Строительные материалы

Стройматериалы из отходов

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

Особенностью научно-технического прогресса является увеличение объема общественного производства. В результате развития производства в хозяйственный оборот вовлекается все большее количество природных ресурсов. Однако степень их рационального применения в целом весьма низкая. Ежегодно используется около 10 млрд т минеральных и почти столько же органических сырьевых продуктов. Разработка и утилизация большинства важнейших полезных ископаемых в мире происходят быстрее, чем разведка их запасов. Около 70% затрат в промышленности стран СНГ приходится на сырье, материалы, топливо и энергию. И в то же время от 10 до 99% исходного сырья превращается в отходы, выбрасываемые в атмосферу и водоемы, загрязняющие землю.

Гигантски возросшее потребление минерального сырья приводит к накоплению огромных объемов отходов, а их удаление и складирование перестает быть экономически оправданным. Промышленное производство растет во всем мире из года в год, и пропорционально его росту увеличивается количество отходов, возрастая приблизительно в 2 раза за 8—10 лет. Общий вес твердых отходов, образующихся ежегодно в США, составляет 3,5 млрд т, т. е. приблизительно 50 кг на душу населения.

Наиболее интенсивно возрастает потребление энергетических ресурсов. С начала своего существования человечество использовало почти 90 млрд т условного топлива.

Рост мирового потребления минерального сырья (5—6% в год) достигает таких размеров, что удвоение его физического объема должно происходить через каждые 30 лет, а ископаемого топлива — и того быстрее. Гигантски возросшие масштабы и продолжающийся рост потребления этих ресурсов требуют все больших затрат на их воспроизводство. Непрерывно увеличивающийся объем отходов, образующихся при добыче ископаемого сырья и топлива, их переработке и использовании, представляет собой один из источников все большего загрязнения и захламления природной среды. Из года в год растущая масса отходов — один из главных факторов снижения качества окружающей среды и разрушения природных ландшафтов.

Огромные количества промышленных отходов накоплены в отвалах. Для складирования отходов отчуждаются огромные площади земельных угодий. Под отвалы промышленных предприятий заняты сотни тысяч гектаров земель, пригодных для сельскохозяйственного производства.

Транспортирование и складирование отходов отвлекают значительные средства от основного производства. На организацию и эксплуатацию отвалов, например, предприятий угольной и энергетической отрасли расходуются средства, составляющие 8—10% стоимости добываемого угля, производимой энергии и пара.

Промышленные отходы отрицательно влияют на экологические факторы. Прежде всего это относится к составу воздуха, эдафизичес-ким, гидрохимическим и гидрофизическим факторам. Эдафизические факторы включают химический состав и структуру веществ, циркулирующих в почве; гидрохимические и гидрофизические — объединяют все факторы, связанные с водой как средой обитания разнообразных живых организмов.

Наиболее значительны выбросы предприятий энергетической, химической и металлургической промышленностей. В атмосферу поступают газообразные и твердые отходы при сгорании топлива, а также в результате разнообразных технологических процессов. Например, в зависимости от зольности угля, крупные ТЭЦ выбрасывают в атмосферу 10—100 т золы, распространяющейся в радиусе нескольких километров. Кроме того, в отходящих газах тепловых электростанций ежесуточно поступают в атмосферу десятки тонн серного ангидрида.

Источниками загрязнения атмосферы разнообразной пылью являются также предприятия по производству строительных материалов, горно-обогатительные комбинаты и другие предприятия, технологические процессы которых основаны на дроблении, измельчении и обжиге больших количеств минерального сырья. При работе, например, вращающихся печей для обжига цементного клинкера пылевынос составляет 8—20% сухого сырья. Даже после очистки газовоздушные выбросы технологических агрегатов цементных заводов содержат 100— 150 мг/м3 пыли. Учитывая, что объем отходящих газов из одной вращающейся клинкеро-обжиговой печи, зависящий от ее размеров, вида сырья, топлива и режима обжига, колеблется от 40 до 600 тыс. м3/ч, количество выносимой в атмосферу пыли даже при хорошей работе электрофильтров составляет около 100 кг/ч.

Промышленные отходы отрицательно воздействуют не только на атмосферу, но и на гидросферу (водную среду). Например, один целлюлозно-бумажный комбинат сбрасывает около 150 тыс. м3 сточных вод в сутки, т. е. столько же, сколько крупный промышленный город. В таких стоках содержатся волокна и другие неокисляемые органические включения. Большую опасность представляют фенольные соединения, содержащиеся в сточных водах предприятий лесохимической, коксохимической, сланцевой, анилинокрасочной промышленности, а также различных заводов химической обработки сельскохозяйственного сырья. Сточные воды некоторых химических предприятий содержат синтетические поверхностно-активные вещества, даже незначительное количество которых вызывает образование стойкой пены, в результате чего резко ухудшаются биохимические свойства воды.

Промышленные отходы, сосредоточенные в отвалах, шлаконакопителях, хвостохранилищах, загрязняют поверхностный сток в районах размещения промышленных предприятий. Сброс промышленных отходов приводит, в конечном счете, к загрязнению вод Мирового океана, которое вызывает резкое снижение его биологической продуктивности и отрицательно влияет на климат планеты.

Образование отходов в результате деятельности промышленных предприятий негативно сказывается и на качестве почвы, в которой накапливаются избыточные количества губительно действующих на живые организмы соединений, в том числе канцерогенных веществ. В загрязненной почве происходят процессы ее деградации и нарушается жизнедеятельность почвенных организмов.

Высокая загрязненность окружающей среды в результате выбросов и накопления отходов представляет потенциальную опасность для естественных экологических систем различного уровня, а также для здоровья человека. За последние годы выявлен и возник целый ряд болезней — эндокринных, аллергических, токсических, вызванных действием химических веществ, выбрасываемых человеком в окружающую среду.

Рациональное решение проблемы промышленных отходов зависит от ряда факторов: вещественного состава отходов, их агрегатного состояния, количества, технологических особенностей и т. д. Снижение ущерба, обусловленного образованием промышленных отходов, достигается совершенствованием производства и соблюдением технологической дисциплины, повышением эффективности шламохвосто-хранилищ, а также обезвреживанием и рациональным захоронением отходов.

В соответствии с действующими нормативами все промышленные отходы делятся на четыре класса опасности:

Класс  Характеристика вещества (отходов)

Первый          Чрезвычайно опасные

Второй           Высокоопасные

Третий           Умеренно опасные

Четвертый     Малоопасные

Класс опасности промышленных отходов определяется содержанием в них определенных химических веществ:

—        наличие в отходах ртути, сулемы, хромовокислого калия, трех-хлористой сурьмы, бензапирена, оксида мышьяка и других высокотоксичных веществ позволяет отнести их к первому классу опасности;

—        наличие в отходах хлористой меди, хлористого никеля, трех-окисной сурьмы, азотнокислого свинца и других, менее токсичных веществ дает основание отнести эти отходы ко второму классу опасности;

—        наличие в отходах сернокислой меди, щавелевокислой меди, хлористого никеля, оксида свинца, четыреххлористого углерода и других веществ позволяет отнести их к третьему классу опасности;

—        наличие в отходах сернокислого марганца, фосфатов, сернокислого цинка, хлористого цинка дает основание отнести их к четвертому классу опасности.

В зависимости от физико-химических свойств отходов, а также от их количества применяют различные методы обезвреживания и переработки: механические, биологические, химические, сорбционные, термические, а также комбинированные.

Наиболее распространен способ обезвреживания отходов сжиганием. Сжигание происходит в печах и топках различных конструкций.

На многочисленных производствах с малотоннажным выпуском продукции, что характерно для крупных промышленных городов, иногда экономически невыгодно или технически невозможно создать локальные системы переработки и обезвреживания отходов. В этом случае промышленные отходы отправляют на специальные полигоны для централизованного приема и обезвреживания. Основными методами обработки отходов, как правило, являются термические и физико-химические. Отходы сложного минерального состава, использовать которые в настоящее время невозможно, подвергают захоронению под санитарным надзором.

Вредные вещества, отравляющие атмосферу и водоемы, в некоторых случаях целесообразно извлекать для получения затем ценных химических продуктов. Для этого создаются энерготехнологические комплексы, производящие не только электроэнергию, но и такие вещества, как сульфат аммония, серный ангидрид и др. Увеличивается производство серной кислоты на основе серного ангидрида — одного из основных компонентов отходящих газов многих производств.

На ряде металлургических предприятий освоена технология регенерации металлов путем переработки шлаков, шламов и др. Каждая тонна алюминия, извлеченного из отходов, обходится в 10 раз, меди — в 6, цинка — в 3,5 и свинца — в 2,5 раза дешевле, чем те же металлы, выплавленные обычным способом — из рудного сырья.

Эффективное решение проблемы промышленных отходов — это внедрение безотходной технологии. Безотходные производства основаны на принципиальном изменении технологических процессов, разработке систем с замкнутым циклом, обеспечивающих многократное использование продуктов, и комплексном использовании сырья.

При комплексном использовании сырьевых материалов промышленные отходы или побочные продукты одних производств являются исходными материалами других. Подобное использование сырья логически обусловлено потребностями развития народного хозяйства на современном этапе. Важность комплексного использования сырьевых материалов можно рассматривать в нескольких аспектах. Во-первых, утилизация отходов позволяет решать задачи по охране окружающей среды, освобождать ценные земельные угодья, отчуждаемые под отвалы и шламохранилища, устранять вредные выбросы в окружающую среду. Во-вторых, отходы промышленности в значительной степени покрывают потребность ряда перерабатывающих отраслей в сырье, причем во многих случаях высококачественном, подвергнутом в процессе производства первичной технологической обработке (измельчению, обжигу и т. д.). В-третьих, при комплексном использовании сырья снижаются удельные капитальные затраты на единицу продукции и уменьшается срок их окупаемости; снижаются также непроизводительные расходы основного производства, связанные со складированием отходов, строительством и эксплуатацией хранилищ для них; уменьшаются затраты, расход теплоты и электроэнергии на новую продукцию за счет технологической подготовленности отходов; увеличивается производительность оборудования.

К настоящему времени, учитывая эффективность применения многих минеральных и органических отходов в качестве сырьевых ресурсов, отходами их можно считать лишь по отношению к целевой продукции предприятий.

В Германии, например, были приняты специальные нормативные акты, согласно которым металлургические шлаки из категории отходов были переведены в разряд побочных продуктов производства. Для каждого вида шлаков (доменного, конвертерного, электроплавильного и др.) разработан перечень производственных факторов (начиная от обработки жидких шлаков и заканчивая технологией их переработки в твердом состоянии), влияющих на их свойства и определяющих направления, где они могут быть использованы с наибольшей пользой. Предприятия — поставщики шлаков, обеспечивающие их надлежащее качество, получают специальный сертификат, указываемый на отгрузочных документах. Из 25 млн т доменных шлаков, образовавшихся в 2000 г. в европейских странах, было использовано почти 100%: около 60% — в производстве цемента, остальное — в других отраслях строительной индустрии. Из общего объема сталеплавильных шлаков в отличие от доменных получило использование пока лишь 75%, остальные хранятся в отвалах.

 На Волховском алюминиевом заводе впервые в мировой практике разработана новая технология получения глинозема, соды, поташа и портландцемента из нефелинового сырья.

Эксплуатационные затраты на производство глинозема, соды, поташа и цемента, получаемых из нефелинового сырья, на 10—15% ниже (при некотором повышении капитальных вложений) затрат на производство этих продуктов при раздельном получении: глинозема — из бокситов, соды — аммиачным способом, поташа — из калийсодержа-щего сырья, цемента — из известняка и глины. Кроме того, с помощью системы оборотного водоснабжения, обслуживающей глиноземное и содовое производства, можно исключить сброс производственных сточных вод. Помимо цемента из отходов основного производства — нефелинового шлама можно изготовлять другие строительные изделия (кирпич, блоки, плиты), бетон, огнеупоры, стекло и ситаллы, порошковый отвердитель и т. д.

Из отраслей-потребителей промышленных отходов, являющихся побочными продуктами различных производств, наиболее емкой является производство строительных материалов. Учитывая, что затраты на материальные ресурсы в сметной стоимости производства большинства строительных материалов составляют более 55%, очевидно, можно утверждать, что применение отходов — побочных промышленных продуктов — это один из путей повышения эффективности производства строительных материалов.