ВВЕДЕНИЕ 8
1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11
1.1 Отходы производства 11
1.1.1 Классификация отходов производства 12
1.1.2 Классы опасности отходов 14
1.2 Железная окалина 20
1.2.1 Образование железной окалины 21
1.2.2 Химические свойства железной окалины 24
1.2.3 Пути применения железной окалины 25
1.3 Характеристика Кузнечного завода ПАО «КамАЗ» 29
1.4 ООО «Поволжская экологическая компания» 33
1.4.1 Производственная база 33
1.4.2 Полигон ТБО и промышленных отходов 36
1.4.3 Карьер качественного грунта 38
2. МЕТОДЫ И АППАРАТУРА 39
2.1 Определение pH потенциометрическим методом 39
2.1.1 Потенциометрия 39
2.1.2 Иономер И-160М 40
2.2 Определение удельной электропроводности и минерализации
кондуктометрическим методом 40
2.2.1 Кондуктометрия 40
2.2.2 Кондуктометр АНИОН-7020 43
2.3 Определение процентного содержания влаги с применением анализатора
влажности марки ML-50 44
2.4 Определение содержания тяжёлых металлов атомно-эмиссионным
спектральным анализом 45
2.4.1 Атомно-эмиссионная спектрометрия 45
2.4.1.1 Назначение и область применения 46
2.4.1.2 Метод измерений 46
2.4.1.3 Условия выполнения измерений 47
2.4.1.4 Выполнение измерений 47
2.4.1.5 Обработка результатов измерений 48
2.4.1.6 Оформление результатов измерений 48
2.4.2 Атомно-эмиссионный спектрометр Agilent 720^ES 48
2.5 Измерение массовой концентрации катионов и анионов на жидкостном
хроматографе «Стайер» 49
2.6 Определение токсичности веществ по смертности тест-объектов 51
2.6.1 Принцип методики 51
2.6.2 Подготовка посуды для исследования 52
2.6.3 Подготовка культивационной воды 52
2.6.4 Оценка результатов токсикологического анализа 53
2.7 Определение прочности по контрольным образцам 54
2.7.1 Область применения 54
2.7.2 Сущность метода 54
2.7.3 Контрольные образцы 55
2.7.4 Подготовка образцов к испытаниям 56
2.7.5 Проведение испытаний 57
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ 59
3.1 Внешний вид железной окалины, влажность образца, объёмы образования 59
3.2 Определение рН, УЭП и минерализации водной вытяжки железной
окалины 61
3.3 Определение катионов и анионов в водной вытяжке железной окалины 62
3.4 Определение содержания ионов тяжёлых металлов в водной вытяжке
железной окалины и вытяжке с ацетат-аммонийным буфером 66
3.5 Влияние тяжелых металлов железной окалины на почвенный покров .... 75
Лист
3.6 Определение токсичности водной вытяжки железной окалины по
смертности тест-объектов 79
3.7 Выбор требуемых пропорций цемента, песка, жидкого стекла и железной
окалины для изготовления образцов бетона 81
3.8 Масса и плотность бетонных образцов с добавлением железной окалины 85
3.9 Определение прочности бетона с добавлением железной окалины при
сжатии по контрольным образцам 86
3.10 Определение содержания ионов тяжёлых металлов в водной и ацетат-
аммонийной вытяжках полученных образцов бетонной смеси 88
4. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ РАБОТЕ В АНАЛИТИЧЕСКИХ ЛАБОРАТОРИЯХ 92
4.1 Общие положения 92
4.2 Средства индивидуальной защиты 93
4.3 Правила пожарной безопасности в лаборатории 93
4.4 Правила электробезопасности в лаборатории 95
4.5 Правила безопасной работы с химическими веществами 96
4.5.1 Общие положения 96
4.5.2 Работа с кислотами и щелочами 98
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 99
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 101
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 102
В настоящее время одной из наиболее актуальных проблем в области обеспечения экологической устойчивости и охраны окружающей среды является образование отходов производства и потребления и их утилизация.Накопление негативных эффектов в окружающей среде, связанных с отсутствием существенных положительных сдвигов в области обращения с отходами, является серьёзным фактором риска для здоровья общества [1].
Человечество в прошлом избавлялось от отходов за счёт их разложения и рециклинга. Но научно-технический прогресс и демографический взрыв привели к образованию огромного количества отходов, превосходящего возможности естественных экосистем. Усугубляется это производством всё большего количества неразрушаемых или трудноразрушаемых в результате естественных процессов веществ.
Для удовлетворения ежегодных естественных потребностей каждого человека, обеспечения его культурных и эстетических потребностей используется примерно 20 т различного природного сырья.
Во всём мире добыча природных ископаемых увеличивается вдвое каждые 15 лет. Следовательно, увеличиваются и объёмы отходов. Горы бытового и производственного мусора постепенно превращают нашу планету в мусорный полигон.
Отходы делятся на промышленные и бытовые и существуют в трёх агрегатных состояниях: твёрдом, жидком (сточные воды) и реже в газообразном [2].
Промышленные или производственные отходы - это остатки полуфабрикатов, сырья, материалов, которые образуются в результате производства продукции или выполнения работ. Они полностью или металлов, пластмассы - твёрдые производственные отходы; производственные сточные воды, отработанные органические растворители - жидкие. Выбросы промышленных печей, автотранспорта - газообразные [3].
Производственные отходы, как и бытовые, вывозят на несанкционированные свалки, так как количество полигонов для захоронения недостаточно. Всего лишь одна пятая часть всех отходов обезвреживается и утилизируется.
Прогресс в области обращения с отходами состоит из решения двух главных задач, связанных между собой: уменьшении степени негативного влияния отходов на окружающую природную среду и увеличения степени возвращения отходов во вторичный хозяйственный оборот. Обе задачи связаны между собой поскольку, минимизация количества размещаемых отходов в непереработанном виде достигается максимизацией переработки и повторного использования объёма образуемых отходов в производственном цикле.
В промышленной экологии на данный момент разработана концепция так называемого жизненного цикла вещей. Перед согласием на выпуск какого-либо продукта общество должно представлять, что придётся делать с отходами. Необходимо наладить производство таким образом, чтобы отходы одной промышленности стали сырьём для другой.
В особенности большое количество твёрдых отходов образуют чёрная и цветная металлургия, лесоперерабатывающая, энергетическая и горнодобывающая отрасли [4].
В городе Набережные Челны расположено одно из наиболее крупных машиностроительных предприятий ПАО «КамАЗ». На Кузнечном заводе, входящем в состав ПАО «КамАЗ», в кузнечном цехе образуется железная окалина.
Целью моей выпускной квалификационной работы является исследование определённых показателей железной окалины, являющейся отходом кузнечного завода, для разработки возможного способа её применения при изготовлении внешних откосов полигонов или карьеров.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1) определение содержания влаги в водной вытяжке железной окалины;
2) определение рН, УЭП и минерализации водной вытяжки;
3) определение содержания в водной вытяжке катионов и анионов;
4) определение содержания тяжёлых металлов в водной вытяжке и вытяжке с ацетат-аммонийным буфером;
5) определение токсичности водной вытяжки железной окалины;
6) выбор подходящего компонентного состава и требуемых пропорций материалов для изготовления строительной смеси с добавлением железной окалины;
7) приготовление образцов затвердевшей массы;
8) испытание образцов на прочность при сжатии и эмиссию вредных ингредиентов в водную фазу;
9) формирование предложений по применению железной окалины.
Отходы железной окалины, образующиеся на Кузнечном заводе ПАО «КамАЗ» передаются ООО «ПЭК» - организации, специализирующейся на переработке отходов, которая в свою очередь испытывает затруднения по её переработке ввиду значительных объёмов образования. По этой причине были рассмотрены способы утилизации железной окалины, среди которых выбрали использование её в качестве добавки к строительным смесям, применяющимся при строительстве внешних откосов полигонов захоронения отходов производства и потребления.
Подготовлены для количественного химического анализа водные и ацетатно-аммонийные вытяжки железной окалины для определения уровня эмиссии загрязняющих веществ в водную фазу. Водная вытяжка имеет рН близкую к нейтральной среде и относится к категории пресных вод (минерализация 740 мг/дм3), то есть по этим показателям отвечает нормативам для питьевых вод. За исключением фосфат-ионов макро-ионы по своему содержанию в водной вытяжке отвечают нормативам для вод водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового назначения, водоёмов рыбохозяйственного назначения, и сточных вод, допущенных к сбросу в централизованную систему водоотведения.
Методом атомно-эмиссионной спектроскопии в вытяжках установлено присутствие 13 металлов, из которых самая большая массовая концентрация приходится на железо и кальций, при этом в ацетатно-аммонийной вытяжке содержание металлов существенно больше, чем в водной.
Исходя из полученных данных, можно сделать вывод о нецелесообразности размещения железной окалины на полигонах.
Применение ЖО, в частности, для изготовления строительных смесей, которые можно использовать для укрепления внутренних откосов полигонов должно предусматривать промывку АА буфером и водой для снижения эмиссии ТМ в объекты окружающей среды.
Методом биотестирования установлено, что исследуемая железная окалина относится к 4 (четвёртому) классу опасности.
Изучение и испытание на прочность образцов бетонных кубов с добавлением железной окалины показало, что добавление окалины 20%, 30%, 40% в состав бетона приводит к упрочнению и утяжелению строительных материалов. Наибольшую прочность показал образец с добавлением 20% железной окалины, в связи с чем был подобран правильный компонентный состав упрочнённого бетона.
Таким образом, по результатам экспериментов можно сделать вывод о целесообразности применения железной окалины в качестве добавки к строительным материалам.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
