Содержание к диссертации
Введение
1 Вопросы оценки состояния природно-техногенных систем при осуществлении строительной деятельности и ЖКХ
1.1 Влияние строительной деятельности и ЖКХ на окружающую природную среду
1.2 Проблемы цивилизации в вопросах сохранения качества окружающей среды
1.2.1 Основные виды отходов, их краткая характеристика, принципы классификации
1.2.2 Принципы оценки негативного воздействия на окружающую среду
2 Теоретические основы обоснования разработки превентивных методов
2.1 Геоэкологический резерв строительной деятельности и ЖКХ 50
2.2 Разработка интегрального метода оценки воздействия строительной деятельности и ЖКХ на окружающую среду
2.3 Фундаментальные научные основы превентивных решений 61
2.4 Методы и объекты исследований 79
2.4.1. Стандартные и общепринятые методы
2.4.2 Характеристика используемого техногенного сырья и добавок, находящихся в разном агрегатном состоянии
2.4.3 Обработка результатов испытаний 109
2.4.4 Санитарно-гигиеническая оценка синтезированных стройматериалов
3 Превентивные методы снижения нагрузки на окружающую среду при производстве строительной керамики
3.1 Минимизация негативного воздействия на геосферные оболочки при использовании купершлака
3.2 Превентивные решения при использовании отходов отсева нефтезагрязненного балластного щебня различной природы
3.3 Снижение нагрузки на окружающую среду при использовании гранулированного доменного шлака и отработанных минеральных масел
3.4 Превентивные решения по использованию осадка сточных вод после мойки железнодорожного транспорта
3.5 Использование отходов строительства и ЖКХ в превентивных решениях
3.6 Превентивные решения при производстве облицовочной и декоративной керамики
4 Оценка снижения негативного воздействия на окружающую среду строительной деятельности и ЖКХ
4.1 Расчет показателя негативного воздействия ПНв и индекса IEQ для этапа производства строительной керамики
4.2 Расчет показателя негативного воздействия Пнв этапов строительство и эксплуатация зданий и сооружений
4.2.1 Расчет ПНв этапа «строительство» 200
4.2.2 Расчет П1Ш этапа «эксплуатация зданий и сооружений» 190
4.2.3 Расчет ПНв строительной деятельности 209
4.3 Обоснование и порядок расчета платы за негативное воздействие на окружающую среду
4.3.1 Расчет платы за размещение отходов 211
4.3.2 Определение величины предотвращенного экологического ущерба
5 Превентивный метод снижения нагрузки на окружающую среду на примере жаростойких композиционных материалов
5.1 Превентивные решения при производстве жаростойких бетонов 227
5.1.1 Превентивные решения по использованию техногенного сырья 231
сКрэ=1,32-1,54
5.1.2 Превентивные решения по использованию отходов строительства и ЖКХ
5.2 Жаростойкие теплоизоляционные смеси и кладочные растворы на основе техногенного сырья
6 Оценка снижения негативного воздействия на окружающую среду на примере печестроения в строительной отрасли
6.1 Расчет показателя негативного воздействия Пнв и индекса IEQ для технологий получения жаростойких бетонов
6.2 Расчет показателя негативного воздействия ПНв и индекса IEQ технологий получения жаростойких композиций для ремонта печей
6.3 Расчет показателя негативного воздействия различных этапов строительной деятельности для техногенного сырья с Крэ=1.19
6.4 Определение величины предотвращенного экологического ущерба
6.5 Расчет платы за размещение отходов 297
7 Превентивные решения при использовании модифицированного техногенного сырья
7.1 Реагенты для иммобилизации тяжелых металлов на основе отходов строительства и ЖКХ
7.1.1 Реагенты на основе глины 3 00
7.1.2 Отходы пенобетона в качестве сорбентов 306
7.1.3 Сорбент на основе осадка природных вод 308
7.2 Превентивные решения по использованию модифицированного 313
техногенного сырья
Заключение 317
Список использованных источников
- Основные виды отходов, их краткая характеристика, принципы классификации
- Фундаментальные научные основы превентивных решений
- Превентивные решения при использовании отходов отсева нефтезагрязненного балластного щебня различной природы
- Расчет ПНв строительной деятельности
Введение к работе
Актуальность работы связана с необходимостью создания научно обоснованных технических и технологических решений для минимизации негативного воздействия на окружающую среду (ОС) промышленно-гражданской строительной деятельности и ЖКХ. Строительная деятельность относится к одному из мощнейших факторов негативного воздействия на окружающую среду, в связи с тем обстоятельством, что любые материалы для гражданского и промышленного строительства при их производстве требуют больших материальных затрат в виде сырья и топлива. В нашей стране строительная деятельность дает 8,1% загрязнений атмосферы (что близко с такой деятельностью как автомобильный транспорт – 13,3%, цветная металлургия – 10,5%), добывает свыше 20 видов полезных ископаемых, занимая 15 тыс. га земли, извлекает миллионы тонн минерального сырья и топливных ресурсов ежегодно. Особенно заметный урон окружающей среде по всем составляющим наносит производство строительной керамики, в особенности кирпича, наиболее масштабного строительного материала. Так, например, только за период с 2007-2009 гг. среднее ежегодное производство кирпича составило 11,57 млрд. шт. усл. кирпичей (по данным ФСГС РФ), что потребовало извлечения из литосферы около 50 млн. т природного сырья, около 3 трлн. м3 природного газа, выброс углекислого газа составил миллионы тонн. В условиях, когда уменьшение темпов гражданского и промышленного строительства не прогнозируется, очевидна необходимость поиска научно обоснованных технических и технологических решений, в том числе и превентивных, способных прогнозировать снижение нагрузки на окружающую среду. Разработке научных основ системы превентивных методов оценки состояния, защиты природно-техногенных систем и управления ими при осуществлении промышленно-гражданской строительной деятельности и ЖКХ, минимизирующей негативное воздействие на окружающую среду, посвящена данная работа.
Выполненная работа базируется на научных работах профессора Л.Б. Сватовской и ее учеников профессоров Панина А.В., Якимовой Н.И., Титовой Т.С., Шершневой М.В., Масленниковой Л.Л., Соловьевой В.Я. и др. и развивает знания о геозащитных природо- и энергосберегающих резервах, которые содержатся в разного рода уровнях организации веществ, процессов и технологий, об оценках этих резервов и их информационных составляющих для снижения в целом негативного влияния на окружающую среду строительной деятельности.
Работа выполнена в соответствии с позицией «Технологии предотвращения загрязнения окружающей среды» в рамках одного из приоритетных направлений развития науки, технологии и техники в РФ «Экология и ресурсосбережение» перечня критических технологий, утвержденных президентом РФ 21.05.2006 (Пр.-842), а также по п.5.6 и 5.7 паспорта специальности 25.00.36.
Целью работы является минимизация негативного воздействия на окружающую среду промышленно-гражданской строительной деятельности и ЖКХ путем осуществления системы превентивных методов.
Идея работы состоит в возможности прогнозирования и достижения минимизации негативного воздействия на окружающую среду всех этапов цикла строительной деятельности, начиная с получения материалов и заканчивая готовым объектом строительства, определяя и используя их геоэкологические резервы в превентивных решениях.
Задачи исследований:
разработать систему методов оценки состояния, защиты природно-техногенных систем и управления ими при осуществлении строительной деятельности и ЖКХ, обосновывающих геоэкологические резервы превентивных решений и прогнозирующих минимизацию негативного воздействия на окружающую среду;
осуществить выбор превентивных решений и теоретически оценить предполагаемую минимизацию воздействия на окружающую среду строительной деятельности и ЖКХ;
исследовать снижение негативного воздействия на окружающую среду при практическом осуществлении разработанных методов на различных примерах строительной деятельности и ЖКХ;
опытно-промышленно апробировать предложенные решения снижения негативного воздействия на окружающую среду строительной деятельности и ЖКХ с анализом достигнутого снижения.
Методы исследования. При решении поставленных в работе задач применялись современные методы рентгенофазового анализа, методы инфракрасной спектрометрии, атомно-абсорбционной фотометрии, калориметрии, потенциометрии, ртутной порометрии, оптико-микроскопического анализа, математического моделирования, статистической обработки, а также оценочные методы анализа экологичности и качества.
Научная новизна диссертационной работы состоит в следующем.
-
Разработана система превентивных методов, в соответствии с которой предложены и проанализированы этапы промышленно-гражданской строительной деятельности и ЖКХ, негативно воздействующие на окружающую среду на примере получения и использования строительной керамики; предложен специальный количественный показатель негативного воздействия, ПНВ, для оценки такого воздействия. Доказана с помощью показателя ПНВ необходимость превентивных решений, осуществление которых обнаруживает геоэкологический резерв, позволяющий снижать негативное воздействие на ОС строительной деятельности и ЖКХ.
-
Предложено в качестве научных основ системы превентивных методов базироваться на энергетической природе основных фаз техногенных минеральных продуктов, используемых вместо природного сырья на этапе получения материалов. Предложено для информации об энергетической природе техногенного сырья использовать введенный в работе относительный коэффициент резерва энергии (КРЭ). Рассчитано с помощью введенного количественного показателя ПНВ теоретически прогнозируемое снижение негативного воздействия на природно-техногенные системы строительной деятельности и ЖКХ, основанное на учете КРЭ.
-
Показано, что осуществление системы превентивных методов по снижению негативного воздействия строительной деятельности и ЖКХ на примере получения и использования строительной керамики и других композиционных жаростойких материалов при осуществлении этой деятельности за счет выявленного геоэкологического резерва приводит к фактическому снижению показателя ПНВ. Установлена взаимосвязь между показателем негативного воздействия ПНВ и коэффициентом резерва энергии КРЭ минерального техногенного сырья на различных этапах строительной деятельности и ЖКХ; проанализировано качество предлагаемых технологий и прослежена их взаимосвязь с ПНВ.
-
Проанализировано качество этапов строительной деятельности и ЖКХ и его взаимосвязь с ПНВ; результаты анализа свидетельствуют о снижении негативного воздействия на окружающую среду с ростом качества этапов строительной деятельности; доказана экологическая безопасность полученной продукции.
Степень обоснованности научных положений, рекомендаций и выводов обеспечивается корректностью поставленных задач, представительностью и достоверностью исходных и экспериментальных данных, использованием современных материалов теорий, гипотез и допущений.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Система превентивных методов оценки состояния, защиты природно-техногенных систем и управления ими при осуществлении строительной деятельности и ЖКХ; выявление этапов строительной деятельности и ЖКХ; количественный показатель негативного воздействия этих этапов и суммарного воздействия, ПНВ; а также геоэкологический резерв превентивных решений, обоснованный, в том числе, учетом коэффициента резерва энергии (КРЭ) техногенного минерального сырья.
-
Достигнутые результаты по минимизации негативного воздействия на окружающую среду строительной деятельности и ЖКХ на выделенных этапах в соответствии с системой превентивных методов на примерах получения и эксплуатации строительной керамики разного ассортимента при использовании техногенного сырья с соответствующими значениями КРЭ.
-
Достигнутые результаты по минимизации негативного воздействия на окружающую среду строительной деятельности в соответствии с системой превентивных методов на примере печестроения в кирпичной промышленности и получении жаростойких композиционных материалов при использовании минерального техногенного сырья с соответствующими значениями КРЭ.
-
Теоретическое обоснование минимизации негативного воздействия на окружающую среду промышленно-гражданской строительной деятельности при использовании модифицированного техногенного сырья. Оценка качества и экологической безопасности жизненного цикла строительной деятельности с модифицированным техногенным сырьем.
Личный вклад автора. В диссертации изложены идеи и результаты работ, выполненных автором лично. Все экспериментальные данные были получены самим автором или в соавторстве с творческим коллективом. Автор осуществлял анализ и обобщение полученных данных, являясь разработчиком предложенных оценочных методов воздействия строительной деятельности и ЖКХ на окружающую среду, интерпретировал полученные результаты и проводил все необходимые расчеты, участвовал в выпуске опытно-промышленных партий и апробации полученных результатов.
Практическая значимость диссертационной работы состоит в следующем:
-
Разработанная система превентивных методов минимизации негативного воздействия на окружающую среду промышленно-гражданской строительной деятельности и ЖКХ позволила обнаружить и использовать её геоэкологический резерв, проявляющийся на всех этапах этой деятельности.
2. Показано, что превентивные методы и использование геоэкологического резерва строительной деятельности и ЖКХ при вовлечении в производство техногенного минерального сырья с соответствующими значениями КРЭ (1,19; 1,54), минимизируют негативное воздействие на окружающую среду, что выражается, во-первых, в сбережении природного сырья при его замене на техногенное минеральное сырье и освобождении земель, занятых под их складирование; во-вторых, в снижении выбросов парниковых и кислотообразующих газов на этапе производства; в-третьих, в снижении коэффициента теплопроводности полученного керамического материала, что приводит к сбережению природного топлива и снижению выбросов парниковых газов на этапе эксплуатации объектов строительства из природно-техногенной строительной керамики; в-четвертых, в снижении количества образующихся строительных отходов (боя кирпича) с соответствующим снижением потребления природных ресурсов.
3. Показано, что замена части природного сырья на техногенное только для 1% производимого кирпича в России даст экономию природного сырья от 6976,7 до 122093,2 т на сумму от 7 до 163 млн. руб., высвобождение от 5,8 до 26,1 га земель, занятых под складирование отходов, уменьшение от 7 до 400 т вредных выбросов в атмосферу, уменьшение количества образующихся при строительстве отходов в два раза (КРЭ 1,54), уменьшение энергозатрат в два раза при эксплуатации зданий и сооружений за счет снижения коэффициента теплопроводности кирпича от 0,35 до 0,15 Вт/(мС) (КРЭ 1,19), что в три раза уменьшает выбросы парниковых газов. Показано, что общий показатель негативного воздействия (ПНВ) строительной деятельности и ЖКХ снижается с 63,1 до 1,73. Новизна превентивных решений, реализованных в строительном цикле на примере строительной керамики, защищена патентами РФ № 2205161, 2397153, 2412131, 2191763; разработанными проектами технических условий ТУ 5741-003-01115840-2009, ТУ 2362-006-07519745-2000, ТУ 23 2299-001-07519745-2010; оценены предотвращенный экологический ущерб и плата за загрязнение окружающей среды.
4. Показано, что превентивные методы и использование геоэкологического резерва промышленно-гражданской строительной деятельности на примере печестроения в кирпичном производстве и синтезе жаростойких композиционных материалов приводит к снижению нагрузки на окружающую среду. Показаны на примере использования техногенного сырья с КРЭ=1,19 для жаростойкого бетона (в пересчете на 1% производства керамического кирпича) уменьшение выброса СО2 от 64 до 316 т в год, освобождение от 17,4 до 40,7 га земель, занятых под складирование отходов, и экономия около 279 т природного минерального сырья при замене его на техногенное сырье. При этом общий показатель негативного воздействия (ПНВ) снижается с 100 до 1,48. Новизна превентивных решений реализованных в данном строительном цикле защищена патентами РФ № 2187482, 2366632, 2370468, 2360876, 2388714, 2387622, 2243182, 2426707, разработанными проектами технических условий ТУ 5745-001-98593931-2009, 5745-002-77663403-2010, 2133-005-07519745-2000, 2133-001-07519745-2010; рассчитан предотвращенный экологический ущерб и плата за загрязнение окружающей среды.
5. Показано, что превентивные решения и использование геоэкологического резерва модифицированного ионами тяжелых металлов техногенного сырья на основе отходов строительной деятельности и ЖКХ, позволяет минимизировать негативное воздействие на окружающую среду и снизить показатель ПНВ с 63,1 до 1,51 при реализации их в строительном цикле. Новизна решений защищена патентами РФ № 2375101, 2416585, разработанным проектом технических условий ТУ 0330-003-01115840-10 и доказательством экологической безопасности жизненного цикла строительной деятельности.
6. Определено, что общий предотвращенный экологический ущерб окружающей природной среде от строительной деятельности и ЖКХ при реализации разработанной системы превентивных методов при замене только 1% традиционного производства составляет свыше 28 млн. руб. в год. Материалы диссертационной работы вошли в учебный практикум по специальности «Инженерная защита окружающей среды» в виде соответствующих методических указаний и учебных пособий для слушателей ФПК ПГУПС. Патент РФ № 2370468 «Термоизоляционная масса» награжден золотой медалью «Innovations for investments to the future» ARBU (американо-российский деловой союз) в области инновационных разработок. Разработки внедрены на предприятиях ОАО «Ленстройкерамика», ЗАО «Петрокерамика», ООО «Образъ», ЗАО «Керамика», ООО «НПО «Максимус», ООО «Цемтех».
Реализация результатов работы. Новизна превентивных решений в целом защищена 14 патентами РФ, 9 ТУ, гигиеническими сертификатами и актами испытаний продукции в сертифицированной экологической лаборатории. Опытно-промышленное апробирование проводилось на предприятиях ОАО «Ленстройкерамика», ЗАО «Петрокерамика», ООО «Образъ», ЗАО «Керамика», ООО «НПО «Максимус», ООО «Цемтех», Вагонное ремонтное депо Санкт-Петербург сортировочный Витебский Октябрьской дирекции филиала ОАО «РЖД» и реализовано в строительстве часовни Александра Невского на территории ПГУПС и фрагментов обжиговых печей ООО «Образъ».
Апробация работы. Основные положения работы были доложены и обсуждены на научно-практической конференции, посвященной 190-летию ПГУПС «Пенобетоны 3-го тысячелетия. Тепло России» (Санкт-Петербург, 1999), на международном экологическом конгрессе «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности» (Санкт-Петербург, 2000), Тhe 3rd International Youth Environment Forum of Baltic Countries «ECOBALTICA 2000» (St. Petersburg , June 2000), на международной научно-технической конференции «Экологические проблемы и пути их решения в ХХI веке: образование, наука, техника» (Санкт-Петербург, 2000), на I международной научно-практической конференции «Строительная керамика на пороге ХХI века» (Санкт-Петербург, 2001), на академических чтениях «Новые исследования в областях водоснабжения, водоотведения, гидравлики и охраны водных ресурсов» (Санкт-Петербург, 2004, 2009), на международной научно-практической конференции «Пенобетон 2007» (Санкт-Петербург, 2007); на международной научно-практической конференции «Периодический закон Д.И. Менделеева в современных трудах ученых транспортных ВУЗов» (Санкт-Петербург, 2009), на международной конференции «Технологии – транспорту», (Санкт-Петербург, 2009), на международной научно-практической конференции «Техносферная и экологическая безопасность на транспорте» (Санкт-Петербург, 2008, 2010).
Публикации. Основные положения диссертационного исследования достаточно полно отражены в 62 публикациях, в состав которых входят 4 монографии, 14 патентов РФ, 14 статей, опубликованных в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 7 глав, общих выводов, списка литературы. Диссертация изложена на 344 страницах основного текста, содержит 78 рисунков, 139 таблиц и 5 приложений.
Основные виды отходов, их краткая характеристика, принципы классификации
На этапе строительства важно предварительно определить срок пригодности различных материалов, строительных элементов и всего здания, а также оценить долговечность материала. Высокий показатель долговечности означает, что материал долго сохраняет все свои свойства и имеет больший срок использования до ремонта или замены изделия. Благодаря продлению периода использования материала нагрузка на окружающую среду на этот период уменьшается. Важно, чтобы долговечность материалов отдельных строительных узлов всегда соответствовала жизненному сроку всего здания [9]. При экологической оценке материала на данном этапе учитывается количество отходов и возможность выброса в окружающую среду вредных веществ при производстве строительных работ. У нас в стране пока не внедрена система экологической оценки строительных материалов по их жизненному циклу, поэтому актуальным остается тщательное экологическое исследование и оценка безопасности всех строительных материалов, могущих содержать в своем составе вещества, опасные для здоровья. Часто эта проблема незаслуженно остается вне поля зрения.
Обычно строительству сопутствует большой объем строительных отходов, часть которых вывозят на расположенные вокруг населенных пунктов свалки и сжигают, часть сжигают непосредственно на стройке или закапывают в грунт. Атмосферные осадки растворяют часть отходов и загрязняют почву (не только в местах свалок, но и на прилегающих территориях) продуктами выщелачивания.
Вместе со строительным мусором ежегодно в строительстве теряется свыше 1 млн. т металла, 1/3 используемого стекла, до 15% цемента и огромное количество каменных материалов. До 17% кирпича превращается в бой и идет в отходы, причем 40% оставшегося тоже имеют те или иные повреждения [10]. Кроме экономических вывоз этих материалов ведет и к экологическим потерям. Талые и ливневые воды с территории строек, где, как правило, уничтожен растительный покров, смывают рыхлые грунты и отходы и сносят их в реки и водоемы, загрязняя их.
Вода широко используется в строительных процессах: в качестве компонента для растворов, бетонов, красок; как теплоноситель в тепловых сетях; при разработке грунтов гидромониторами и земснарядами и т.д. Во многих случаях после использования вода сбрасывается и загрязняет грунтовые воды и почвы.
Однако само строительство - процесс относительно скоротечный. Существует много рекомендаций по снижению воздействия на окружающую природную среду различных неблагоприятных факторов, связанных с добычей ископаемых, их переработкой, производством тех или иных материалов, их транспортировкой и монтажом. Значительно сложней обстоит дело с воздействием на природу отходов производства и объектов строительства -зданий, сооружений и их комплексов [11].
В последнее время темпы общего строительства очень быстро увеличиваются, следовательно, остро возникает необходимость решать наболевшие вопросы утилизации строительных отходов, полученных в ходе демонтажа зданий и сооружений.
Ежегодно в современном мире количество строительных отходов увеличивается на 2,5 миллиарда тонн. Это очень пагубно влияет на экологию всей Земли - к такому выводу пришли специалисты из Европейской Ассоциации, в которую входят компании по сносу зданий, именно они занимались подсчетом общего количества строительного мусора. Рециклинг позволяет утилизировать строительные отходы, не принося вреда окружающей среде.
В Российской Федерации проблема роста количества отходов строительства и сноса (далее ОСС) стоит особенно остро. Во многих крупных российских городах практически не осталось территории, свободной для застройки. Большая доля жилищного фонда приходится на здания, построенные во времена СССР, причём проектный срок эксплуатации таких домов уже истёк. Средняя этажность зданий этого типа не превышает 5, из чего можно сделать вывод, что территория используется нерационально.
Согласно оценке в Санкт-Петербурге в 1999 г. было произведено 714 тыс. т ОСС, а к 2008 г. этот показатель вырос до 2134 тыс. т [12]. Применительно к Москве эти показатели можно увеличить в несколько раз. Ежегодно количество отходов строительства и сноса возрастает в России на 10-20%. В ближайшие годы в связи с массовой реконструкцией и повсеместным сносом ветхого жилья ожидается резкий рост количества ОСС. По массе ОСС составляют около половины отходов г. Санкт-Петербурга, относящихся к промышленно-строительным отходам, производимым за год.
В настоящее время многотоннажные отходы, образующиеся при строительстве и сносе зданий и сооружений, легально размещаются на полигонах вместе с твёрдыми коммунальными отходами, что приводит к быстрому истощению ёмкости полигонов. Широко распространена также практика нелегального сброса ОСС в необорудованные специальным образом места (несанкционированные свалки), что оказывает негативное воздействие на окружающую среду.
Можно указать на целый ряд проблем, нерешённость которых в России препятствует утилизации отходов производства и потребления, в том числе - и ОСС. Одна из них связана с неудовлетворительным состоянием федеральной законодательно-нормативной базы, регулирующей обращение с отходами вообще и с отходами строительства и сноса - в частности [13] - [15].
Фундаментальные научные основы превентивных решений
Оценивая воздействие строительной деятельности и ЖКХ на окружающую среду, необходимо определить баланс энерго- и ресурсопотребления всех ее этапов. Любое гражданское или промышленное строительство начинается со строительных материалов.
Производство строительных материалов - это эволюция горных пород в геологических условиях и их преобразование человеком при производстве, эксплуатации зданий и сооружений - это цепь превращений, претерпеваемых горными породами и строительными материалами как элементами неорганического мира. Поэтому поиск оптимальных решений при проектировании, производстве и эксплуатации строительных материалов следует рассматривать в единой концепции развития неорганического мира от генезиса сырья, его техногенных превращений в процессе синтеза материалов, изменений при эксплуатации, разрушении и повторном использовании. Учитывая, что затраты на материальные ресурсы в сметной стоимости производства большинства строительных материалов составляют более 55%, очевидно, можно утверждать, что применение промышленных минеральных отходов в качестве техногенного сырья - это один из путей повышения эффективности производства строительных материалов.
На этапе строительства важно предварительно определить срок пригодности различных материалов, строительных элементов и всего здания, а также оценить долговечность материала. Высокий показатель долговечности означает, что материал долго сохраняет все свои свойства и имеет больший срок использования до ремонта или замены изделия. Благодаря продлению периода использования материала нагрузка на окружающую среду на этот период уменьшается. При экологической оценке материала на данном этапе учитывается количество отходов и возможность выброса в окружающую среду вредных веществ при производстве строительных работ. Обычно строительству сопутствует большой объем строительных отходов, часть которых вывозят на расположенные вокруг населенных пунктов свалки и сжигают, часть сжигают непосредственно на стройке или закапывают в грунт. Ежегодно в современном мире количество строительных отходов увеличивается на 2,5 миллиарда тонн. Однако само строительство - процесс относительно скоротечный.
На этапе эксплуатации экологическая нагрузка в большой мере определена выбором, сделанным на предыдущих этапах, и здесь дополнительно необходимо определить экологические и эксплуатационные затраты на энергию, используемую для отопления зданий и сооружений. Одним из направлений энергосбережения может стать утепление зданий за счет применения теплоэффективного кирпича, а уменьшение количества сжигаемого топлива на отопление зданий и сооружений уменьшит выброс парниковых газов в атмосферу. 2.1 Геоэкологический резерв строительной деятельности и ЖКХ
Под геоэкологическим резервом подразумеваются все показатели, связанные с предотвращением загрязнения окружающей среды (т.е. процессы, методы, материалы или продукция, которые позволяют избегать загрязнения, уменьшать его или бороться с ним и которые могут включать рециклинг, очистку, изменения процесса, эффективное использование ресурсов и замену материалов).
Известно, что в земной коре сочетание химических элементов и их пространственное распределение находится в причинной зависимости от свойств, обусловленных строением и размером атомов и ионов элементов. Анализ геохимической таблицы Н.А. Заварицкого и таблицы распределения химических элементов в земной коре по декадам В.И. Вернадского с дополнениями А.Е. Ферсмана [52] говорит о том, что многие техногенные отходы по своему химическому составу сходны с природными минералами, применяемыми для производства строительных материалов (табл.2.1, 2.2).
В таблице 2.1 приводится распределение химических элементов в земной коре по декадам (десяткам) Вернадского (с дополнениями Ферсмана).
Из более чем ста химических элементов, приведенных в периодической таблице элементов Менделеева, лишь немногие пользуются широким распространением в земной коре (табл. 2.1). Такие элементы в таблице располагаются преимущественно в верхней ее части, т. е. относятся к числу элементов с малыми порядковыми номерами. Наиболее распространенными элементами являются: О, Si, Al, Fe, Са, Na, К, Mg, Ті, Н и С. А наиболее распространенными минералами являются минералы, содержащие оксиды Si02, Al203,FeO, CaO, MgO, Na20, K20 (табл. 2.2).
Превентивные решения при использовании отходов отсева нефтезагрязненного балластного щебня различной природы
Программа обладает дружественным интерфейсом, оформленным в виде графической среды из пиктограмм, представляющих собой условные изображения выполняемых операций. Управление анализатором осуществляется манипулятором типа "мышь", двигающим по экрану курсор. При наведении курсора на любую пиктограмму в нижней части экрана появляется сообщение о вызываемой этой пиктограммой операции. При необходимости пользователь может вызвать текст, поясняющий суть этой операции.
Программа позволяет вводить изображения, обрабатывать их, хранить на диске для последующего использования. Для коррекции неравномерности освещения объекта предусмотрена возможность вычитания из изображения предварительно введенного фона. Для увеличения контрастности изображения предусмотрена возможность проведения медианной фильтрации. Исследуемая фаза должна достаточно четко выделяться по яркости.
Исходное полутоновое изображение преобразуется в бинарное путем подбора порогов яркости, в которых находится интересующая пользователя фаза. Для выбора порогов яркости от 0 до 127 строится гистограмма яркости по всему изображению. Выбранный диапазон оптической плотности выделяется на полутоновом изображении другим цветом. При удовлетворительном выделении требуемой фазы производится преобразование полутонового изображения в бинарное.
Для анализа структуры полученное бинарное изображение обрабатывается с целью приведения элементов изображения (ЭИ) в соответствие с элементами структуры (ЭС). Для работы при недостаточно четком выделении границ между элементами на бинарном изображении применяются операции: эрозия, дилатация, открытие, закрытие, деагломерация. Эрозия уменьшает элементы изображения (ЭИ) по всей границе на единицу разрешения экрана. Дилатация увеличивает ЭИ. Для сохранения размеров ЭИ применяются операции открытия и закрытия, которые являются комбинациями из нескольких дилатаций (эрозий) и такого же числа обратных операций. Деагломерация разделяет касающиеся частицы, не изменяя их площади и формы.
Для работы с отдельными участками изображения предусмотрена возможность изменения рамки, положение и размер которой устанавливаются манипулятором "мышь". Для исключения искажений формы ЭИ возможен отброс ЭИ, касающихся рамки. Эквивалентный диаметр определяется как диаметр круга, эквивалентный с данным ЭИ площади. Средняя хорда определяется как среднее значение из всех хорд, пересекающих ЭИ, по направлению оси X. Фактор формы круга вычисляется по формуле: 2-р где А - площадь; р - периметр ЭИ, принимая значения от 0 до 1 (для круга). Фактор формы эллипса вычисляется по формуле: F = А л эл , я-а-о где А - площадь ЭИ, а - большая полуось, Ь - малая полуось эквивалентного (по моментам инерции) эллипса, достигая значения 1 для эллипса и круга. При построении распределения по выбранному параметру анализатор определяет оптимальный шаг гистограммы, строит гистограмму и кривую, соответствующую нормальному (или логнормальному) распределению и выводит на экран: количество ЭИ, общую анализируемую площадь, долю фазы, среднеквадратичное отклонение, наиболее вероятное, среднее, минимальное и максимальное значения выбранного параметра, а также шаг и количество классов гистограммы. Пользователь может изменить значения минимума и максимума для выделения интересующего его диапазона, а также выбрать более удобные шаг или количество классов гистограммы. При этом анализатор перестраивает гистограмму и кривую распределения и дополнительно к упомянутой информации выводит количество ЭИ, попавших в рассмотрение. Пользователь имеет возможность исключить из таблицы данных те элементы, которые оказались вне выбранного диапазона.
При работе в режиме статистики пользователь может одновременно рассматривать до 100 таблиц данных по выбранной фазе исследуемого материала. Для оценки представительности накопленной информации предусмотрен анализ коэффициента вариации по следующим глобальным параметрам: объемная доля фазы, площадь поверхности элементов, количество элементов, кривизна элементов в единице объема.
Исследования пористости проводились на аншлифах (плоские полированные образцы) в отраженных световых лучах. Аншлиф изучаемого обожженного материала изготавливался по поперечному сечению (излому) целого образца, выпиливанием алмазным кругом площадью не более 2 см . Заточенные на абразивном круге аншлифы монтировались в металлические обоймы при помощи расплавленной серы. Крепление образцов производилось таким образом, чтобы дальнейшему воздействию абразива подвергалась только поверхность исследуемого материала. Шлифование и полирование проводилось вручную на плоском стекле. В качестве абразивного материала для шлифования использовались алмазные пасты АСМ 40/28; 28/20; 20/14; 10/7. Дополнительное полирование производилось пастой 1/0, нанесенной на плотный ватман. Каждая операция шлифования на очередном номере пасты проводилась до исчезновения следов предыдущей операции. Перед сменой пасты аншлиф тщательно промывали теплой водой с мылом, а затем протирали спиртом с целью полного удаления абразивной пасты. Качество полирования контролировалось просмотром аншлифа под микроскопом при увеличении 10-20 .
Расчет ПНв строительной деятельности
Анализируя полученные данные, можно сделать вывод, что полученные опытные образцы соответствуют требованиям ГОСТа по всем показателям. Следует отметить увеличение прочности кирпича при сжатии и изгибе образцов и снижение водопоглощения. Присутствие нефтезагрязненного отсева в керамической шихте позволяет снизить количество энергоносителей при обжиге.
При использовании отсева фракции менее 5 мм, в качестве отощителя в производстве керамического кирпича, дополнительных капиталовложений не требуется, так как вместо строительного песка в приемный бункер можно засыпать отсев с фракцией более 5 мм, далее технологический режим производства кирпича не отличается от традиционного.
Таким образом, при использовании отсева балластного щебня сокращается количество отходов, освобождаются земли, отведенные под свалки, уменьшается использование невозобновляемых природных ресурсов (газ, песок), затрачиваемых при производстве керамического кирпича, и производятся строительные материалы улучшенного качества [145, 146].
В настоящее время рекомендовано в качестве геозащитных материалов использовать для устройства железнодорожного пути хлоритсодержащий щебень и отходы тяжелого бетона. Лабораторными исследованиями [147] была определена способность отходов бетона и хлоритсодержащего щебня к поглощению тяжелых металлов из окружающей среды. К тому же эти отходы по своим физико-механическим характеристикам соответствуют требованиям, предъявляемым к материалам, используемым в качестве щебня в балластном или подбалластном слое на объектах железнодорожного транспорта. Такое использование отходов позволило бы, во-первых, сэкономить природные ресурсы при возведении балластной призмы и, во-вторых, уменьшить концентрацию ионов тяжелых металлов в поверхностном и дренажном стоках земляного полотна. Следовательно, при использовании таких материалов так же будут образовываться вторичные отходы при ремонте и замене балластной призмы железнодорожного полотна.
Были проведены исследования на возможность применения отсева хлоритсодержащего щебня и боя тяжелого бетона в качестве отощителя при производстве керамического кирпича. Для изготовления лабораторных образцов в качестве отощителя использовался хлоритсодержащий щебень с модулем крупности Мкр=2,85, и тяжелый бетон с Мкр=2,68.
Физико-механические испытания показали, что образцы с содержанием хлоритсодержащего щебня от 20 до 30% имеют прочность при сжатии 12,5-20 МПа, при изгибе - 5,0 - 7,4 МПа, водопоглощение - от 12,4 до 13,3%. При использовании отсевов тяжелого бетона с содержанием в шихте от 20 до 30% прочность при сжатии составила 10-13 МПа, при изгибе - 4,2 - 5,45 МПа, водопоглощение - от 9 до 14%). Образцы с отсевом отхода тяжелого бетона имели осветленную лицевую поверхность бежевого цвета, при этом плотность образцов уменьшилась на 7%, что свидетельствует об улучшении теплозащитных свойств данного состава.
Таким образом, вторичные отходы, образующиеся при замене и ремонте железнодорожного полотна, при отсеивании на сите №5 могут быть использованы в качестве отощителя при производстве керамического кирпича. Создание таких замкнутых технологий утилизации отходов способствует улучшению геоэкологической обстановки региона.
На нефтезагрязненный отсев балластного щебня, применяемый в керамической промышленности, составлен проект технических условий ТУ 5711-002-03984267-2010 «Отощитель для производства керамического кирпича на основе отсева балластного щебня».
Непрерывная индустриализация народного хозяйства, ежегодный ввод в эксплуатацию большого числа двигателей, станочного оборудования, транспортных средств, энергетических мощностей, новых промышленных предприятий, связаны с потреблением огромного количества нефтяных масел. Если учесть, что 1 млн автомобилей потребляет около 200 000 тонн в год, а 1 млн тракторов - 0.5-1 млн тонн в год смазочных масел (причем производство автомобилей и тракторов резко увеличивается), то легко представить, какую важность приобретает рациональное и экономное расходование нефтепродуктов. Это относится не только к моторным маслам, но и к индустриальным, компрессорным, трансформаторным, турбинным и другим. При работе в машинах и аппаратах нефтяные масла соприкасаются с металлами, подвергаются действию окружающего воздуха, температуры, давления, электрического поля, естественного света и других факторов, под влиянием которых с течением времени происходит изменение свойств масла: разложение, окисление, полимеризация и конденсация углеводородов, обугливание (неполное сгорание), разжижение горючим, загрязнение посторонними веществами и обводнение. В результате в маслах накапливаются асфальто-смолистые соединения, коллоидальные кокс и сажа, различные соли, кислоты, а также металлические пыль и стружка, минеральная пыль, волокнистые вещества, вода и т.д. При соприкосновении масел с нагретыми частями машин происходит термическое разложение (крекинг), в результате которого образуются легкие летучие и тяжелые продукты. Отработанные масла токсичны, поэтому подлежат обязательному сбору и утилизации, а в отдельных случаях - уничтожению. Однако, 26-77% всех отработанных масел нелегально сбрасываются на почву и в водоемы; 40-48% - собирается, но из собранных отработанных масел только 14-15% идет на очистку, а остальные используются как топливо или сжигаются.
