемых вариантов является использование наноразмерных частиц кремнезема по причине их доступности, возможности относительно простого и недорогого синтеза.

При общности рассмотренных механизмов преобразования структуры цементного камня микроразмерными

и наноразмерными частицами кремнезема существует принципиальная разница в эффективности их применения. Это обусловлено прежде всего значительным отличием размеров микро- и наноразмерных частиц кремнезема при том, что по своей субстанциональной природе микро-и наноразмерные частицы кремнезема являются подобными.

Применяемый сегодня в практике микрокремнезем (МК)(Рис.1) является побочным продуктом производства кремния и ферросплавов, состоящим на 80-98% из диоксида кремния аморфной модификации; частицы имеют сферическую форму со средним диаметром 200нм; удельная площадь поверхности, измеренная методом адсорбции азота, составляет 15 000 - 25 000 м2/кг; удельная поверхностная энергия может достигать 18 кДж/кг, а число частиц в единице объема - 1018 шт./м3.

Рис. 1. Основные характеристики кремнеземной пыли: а - форма и размеры зерен (с микрофотографии) ; б - кривая гранулометрического состава

Габариты наноразмерных частиц кремнезема на два порядка меньше

размеров частиц микро-кремнезема и составляют от 1 до 20 нм; удельная площадь поверхности наноразмерных частиц SiO2 может достигать 200000 м2/кг, а удельная поверхностная энергия - до 250 кДж/кг. Это со-зает ситуацию, когда большинство связей атомов наночастиц выходит на поверхность, тем самым, обеспечивая чрезвычайно высокую удельную поверхностную энергию, отнесенную к массе частиц. Обьём улавливания микрокремнезёма в России составляет 30-40 тыс.т. Это ценнейший суперпуццолановый отход, применяемый для производства супервысокопрочных бетонов.

Рентгенометрическое исследование кинетики процесса структуро-образования цементного камня, модифицированного наноразмерными частицами SiO2, выявило следующие закономерности: процесс протекает значительно быстрее, так как уже при длительности твердения 1 час присутствует значительное количество гидросиликатных фаз; процесс фазообразования характерен тем, что доминирующей фазой в данном случае являются более низкоосновные гидросиликаты кальция. С увеличением продолжительности твердения содержание данной фазы увеличивается, при этом уменьшается количество фаз 3СаО SiO2, и более активно происходит увеличение содержания фаз 2СаО^Ю^Н20 и

(СаО)х^Ю2-пН2О. И это связано именно с введением в цементно-водную систему наноразмерных частиц Si02. Существенным отличием применения наноразмерных частиц является то, что их присутствие в системе наблюдается лишь в начальные сроки твердения (8-24 часа); затем они не фиксируются. Это обусловлено их чрезвычайно высокой химической активностью и способностью участвовать в реакциях, вероятно, и по топохимическому механизму.

Высокая удельная поверхностная энергия частиц микрокремнезема и, особенно наночастиц Si02, изменяет термодинамические условия химических реакций и приводит к появлению продуктов твердения измененного, по сравнению с системой твердения без добавки, минералогического, морфологического и дисперсного составов.

2. Экологическая оценка отходов промышленных предприятий (на примере серосодержащих отходов)

Имеются основательные теоретические научные проработки утилизации конкретных отходов (3), например, шламов, зол и шлаков ТЭС непосредственно для выпуска определенных материалов. Так разработаны и апробированы технологии получения из отходов металлургических, нефтеперерабатывающих и нефтехимических, химических, энергетических предпри-

ятий дорогостоящего глиноземистого и расширяющегося цементов, жаростойкого бетона, высокоэффективных добавок - для керамзита, керамического кирпича и других материалов.

Однако, несмотря на разнообразие строительных материалов из промышленных отходов, утилизация отходов к общей массе их образования остается ещё низкой. И поэтому предприятия стройиндустрии, всесторонне и стабильно использующие техногенное сырье с ценными компонентами, не обрели массового характера.

Обьясняется это достаточно сложным поэтапным комплексным подходом к проблеме утилизации отхода, но, безусловно - обязательным с позиции охраны здоровья людей и окружающей среды. К тому же дополняемым ещё экономически целесообразной оценкой применения техногенного сырья, определяющей в конечном итоге - непременно повышающий коэффициент его полезного использования по сравнению с существующими производствами - прямыми потребителями природного сырья.

Технологически поэтапность обоснованности трансфомации отхода в технологическое сырьё для производства стройматериалов и их службы в экслуатационных условиях строительных сооружений определяется:

Установлением пригодности техногенного сырья для нужд стройин-дустриии;

Выбором технологии переработки сырья для производства строительных материалов.

В тоже время определение пригодности отнесения техногенного отхода к классу «потребительского» сырья включает также несколько этапов оценки по различным критериям.

I этап - Оценка токсичности.

Токсичность отхода оценивается путем сравнения состава с ПДК (предельно допустимой концетрацией) канцерогенных (токсичных) веществ и элементов. Здесь возможны три варианта:

Отход содержит значительное количество токсичных веществ, превышающих ПДК;

Отход содержит небольшое количество тяжелых металлов;

В отходе отсутствуют вредные вещества.

В первом случае отход без специальных мер очистки не может быть использован в производстве строительных материалов и направляется на захоронение.

При наличии в составе отхода примесей тяжелых металлов можно рекомендовать его к использованию в обжиговых технологиях при условии образования в массе достаточного для консервации (капсулирования) тяжелых металлов расплава.

В случае отсутствия токсичных элементов рассматриваемый отход рекомендуется ко второму этапу оценки.

II этап - Радиационная безопасность.

В настоящее время сложившаяся практика строительства зданий, с учетом радиационной безопасности предусматривает контроль эффективной удельной активности (Аэф) естественных радионулидов (ЕРН) <К, <Ка, <ТП. Техногенное сырье, имеющее удельную активность ЕРН Аэф<370 Бк/кг (в соответствии с НРБ-96 ГН 2.6.1.054-96) относится к I классу материалов. Это сырье возможно применять для материалов, использующихся во вновь строящихся жилых и общественных зданиях.

Если удельная активность ЕРН Аэфф <740 Бк/кг, то такой отход можно отнести ко II классу материалов, и он должен использоваться только в дорожном строительстве в пределах территории населенных пунктов и зон перспективной застройки, а также при возведении производственных сооружений.

Если удельная активность ЕРН техногенного сырья составляет Аэфф <2,8 кБк/кг - III класс материалов. То отход следует применять для производства материалов, используемых только в дорожном строительстве вне населенных пунктов.

При Аэфф>2,8 кБк/кг вопрос об использовании материалов решается в каждом случае отдельно по согласованию с федеральным органом Госсанэпиднадзора.

III этап - Оценка химико-минералогического состава

Химико-минералогический состав является определяющим фактором для выбора направления использования отхода. Для объективной оценки необходимо определить:

Органическую и минеральную часть;

Вид органики (масла, смолы, дег-ти, растительные остатки и др.);

В минеральной части, кроме содержания основных оксидов (Si02, А12О3, Ге203, ГеО, СаО, МgО и др.), необходимо определять ещё элементарный (качественный) состав с целью выявления наличия редкоземельных металлов.

По соотношению органической и минеральной части все отходы подразделяются на органические, ор-ганоминеральные и минеральные. Компьютерный метод оценки минерального сырья для производства строительных материалов профессора В.И. Соломатова позволяет определять качественный состав по диаграмме Si02-А1203-(R1R2)0. Оценка осуществляется по химическому составу сырья, количеству эвтектического расплава и соотношению между плавнями. Имея ввиду - ещё, частое непостоянство химического состава техногенного сырья, целесообразно распространение этого метода и на определение степени минерализации такого сырья.

Рис. 2. Диаграмма SiO2-Al2O3(R1R2) О. Области химического состава

техногенного сырья: 1 - кремнезёмистого, 2 - глиноземистого, 3 - алюмосиликатного, 4 - щелочесодержащего, 5 - щелоче-силикатного, 6 - щелочеалюминат-ного, 7 - щелочеалюмосиликатного.

IV этап - Объем образования.

Объём образования (много-, малотоннажного) определяет использование отходов в виде основного сырья, либо - в качестве добавок.

Промышленный отход после проведения поэтапной оценки приобретает определенный статус, разрешающий, строителям применение его в производстве строительных материалов.

Однако при подготовке техногенного сырья к производству строительных материалов необходимо учитывать трудоемкость процесса

извлечения ценного компонента из отхода или его очистку от токсичных примесей.

Поэтому учитываются предварительно все затраты на переработку техногенного сырья для трансформации его в кондиционное сырьё.

Всё это и определяет экономическую эффективность применения отхода для производства дешевых строительных материалов.

Вся необходимая информация для дальнейшего использования техногенного сырья разрабатывается специалистами специальных служб. Это способствует серьёзному разрешению проблемы накопления отходов и улучшению экологической обстановки.

3. Эколого-гигиенические требования при производстве строительных материалов

В целях эколого-гигиенической безопасности на предприятиях (1) должен:

Быть разработан нормативно-технический комплекс документов по безопасности труда при работе с тонкодисперсными отходами различных производств;

Применяться технологический способ изготовления материалов, например, бетонов, максимально исключающий контакт работающих людей с тонкодисперсными отходами;

Поддерживаться показатель параметров технологического оборудо-

вания, обеспечивающих требуемую концентрацию содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны;

Организован тщательный контроль над содержанием вредных веществ в воздухе рабочей зоны цехов предприятия;

На предприятии предусмотрен порядок обеспечения работающих людей средствами индивидуальной защиты от пыли, шума и вибрации;

Проводиться регулярный медико-профилактический осмотр рабочих, имеющих контакт с отходами производства;

Контролироваться государственным документом о соответствии предприятия по изготовлению бетонов различных видов на основе техногенных отходов всем санитарно-гигиеническим требованиям;

Утверждённый в установленном порядке перечень требований наличия для всех веществ, входящих в состав бетона, токсикологических характеристик и их соответствия требованиям по содержанию ЕРН;

Исключен любой случай возможности эксплуатационно-климатического воздействия, приводящего к выделению вредных веществ выше гигиенических нормативов и обусловливающего придание материалам аллергенных, канцерогенных и других опасных свойств.

Например, бетон считается экологически чистым, если соответствует требованиям по содержанию естественных радионуклидов и выделению вредных веществ в атмосферу при разных условиях эксплуатации в соответствии с действующими ПДК.

ЛИТЕРАТУРА:

1. Гусев Б.В. и др. Использование твердых отходов литейного производства в строительной индустрии. Экология и промышленность России, №2, 2005 с. 12-15.

2. А.И. Звездов, Л.А. Малинина, И.Ф. Ру-денко. Технология бетона в вопросах и ответах. М.,2005.

3. Б. А. Усов, А. Н. Волгушев. Технология модифицированных серных бетонов. М., изд-во МГОУ, 2010.

Одна из основных экологических проблем производства строительных материалов связана с громадными объёмами производства, добычей и переработкой свыше 2 млрд. т природных материалов. С этим связано широкомасштабное отчуждение, нарушение и загрязнение сельскохозяйственных угодий, поскольку сырье для строительных материалов для уменьшения транспортных расходов, как правило, добывается как можно ближе к району строительства. А районы интенсивного строительства – это густонаселенные районы, удоб­ные для выращивания сельскохозяйственных культур. Один из путей решения проблемы заключается в рекультивации нарушенных земель, устройстве прудов на месте карьеров и их использование для куль­турных целей, рыборазведения и т.д.

Генеральным же направлением является использование в каче­стве сырья для промышленности строительных материалов отходов горнодобывающих и перерабатывающих отраслей. По ориентировочным подсчётам в стране ежегодно образуется свыше 3 млрд. т горных отвалов, включающих все основные компоненты сырья, используемого в производстве стройматериалов. Находят же применение лишь 6-7%, причём большая часть – для планировки территорий, подсыпки дорог и в значительно меньшем объёме – для производства строительной керамики и других стройматериалов.

Только доменные шлаки широко использовались в производстве строительных материалов. Из 37 млн. т реализованных доменных шлаков (14 млн. т поступали в отвалы) 26 млн. т гранулировались и основная масса использовалась для производства шлакопортландцемента, 6 млн. т перерабатывалось в шлаковую пемзу, шлакоблоки, минеральную вату, щебень и другие материалы и около 5 млн. т передавалось строительным и другим организациям для непосредственного (без предварительной обработки) использования в качестве добавки к бетону, для теплоизоляционных засыпок, для устройства основания дорог, производства местного вяжущего и т.д.

По оценке научно-исследовательских институтов около 67% вскрышных пород пригодны для производства строительных материалов. Из этого количества отходов для производства щебня пригодно 30%, цемента – 24%, керамических материалов – 16% и силикатных – 10%.

В целом же промышленность строительных материалов, как никакая другая отрасль, может и должна организовать свою сырьевую базу за счёт отходов горнодобывающих и перерабатывающих отраслей народного хозяйства. А пока использование вскрышных пород КМА не превышает 8% (хотя и в этом случае экономический эффект от их реализации ежегодно увеличивается).

Другой серьёзнейшей экологической проблемой предприятий строительной индустрии является значительное пылевыделение, особенно на заводах по производству цементов. Около 20% производимого цемента выбрасывается в трубу, если не работает пылеочистка. Больше всего пыли выделяется с отходящими газами из вращающихся печей. Наряду с этим в больших количествах пыль выделяется при дроблении, сушке и помоле сырья (не только при производстве цемента, но также в производстве керамики, стекла и других строительных материалов), а также при охлаждении клинкера, при упаковке, в процессе погрузочно-разгрузочных работ на складах сырья, угля, клинкера и различных добавок.

Для снижения образования и выделения пыли, в первую очередь за счёт уменьшения неорганизованных выбросов, необходимо обеспечить полную герметизацию производственных агрегатов и транспортных средств и создать внутри аппаратов разрежение. Для уменьшения пылеобразования, кроме герметизации заводской аппаратуры, целесообразно уменьшать высоту падения пылящих материалов, увлажнять пересыпаемые и транспортируемые материалы. Все газы, отсасываемые дымососами из вращающихся печей и сушильных барабанов, а также воздух, отбираемый вентиляционными установками, направляются в пылеуловительные устройства. Здесь из них выделяется пыль, которая возвращается в производство, а очищенные газы выбрасываются в атмосферу и должны соответствовать санитарным нормам. На заводах предусматривается отсос воздуха из всех пылеобразующих агрегатов, в том числе бункеров, течек, дробилок, транспортёров и т.д. В помещениях организуется естественная и принудительная вентиляция.

42. «Экологически чистые» технологии отраслей пищевой промышленности. Проблема экологической безопасности продуктов питания. Экологически чистые материалы для упаковки пищевых продуктов .

Экологически безопасные продукты питания - это продукция, полученная из экологически безопасного сырья по технологиям, исключающим образование и накопление в продуктах потенциально опасных для здоровья человека химических и биологических веществ и отвечающая медико-биологическим требованиям и санитарным нормам качества продуктового сырья и пищевых продуктов. Безопасность пищевых продуктов гарантируется установлением и соблюдением регламентируемого уровня содержания любых загрязнителей. Центральное звено системы обеспечения безопасности пищевых продуктов - организация контроля и мониторинга за их загрязнением.

Цели мониторинга:

Определение исходного уровня загрязненности пищевых продуктов токсикантами и изучение вариантности этих уровней во времени;

Определение и подтверждение эффективности мероприятий по снижению уровня загрязнения пищевых продуктов чужеродными веществами;

Обеспечение постоянного контроля степени загрязнения пищевой продукции, не допуская превышения установленных ПДК.

По степени интенсивности отрицательного воздействия предприятий пищевой промышленности на объекты окружающей среды первое место занимают водные ресурсы.

По расходу воды на единицу выпускаемой продукции пищевая промышленность занимает одно из первых мест среди отраслей народного хозяйства. Высокий уровень потребления обуславливает большой объем образования сточных вод на предприятиях, при этом они имеют высокую степень загрязненности и представляют опасность для окружающей среды. Сброс сточных вод в водоемы быстро истощает запасы кислорода, что вызывает гибель обитателей этих водоемов.

Наиболее вредные вещества , поступающие в атмосферу от предприятий пищевой промышленности, - органическая пыль, двуокись углерода, бензин и другие углеводороды, выбросы от сжигания топлива. Проблема охраны атмосферного воздуха для перерабатывающих предприятий также актуальна.

Состав сточных вод позволяет использовать их для орошения сельскохозяйственных культур, что решает задачи очистки и повышения плодородия почвы. Вместе с тем этот процесс дорогой, сложный и недостаточно эффективный (очистка сточных вод составляет 35-90 %).

Радикальное решение проблемы - использование бессточных производств. Это направление - основное в совершенствовании водного хозяйство предприятий.

Экологически чистая упаковка для пролуктов .

Упаковка - предметы, материалы и устройства, использующиеся для обеспечения сохранности товаров и сырья к перемещению и хранению (тара); также сам процесс и комплекс мероприятий по подготовке предметов к таковому.

После Второй мировой войны началось форсированное освоение новых материалов, в первую очередь полимеров. Освоено промышленное производство: полистирола (методом термической полимеризации); полиэтилена, в том числе высокого и низкого давления (ПЭВД и ПЭНД); поливинилхлорида (ПВХ); полиэтилентерефталата (ПЭТ).

Упаковка из картона, как и раньше, остается одним из самых популярных видов упаковочного материала и применяется в разнообразных видах промышленности. Именно по упаковке, в первую очередь, судит покупатель того или иного товара, а это значит, что выполнена она должна быть на достойном уровне.

Гофрокартон представляет собой качественный и универсальный упаковочный материал, сочетающий в себе такие важные качества как высокие физические показатели и более, чем демократичная цена.

Сегодня гофротара и гофрокартон весьма востребованы среди российских производителей, простые граждане иногда сталкиваются с необходимостью купить гофрокороб, гофролоток или гофроящик, ведь подобные виды тары отлично защищают хрупкие вещи, например, при переезде. Гофротара хорошо сохраняет фрукты и овощи, отлично защищает электронику и бытовую технику

Параметры : Невысокая цена, практичность, надежность. Но немаловажен и экологический фактор. Только экологически чистые материалы смогут обеспечить сохранность отдельных видов продукции.

Еще один важный пункт – прочностные характеристики. Гофрокартон это материал, состоящий из нескольких волнообразных и прямых листов, которые сменяют друг друга: такое строение позволяет материалу обеспечивать отличные амортизационные свойства и достаточную жесткость, что выгодно отличает его от упаковочных материалов, обладающих схожими параметрами. Гофрокартон идеален, когда от материала требуется высокое сопротивление ударам, давлению и сжатию. В зависимости от предъявляемых к стойкости к внешним воздействиям требований, комбинат выпускает гофроупаковку, применяя от двух до семи сменяющих друг друга прямых листов картона и гофры.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Загрязнение окружающей среды производством строительных материалов

1. Основные источники загрязнения в производстве строительных материалов

Производство строительных материалов - одна из старейших, но довольно динамично развивающаяся отраслей. На территории России действует много промышленных предприятий, работающих по старым технологиям, используется устаревшее оборудование. Воздействие на окружающую среду происходит за счет выбросов в атмосферу отходящих газов, сбросов сточных вод, содержащих большое количество опасных экотоксикантов. Стоимость основных фондов промышленности строительных материалов составляет 2,8% от стоимости всех производственных фондов страны.

В последнее время ежегодный рост производства основных видов строительных материалов в натуральном выражении составлял от 7 до 30% с одновременным увеличением доли отечественной продукции, удовлетворяющей современным требованиям и соответствующей по качеству мировым аналогам. Промышленность строительных материалов является одной из наиболее топливо- и энергоемких (более 16% в структуре затрат), а также грузоемких отраслей хозяйства: в общем объеме грузоперевозок железнодорожным, автомобильным и водным транспортом перевозки строительных грузов составляют около 25%. Отрасль потребляет 20 видов минерального сырья, охватывающего свыше 100 наименований горных пород, и относится к крупнейшим горнодобывающим отраслям в экономике России.

Строительная индустрия является одной из самых материалоемких и энергоемких отраслей народного хозяйства. На ее долю приходится около 50 % потребления вырабатываемой человечеством энергии и 60 % материальных ресурсов. Производство строительных материалов в наибольшей степени, чем другие отрасли потребляет отходы промышленных производств. Однако человечество, осознав важность экологических проблем, приходит к пониманию того, что масштабы и интенсивность материальной деятельности людей стали такими, что естественная среда и техногенная деятельность перестали быть всеобщим поглотителем отходов производства, транспорта, быта и практически неисчерпаемым источником сырья и энергии. Возникли признаки необратимых деградационных процессов в биосфере. Экосистемы, формировавшиеся миллионы лет, претерпевают существенные изменения, становятся неустойчивыми по отношению к внешним антропогенным воздействиям на глобальном уровне.

Ежегодно в биосферу поступает до 30 млрд. т всех видов твердых и жидких отходов. Их большое количество связано с несовершенством современных технологий. По некоторым данным, на производство конечной продукции используется не более 7 % добываемого сырья. На каждого жителя Земли в настоящее время извлекается до 100 т сырья в год. Анализ тенденций современного хозяйства показывает, что число отходов удваивается каждые 10-12 лет. Проблема утилизации и ликвидации отходов для современной цивилизации является одной из самых важнейших проблем выживания. Проблема отходов - едва ли не сложнейшая в России, где на свалках, хранилищах, полигонах скопилось около 100 млрд. т твердых отходов, что составляет около 700 т на каждого жителя. Из всей этой массы отходов только 5 % идет на мусоросжигательные заводы, остальное складируется. Уровень накопления отходов в России составляет 10-15 т на одного человека в год, в том числе токсичных - 1 т. Степень утилизации невелика и не превышает 10-25 % всей массы отходов.

В Европе сегодня огромное внимание уделяется вопросам создания здоровой, экологически чистой среды обитания. Именно поэтому в поддержании высоких экологических стандартов в строительстве заинтересованы и производители строительных материалов, и застройщики, и владельцы жилья.

Данная проблема имеет множество составляющих. И хотя одной из главных из них является возведение строений, которые способны существовать, не нанося вреда окружающей среде, не менее важно и то, какие строительные материалы используются при постройке новых зданий. Ведь они оказывают влияние на экологическую обстановку как внутри, так и за пределами здания. Исходя из того, что современный человек около 80% своего времени проводит либо в зданиях, либо на пути между ними, можно понять, насколько качество стройматериалов влияет на его здоровье, и как следствие, на качество его жизни.

Не меньшее влияние стройматерилы оказывают на окружающую среду: по оценкам экспертов, около 50% всего объема отходов приходится на строительную индустрию. В Европе при возведении одного дома в среднем образуется 7 тонн отходов. В ЕС каждый год на одного человека приходится 0,5 тонны строительных отходов.

Поскольку строительные материалы производятся из множества различных веществ как органической (пластмасса, древесина), так и неорганической природы (металлы, минералы), а также существуют те, где сочетается и то, и другое, необходимо давать экологическую оценку не только их компонентам, но и всему продукту в целом, то есть оценивать влияние данного строительного материла на окружающую среду на каждом этапе его существования - начиная от производства и до момента его утилизации.

В настоящее время Европа стремится выработать единые стандарты для сертификации производимых и импортируемых строительных материалов. Пока данная система полностью не вступила в действие, в каждой стране применяются национальные системы сертификации.

Общие требования к стройматерилам таковы: он должны быть здоровыми, гигиеничными и не наносить вреда окружающей среде, то есть:

Не испускать токсичных газов;

Не испускать радиоактивного излучения;

Не загрязнять ни воды, ни почвы;

Отходы строительства не должны стать дополнительным источником загрязнения окружающей среды;

Строительные материалы не должны способствовать накоплению влаги на конструкционных частях и внутри построенных помещений.

До недавнего времени основной задачей строительства было создание искусственной среды, обеспечивающей условия жизнедеятельности человека. Окружающая среда рассматривалась лишь с точки зрения необходимости защиты от ее негативных воздействий на вновь создаваемую искусственную среду. Обратный процесс влияния строительной деятельности человека на окружающую природную среду и искусственной среды на природную в полной мере стал предметом рассмотрения сравнительно недавно. Лишь отдельные аспекты этой проблемы, в меру практической необходимости, изучались и решались (например, удаление и утилизация отбросов, забота о чистоте воздуха в населенных пунктах...). Между тем строительство является одним из мощных антропогенных факторов воздействия на окружающую среду. Антропогенное воздействие строительства разнообразно по своему характеру и происходит на всех этапах строительной деятельности - начиная от добычи стройматериалов и кончая эксплуатацией готовых объектов.

Говоря о воздействии на окружающую природную среду строительства, следует различать, с одной стороны, строительство как важнейшую отрасль н/х, а с другой - строительство как продукцию этой отрасли: урбанизированные территории, магистрали и т.д. Как отрасль строительство нуждается в большом кол-ве различного сырья, стройматериалов, энергетических, водных и других ресурсов, получение которых оказывает сильное воздействие на окружающую среду. С серьезными нарушениями ландшафтов и загрязнением окружающей среды связано ведение работ непосредственно на стройплощадке. Нарушения эти начинаются с расчистки территории строительства, снятия растительного слоя и выполнения земляных работ. при расчистке территории строительства, ранее уже занимавшейся под застройку, образуется значительное количество отходов, загрязняющих окружающую среду при сжигании, или загромождающих свалочные территории, что меняет морфологию участков, ухудшает гидрологические условия, способствует эрозии. Степень воздействия на природу зависит от материалов, применяемых для строительства, технологии возведения зданий и сооружений, технологической оснащенности строительного производства, типа и качества строительных машин, механизмов и транспортных средств и других факторов.

Территория строек становится источником загрязнения соседних участков: выхлопы и шум двигателей машин, сжигание отходов. Вода широко используется в строительных процессах - в качестве компонентов растворов, как теплоноситель в тепловых сетях; после использования она сбрасывается, загрязняя грунтовые воды и почвы.

Однако само строительство - процесс относительно скоротечный. Значительно сложнее дело обстоит с воздействием на природу объектов, являющихся продукцией строительства - зданий, сооружений и их комплексов - урбанизированных территорий. Их влияние на окружающую природную среду еще недостаточно изучено, поэтому практически все экологические мероприятия носят рекомендательны характер. Что же касается нынешних результатов, то: уменьшается количество деревьев, загрязняются воды и почвы вследствие промышленных выбросов и накопления коммунально-бытовых отходов, происходит запыление, газовое и тепловое загрязнение воздуха, что приводит к изменению уровня радиации, выпадению осадков, изменению температур воздуха, ветрового режима, т.е. к созданию искусственных условий на урбанизированной территории.

Отрицательное влияние на здоровье человека помимо перечисленных факторов оказывают шумовое загрязнение, особенно инфразвуковое, геопатогенные зоны и ряд других.

Уменьшить отрицательное воздействие среды обитания на человека возможно за счет создания экологически эффективных новых композиционных материалов полифункционального назначения и умелого применения их в промышленном и гражданском строительстве.
Традиционно на стадии проектирования строительных объектов специалистов прежде всего интересуют физико-механические характеристики и эстетические свойства строительных материалов. Например, выбор отделочных материалов чаще всего определен их фактурой, цветом, цвето-стойкостью, долговечностью покрытий.

Однако экологическая ситуация заставляет помимо декоративных качеств учитывать защитные свойства материалов, обеспечивающих безопасность жизнедеятельности человека в конкретном регионе его проживания. За последние десятилетия создана широкая номенклатура новых композиционных материалов, обладающих защитными свойствами от воздействия вредных экологических факторов.

Среди них эффективные стеновые материалы, теплоизоляционные, звукоизоляционные, радиационно-защитные, гидроизоляционные, герметики и ряд других.

Матричным материалом этих композитов чаще всего являются традиционные и альтернативные минеральные и органические вяжущие вещества, а в качестве наполнителя используются высоко- дисперсные промышленные отходы ряда производств, обладающих значительным запасом свободной внутренней энергии, участвующей в процессах структурообразования этих материалов с целью получения заданных физико-механических и защитных характеристик.

Введение в состав отделочных материалов ионов тяжелых металлов позволяет сочетать их высокие декоративно-художественные качества и надежную защиту от жестких ионизирующих излучений. Такими свойствами обладает стекло, керамика, которая сама по себе является экологически чистым материалом, так как ионы тяжелых металлов находятся в стекловидной фазе и не являются водорастворимыми. Это, пожалуй, единственный надежный способ утилизации гальванических шламов, накопившихся практически во всех экономических регионах РФ. Технологические приемы позволяют регулировать характер поверхностной пористости отделочной стеклокерамической плитки, модифицированной гальваношламами, придавая тем самым и звукоизоляционные свойства. Известно, что применение обычной глазурованной керамической плитки для отделки фасадов зданий только усиливает шумовое загрязнение окружающей среды за счет высокой отражательной способности покрытия.
Во многих регионах России в последние годы постоянно возрастает объем промышленных отходов, используемых строительной индустрией взамен природного сырья.

Это одно из главных направлений выхода из глобального и регионального экологического кризиса. Противоречия человека и экосистемы заключаются именно в том, что для искусственных производственных процессов человечеством избираются ресурсы, максимально готовые к употреблению, так как они требуют минимальных затрат труда. Но эти природные соединения уже участвуют в обеспечении равновесия и устойчивости окружающей среды. После их изъятия из природного оборота во многих локальных средах возникает хаос, снижая эффективность обменных процессов. Извлекая их из взаимосвязанных естественных структур, человек вызывает дисбаланс в круговоротах вещества и энергии. С одной стороны, потребности человечества удовлетворяются, а с другой - разрушаются созданные природой системы, участвующие в самоорганизационных процессах Геосистемы. Необходимо всегда следовать главному принципу сотрудничества человека и природы: скорость самоструктуризации в геосистеме за счет естественных и искусственных процессов всегда должна превышать скорость их деградации.
В настоящее время по линии Министерства природных ресурсов в России создается кадастр техногенных отходов.

Чисто информативная функция кадастра промышленных и твердых бытовых отходов только в том случае станет действенной, если будут созданы специальные организации по проблемам вторичных ресурсов, в состав которых должны войти крупные специалисты и ученые в области экологии, технологии, экономики природопользования и др.
Только в этом случае могут быть даны конкретные рекомендации по стратегическому использованию крупнотоннажных отходов и предложены рациональные отрасли их переработки. Для особо опасных и токсичных отходов необходимо создавать способы надежного захоронения и перспективные разработки технологий их уничтожения или утилизации.

загрязнение строительный отход стандартизация

2. Особенности технологии производства строительных материалов, этапы производства

Программы работ в области строительства требуют для своего осуществления, наряду с дальнейшим развитием промышленности строительных материалов, изыскание новых резервов повышения эффективности их производства. В современном строительстве резко возрастает потребность в высокопрочных строительных материалах, которые обладают развитой сырьевой базой и изготавливаются прогрессивными технологическими методами.

В технологии строительных материалов известны работы, в которых показана техническая возможность и экономическая целесообразность производства безцементных вяжущих. Минеральным сырьем для производства являются многотоннажные отходы металлургической, теплоэнергетической, горнодобывающей, химической и других отраслей промышленности.

На основании этих вяжущих можно изготавливать различные строительные материалы, такие, как: сухие строительные смеси, бетонные блоки и плиты, бетоны для монолитного строительства, кирпич, тротуарную плитку и т.д.

Экспериментальное внедрение безцементных вяжущих в строительстве начато в 1958 году, а производство - в 1964 году. За это время доказаны высокие технологические и эксплуатационные свойства таких строительных материалов, прошедших проверку временем в конструкциях различных областей строительства. Например, в 1989 году в городе Липецке был построен 22-этажный дом.

Разработка строительных материалов на основе комплексного использования крупнотоннажных отходов промышленности обусловлено, прежде всего, эколого-экономическими факторами. Во-первых, значительным ростом цен на цементы, природные заполнители, энергоносители и, во-вторых, обострением экологической обстановки в стране в результате продолжающего наращивания, образования и накопления промышленных отходов.

Минимизации экологических последствий от промышленных отходов можно достичь только полной их утилизацией. Поэтому многие развитые страны пошли по пути использования в качестве минерального сырья не природных, а техногенных материалов и изготовления из них принципиально новых видов высококачественной продукции. Россия, в этом плане, значительно уступает. Так, например, золошлаковые отходы ТЭС используются только на 8 %, сталелитейные и ферросплавные шлаки на 50 %, ультрадисперсный кремнезем, представляющий отход при производстве кремнесодержащих сплавов, на 10%, отходы горнодобывающей промышленности на 27 %. Исследования показывают, что широкое применение промышленных отходов позволило бы на 15-20 % расширить минерально-сырьевую базу строительной промышленности.

Химический и минералогический состав перечисленных отходов, в большинстве своем, прекрасно подходит для производства безцементных вяжущих. К тому же, отличительной их особенностью является способность к химической активации веществами, которые в свою очередь также могут быть отходами других производств.

Промышленные отходы необходимо рассматривать не как традиционные индустриальные свалки, а как стабильную и возобновляемую сырьевую базу для производства высококачественных дешевых строительных материалов.

Особенности технологии строительных материалов заключаются в следующем:

Применение промышленных отходов;

Использование химических активаторов твердения из местных отходов;

Простая гидротермальная обработка при атмосферном давлении;

Технология позволяет производить объемноокрашенные стройматериалы.

Основные этапы и направления развития промышленности строительных материалов. В Российской Федерации за последние несколько лет удалось добиться постоянного роста объема промышленной продукции, но, хотя ежегодный прирост выпуска продукции строительных материалов составлял в среднем около 10%, достигнутые объемы не полностью удовлетворяют потребности современного строительства, что вызвано, в основном, низким техническим уровнем предприятий и износом технологического оборудования.

Производство отдельных видов строительных материалов характеризуется высокой капиталоемкостью производственных мощностей и требует значительного времени на строительство, что снижает их инвестиционную привлекательность.

В базовой для строительства отрасли - цементной промышленности объем инвестиций на 1 тонну цемента возрастет от 5-6 долларов на тонну мощности в год при поддержании и ремонте существующих мощностей до 250-300 долларов на тонну при строительстве новых заводов.

Степень износа технологического оборудования цементной промышленности составляет 70%. Вследствие этого, мощность 45-ти действующих цементных заводов официально оценивается в 71,2 млн. тонн, но фактически - по независимым оценкам - заводы в их нынешнем состоянии могут произвести максимум 65 млн. тонн цемента в год.

Чтобы обеспечить строительный комплекс цементом, достаточным для ввода 80 млн.кв.м. жилья в год, промышленность должна выйти в 2010 г. на уровень 90 млн. тонн цемента в год, что потребует ввода дополнительных производственных мощностей. Крупные единовременные капиталовложения суммарно по отрасли оцениваются в 5.1 - 6.3 млрд. долларов.

Производство теплоизоляционных материалов. В настоящее время отечественной промышленностью производится около 9,0 млн. куб. м теплоизоляционных изделий всех видов.

Основным видом производимых в России утеплителей являются минераловатные изделия, доля которых в общем объеме производства составляет более 65%. Около 8% приходится на стекловатные материалы, 20% - на пенопласты, 3% - на ячеистые бетоны.

Потребность в утеплителях резко возросла после введения новых требований к теплопотерям ограждающих конструкций зданий. Общая потребность в утеплителях для всех отраслей хозяйства страны по расчетам составит к 2010 году до 50-55 млн. м3 , в том числе для жилищного строительства - 18-20 млн. м3 .

3. Производство кровельных и гидроизоляционных материалов

Общероссийский рынок рулонных кровельных и гидроизоляционных материалов оценивается в настоящее время в 450-460 млн.кв.м, «мягкой черепицы» - 3,3-3,5 млн.кв.м. По данным Росстата РФ, в 2005 г. производство мягких кровельных и гидроизоляционных материалов составило 477 млн.кв.м.

Совершенствование ассортимента выпускаемой продукции является приоритетной задачей промышленности кровельных и изоляционных материалов.

В этой связи необходимо существенное изменение в структуре производства, имеющее целью существенное повышение доли современных высокоэффективных материалов (битумно-полимерные, полимерные, в т.ч. на основах из полимерных волокон), обладающих более высокой (в 5-7 раз) долговечностью и надежностью.

Также, изменение структуры производства кровельных материалов, а также повышение их качества невозможно без модернизации или замены морально устаревшего и физически изношенного технологического оборудования.

Производство стекла. Объем производства листового стекла в России в настоящее время составляет 120 млн. кв. метров, в том числе 74% стекла производится по современной флоат-технологии (термополированное). Дефицит высококачественного листового стекла на сегодняшний день составляет примерно 35 млн. кв. метров.

Одной из основных задач является организация широкомасштабного производства в России современных энергосберегающих стекол с твердым и мягким покрытиями.

Производство стеновых материалов. Объем выпуска стеновых материалов в России в 2005 г. доведен до 15 млрд.шт. условного кирпича.

По оценке Росстроя РФ, спрос на стеновые материалы в 2006 г. увеличится до 16-17, а к 2010 г. достигнет 27-28 млрд.шт.усл.кирпича.

Приоритетные направления в производстве стеновых материалов состоят из строительства технологических линий по производству ячеистого бетона автоклавного и безавтоклавного твердения прежде всего на действующих заводах силикатного кирпича, а строительство линий по производству пенобетона и пенополистиролбетона необходимо производить на действующих заводах ЖБИ и КПД.

Производство керамических плиток и санитарных керамических изделий. Технический уровень большинства российских предприятий строительной керамики отстает от уровня большинства зарубежных фирм вследствие оснащенности производства морально и физически ус-таревшим оборудованием. Степень износа оборудования некоторых предприятий составляет свыше 60%, особенно в массоприготовительных отделениях

Основным направлениям развития керамической промышленности является техническое переоснащение и реконструкция предприятий по производству керамических плиток и санитарных керами-ческих изделий с установкой прогрессивного импортного оборудова-ния, имеющее значи-тельное преимущество перед отечественным.

Производство бетона и железобетона. В настоящее время, мировая практика доказывает, что сборный железобетон применяется в строительстве все шире и, вследствие этого, основными направлениями развития в области бетона и железобетона являются:

Разработка, исследование и совершенствование бетонов в части повышения строительно-технических свойств, обеспечивающих гарантированные сроки эксплуатации зданий и сооружений не менее 50 лет, в том числе особо плотных, морозостойких, коррозионностойких, кислотостойких, полимерных, фиброармированных, мелкозернистых и др.;

Разработка и организация производства новых видов цементов, прежде всего быстротвердеющих и высокопрочных, позволяющих в перспективе отказаться от тепловой обработки бетона, безусадочных и бесхроматных цементов, цементов низкой водопотребности.

В области строительного производства, машин и оборудования основными направлениями развития являются:

Разработка конкурентоспособного отечественного оборудования для заводского производства и монтажа сборных железобетонных конструкций;

Расширение номенклатуры и разработка новых видов модульных опалубок;

Создание автоматизированного и механизированного оборудования по приготовлению бетонных и растворных смесей, в том числе сухих смесей широкой номенклатуры, и фибробетонов.

Развитие крупнопанельного домостроения. Изменение структуры жилищного строительства с увеличением доли индивидуального жилья за последние годы, а также введения повышенных требований по теплозащите ограждающих конструкций повлекло в конце прошлого столетия резкое снижение использования мощностей индустриального домостроения.

Минерально-сырьевая база для нерудной промышленности. Объем производства нерудных строительных материалов применяемых в капитальном, жилищном и дорожном строительстве России в 2005 году составил около 257 млн.м3, что на 0,7 % меньше, чем в 2004 году.

Технический уровень оборудования отрасли отстает от мирового, низка степень автоматизации производственных процессов. В отрасли ощущается постоянная нехватка оборудования, ряд прогрессивных машин и оборудования в нашей стране не выпускается.

Одновременно со снижением производства снизилась производительность труда, возросли удельные энерго- материальные затраты и землеёмкость производства.

Такое положение дел в промышленности строительных материалов, дает все основания для сомнений о возможности реализации Национального проекта без государственной поддержки в установленные сроки и в требуемых объемах.

При инвестициях в строительную индустрию конечным эффектом будет являться мультипликативный экономический рост в строительной отрасли и смежных отраслях, при этом денежные средства будут «связаны» в долгосрочных проектах, что не вызовет всплеска инфляции, характерного при прямых бюджетных тратах.

В связи со значительной капиталоемкостью промышленности стройматериалов, начальным толчком к ее динамичному и устойчивому развитию должна послужить программа, создающая на первом этапе начальные условия, которые должны обеспечить гарантированное привлечение инвесторов на рынок.

4. Характеристики загрязнителей и их влияние на окружающую среду

Производство строительных материалов является источником загрязнения воздуха пылью. Оберточно - бумажная отрасль выделяла при производстве такие токсичные соединения: сернистый ангидрит, сероводород, сероуглерод. Кафельные, стекольные, фаянсовые производства выделяли фтористый водород.

Производство цемента и других строительных материалов также является источником загрязнения атмосферы пылью. Основные технологические процессы этих производств - измельчение и химическая обработка шихт, полуфабрикатов и получаемых продуктов в потоках горячих газов всегда сопровождается выбросами пыли и других вредных веществ в атмосферу. К атмосферным загрязнителям относятся углеводороды - насыщенные и ненасыщенные, включающие от 1 до 3 атомов углерода. Они подвергаются различным превращениям, окислению, полимеризации, взаимодействуя с другими атмосферными загрязнителями после возбуждения солнечной радиацией. В результате этих реакций образуются перекисные соединения, свободные радикалы, соединения углеводородов с оксидами азота и серы часто в виде аэрозольных частиц.

В промышленности строительных материалов наибольший “ вклад ” загрязнение среды вносят цементная, производства стекла и асфальтобетона.

В процессе производства стекла в числе загрязнителей, кроме пыли, соединения свинца, сернистый ангидрид, фтористый водород, окись азота, мышьяк - всё это токсичные отходы, почти половина которых попадает в окружающую среду.

Промышленность строительных материалов. Производство цемента и других вяжущих, стеновых материалов, асбестоцементных изделий, строительной керамики, тепло- и звукоизоляционных материалов, строительного и технического стекла сопровождается выбросами в атмосферу пыли и взвешенных веществ (57,1% от суммарного выброса), окиси углерода (21,4%), сернистого ангидрида (10,8%) и окислов азота (9%). Кроме того, в выбросах присутствует сероводород (0,03%).

Наиболее важен показатель утилизации загрязняющих веществ, который означает количество загрязняющих веществ, возвращенных в производство, используемых для получения товарного продукта или реализованных на сторону.

Одной из причин высокой "усвояемости" загрязняющих веществ, по-видимому, является то, что в общем количестве загрязняющих веществ большую долю занимают твердые вещества, которые лучше поддаются сбору и утилизации, нежели жидкие и газообразные. Твердые вещества занимают 93% в общем объеме загрязняющих веществ (158,2 и 147,2 тыс. тонн) и незначительную - 7% (11,0 тыс. тонн) - газообразные и жидкие. Из твердых веществ выброшено без очистки 1%, а из газообразных и жидких - 93%. В целом по области по всем отраслям твердые загрязняющие вещества составляют 33% в общем объеме загрязняющих веществ, тогда как газообразные и жидкие - 67%, и выбрасывается без очистки соответственно 2% и 70%.

Из газообразных и жидких веществ половину составляла окись углерода (51%), а вторая половина представлена сернистым ангидридом (27%) и окислами азота (20%).

5. Мероприятия по защите среды обитания от воздействия производства строительных материалов

Меры по борьбе с загрязнением воздуха могут позитивно воздействовать на структуру промышленности и деятельность отдельных строительных предприятий.

Разработка технологий с низким уровнем загрязнения и капиталовложения в них обычно уменьшают себестоимость продукции на длительный период наряду с падением выбросов. Обязательные нормы выбросов поощряют замену старых предприятий новыми. Чистые технологии могут также снизить капиталовложения и эксплуатационные расходы по сравнению с ранее используемыми процессами главным образом за счет экономии энергии и сырья.

Сложность и острота экологических проблем заставляют изыскивать новые резервы защиты от антропогенного воздействия как в повседневной хозяйственной практике, так и на перспективу. Сегодня уже очевидна недостаточная зффективность традиционных методов охраны природы посредством очистки и обезвреживания выбросов от загрязнителей, требуется применение новых, более рациональных, малоотходных и безотходных технологий, внедрения в хозяйственно-производственную деятельность результатов научных исследований, направленных на оптимизацию взаимодействия человека и природы, обоснование экологических нормативов, обеспечивающих сохранение окружающей среды и здоровья человека, а также рациональное использование природных ресурсов.

В качестве инструмента обоснования правильных решений может быть использована экологическая экспертиза. Основными ее задачами должны быть оценка санитарно-гигиенических, физико-технических, социально-экономических воздействий объектов хозяйственной деятельности на окружающую среду и анализ возможных вариантов этой деятельности.

Возросший круг задач, связанных с решением экологической проблемы, требует анализа антропогенной нагрузки, в частности предприятий отрасли промышленности строительных материалов на биосферу и связанное с ней загрязнение окружающей среды.

В мероприятиях по защите среды обитания от воздействия производства строительных материалов рассматривается совокупность вопросов различной деятельности человека, направленной на устранение воздействия антропогенных факторов, совершенствование и рациональное использование природных ресурсов. В строительной деятельности человека к таким мероприятиям относятся:

Градостроительные меры, направленные на экологически рациональное размещение предприятий, населенных мест и транспортной сети;

Архитектурно-строительные меры, определяющие выбор экологических объемно-планировочных решений;

Выбор экологически чистых материалов при проектировании и строительстве;

Строительство и эксплуатация очистных и обезвреживающих сооружений и устройств;

Рекультивация земель;

Меры по борьбе с загрязнением почв;

Использование безотходных технологий и др.

Для предотвращения загрязнения поверхности Земли нужны предупредительные меры - не допускать засорения почв промышленными и бытовыми сточными водами, твердыми бытовыми и промышленными отходами, нужна санитарная очистка почвы и территории населенных мест, где такие нарушения были выявлены.

Пока единственным путем существенного уменьшения загрязнения окружающей среды являются малоотходные технологии. В настоящее время создаются малоотходные производства, в которых выбросы вредных веществ не превышают предельно допустимых концентраций (ПДК), а отходы не приводят к необратимым изменениям природы. Используется комплексная переработка сырья, совмещение нескольких производств, применение твердых отходов для изготовления строительных материалов.

Создаются новые технологии и материалы, экологически чистые виды топлива, новые источники энергии, снижающие загрязнение окружающей среды.

Список использованной литературы

1. Авраменко С.В. Современные проблемы экологии. М., 2004г.

2.Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. - М.,1994г.

3.Малахов А.Г., Маханько Э.П. Выброс токсичных металлов в атмосферу и их накопление в поверхностном слое земли. М.,1998г.

4.Порядина А.Ф. Экологическое аудирование промышленных предприятий. М., 1997г.

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Производство строительных материалов и вредные вещества, попадающие в атмосферу при их производстве. Негативные последствия для окружающей среды и человека при превышении норм выбросов в атмосферу. Прогноз риска возникновения рефлекторных эффектов.

контрольная работа , добавлен 12.11.2009


Понятие о строительной экологии, ее структура, основные цели и задачи. Основные стадии жизненного цикла строительного процесса, виды загрязнений и меры защиты окружающей среды. Классификация антропогенных воздействий. Решение экологических проблем.

презентация , добавлен 22.10.2013


Радиационная безопасность как важнейший гигиенический критерий экологической безопасности материала. Понятие радионуклидов, их содержание в строительных материалах. Характеристика строительных материалов по содержанию радионуклидов и экологичности.

реферат , добавлен 03.02.2011


Общая характеристика утилизации и вариантов использования отходов металлургического комплекса и химического производства в промышленности. Основные направления утилизации графитовой пыли. Оценка золошлаковых отходов как сырья для строительных материалов.

реферат , добавлен 27.05.2010


Задачи строительной экологии, исследование негативного воздействия строительных технологий на человека и природные экосистемы. Риски антропогенных опасностей, связанные со строительной деятельностью. Классификация загрязнений, экологические нормативы.

презентация , добавлен 08.08.2013


Анализ воздействия отрасли строительства на окружающую среду Краснодарского края, источники ее загрязнения. Оценка возможности и целесообразности создания и внедрения системы управления качества окружающей среды (СУКОС) в строительных организациях.

курсовая работа , добавлен 07.07.2009


Особенности утилизации отходов от машиностроительного комплекса, переработки древесины и производства строительных материалов. Анализ тенденций к обработке промышленных отходов на полигонах предприятий с заводской технологией обезвреживания и утилизации.

реферат , добавлен 27.05.2010


Определение и область применения теплоизоляционных строительных материалов (стекловаты, пеностекла, стеклопоры, вспученного перлита). Получение теплоизоляционных материалов. Виды воздействия на окружающую среду при их производстве и методы его снижения.

курсовая работа , добавлен 11.06.2014


История возникновения исследуемого предприятия. Оценка его воздействия на атмосферный воздух. Обзор выбросов по предприятию. Экономическая оценка ущерба от загрязнения атмосферы. Применяемые аппараты и сооружения очистки. Накопление и утилизация отходов.

курсовая работа , добавлен 16.02.2016


Основные источники загрязнения: промышленные предприятия; автомобильный транспорт; энергетика. Природные и техногенные источники загрязнения воды, почвы. Главные источники загрязнения атмосферы. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в воздухе.

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет - Институт природных ресурсов

Направление (специальность) - Химическая технология и биотехнология

Кафедра - ТОВ и ПМ

Экологические проблемы производств полимеров

по дисциплине «Инновационное развитие химической технологии органических веществ»

Исполнитель

Е.В. Зенкова студент гр.5а83

Руководитель

Л.И. Бондалетова старший преподаватель, к.х.н.

ТОМСК 2012 г.

Введение

.Экологические проблемы в химии и технологии полимерных материалов

.Классификация полимерных отходов

3.Методы утилизации и обезвреживания полимерных материалов

.Очистка сточных вод и газовых выбросов

4.1Методы очистки сточных вод

4.2Методы очистки газовых выбросов полимерных производств

5.Основные принципы разработки безотходных технологий

Заключение

Введение

Производство полимеров представляет собой одну из наиболее динамично развивающихся отраслей промышленности. Мировое производство полимеров в 2010 г. составило 250 млн. т. и возрастает в среднем на 5-6 % ежегодно. Их удельное потребление в развитых странах достигло 85-90 кг/чел. в год и продолжает увеличиваться. Такой интерес производителей полимеров, прежде всего, связан с возможностью получения разнообразных технически ценных материалов на их основе.

Благодаря уникальным физико-химическим, конструкционным и технологическим свойствам полимерные материалы (ПМ) на основе различных пластмасс и эластомеров находят широкое применение в различных областях народного хозяйства и медицине.

Жизнедеятельность общества неизбежно связана с образованием отходов на всех стадиях производства и переработки полимерных материалов. Поэтому актуальность проблемы их утилизации, а так же вреда приносимого здоровью людей и окружающей среде, по-прежнему остается острой.

1. Экологические проблемы в химии и технологии полимерных материалов

Полимерные материалы, как правило, являются многокомпонентными системами, так как для их создания используют кроме полимера различные компоненты (ингредиенты). Получение полимерных материалов, удовлетворяющих эксплуатационным требованиям применительно к различным отраслям промышленности, сельскому хозяйству, быту - является задачей технологии производства полимерных материалов. Многокомпонентность полимеров часто приводит к тому, что их производство, а также практическое использование в ряде случаев осложняется нежелательным процессом выделения из материала вредных низкомолекулярных веществ. В зависимости от условий эксплуатации их количество может составлять до нескольких массовых процентов. В контактирующих с полимерными материалами средах можно обнаружить десятки соединений различной химической природы.

Создание и применение полимеров непосредственно или опосредованно связано с воздействием на организм человека, на окружающую производственную среду и среду обитания человека, а также на окружающую среду в целом. Последнее особенно важно после использования полимеров и изделий из них, когда отработанные материалы подвергаются захоронению в почве, а вредные вещества, высвобождающиеся при разложении полимерного материала, загрязняют почву, сточные воды, ухудшая тем самым состояние окружающей среды. Проблемы экологии производства и применения полимерных материалов.

К каким же последствиям приводит загрязнение, например, земли? В первую очередь к прямому сокращению естественной среды обитания живых существ. Во-вторых, загрязнение какого-то района создает опасность для соседних с ним территорий из-за миграции загрязнений, например, через подпочвенные водоносные горизонты. В-третьих, загрязнение воздуха вредными газами, включая метан и двуокись углерода, создающую парниковый эффект, может привести к глобальным изменениям окружающей среды.

Производство полиэтилена, полипропилена, поливинилхлорида приносит немалые экологические проблемы для окружающей природной среды. Это использование различных токсичных мономеров и катализаторов, образование сточных вод и газовых выбросов, обезвреживание которых сопряжено с большими энергетическими, сырьевыми и трудовыми затратами и не всегда добросовестно выполняется производителями.

Рассмотрим некоторые примеры, связанные с экологией производства основных полимеров.

Производство полиэтилена и других полиолефинов относиться к категории пожароопасных и взрывоопасных (категория А): этилен и пропилен образуют с воздухом взрывчатые смеси. Оба мономера обладают наркотическим действием. ПДК в воздухе этилена составляет 0,05* 10-3 кг/м3, пропилена - 0,05* 10-3 кг/м3. Особенно опасно производство полиэтилена высокого давления (ПЭВД), поскольку оно связано с применением высокого давления и температуры. В связи с возможностью взрывного разложения этилена во время полимеризации реакторы оборудуют специальными предохранительными устройствами (мембраны) и устанавливают в боксах. Управление процессом полностью автоматизировано. При производстве полиэтилена низкого давления и полипропилена особую опасность представляет применяемый в качестве катализатора диэтилалюминийхлорид. Он отличается высокой реакционной способностью. При контакте с водой и кислородом взрывается. Все операции с металлоорганическими соединениями должны проводиться в атмосфере чистого инертного газа (очищенный азот, аргон). Небольшие количества триэтилалюминия можно хранить в запаянных ампулах из прочного стекла. Большие количества следует хранить в герметически закрытых сосудах, в среде сухого азота, либо в виде разбавленного раствора в каком-либо углеводородном растворителе (пентан, гексан, бензин - чтобы не содержали влаги). Триэтилалюминий является токсичным веществом: при вдыхании его пары действуют на легкие, при попадании на кожу возникают болезненные ожоги. В этих производствах используется также бензин. Бензин - легковоспламеняющаяся жидкость, температура вспышки для разных сортов бензина колеблется от - 50 до 28 оС. Концентрационные пределы воспламенения смеси паров бензина с воздухом составляют 2-12 % (объемных). На организм человека это оказывает наркотическое действие. ПДК бензина в воздухе = 10,3*10-3 кг/м3. Порошкообразные полиолефины образуют взрывоопасные смеси. ПДК полипропилена составляет: 0,0126 кг/м3. При транспортировании порошкообразных полиолефинов происходит образование аэрозолей и неизбежно накапливание зарядов статического электричества, что может привести к искрообразованию. Транспортирование полиолефинов по трубопроводу производят в атмосфере инертного газа. Сходным полимером является поливинилхлорид. Производство и использование винилхлорида относят также к категории взрывоопасных и пожароопасных (категория А). Винилхлорид в газообразном состоянии оказывает наркотическое действие, продолжительное пребывание в помещение, в атмосфере которого содержится большое количество винилхлорида, вызывает головокружение и потерю сознания. ПДК в рабочих помещениях составляет 3*10-5 кг/м3. При концентрации 1*10-4 кг/м3 вызывает раздражение слизистых оболочек, а запах начинает ощущаться даже при 2*10-4 кг/м3. Вдыхание паров при открытом испарении мономера вызывает острое отравление. Другие мономеры, используемые при производстве политетрафторэтилена, политрифторхлорэтилена, поливинилфторидов также не менее токсичны.

В этой связи необходимо обеспечивать контроль экологической безопасности процесса создания полимеров и полимерных материалов, их эксплуатации и уничтожения отходов ПМ после их использования человеком.

2. Классификация полимерных отходов

По источникам образования все полимерные отходы делят на три группы:

технологические отходы производства;

отходы производственного потребления;

отходы общественного потребления.

Технологические отходы полимерных материалов возникают при их синтезе и переработке. Они делятся на неустранимые и устранимые технологические отходы. К неустранимым относят кромки, обрезки, литники, обломки, грат и т. д. Таких отходов образуется от 5 до 35 %. Неустранимые отходы представляют собой высококачественное сырье, по свойствам не отличающееся от исходного первичного полимера. Переработка его в изделия не требует специального оборудования и производится на том же предприятии. Устранимые технологические отходы производства образуются при несоблюдении технологических режимов в процессах синтеза и переработки, т. е. это - технологический брак, который может быть сведен к минимуму или совсем устранен. Технологические отходы производства перерабатываются в различные изделия, используются в качестве добавки к исходному сырью и т. д.

Отходы производственного потребления накапливаются в результате выхода из строя изделий из полимерных материалов, не используемых в различных отраслях промышленности (шины, тара и упаковка, отходы сельскохозяйственных пленок, мешки из под удобрений и т. д.). Эти отходы являются наиболее однородными, малозагрязненными и поэтому представляют наибольший интерес с точки зрения их повторной переработки.

Отходы общественного потребления накапливаются у нас дома, на предприятиях питания и т. д., а затем попадают на городские свалки. В конечном итоге они переходят в новую категорию отходов - смешанные отходы. Отходы эти составляют более 50 % от отходов общественного потребления. Количество таких отходов непрерывно растет и составляет в России около 80 кг на душу населения. Наибольшие трудности связаны с переработкой и использованием смешанных отходов. Причина этого заключается в несовместимости термопластов, входящих в состав бытового мусора, что требует постадийного выделения материалов.

Объемы промышленных и бытовых отходов в виде вышедших из употребления изделий из полимеров значительны и постепенно увеличиваются, с учетом прогрессивных материалов упаковки предметов технического и бытового назначения: пищевых продуктов, освежительных напитков, лекарственных средств; выхода из эксплуатации полиэтиленовой пленки, парниковых хозяйств, кормопроизводства; мешков из-под минеральных удобрений, бытовой химии, капроновых сетей, предметов домашнего обихода, соцкультбыта, детских игрушек, спортинвентаря, ковровых напольных покрытий, линолеума, транспортной тары, емкостей; отходов производства и эксплуатации кабеля, полимерных труб и др.; ПЭТ-тары и упаковки и других изделий на основе ПЭТФ.

Кроме этого, массовый импорт промышленных, продовольственных товаров, медицинских средств, косметики и др. в полимерной упаковке увеличивают объемы образования этих отходов.

Указанные отходы специфичны, так как не поддаются гниению, саморазрушению, аккумулируются, занимая земельные площади, загрязняя населенные пункты, водоемы, лесонасаждения. При сжигании выделяют ядовитые газы, на свалках являются благоприятной средой для жизнедеятельности грызунов, насекомых.

Таким образом, промышленные и бытовые отходы полимерных изделий представляют экологическую опасность.

сточный вода утилизация полимерный

3. Методы утилизации и обезвреживания полимерных материалов

Какие же подходы используют для борьбы с загрязнением природы, связанным с производством полимеров?

.Термические методы утилизации и обезвреживания отходов полимерных материалов. Казалось бы, что самым естественным могло бы быть окисление этих органических веществ при высоких температурах или попросту их сжигание. Однако при этом уничтожаются в принципе ценные вещества и материалы. Продуктами сжигания в лучшем случае являются вода и углекислый газ, а это значит, что не удается вернуть даже исходных мономеров, полимеризацией которых получали уничтожаемые полимеры. Кроме того, как уже говорилось выше, выделение в атмосферу больших количеств углекислого газа CO2 приводит к глобальным нежелательным эффектам, в частности к парниковому эффекту. Но еще хуже, что при сжигании образуются вредные летучие вещества, которые загрязняют воздух и, соответственно, воду и землю. Не говоря уже о многочисленных добавках, в том числе красителей и пигментов, в окружающую среду выделяются разнообразные соединения, включающие тяжелые металлы, используемые в качестве катализаторов при синтезе полиэтилена, крайне вредные для здоровья людей.

Термические методы обработки полимерных отходов условно можно разделить:

на термодеструкцию полимерных материалов с получением твердых, жидких и газообразных продуктов;

на сжигание или инспирацию, приводящую к образованию газообразных продуктов и золы.

В свою очередь, термодеструкцию условно разделяют:

на неглубокое терморазложение полимеров при сравнительно невысоких температурах с образованием в основном низкомолекулярных веществ;

на пиролиз при повышенных температурах, приводящих к получению жидких и газообразных продуктов и незначительному количеству твердого остатка.

С помощью пиролиза можно получить целый ряд полезных продуктов, однако данный метод считается весьма энергозатратным и требует применения дорогостоящего оборудования. Существует такой метод, как депонирование на полигонах полимерных отходов, которое явно нецелесообразно, так как большинство пластиков не разлагаются десятки лет, нанося огромный вред почве. Таким образом, традиционные способы утилизации отходов - депонирование и сжигание для полимеров неприемлемы. В первом случае в результате воздействия воды образуются вредные аминосодержащие продукты, во втором - выделяются токсичные газы, такие как цианистый водород, оксиды азота и т.п.

.Создание полимерных материалов с регулируемым сроком эксплуатации. В последние годы возникли и начали практически реализовываться новые идеи синтеза "экологически чистых" полимеров и изделий из них. Речь идет о полимерах и материалах из них, способных более или менее быстро разлагаться в природных условиях. Заметим при этом, что все биологические полимеры, то есть полимеры, синтезируемые растениями и живыми организмами, к числу которых относятся в первую очередь белки и полисахариды, в той или иной степени подвержены разрушению, катализаторами которого являются ферменты. Здесь соблюдается принцип: что создает природа, то она способна разрушить. Если бы этот принцип не срабатывал, то те же полимеры, в огромных количествах производимые микроорганизмами, растениями и животными, после их гибели оставались бы на земле. Такое трудно даже себе представить, ибо это была бы фантастическая мировая свалка трупов всех существовавших на земле организмов. К счастью, этого не происходит, и высокоэффективные биологические катализаторы - ферменты - делают свое дело и успешно справляются с этой задачей. Известны три типа разлагаемых полимерных материалов, именно:

фоторазлагаемые;

биоразлагаемые;

водорастворимые.

Все они обладают достаточной стабильностью в обычных условиях эксплуатации и легко подвергаются разложению. Для придания полимерным материалам способности разрушаться под действием света используют специальные добавки или вводят в состав композиции светочувствительной группы. Для того чтобы такие полимерные материалы нашли практическое применение, они должны удовлетворять следующим требованиям:

в результате модификации не должны существенно изменяться эксплуатационные характеристики полимера;

добавки, вводимые в полимер, не должны быть токсичными;

полимеры должны перерабатываться обычными методами, не подвергаясь при этом разложению;

необходимо, чтобы изделия, полученные из таких полимеров могли храниться и эксплуатироваться длительное время в условиях отсутствия прямого проникновения УФ-лучей;

время до разрушения полимера должно быть известно и варьироваться в широких пределах;

Известны полимеры, разлагающиеся под влиянием микроорганизмов. В этом случае в полимер вводили вещества, которые сами легко разрушаются и усваиваются микроорганизмами. Практическое значение нашли привитые сополимеры крахмала и метилакрилата, пленки из которых используются в сельском хозяйстве для мульчирования почвы. Очень хорошо усваиваются микроорганизмами неразветвленные парафиновые углеводороды. К биоразлагаемым добавкам относятся карбоксилцеллюлоза, лактоза, казеин, дрожжи, мочевина и другие.

.Композиции, содержащие отходы полимерных материалов.

Отходы полимерных материалов широко используются в строительстве. В большинстве асфальтовых дорожных покрытий основным связующим компонентом являются битумы различной природы. Они отличаются недостаточной водостойкостью. Все это в значительной степени ухудшает свойства асфальтовых покрытий и сокращает сроки их эксплуатации. Использование полиолефинов в композиции с битумом является одним из традиционных направлений, позволяющих модифицировать свойства покрытий. Экспериментально установлено, что вводить в полиолефины более 30 % отходов нецелесообразно, так как это может вызвать расслоение системы. Композиции получают, смешивая битум с отходами полиолефинов при 40…100 °С, и выгружают смесь в специальные формы, в которых происходит охлаждение при комнатной температуре.

Можно выделить следующие направления использования отходов в строительстве:

применение в композициях с традиционными стройматериалами с целью модификации их свойств;

получение звукоизоляционных плит и панелей;

создание герметиков, применяемых в строительстве зданий и гидротехнических сооружений.

.Использование отходов полимерных материалов путем повторной переработки. Значительно более перспективным и разумным способом снижения загрязнения окружающей среды полимерами является вторичная переработка отслуживших свой срок полимеров и изделий из них. Проблема эта, однако, не столь проста, как может показаться на первый взгляд, хотя бы уже потому, что мы имеем дело, как правило, с грязными отходами, которые включают, например, частицы песка. Это исключает возможность применения высокопроизводительного и высокотехнологичного оборудования, используемого при первичной переработке исходных полимеров. Это оборудование просто быстро вышло бы из строя из-за абразивного воздействия твердых частиц минерального происхождения. Но даже при переработке, если она возможна в принципе, получаются "грязные" изделия, товарный вид и потребительские свойства которых не могут конкурировать с первичными изделиями. Здесь, правда, есть возможность использовать продукты вторичной переработки по другому назначению, предполагающему существенно пониженные требования. В частности, загрязненные изделия из полиэтилена могут быть переработаны в пластины толщиной в несколько миллиметров для применения в качестве кровельного материала, имеющего ряд неоспоримых преимуществ перед традиционными, таких, как низкая плотность, а значит, малый вес, гибкость и коррозионная стойкость, а также низкая теплопроводность, а значит, хорошие теплоизолирующие свойства.

Общая схема повторной переработки полимерных материалов включает в себя следующие стадии:

предварительная сортировка и очистка;

измельчение;

отмывка и сепарация;

классификация по видам;

сушка, гранулирование и переработка в изделие.

Наибольшие успехи в этом достигнуты при вторичной переработке крупнотоннажных изделий из каучуков, например шин, в том числе автомобильных. Их приготавливают из вулканизированных каучуков, наполненных сажей, содержание которой в шинах, имеющих из-за этого черный цвет, достигает 40% по весу. По истечении срока эксплуатации такие шины не выбрасывают, а дробят, получая крошку. Дробление при помощи недорогого оборудования позволяет получить крупные частицы, размеры которых достигают одного миллиметра и более. Эти крупные частицы добавляют в материалы для покрытия дорог, что значительно улучшает их механические характеристики и долговечность. Специальные машины позволяют получать тонкие дисперсии, частицы которых имеют размер около 0,01 миллиметра. Эту крошку добавляют в каучуки при производстве новых шин, значительно экономя сырье. При этом качество полученных таким образом шин практически не уступает исходным. Такой подход позволяет одновременно заметно снизить вред для окружающей среды из-за ее замусоривания бесполезными изделиями и в то же время значительно экономить расход каучуков, получаемых либо полимеризацией продуктов переработки нефти, либо из латексного сока деревьев гевеи.

4. Очистка сточных вод и газовых выбросов

1 Методы очистки сточных вод

Большинство предприятий по производству синтетических полимеров и пластических масс образуют большое количество сточных вод, содержащие загрязнители различного происхождения. Они без глубокой очистки сбрасываются в реки, водоемы и тем самым загрязняют их, что приводит к ухудшению состояния окружающей среды. В настоящее время эта проблема стала настолько актуальной, что в перспективе необходимо полностью исключить образование сточных вод вплоть до полной их ликвидации на основе циклических процессов. Максимально экономное расходование воды позволит сократить объем сточных вод; полная их ликвидация и минимальное потребление свежей воды возможно лишь посредством создания бессточных процессов, работающих по замкнутому циклу. Опыт проектирования таких производств показал, что помимо всех остальных преимуществ, это еще и экономичнее открытой схемы со сбросом и очисткой сточных вод.

В качестве наиболее употребительных методов следует указать следующие:

·для удаления грубодисперсных частиц - отстаивание, флотация, фильтрация, осветление, центрифугирование;

·для удаления мелкодисперсных и коллоидных частиц - коагуляция, флокуляция, электрические методы осаждения;

·для очистки от неорганических соединений - дистилляция, ионный обмен, методы охлаждения, электрические методы;

·для очистки от органических соединений - экстракция, абсорбция, флотация, биологическое окисление, озонирование, хлорирование.

·для очистки от газов и паров - отдувка, нагрев, реагентные методы;

·для уничтожения вредных веществ - термическое разложение.

Применяемые методы очистки определяются объемами стоков, количеством, дисперсностью и составом примесей. Ввиду многочисленности примесей и их слоистого состава, как правило, методы очистки применяются комплексно.

Создание на предприятиях эффективно действующих очистных установок предназначено для:

·предупреждения загрязнения природных вод промышленными стоками;

·сокращение потребляемой воды, т.к. возврат очищенной воды в производственный цикл позволяет организовать круговорот воды на предприятии.

2 Методы очистки газовых выбросов полимерных производств

Получение полимерных материалов сопровождается выделением токсичных веществ, содержащихся в газовых выбросах. В зависимости от объемов и состава газовых выбросов разработаны различные методы их очистки от токсичных веществ: огневой, термокаталитический, сорбционно-каталитический.

Огневой метод. Прямое сжигание газовых выбросов может осуществляться как в сушильных установках, так и в топках котлов, в последних степень обезвреживания составляет 99 % при температурах 1000…2000 °С.

Термокаталитический метод обезвреживания происходит при температуре до 400 °С. Очистка выбросов заключается в окислении органических веществ при 360…400 °С в присутствии катализаторов платиновой группы. Окисление органических соединений идет до образования диоксида углерода и воды. Степень очистки составляет 95…97%. Сорбционно-каталитический метод используют для очистки газовых выбросов с низким содержанием органических соединений.

5. Основные принципы разработки безотходных технологий

Безотходный процесс - это такой способ производства продукции, при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле: сырьевые ресурсы - производство - потребление и вторичные сырьевые ресурсы таким образом, что любые воздействия на окружающую среду не нарушают ее нормального функционирования.

К важнейшим принципам, лежащим в основе БОП, относят следующие:

системность;

комплексное использование сырьевых и энергетических ресурсов;

цикличность материальных потоков;

экологическая безопасность;

рациональная организация;

комбинирование и межотраслевое кооперирование.

Главное в малоотходном и тем более в безотходном производстве - не переработка отходов, а организация технологических процессов по переработке сырья таким образом, чтобы отходы не образовывались в самом производстве. Ведь отходы производства - это часть по тем или иным причинам неиспользованного сырья: полуфабрикаты, бракованная продукция и т. п., не утилизируемые на данный период времени и поступающие в окружающую среду. Однако в большинстве случаев отходы являются сырьем для других производств и отраслей промышленности. Основы технологии переработки пластмасс.

Основные требования при разработке БОП можно сформулировать следующим образом:

безусловное соблюдение норм содержания веществ в воздухе и водных бассейнах;

эффективное осуществление технологического процесса;

использование возможно более экономичных (с учетом соблюдения двух первых требований) технологических схем очистки газов и жидкостей.

Сочетание трех перечисленных требований по-новому ставит задачу выбора оптимальных решений. Так, с чисто технологических позиций, вывод из эксплуатации предприятия, работающего по старой технологии, которая неизбежно связана со значительными выбросами, может оказаться преждевременным. Однако при комплексном подходе к решению этой задачи может быть оправданным скорейшее строительство нового цеха и ликвидация действующего. Отсутствие строгой экономической оценки ущерба, наносимого окружающей среде вредными выбросами, пока осложняет поиск оптимального пути. Наиболее рациональным подходом к решению проблемы является, прежде всего, совершенствование основного технологического процесса, предполагающего сокращение объемов циркулирующих материалов и ликвидация возможных газовых и жидкостных выбросов.

Заключение

Нынешнее поколение людей убедилось наконец в том, что окружающая нас среда - земля, вода и воздух не обладают бесконечным иммунитетом против химической эксплуатации. И хотя сегодня еще проявляется беспечное и неосторожное обращение с природой, люди уже начали понимать и по-новому оценивать катастрофические последствия этого.

Важность решения экологических проблем обусловила жесткие требования к полимерам и технологиям их получения: производство полимеров должно быть экологически чистым или, по крайней мере, иметь минимальное влияние на окружающую среду; полимеры должны быть технологически перерабатываемыми после окончания их эксплуатации или биодеградируемыми.

Широкое внедрение полимерных материалов в различные области человеческой деятельности поставило перед специалистами-полимерщиками ряд важных проблем, включая и проблему охраны окружающей среды. Чтобы грамотно решать эти задачи, необходимо знать методы утилизации и обезвреживания полимерных материалов. При внедрении изделий из пластических масс в народное хозяйство, для пищевых и медицинских целей необходима обязательная квалифицированная экспертиза состава выделяющихся токсичных веществ и их количественная оценка с использованием высокочувствительных и избирательных методов. Особенно большое значение в плане снижения количества отходов, их рационального использования, создания безотходных технологий, имеют процессы переработки вторичных полимерных материалов в связи с дефицитом первичных полимеров. Вторичные полимерные материалы занимают в процессах переработки такое же место, как сейчас занимает вторичное сырье в металлургии.

Перечень использованных источников

1.Российский рынок переработки полимерных отходов. Аналитический обзор. Москва, 2010.

.Технология пластических масс. Под ред. В.В. Коршака. М.: Химия, 1985, 560с.

3.Проблемы экологии производства и применения полимерных материалов. Лирова Б. И. , Суворова А. И., Уральский государственный университет, 2007, 24 c.

.А. Б. Зезин, Полимеры и окружающая среда. Соровский образовательный журнал, 1996, №2

5.Быстров Г.А. Оборудование и утилизация отходов в производстве пластмасс. М.:, Химия, 1982 г.

.Шефтель В.О. Полимерные материалы. Токсические свойства. Л., Химия 1982, 240с.

.#"justify">.Основы технологии переработки пластмасс. Под ред. В.Н.

Кулезнева, М.: Высшая школа, 1995, 527с., 2004, 600 с.

.Общая химическая технология полимеров: учебное пособие / В. М. Сутягин, А. А. Ляпков - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2007. - 195 с.

10.Ляпков А.А., Ионова Е.И. Техника защиты окружающей среды. Учебное пособие. - Томск: Изд. ТПУ, 2008. - 317 с.

Похожие работы на - Экологические проблемы производств полимеров

Экология изучает закономерности взаимодействия общества и окружающей среды, а также практические проблемы охраны биосферы.

На современном этапе развития общества значитель­но увеличились производство материалов и объем про­мышленных отходов, истощаются естественные источ­ники сырья, расширяется применение искусственных материалов при традиционных технологиях их обработ­ки. В биосфере возникают изменения, угрожающие су­ществованию жизни на Земле. Они обусловили появле­ние экологической проблемы с ее техническими, экономическими и социальными аспектами.

Назрела необходимость выработать оптимальное со­гласование производственных и природных процессов в биосфере как в единой замкнутой системе.

Рис.3 Схема выбора материалов на начальном этапе подготовки производства

Производственная деятельность человека должна гармонично вписываться в структуру природных процессов превращения вещества и преобразования энергии. В настоящее время масштабы промышленного производства выросли настолько, что соблюдение принципов экологической безопасности стало объективной необходимостью.

Разработка месторождений полезных ископаемых, деятельность горно-обогатительных комбинатов и угле­добывающей промышленности приводят к нарушению почвенного покрова Земли и уничтожению его плодо­родного слоя. Однако основным источником загрязнения почв являются отходы промышленного производства. На сегодняшний день выход продукта в технологической цепи «сырье - изделие» редко превышает 10 %, а чаще составляет всего 1-3 %. Это свидетельствует о том, что причина экологического кризиса в несовершенстве техно­логии получения и переработки материалов, а не в бурном развитии науки и техники. Почва загрязняется отхода­ми химических заводов, нефтеперерабатывающих пред­приятий, заводов по производству и переработке плас­тмасс и резины, газовых и коксохимических заводов, предприятий по переработке древесины, текстильных и бумажных фабрик, предприятий по производству сма­зочных материалов, моющих средств и др.

Эксперты Всемирной организации здравоохранения считают, что загрязнение воздуха стимулирует распрос­транение заболеваний верхних дыхательных путей и яв­ляется одной из причин рака легких.

В начале XXI века невосполнимые потери пресной воды вплотную приблизились к ее естественному воспроиз­водству. Основная причина состоит в том, что современ­ные предприятия промышленности тратят только на технологические нужды не менее 10-12 % объема пре­сной воды от ее мирового кругооборота. Еще около 30 % воды уходит на разбавление промышленных стоков при их обезвреживании (не всегда и не полностью эффек­тивном). К серьезному загрязнению Мирового океана приводят различные техногенные катастрофы (аварии нефтетанкеров, неконтролируемый вынос в моря огромной массы промышленных стоков, захоронение на дне океана контейнеров с опасными веществами, и др.).

Рост городов обусловил так называемое «бытовое за­грязнение» биосферы. Только на одного городского жи­теля приходится до 1 кг твердых отходов (металл, бума­га, пластмасса, стекло) и до 10 л сточных вод в сутки.

Значительную проблему представляет интенсивное загрязнение окружающей среды, связанное с развити­ем автомобильного транспорта.

Выход из создавшейся ситуации возможен при пере­ходе на безотходные технологии, которые обеспечивают получение готового продукта производства без отходов либо с последующей их утилизацией в том же или в дру­гих видах производств. Однако в действительности мож­но реализовать лишь малоотходные технологии, позво­ляющие получить его с неполностью утилизируемыми отходами.

Внедрение в производство малоотходных технологий связано с расширением областей применения вторично­го сырья - таких материалов и изделий, которые после использования (изнашивания) могут применяться по­вторно в производстве как исходное сырье. В настоящее время созданы основы малоотходных технологий почти для всех отраслей промышленности. Современным эко­логическим требованиям отвечает такой подход к созда­нию материалов и изделий, когда одновременно с раз­работкой изделия предлагается и технология повторного использования продукта после истечения срока его службы. Но в этом случае вредное воздействие на био­сферу перемещается в отрасли, где происходит реализа­ция технологий утилизации. Таким образом, малоотход­ные технологии нельзя считать универсальным средством защиты от техногенных загрязнений.

Более полному достижению экологической чистоты производства способствуют такие меры, как снижение энерго- и материалоемкости продукции, разумное регу­лирование ее потребления и соответствующее ограничение производства, безвредная утилизация неисполь­зованных отходов.

Природопользование - теория и практика воздей­ствия человечества на природную среду в процессе его хозяйственной деятельности. Природные ресурсы не беспредельны, поэтому развитие производства необхо­димо регулировать с учетом запасов сырья и наличия экологически обоснованных технологий его переработ­ки. Объемы потребления материалов должны соответ­ствовать критериям экономической целесообразности производства, что не всегда связано с увеличением его количественных показателей. В России разработаны и реализуются федеральные и региональные программы комплексного использования минерально-сырьевых, земельных, лесных и водных ресурсов. Основные нор­мативы природопользования закреплены специальны­ми законодательными актами.

Контрольные вопросы

1. Чем необходимо руководствоваться при выборе материалов?

2. Что является основными свойствами изделия

3. Из чего складывается показатель-материалоемкость продукции?