Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание биопозитивных строительных материалов и их ингредиентов на основе местных сырьевых ресурсов

Сведения об участнике
ФИО
Максимов Лев Игоревич
Вуз
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Тюменский индустриальный университет»
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Строительные материалы
Тема
Создание биопозитивных строительных материалов и их ингредиентов на основе местных сырьевых ресурсов
Резюме
Утилизация осадка станций водоподготовки и осадка станции очистки коммунальных стоков в качестве сырьевых добавок при производстве строительных керамических изделий позволит:
1) Предотвратить дальнейшее отчуждение земель перспективной городской застройки и рекреационных ресурсов местных водоёмов;
2) Повысить прочностные и теплоизоляционные характеристики строительных керамических изделий, получаемых на основе местной сырьевой базы;
3) Отказаться от использования привозных материалов (частично или полностью);
4) Получить максимальный природоохранный эффект.

Результатом проекта станет создание производства экологически чистого керамического кирпича.
Ключевые слова
Устойчивое развитие, экология, биопозитивный материал, керамика, шлам, осадок станций водоподготовки, рациональное природопользование.
Цели и задачи
Цель №1: Создать технологию производства керамических строительных материалов с улучшенными физико-механическими характеристиками.

Задачи:
1) Повысить качество производимой продукции, получаемой на основе местной сырьевой базы;
2) Импортозамещение:
А) На территории РФ нет производителей, выпускающих пигмент тёмного цвета для строительной керамики (очень популярной на данный момент);
Б) Необходимость изменения технологии утилизации осадков станций водоочистки в связи с полной зависимостью от услуг зарубежных подрядчиков для строительства заводов по сжиганию канализационного осадка;
3) Создать новые рабочие места для квалифицированных рабочих и специалистов;
4) Экономия невозобновляемых природных ресурсов.

Цель №2: Прекратить отчуждение водных и земельных ресурсов, находящихся в зоне перспективной городской застройки.

Задачи:
1) Разработать и применить альтернативные методы утилизации осадков станций водоподготовки и водоочистки, не требующие их захоронения и сброса в водные объекты;
2) Снизить затраты предприятий городской инфраструктуры (таких как Водоканал) на экологические штрафы и сопутствующие расходы, что приведёт к снижению стоимости коммунальных платежей для жителей и предприятий города;
3) Улучшить экологическую ситуацию в регионе;
4) Исключить необходимость применения предприятий по сжиганию канализационного осадка ввиду его недостаточной эффективности и высокой стоимости.
Введение

Необходимость постоянного увеличения территорий городов, в связи с увеличением населения, ограничена пределами роста городских территорий, зачастую связанных с действующими промышленными предприятиями. К таким предприятиям относятся станции водоподготовки и водоочистки. Деятельность таких предприятий непосредственно негативно влияет на биосферу и экологическую ситуацию в районе их дислокации.

Решением для данной проблемы может стать использование шламов всех видов в качестве альтернативного источника ресурсно-сырьевой базы для предприятий, производящих строительные материалы и в частности керамических стеновых материалов.

Методы и материалы

Для исследований был взят осадок промывных вод скорых фильтров станции обезжелезивания Велижанского водозабора (г. Тюмень) и обезвоженный осадок канализационных очистных сооружений (г. Тюмень).  Подземные воды Велижанского водозабора очищают по безреагентной технологии. Осадок представлен в основном окислами железа. Осадок канализационных очистных сооружений (далее – КОС) обрабатывают с применением реагентов и активного ила, что является причиной высокого содержания органических соединений в осадке КОС.

Смесь глины и осадка со скорых фильтров станции обезжелезивания готовилась истиранием компонентов, смешанных в соотношении 85%:15%. Методом пластического прессования получали образцы цилиндрической формы длиной 5 см и диаметром 5 см. Сушка осуществлялась на воздухе в течение 72 часов. Обжиг производился в муфельной печи со скоростью нагрева, не превышающей 300°С/ч, при последовательном повышении температуры до 1100 - 1200°С и медленном остывании в течении 8 часов.

С помощью электронного микроскопа, при увеличении в 50 раз были обнаружены темные вкрапления, размер которых увеличивается с повышением температуры обжига. При температуре обжига 1100°С структура материала содержит обособленные или частично связанные между собой фрагменты окислов железа, увеличение количества которых повышает прочностные свойства, а при 1200°С материал имеет стекловидную структуру, что обеспечивает дальнейшее повышение прочности.

Описание и обсуждение результатов

Наибольший предел прочности при сжатии 22,95 МПа получился при испытаниях сухих образцов при температуре обжига 1200°С. Это соответствует марке кирпича М300. Для образцов с температурой обжига 1100°С, прошедших цикл замачивания, предел прочности уменьшился в 1,3 раза, что соответствует марке М175. Наименьший предел прочности 5,57 МПа у сухого образца с температурой обжига 1000°С, что можно отнести к марке М75.

Образцы с температурой обжига 1100°С были испытаны на морозостойкость. С увеличением числа циклов предел прочности постепенно снижался. После 50 циклов замораживания – оттаивания полученный предел прочности соответствует марке по морозостойкости F100.

При добавлении в глиняную массу осадка КОС в соотношениях от 95%:5% до 85%:15% наблюдается значительное падение прочностных характеристик (марка кирпича М50 – М100), но так же значительное снижение плотности образца (ρ=0,85 – 0,95), что крайне положительно сказывается на теплоизоляционных свойствах образца.

В дальнейшем планируется продолжение экспериментов со смесями осадков, глинами различных месторождений, а так же разработка технологии комплексной подготовки осадков КОС, являющихся крайне серьёзной проблемой для всех крупных городов России.

Так же были разработаны рекомандации по автоматизации сбора шламов станций водоподготовки подземных вод с помощью вертикальных отстойников, работающих по принципу гидроциклона. Рациональность применения данной технологии обусловленна величиной истиной плотности частицы рассматриваемого вещества, значительно превышающей плотность воды, а так же высокой скоростью потока обводнённого шлама.

Используемые источники
1. Лебухов, В.И. Утилизация осада очистных сооружений водоснабжения.
2. Нормы радиационной безопасности НРБ-99/2009, СанПиН 2.6.1.2523-09.
3. ГОСТ 530-2012. Кирпич и камень керамические.
4. ГОСТ 30108-94. Материалы и изделия строительные. Определение удельной эффективной активности естественных радионуклидов.
5. Максимов, Л.И. Исследование свойств строительных керамических материалов, полученных с применением осадков станций водоподготовки.
6. Преобразование нашего мира: Повестка дня в области устойчивого развития на период до 2030 года // Резолюция, принятая Генеральной Ассамблеей ООН 25.09.2015.
7. Гехт, Г. Керамика / 1938.
8. Пат. 2379252, РФ. МПК С 04 В33/132. Керамическая масса/ Ю.А.Щепочкина.
9. Пат. 2015131230, РФ. Керамическая масса/ Л.И.Максимов
Information about the project
Surname Name
Maksimov Lev
Project title
Production of environmentally-friendly building materials and its ingredients based on local raw material resources
Summary of the project
The permanent growth of cities and settlements, caused by increase of the population growth, is often limited by the existing industrial facilities. Wastewater treatment plants and water purification plants are refer to this facilities, which are make negative impact for local biosphere and ecological situation.
The solution to this problem could be the use of this sludges as an alternative source of the raw material resources for producing building materials, such as ceramic wall materials.
Keywords
Sustainable development, ecology, environmentally-friendly material, ceramics, sludge, wastewater treatment sludge, water purification treatment sludge.