На водоочистных сооружениях России применяют различные химические реагенты и фильтрующие компоненты, такие как уголь и песок. В процессе эксплуатации станций накапливается отработанный осадок, который традиционно хранится на полигонах. Годовой объем даже от одного города может превышать три тысячи тонн. Сегодня научное сообщество ищет решения для его эффективной утилизации, в том числе с помощью извлечения из техногенного сырья ценных компонентов для промышленного использования. Ученые Пермского Политеха исследовали перспективность реализации водоочистных отходов в строительной отрасли, а именно в производстве керамических кирпичей. Выявленные свойства осадков и параметры их переработки обеспечат получение качественного продукта и расширят возможности применения многотоннажных отходов.
В ПНИПУ изучили перспективность реализации водоочистных отходов в производстве керамических кирпичей / © wirestock, Freepik
Ранее в ПНИПУ изучили перспективность получения стройматериалов с помощью отходов лесной промышленности.
Статья с результатами опубликована в сборнике «Инновации в строительстве. Технологии КНАУФ». Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
Сейчас активно исследуют прогрессивные методы утилизации водоочистного осадка, когда из техногенного сырья извлекают компоненты, полезные для химического, металлургического и других производств. Однако наибольшее распространение его использование получило в сфере строительства при получении вяжущих веществ, пористых заполнителей и керамических материалов.
Такие отходы могут применяться в качестве модификатора для производства кирпичей. При этом предлагаемые в настоящее время методы его получения и введения в керамический состав имеют свои недостатки, например, итоговый продукт не всегда соответствует требуемой прочности и морозостойкости. Также использовать сырье в исходном состоянии трудно из-за его значительной влажности – более 45-60 процентов. Для качественной переработки в новый материал необходимо добавлять различные технологии уплотнения, кондиционирования и механического обезвоживания.
Ученые Пермского Политеха изучили особенности применения угольного отхода и осадка, образованных от крупного водопроводного очистного сооружения, и выявили оптимальные параметры их введения и обжига в составе керамической массы.
Из-за обработки воды химическими реагентами образуется осадок, состоящий из растворимого в воде сернокислого алюминия, малого количества сульфата железа и других соединений. Он представляет собой тонкозернистую смесь, а его элементный состав схож с глинистым сырьем, что позволяет рассматривать его в качестве модификатора глиняной массы для производства керамических изделий. Угольный отход – это похожая на песок черного цвета рассыпчатая сухая смесь, в состав которой входит преимущественно углерод и сульфат натрия.
«Чтобы оценить, как оба вида отхода станции водоподготовки влияют на свойства глинистого сырья, мы подготовили составы, у которых определяли одни из важнейших показателей: плотность, пластичность и формовочную влажность. От них в дальнейшем зависит прочность, морозо- и трещиностойкость готового продукта. Также исследовали их наиболее оптимальное содержание в составе керамической массы: осадка в количестве 10, 20 и 30 процентов, угольного отхода – 10,15 и 20 процентов, а температуру обжига – 950, 1000 и 1050°С», – рассказывает Виталий Шаманов, доцент кафедры «Строительный инжиниринг и материаловедение», исполняющий обязанности декана строительного факультета ПНИПУ, кандидат технических наук.
Политехники отмечают, что по сравнению с бездобавочным составом у керамической массы с содержанием 20 процентов осадка на 71 процент увеличивается показатель пластичности, что указывает на большую функциональность изучаемого отхода в промышленности.
«Результаты экспериментов показали, что введение в состав угольного отхода свыше 20 процентов и осадка свыше 30 процентов нерационально из-за значительного ухудшения формовочных свойств. Введение же отходов 14,2 и 15 процентов соответственно при температуре обжига в 1050°С позволяет получить изделия с нужными показателями плотности и уровнем водопоглощения», – объясняет Виталий Шаманов.
Исследование ученых Пермского Политеха показало, что совместное введение отходов водоочистных сооружений в состав глиняной массы позволит комплексно улучшить физические свойства керамических кирпичей. Реализация полученных результатов при переработке осадков повысит перспективность их вторичного использования в строительной отрасли.
