Введение 5
Глава 1. Литературный обзор 8
1.1. Отходы целлюлозно-бумажного производства (СКОП) 8
1.2. Методы утилизации низкокачественной макулатуры и волокнистых
отходов (СКОП) сточных вод картонно-бумажной промышленности 12
1.2.1. Строительные и теплоизоляционные материалы на основе скопа 14
1.2.2. Упаковки для товаров народного потребления 18
1.2.3. Пиролиз (углеродсодержащие отходы) 20
1.2.4. Патентные исследования 22
1.2.5. Наилучшие доступные технологии 33
Глава 2. Материалы и методы 38
2.1. Отбор проб 38
2.2. Определение содержания углерода 38
2.3. Определение тяжелых металлов 41
2.4. Определение зольности 45
2.5. Определение водородного показателя (рН) водной вытяжки 47
2.6. Получение сорбента из скопа 48
2.6.1. Метод получения адсорбционного материала из СКОП 48
2.6.2. Определение величины адсорбции на атомном абсорбционном
спектрометре (ААС) «КВАНТ-2.ЭТА» 49
2.7. Изучение возможности применения скопа как вторичного ресурса в
строительной промышленности 56
2.7.1. Способ приготовления строительных смесей скопопесчаные и
скопобетонные блоки 56
2.7.2. Испытания приготовленных образцов 56
2.7.2.1. Испытания СПБ и СББ на прочность 58
2.7.2.2. Испытания на теплопроводность СПБ и СББ 60
Глава 3. Результаты и их обсуждение 65
3.1. Анализ проб СКОПа 65
3.1.1. Влажность анализируемой пробы 65
3.1.2. Компонентный состав 65
3.1.3. Определение водородного показателя (рН) водной вытяжки ....66
3.1.4. Определение тяжелых металлов в СКОПе 67
3.1.5. Определение содержание углерода 68
3.2. Приготовление сорбента. Результаты измерения адсорбционных
свойств 69
3.3. Использование, применение цементно-песчаных строительных
блоков 71
3.4. Возможные области применения СКОПа 75
Заключение 77
Перечень условных сокращений 79
Список использованной литературы 80
Список опубликованных работ
Углеродсодержащие отходы - это твёрдо-бытовые отходы, которые содержат углерод и/или органическую составляющую, например, отходы целлюлозно-бумажной промышленности (ЦБП) и другие. Утилизация подобных отходов - острейшая проблема современности.
Применяемые до сих пор методы утилизации углеродсодержащих отходов - захоронение и сжигание - показали свою нежизнеспособность и привели ряд стран на грань экологической катастрофы.
Целлюлозно-бумажная промышленность относится к ведущим отраслям народного хозяйства, так как Россия располагает, большими лесосырьевыми ресурсами. Кроме того, велика потребность в продукции этой отрасли, как в России, так и за рубежом, и это определяет большой объём выпускаемой продукции. Продукцией целлюлозно-бумажной промышленности являются различные виды волокнистых полуфабрикатов (в т.ч. сульфитная и сульфатная целлюлоза), бумага, картон и изделия из них. Побочные продукты отрасли: СКОП, кормовые дрожжи, канифоль, скипидар, жирные кислоты и др. С другой стороны, чем больше отрасль, тем сильнее её воздействие на окружающую среду. И действительно, по воздействию на окружающую среду эта отрасль остаётся одной из проблемных по величине токсичных выбросов в атмосферу и сбросов в воду, и экологической опасности для природной среды [1].
В Российской Федерации большинство отходов целлюлозно - бумажной промышленности в настоящее время вывозится в отвалы. В свою очередь такие отходы как макулатурное вторичное сырье, скоп и другие материалы могут использоваться для производства высококачественных изделий строительного назначения, но отсутствие эффективных производств и технологий способных переработать вторичное сырье, являются главными причинами сложившийся ситуации по использованию позиционированных отходов целлюлозно-бумажных комбинатов. Вывоз в отвалы таких материалов обходится в ежегодно в крупную сумму денег. Кроме того, ухудшается экологическая обстановка городов и окрестностей [2]. Углеродсодержащие отходы представляют угрозу окружающей среде такие как отходы целлюлозно-бумажной промышленности, например, СКОП.
В тоже время, эти отходы, содержащие незначительное количество органических соединений, можно рассматривать в качестве новых строительных теплоизоляционных или адсорбирующих материалов . С одной стороны, мы снижаем техногенную нагрузку , перерабатывая отходы, с другой стороны, получаем полезные продукты, которые могут положительный экономический эффект.
Целью работы является изыскание возможных путей применения отходов целлюлозно-бумажного производства СКОПа.
Были выбраны два направления использования отхода СКОП. Первое направление основано на предположении о том, что СКОП может быть использован для адсорбции ионов тяжелых металлов (хрома 6 -ти валентного и 3-х валентного железа). Согласно второму направлению - СКОП в смеси с различными материалами (цемент, песок, ОПГС, вода) может быть использован в качестве нового строительного теплоизоляционного материала.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- проведение литературного обзора по теме исследования;
- изучение методик отбора проб и их анализа;
- разработка способа переработки СКОПа с целью получения адсорбционных материалов в лабораторных условиях с высокими эксплуатационными показателями;
- изучение адсорбционных свойств пористого материала из СКОПа для очистки сточных вод;
- разработка рецептур и получение скопосодержащих цементно-песчаных и цементно-гравийных блоков с улучшенными теплоизоляционными свойствами.
Объект исследований - отход сточных вод СКОП.
Предмет исследований - возможности применения отходов целлюлозно-бумажного производства СКОПа.
Структура работы. Диссертация содержит 82. страницы, 10 таблиц, 14 рисунков и состоит из введения, трех глав, общих выводов, списка литературы, включающего 30 наименований
На основе проведенного исследования можно сделать ряд выводов.
Широкое использование целлюлозно-бумажных изделий в быту и других сферах определяет высокий объем их производства. Десятки комбинатов, работающих в России, ежедневно производят на свет тысячи тонн бумаги, однако, параллельно образуются тысячи тонн отходов производства. Проблема переработки многотоннажных промышленных отходов целлюлозно-бумажной промышленности (скопа) носит глобальный характер. Отходы и побочные продукты могут быть возвращены в производство, либо использованы на ряде других. В Российской Федерации большинство отходов целлюлозно-бумажной промышленности в настоящее время вывозится в отвалы. В свою очередь, такие отходы как макулатурное вторичное сырье, СКОП и другие материалы могут использоваться для производства высококачественных изделий строительного назначения.
В работе рассмотрены основные понятия, общая характеристика углеродсодержащих отходов, основные правила обращения и методы утилизации отходов целлюлозно-бумажного производства (СКОПа). Литературный обзор показал, что одним из эффективных методов утилизации отходов является пиролиз. Пиролиз — происходит в условиях дефицита кислорода и при температуре 600-800 °С, что приводит к термическому разложению отходов и их обезвреживанию. Следует отметить, что отечественного опыта применения метода пиролиза отходов нет.
Были выбраны два направления использования отхода СКОП. Первое направление основано на предположении о том, что СКОП может быть использован для адсорбции ионов тяжелых металлов (хрома 6-ти валентного и 3-х валентного железа). Согласно второму направлению - СКОП в смеси с различными материалами (цемент, песок, ОПГС, вода) может быть использован в качестве нового строительного теплоизоляционного материала.
Для реализации первой гипотезы было сделано:
1. Изучены технические характеристики отхода ЦБП - СКОП.
2. Разработан собственный метод получения сорбента на основе СКОПа.
3. Проведены испытания, полученных образцов.
Для второго варианта использования СКОПа, в качестве строительного материала было сделано:
1. Приготовлены образцы на основе СКОПА.
2. Проведены испытания на прочность, теплопроводность полученных образцов в соответствии с ГОСТ 10180-90 и ГОСТ 17177-94.
3. Проведен сравнительный анализ с существующими аналогами, имеющимися в данной сфере применения.
По итогам проведённых измерений адсорбции было выявлено что сорбенты, полученные из отхода целлюлозно-бумажного производства скопа, имеют перспективу дальнейшего развития и улучшения, модифицирования с последующим использованием для очистки сточных вод ЦБП от ионов тяжелых металлов. Данные сорбенты были приготовлены с помощью методик [18], [24].
По результатам испытания образцов СПБ и СББ было выявлено, что все приготовленные материалы уступают по прочности бетону примерно в 30 раз, тем не менее, по теплопроводности бетон уступает в 16 раз образцам. Из этого следует, что данный материал подходит для постройки одноэтажных зданий жилого назначения и для дачного дома, а также других небольших сооружений таких как сараи, бани и т.д.
Так же СПБ и СББ легче бетона, а плотность меньше. Это позволяет использовать полученные образцы как теплоизоляционный материал в строительной промышленности ввиду экономии на приобретении стройматериалов за счет снижение толщины стен сооружений (в сравнении с кирпичом и бетоном).
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
