3579

Активная зола-уноса сухого отбора может быть использована в качестве минерального порошка в производстве пористого и высокопористого асфальтобетона и в горячих и теплых смесях для плотного асфальтобетона, а также в бетонах, применяемых для строительства покрытий и оснований дорог.

Золошлаковые материалы второй группы (скрытно активные) можно также применять для производства асфальтобетона совместно с цементом или в качестве добавок к нему в целях его экономии.

Что касается наиболее распространенных золошлаковые материалы третьей группы (инертных), то они в качестве техногенного грунта могут служить материалом для сооружения земляного полотна, а также для устройства оснований из этих золошлаковые материалы или их смесей с песком, укрепленных цементом.

Золошлаковые материалы не подлежат обязательной сертификации. Однако предприятия, использующие золошлаковые материалы, для сертификации своей конечной продукции, как правило, должны иметь данные по радиоактивности золошлаковые материалы. В своем большинстве золошлаковые материалы не радиоактивны. Повышенная же радиоактивность некоторых видов углей после высокотемпературной обработки в топках котлов может снижаться до фонового уровня.

Использование золы – уноса сухого отбора и золошлаковых материалов отвалов гидроудаления. Очень широк диапазон использования золошлаковых материалов в бетонах: от гидротехнического бетона, в котором сухая зола применяется как заменитель части цемента (до 25 %), до шлакобетона и стеновых блоков из него, в которых в качестве мелкого и крупного заполнителя используются зола и шлак из отвалов и текущего выхода.

В настоящее время развивается очень важное направление применения золошлаковой смеси с целью частично или

150

полностью заменить природный крупный и мелкий заполнитель (песок) в тяжелом бетоне, используемом на предприятиях по производству сборных железобетонных изделий и конструкций, в связи с появлением в ряде районов острого дефицита в таком заполнителе.

Введением золошлаков в бетоны различных видов дает следующие технико –экономические эффекты:

–улучшение технологических свойств бетонных смесей

исокращение времени и энергозатрат, связанных с укладкой и уплотнением бетонных смесей;

–улучшение качества лицевой поверхности изделий, обеспечение нормативных показателей по прочности и моро-

зостойкости при сокращении расхода цемента на диапазон от 10 до 30% (от 50 до 150 кг/м3) для всех видов бетонов;

–снижение себестоимости благодаря сокращению расхода более дорогостоящего мелкого природного заполнителя и его частичной или полной замене золошлаками (определяется конкретными ценовыми показателями на строительный песок

изолошлаковую смесь в данном регионе).

В отечественной практике применения золы в бетонах предпочтение отдается использованию низкокальциевых зол, образующихся при сжигании каменного угля. Эти золы менее гидратически активны, чем высоко-кальциевые, но имеют относительно более стабильный и однородный химический и зерновой состав и не оказывают отрицательного влияния на равномерность изменения объема смешанного вяжущего вещества.

Высококальциевые золы можно применять после предварительной переработки, которая сводится к гашению свободного оксида кальция или к дальнейшему размолу золы.

Высококальциевые золы обладают бесспорными преимуществами для более широкого их использования: низкая водопотребность (на уровне или ниже водопотребности цементов), малое, обычно до 3 %, содержание частиц несгоревшего топлива, более высокая морозостойкость бетона с добав-

151

ками высококальциевой золы, чем с добавками низкокальциевой.

Весьма эффективно использование золы для производства ячеистых бетонов так называемых пенобетонов, газозолобетонов и ячеистых золошлакобетонов. Использование золы и шлака ТЭС в качестве выгорающих и отощающих добавок при производстве красного (обжигового) кирпича позволяет повысить массообменные характеристики сырца и ускорить процесс сушки с одновременным снижением расхода топлива (на диапазон от 20 до 40 %), повысить прочность кирпича и снизить долю брака после сушки и обжига.

В силикатном производстве кирпича достигается значительная экономия извести (до 20 %) при одновременном повышении прочности сырца и самого кирпича после термообработки.

Применение золошлаковых материалов в промышленности строительных материалов позволяет использовать всю номенклатуру существующего оборудования, как правило, без каких-либо дополнительных доработок.

Золошлаковые материалы можно использовать для производства легких заполнителей, таких, как золоаглопоритовый гравий и щебень, зольный гравий, безобжиговый зольный гравий, шлакозит и др.

На основании многочисленных исследований создана база и накоплен промышленный опыт применения золы и шлака ТЭС в производстве цемента. Применение золы и шлака идет по двум основным направлениям – в качестве активной добавки к цементу и в качестве алюмосиликатного компонента цементной сырьевой шихты. Пылевидные золы, получаемые при сжигании углей, могут быть использованы в качестве активной добавки при производстве обычного портландцемента (добавка золы от 15 до 30 %).

Перспективной является технология производства сухих строительных смесей с использованием золы-уноса. При

152

этом на заводах железобетонных изделий вместо цемента и песка для производства бетона и строительных растворов может быть применена сухая строительная смесь, что позволит использовать существующие бетоносмесительные узлы без какой-либо доработки.

Экономия природных инертных и традиционных вяжущих материалов в дорожном строительстве может быть достигнута применением золошлаковых материалов. Можно выделить следующие области применения золошлаковых материалов ТЭС в строительстве автомобильных дорог:

А. Золы-уноса могут быть использованы в качестве:

–самостоятельного медленно твердеющего вяжущего для устройства оснований дорожных покрытий из укрепленных грунтов и каменных материалов;

–активной гидратической добавки в сочетании с цементом или известью для устройства тех же оснований,

–материала, заменяющего минеральный порошок при приготовлении асфальтобетонных смесей;

–добавки, заменяющей часть цемента и заполнителя при приготовлении тяжелого бетона и раствора.

Б. Золошлаковые смеси гидроудаления могут быть использованы в качестве:

–техногенного грунта для сооружения дорожных насыпей; материала, укрепленного цементом или другими вяжущими, для устройства оснований и дополнительных слоев дорожных покрытий;

–малоактивной гидратической добавки к извести при приготовлении золоизвестковых вяжущих для укрепления грунтов и каменных материалов;

–материала, заменяющего минеральный порошок и частично песок при приготовлении асфальтобетона;

–заполнителя при приготовлении тяжелого песчаного

бетона.

Результаты укрепления цементом золошлаковых смесей гидроудаления показывают, что эти смеси при взаимодействии

153

с цементом проявляют скрытую активность, что выражается в весьма существенном их отличии от естественных грунтов – твердении, замедленном во времени, но при значительно меньшем количестве цемента. С увеличением расстояния участка отвала, из которого берется золошлаковая смесь, от места слива золопульпы, увеличивается количество цемента, требуемое для получения материала I—II классов прочности.

Экономия цемента при укреплении им золошлаковых смесей по сравнению с его расходом при укреплении естественных песчаных грунтов составляет от 25 до 30 %. При этом обеспечивается достижение аналогичных или, более высоких показателей прочности и морозостойкости смесей в соответствии с действующими требованиями.

При использовании золошлаковых материалов в дорожном строительстве применяется традиционная дорожностроительная техника.

Врезультате плавления минеральных компонентов при сжигании углей, последующего дробления расплава в газовом потоке на отдельные мельчайшие капли и раздувания последних благодаря увеличению газовых включений в составе золыуноса образуется микросфера (ценосфера). Микросфера — полые стекловидные шарики, имеющие ряд ценных специфических свойств, обеспечивающих их применение в самых различных областях. Благодаря правильной сферической форме и низкой плотности микросферы могут служить прекрасным наполнителем для самых разнообразных изделий.

Внастоящее время наиболее широкое применение микросферы нашли:

–легкий заполнитель пластмасс, резины, красок, бумаги;

–легкий жаропрочный заполнитель стройматериалов и керамических изделий;

–теплозащитный материал (в том числе для жаропрочного покрытия космических кораблей);

–легкий заполнитель электроизоляционных материалов;

–катализатор в нефтепереработке;

154

–сорбент для ликвидации нефтепродуктов на поверхности

воды;

–пожаротушитель легковозгораемых материалов;

–почвенный слой для быстрого выращивания растений методом гидропоники;

–наполнитель для эмульсионных взрывчатых веществ.

В качестве примера использования золошлаковых материалов при производстве высоко-экономичных и эффективных в эксплуатации изделий назовем применение ЗШМ в производстве контактных щеток электродвигателей с целью уменьшить расход графитовых материалов. Российскими специалистами запатентована высокоэффективная технология применения золы в производстве медно-графитовых контактных вставок для пантографов троллейбусов, трамваев и электропоездов.

Следует отметить, что средний мировой уровень утилизации (переработки и использования) золошлаковых материалов от 60 до 100 % годового выхода золошлаков. Лидером в данном направлении являются Германия (99% отходов переработано) и Китай (97% отходов переработано).

Для снижения негативного воздействия золошлакоотвалов на природу и человека возможна рекультивация отработанных полигонов для предотвращения загрязнения водного и воздушного бассейнов путем соответствующей обработки. Это, например, нанесение слоя грунта, насаждение кустарников, деревьев и трав и пр.

В целом, золошлаки — это относительно чистые материалы без органических веществ. Присутствует по сути лишь азот, фосфора и калия крайне мало. Это приводит к тому, что зарастание шлакоотвала может растянуться на время от 10 до 15 лет. С целью ускорения процесса применяют рекультивацию земель.

Следует подчеркнуть, что чаще всего рекультивация золоотвалов не может вернуть изъятые под них площади в первоначальное состояние. В большинстве случаев экономи-

155

чески и экологически нецелесообразна сельскохозяйственная рекультивация в целях производства товарной продукции растениеводства или выращивания кормов для скота. Для обеспечения экологической чистоты товарной продукции или кормов необходимо уложить на отвал огромный объем грунта и плодородной почвы (слоем толщиной не менее 1 м), так что выращенная продукция становится явно убыточной, а разработка и перемещение плодородной почвы и грунта для укрытия отвала создают новые площади нарушенных земель. Ограничены также возможности использования территории рекультивированного золоотвала для выпаса скота, так как это связано с опасностью нарушения поверхностного слоя и его ветровой эрозии.

Основными направлениями рекультивации нарушенных земель являются:

–биологическая или техническая консервации нарушенных земель при негативном влиянии последних на окружающую среду и невозможности дальнейшего использования;

–приведение нарушенных земель в состояние, пригодное для гражданского и промышленного строительства, перевода земель в земли сельскохозяйственного назначения.

Санитарно-гигиеническая рекультивация (консервация) – основной вид восстановления отработанного золошлакоотвалов. Как правило, такую рекультивацию проводят в два этапа: технический и биологический.

Технический этап рекультивации предусматривает выравнивание поверхности и покрытие сверху грунтом. Наиболее рационален гидравлический способ транспортировки и распределения органического материала по поверхности золошлакоотвала, использующий золошлакопроводы или самотечные лотки, имеющиеся на золошлакоотвале.

Биологический этап рекультивации включает в себя внесение в покрывающую золошлаковую почву минеральных или органических удобрений, посев злаковых или бобовых

156

культур или многолетних трав, посадку деревьев и кустарников.

Для снижения поступления в атмосферу золы с отработанного золошлакоотвала устраивают посадку пылезащитных лесополос.

Сельскохозяйственную рекультивацию следует проводить только при остром недостатке земель, пригодных для выращивания растений. Растения, произрастающие на золошлакоотвале, поверхность которого не покрыта или покрыта недостаточно мощным слоем почвы, не предотвращающим проникновения корней растений в золу, могут накапливать в биомассе большое количество микроэлементов, концентрация которых может достигать потенциально опасного уровня для животных, пасущихся на подножном корму, и для человека. Следует учитывать, что при проведении сельскохозяйственной рекультивации потребуется значительный объем плодородного или потенциально плодородного грунта (от 5 до 20 тыс. м3 на 1 га золошлакоотвала) и большое количество минеральных удобрений (до 500 кг/га).

4.3. Утилизация твердых отходов очистных сооружений

Несколько в стороне от схемы основных способов обезвоживания находятся сооружения, предназначенные для анаэробной и аэробной стабилизации осадков (чаще всего бытовых сточных вод) – метантенки и аэротенки-стабилизаторы. В схему не вошли такие вспомогательные приемы, как химическая или тепловая обработка, предшествующие механическому обезвоживанию и проводимые в целях уменьшения удельного сопротивления обрабатываемой суспензии.

Существующие способы обработки осадков сточных вод, которые сводятся к уменьшению объемов осадков и улучшению их структуры для последующего использования, можно разделить на четыре основные группы: 1 группа –

157

уплотнение; 2 группа – обезвоживание; 3 группа – сушка; 4 группа – сжигание.

Следует подчеркнуть, что выбранный способ обработки осадков сточных вод не должен отрицательно влиять на их состав и снижать их ценность как товарного продукта.

Как уже отмечалось, все основные способы обработки направлены на обезвоживание осадков, т. е. на уменьшение их объемов. В этом отношении уплотнение может дать наиболее ощутимый эффект. Здесь уменьшение влажности исходного ила всего лишь на несколько процентов приводит к уменьшению первоначального объема в несколько раз. Вариант более глубокого уплотнения, которого в некоторых случаях можно добиться последовательным применением устройств 1 группы обработки, переходя после уплотнения сразу к термической сушке (минуя стадию механического обезвоживания), может оказаться с экономической и технической стороны вполне оправданным.

Утилизация осадков сточных вод ведет к природоохранительным целям, а также позволяет получать в некоторых случаях ценные продукты, используемые в производстве или сельском хозяйстве. Реконструкция, например, действующих очистных станций, позволяет не только производить очистку, но и по сути создать новое производство полезных материалов. Например:

–в области сельского хозяйства: трансформация осадков в удобрения, повышение урожайности почв;

–использование активного ила как белкововитаминный корм для животных и птиц, получать полноценную кормовую смесь, состоящую из кормовых дрожжей и активного ила, получать технический витамин В12 для комбикормовой промышленности;

–в области промышленного производства: утилизировать жировые вещества для получения технического жира и консистентных смазок;

158

–использовать осадки сточных вод производственных предприятий в строительных и дорожных работах;

–получать белковые вещества и аминокислоты.

В зависимости от состава осадков и направления их использования применяют следующие стадии их обработки и/или утилизации.

Уплотнение осадков является начальной стадией их обработки. Широкое применение нашли гравитационный и флотационный методы. Гравитационное уплотнение производится с помощью отстойников-уплотнителей, а флотационное – в установках напорной флотации. Известны способы центробежного уплотнение осадков с применением центрифуг и циклонов, а также вибрационное уплотнение с помощью вибраторов [1].

В дальнейшем осадки подвергают стабилизации для разрушения биологической части оранических веществ, что предотвращает гниение. Эта стадия является важной, если осадок в дальнейшем планируется использовать в качестве удобрений. Стабилизация осуществляется путем длительного аэрирования в аэротенках с использованием активного ила. Стабилизация занимает несколько суток, в зависимости от температуры и объема подаваемого кислорода. Использование аэротенков позволяет обрабатывать большой объем осадка до 5000 м3/ч. Подробно о работе аэротенков указано в предыдущих главах.

Кондиционирование осадков производят при наличии в них коллоидных структур, что в свою очередь ведет к высвобождению связанной воды и снижению влажности осадка при дальнейшей обработке. Для кондиционирования как правило используют реагенты, например, хлорное железо и известь. Реагентный способ достаточно материалоемкий. Наряду с ним применяют тепловую обработку, электрокоагуляцию, в редких случаях замораживания ввиду высокой энергоемкости.

159