студент Швец1) А. В., с.н.с. Сорока1) М. Л.

1)Кафедра «Хімія та інженерна екологія»

2)ГНДЛ «Охорона навколишнього середовища на залізничному транспорті»

Дніпропетровський національний університет залізничного транспорту
імені академіка В. Лазаряна

Опыт Утилизации отходов в виде опавшей листвы с получением гипсовых строительных материалов

 

В настоящее время в Украине и за рубежом возрастает интерес к использованию опавших листьев в качестве вторичного сырья. Известны [1, 2] технологии утилизации данного вида отходов в органические удобрения и почвенные мелиораты, топливные брикеты, теплоизоляционные материалы. Ежегодный дебит образования этого отхода в границах крупных городов оценивается десятками тысяч тон. При этом почти вся масса опавших листьев утилизируется захоронением на полигонах твердых бытовых отходов или несанкционированным сжиганием [2]. Таким образом, вопрос рационального обращения с отходами данного типа остается открытым, а поиск и рационализация технологий их утилизации – актуальной задачей охраны окружающей среды.

Целью исследования является определение возможности утилизации опавшей листвы в процессах производства гипсовых строительных плит различного назначения. Для реализации поставленной цели в работе выполнены следующие задачи: оценка правового поля утилизации опавших листьев, обобщение опыта применения подобных отходов в производстве строительных материалов, изучение показателей качества гипсовых плит на основе опавших листьев и технико-экономический анализ предложенного варианта утилизации.

Планирование и постановка экспериментов в работе выполнено в соответствии с требованиями ДСТУ Б В.2.7–111-2001 и известным опытом решения подобного рода задач.

Для оценки возможности применения отходов опавшей листвы в качестве наполнителей гипсовых плит были составлены смеси с различным содержанием опалых листьев W в % массы смеси. Для постановки исследования взаимного влияния содержания отхода в смеси и его средней фракции на эксплуатационные показатели гипсовых плит был использован метод «римского квадрата» полнофакторного эксперимента с постановкой дробных полуреплик. Вариационными факторами выступали следующие параметры:

– содержание опалых листьев W в % массы гипсовой смеси в рабочих интервалах от 2,5 % до 15,0 % с шагом 2,5 %, фактор сравнения чистая гипсовая смесь с показателем W равным 0,0 %;

– средняя фракция отходов ФН в мм в рабочих интервалах от 1,0 мм до 8,0 мм с переменным шагом без фактора сравнения.

Дополнительно изучены образцы для которых в качестве наполнителя использован скелет листовых пластинок, оставшийся после размола опавшей листвы.

Среди объектов исследования использованы предварительно промытые, высушенные и измельченные опавшие листовые пластинки таких садово-парковых культур: робиния псевдоакация, вяз гладкий, липа крупнолистая, каштан конский, клен остролистый, тополь дельтовидный.  Отбор проб отходов произведен в период с октября по ноябрь 2012 года в соответствии с требованиями ГОСТ 17.4.3.01-83.

Образцы-балочки для испытания полученных гипсовых смесей изготовлены в соответствии с ДСТУ Б В.2.7–82-99 с использованием теста стандартной консистенции.

Общий вид некоторых образцов, полученных строительных гипсовых плит с наполнителем из отходов опавшей листвы, представлен на рисунках 1 и 2.

 

Рисунок 1 – Образцы строительных материалов на основе опавших листьев

а)

б)

Рисунок 2 – Внешний вид изломов смесей с высоким (а) и низким (б) содержанием опавших листьев в гипсовой смеси

 

В процессе гниения опавших листьев выделяется большое количество веществ, препятствующих образованию и твердению гипсового камня. К ним можно отнести спирты, сахара, сульфиды, прочее. Для решения этой проблемы разработан ряд технологических приемов, модифицирующих стандартную технологию приготовления гипсового теста [3]. В рамках работы были исследованы такие модификации:

А – предварительная обработка опавшей листвы слабым раствором серной кислоты (С=0,1 н; время контакта от 10 до 30 минут);

Б – модификация А с добавлением крахмальных добавок до 1,0 % массы гипсовой смеси;

В – модификация А с добавлением цементных добавок до 5,0 % массы гипсовой смеси;

Г – модификация Б с термической активацией крахмала непосредственно на поверхности отходов с увеличением адгезии наполнителя.

Наилучшие результаты из серий испытаний перечисленных модификаций представлены в таблице 1.

 

Таблица 1 – Результаты испытаний образцов модификаций гипсовых смесей

Показатель

Тип модификации образов

А

Б

В

Г

W, % мас

6,8

8,3

9,5

11,1

Граница прочности на сжатие, кгс/см2; ±8,0 %; Р=0,95; n=6

43,2

51,6

54,1

55,7

Граница прочности на растяжение при изгибе, кгс/см2; ±8,0 %; Р=0,95; n=3

22,3

25,6

25,8

27,3

Плотность образцов, кг/м3; ±3,0 %; Р=0,95; n=3

1160

995

120

1105

Снижение себестоимости производства1), %

18,50

15,40

9,85

7,35

1)в перерасчете на объем производства 10 т гипсовой плиты в день в сравнении с себестоимостью плиты, изготовленной из чистого гипса согласно известных методик [4]

 

Выводы. Опавшие листья зон зеленых насаждений города являются ценным природным сырьем. Необходимо изучать и рационализировать способы и методы обращения с данным видом отходов.

В ходе выполнения работы получены композиции опавшей листвы и строительного гипса, которые могут быть использованы для производства гипсовых плит и других строительных изделий.

Применение кислотной обработки опавших листьев, крахмальных или цементных добавок позволяет увеличить прочностные характеристики полученных строительных материалов при увеличении содержания отходов опавших листьев до 15 % массы гипсовой смеси.

Представленные исследования и разработки обладают научной новизной, а практические рекомендации могут быть реализованы в производстве.

 

Список библиографических ссылок

1. Дворкин Л. И., Строительные материалы из отходов промышленности[Текст]: учебно-справочное пособие / Л.И. Дворкин, О.Л. Дворкин. – Ростов на Дону: Феникс, 2007. – 368 с.

2. Сорока М. Л., Экологическая оценка сезонных муниципальных отходов на основе опалой листвы зон зеленых насаждений города Днепропетровск[текст] / М. Л. Сорока, Л. А. Ярышкина // Збірник наукових праць НГУ. – Д.: Національний гірничий університет, 2012. – № 38. – С. 183–192.

3. Осетров А. В., Исследование свойств композиционных материалов конструкционного назначения на основе целлюлозосодержащих отходов[электронный ресурс] /А. В. Осетров, С. А. Угрюмов // Студенческий научный форум 15 февраля – 31 марта 2012 года. – Российская Академия Екстествознания. – URL: http://www.rae.ru/forum2012/15/814.

4. Кулаев Ю.Ф., Методы экономической оценки инвестиционных проектов на транспорте[текст]: учебно-методическое пособие / Ю. Ф. Кулаев. – К.: Транспорт Украины, 2001. – 182 с.