Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Экологическая оценка эксплуатационных свойств строительных материалов из отходов производства

ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Экологическая оценка эксплуатационных свойств строительных материалов из отходов производства"

Министерство общего и профессионального образования Российской Федерации

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ СВОЙСТВ СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ ИЗ ОТХОДОВ ПРОИЗВОДСТВА

Специальность 11.00.11 - «Охрана окружающей среды и

рациональное использование природных ресурсов»

Тульский государственный университет

ЕГОРЫЧЕВ/Шеонид Константинович

На правах рукописи

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тула 1998

Работа выполнена в Тульском государственном университете

Научные руководители - доктор технических наук,

профессор

Николай Михайлович Качурин

кандидат технических наук, доцент

Геннадий Гаврилович Рябов

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор

Олег Николаевич Русак

кандидат технических наук, доцент

Александр Михайлович Лебедев

Ведущая организация - Тульское регионально-:

отделение; Академии гооных наук

Защита диссертации состоится г.

. у ~ о & * *

в /у— на заседали» специализированного ареста Д 063.47.05 а Тульском государственно»! университете по адресу: 300600, г. Тула, пр. Лонииа, 22.

С диссертацией мо;шо ознакомиться а оиСлиотеко Тульского государственного у^ирврситгта

0 Авуорефеоат рнэрелан

1998 г.

Ученый секретарь

специализированного совета ^ '

канд. техн. .наук, доцент ^'В.•'«Па&ферова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Важнейшей проблемой управления качеством окружающей среды является вопрос об организации системы эффективного и экологически рационального использования природных ресурсов. И прежде всего, это относится к предприятиям горно-металлургического, энергетического и химико-технологического комплексов. В России ежегодно образуется более 20 миллионов тонн неутилизируемых высокотоксичных промышленных отходов. На территории России насчитывается 99 городов с неблагоприятной экологической обстановкой. Из них более половины находятся в Европейской части страны.

В этих условиях особую актуальность приобретает проблема использования отходов производства в качестве вторичного' сырья. Очевидно, что- производство строительных материалов и изделий из твердых отходов предприятий горно-металлургического комплекса и химико-технологических предприятий является- наиболее предпочтительным концептуальным положением в утилизации многих видов отходов. Однако эксплуатационные свойства производимых строительных материалов и изделий не оцениваются по.экологическим критериям» Практика проектирования и эксплуатации технологических процессов переработки отходов показывает, что до настоящего времени нет каких-либо методов прогноза возможных изменений газового состава в помещениях, отделанных материалами, полученными из отходов. Особую .остроту эта проблема приобретает в условиях наблюдающегося оживления промышленности при. практически полном физическом и моральном износа очистных сооружений. Поэтому тема диссертационной работы актуальна.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с тематическими планами межрегиональных научно-технических программ «Прогноз»' (утверждена приказом №57 6 Государственного комитета "Российской Федерации по высшему образованию от 15.09.92) и «Экологически- чистое горное производство» (утверждена приказом 1Р27 6 Мини-

стерства общего и профессионального образования Российской 'Федерации от 26.03.96).

Целью работы являлось установление новых и уточнение существующих закономерностей динамики образования и утилизации" отходов горно-металлургических, теплоэнергетических, и химико-технологических предприятий с учетом токсичности и физико-химических свойств для разработки методических положений, обеспечивающих экологическую безопасность применения строительных материалов и создание новых экологически рациональных способов их производства из промышленных отходов.

Идея работы заключается в том,' что методические положения, обеспечивающие экологическую безопасность применения строительных материалов и создание новых экологически - рациональных способов их производства из промышленных отходов основываются на физико-химических закономерностях взаимодействий компонентов, определяющих динамику ..свойств . отходов ' и интенсивность выбросов газов в воздушную среду, из строительных конструкций, имеющих пористую структуру.

Основные научные положения, сформулированные в работе состоят следующем! -

распределение средних значений физико-химических и технологических свойств отходов при их складировании на поверхности Земли изменяется за время хранения до некоторого фиксированного -значения, а далее материал может терять свои потребительские свойства, что формально выражается значением плотности равной нулю/

срок службы строительных материалов и изделий, а также период образования новых отходов на этапе эксплуатации изделий можно оценить, задав вектор критиче- ■ ских значений плотности распределения эксплуатационных свойств;

нестационарные одномерные поля концентрации ки- ■ слорода, проникающего в пористую структуру строительного материала, и концентраций газов, образующихся в данной пористой среде, описываются уравнениями параболического типа в частных производных;

физически обоснованным и практически целесообразным является использование методов интегральной газовой динамики -для - расчета вот<лухообмена по факторам по-

глощения кислорода .и выделения газообразных продуктов химических реакций, в помещения, отделанные материалами, имеющими пористую структуру. Яопндпа яауишд поло.геншг: . обосновано . использование " одномерного уравнения, гиперболического типа в частных производных для описания динамики распределение средних значений физико-химических и технологических свойств отходов при- их складировании на земной поверхности;

установлены закономерности диффузионного - переноса кислорода и газообразных продуктов химических реакций в -пористой структуре вещества строительных материалов, отличающиеся тем, что профили концентраций базовых компонентов описываются с учетом кинетики сорбционного "зз'аимодействия с твердой .фазой на макрокинетическом уровне и интенсивности химических реакций;

рассмотрены возможные' схемы химических реакций в строительных материалах и изделиях из отходов 'и установлена- высокая вероятность аналогичных процессов в природных строительных материалах; - '

получены расчетные зависимости определения воздухообмена в помещениях, отделанных материалами с пористой структурой, учитывающие кинетику газообмена в замкнутом объёме.

- Достоверноссть научтж положений, выводов л рекомендаций подтверждается:

корректной, постановкой! задач исследований, обоснованным использованием классических методов физической химии, математической физики, математической статистики и современных достижений вычислительной техники;

представительным объемом лабораторных и вычислительных экспериментов, результаты которых свидетельствуют об адекватности разработанных моделей, эффективности технических решений, обоснованности выводов и рекомендаций;

результатами опытно-промышленной апробации разработанных методик и положительными решениями.государственной патентной экспертизы.

Практическая значимость работы заключается в том, ■ что разработаны новые способы производства строитель-

ныл материалов и изделий (новизна подтверждена положительными результатами государственной _ патентной экспертизы) , позволяющие рационально использовать природные ресурсы за счет вовлечения в технологические циклы отходов горно-металлургических и хшлико-технологичес-ких предприятий, а также тепловых электростанций. Разработанные комплекты математических моделей для прогнозирования процессов-газообмена между воздушной средой и веществом строительных конструкций помещений позволяют решать задачи воздухообмена и и цзлом повышают эффективность САПР технологически:: процессов и экологической экспертизы на всех этапах проектирования .и эксплуатации ■строительных материалов и .изделий из отходов производства.

Реализация работы. Основные научные и практические результаты диссертационной работы внедрены на предприятиях стройиндустрии г. Тулы и использованы природоохранительными службами администрации Тульской области. Теоретические результаты и технические решения включены в учебные курсы по ох'ранз окружающей среды и рациональному природопользовании .для студентов, обучающихся по специальности 320700 «Охрана окружающей среды и рациональное "использование* природных ресурсов», а так тле использованы при ьыполнэнии хоздоговорных и госбюджетных НИР в Тульском государственном университете .

Лир о б с цш\-_ ра ¿оя-i. Научные положения и практические разработки диссертационной работы п- цело»: и отдельные ее разделы'докладывались -и обсуждались на научных, семинарах кафедры аэрологии, охраны труда, и окружающей среды'ТулГУ (г."Тула, 1995 - 19SG гг.), ежегодных конференциях профессорско-преподавательского состава ТулГУ (г. Тула, 1995 - 1990 гг.), 1-й Международной конференции «Проолаыи создания, экологически чистых и ресурсосберегающих технологий добычи полезных ископаемых и переработки отходов горного 'производства» (г. Тула, 1996 г.), 2-й Международной конференции по проблемам экологического образования (г-. Тула 1996 г.), 1-й Международной конференции по экологии и безопасности жизнедеятельности (г-. Тула l'-s37 -г.), 1-й Международной конференции по проблемам экологической и те.хкологиче-

сксй безопасности «Еелые ночи» (г. Санкт-Петербург 1997 г.), 2-й Международном симпозиуме «Remediation of Hazard Wastes» (Чехия, г. Прага 1997 г.)-, на совещании представителей общественной организации «Albany -Tula Alliance» от. государственного университета штата Нью-Йорк США, ТулГУ и администрации Тульской области (г. Тула 1997 г.). Образцы строительный "материалов и изделий из отходов производства экспонировались на Международной Лейпцигской ярмарке (Германия, г. Лейпциг 1997 г.) . •

Публикация. По результатам выполненных, исследований опубликовано 10 статей, попучено 3 патента Российской Федерации и 2 положительных решения БНИИГПЗ.

Автор диссертации выражает глубокуЕО благодарность д.т.н., профессору Э.М. Соколову за -постоянную поддержку и методическую помощь в- проведении исследований, а тз:с:'.е сотрудникам кафедры строительных материалов и кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды Тульского государственного университета за доброжелательное отношение и многочисленные' консультации по данной работе. . ,

сспслггсз содержание: рлеоtu

Фундаментальные теоретические положения и прапти-. чгсхив ре команда!',! кг экологически рационального обращение с отхолами производства сформулированы в трудах ■13.11. Агошкоза, 'A.A. Барского, В.И. Данилова-Данильяна,, S.U. Захарова, Ю.Л. Израэпя, П-.Л. Игнатова, В.И.- Игна-топл, K.M..Хачурина ( ' А,п. Курковского, Б.Н. Ласкори-на, Н.В. Ыель-никопа, H.H. Моисеева, И. В. Петрянова-Соколоса, О.Н. Русака, Г.Г. Рябова, Э.М. Соколова, H.H. Семенова, А.Ф. Симанкина, М.Б. Суллы, К.J1. Трубецкого и др.. Анализ основных научны:-: и практических результатов научных школ Российской Федерации, стран дальнего и ближнего зарубежья послужил основой для определения целя, идеи и основных направлений исследований . - - , '

Современное состояние знаний по 'рассматриваемой проблеме, цель и идея работы обусловили необходимость постановки и решения следующих задач.

1. Исследовать формирование отходов производства, пригодных для использования в индустрии строительных материалов, на примере Тульской области и Изучить физико-химические свойства отходов горно-металлургических, теплоэнергетических и химико-технологических предприятий.

. 2. Разработать виртуальные схемы химических реакций в строительных материалах из отходов на основе химических анализов составов отходов производства, провести лабораторные исследования радиологических свойств исходного сырья и - надмолекулярной структуры образцов конечной продукции. , -

3. Разработать новые экологически рациональные способы получения строительных материалов и изделий из .промышленных отходов, обеспечивающие повторное вовлечения в технологические циклы неутилизируемых отходов производства. '

4. Обосновать физическую модель и математическое .описание динамики плотности распределения средних значений физико-химических и технологических свойств отходов производства, применяемых строительных материалов и изделий, используя методы математической физики.

5. Разработать физическую модель и математическое описание динамики возможного выделения газов из строительных материалов в помещения с учетом процессов диффузионного-газоперенос^ в пористой.сорбирующей среде. .

•б. Разработать •методику расчета воздухообмена для вероятных условий газовыделения и помещениях из строительных конструкций пористой структуры,• провести цмкл вычислительных экспериментов,, опытно-промышленные испытания и оценить предлагаемые технические решения по. фактору рациональности использования природных ресурсов техногенного происхождения.

Анализ существующей' базы данных государственной статистической отчетности Тульской области и результатов исследований кафедры аэрологии, охраны труда и окружающей среды Тульского государственного университета показали, что", во-первых, проблема утилизации отходов. - это экологическая задача регионального масштаба и,

О

во-вторых, производство строительных материаловиз промышленных отходов - это один из наиболее перспективных методов решения данной задачиДля комплекса существующих и вновь разрабатываемых технологий по переработке и использованию отходов в разных сферах экономики, не имеющих внутренних технологических связей между собой, необходима базовая информация по элементному, минералогическому составам в дополнение к имеющимся токсикологическим данным.

Промышленные отходы характеризуются разнообразием состава и свойств и широким спектром направлений использования, поэтому целесообразно создать информационную базу данных по имеющимся и вновь образующимся отходам, что позволит установить стоимость вторичного сырья, требования к хранению и вторичной переработке для оптимального.решения задач рационального природопользования. С ростом использования отходов в производстве строительных материалов необходимо совершенст--аовать вопросы исследования экологической безопасности помещений, где будут использоваться те или иные материалы и строительные изделия. На современном этапе развития знаний по данному вопросу целесообразно рас-, смотреть виртуальные (не запрещенные законами термодинамики реагирующих сред) схемы химических реакций в строительных материалах и изделиях ' из отходов производства, Вероятность реализации той или иной схемы химических. реакций определяется внешними условиями, но при этом разработка мероприятий по защите среды обитания людей от вредных воздействий является обязательной. В целом результаты-исследований показывают, что в определенных .. условиях возможно образование газовых вредностей"в строительных материалах и изделиях. При этом такие ситуации возможны как для материалов, полученных из отходов, так и для строительных изделий из традиционных (природных) материалов, которые принято считать безопасными по газойому фактору. Это, в первую очередь, жилые помещения и рабочие помещения гражданских зданий.

Исследования надмолекулярной структуры методами электронной микроскопии" показали, что лоровые - каналы в

строительных материалах и изделиях могут являтьс; транспортными объемами при диффузионном переносе газов, рак как их размеры приблизительно имеют тот же порядок, что и средние значения длин свободного пробега молекул, следовательно, возможны как кнудсеновская, так и фольмероваская виды диффузии.

Результаты измерения удельной активности отходов, которые могут использоваться для производства строительных материалов, свидетельствуют о том, что удельная активность изменяется от 101 до 713 Вк/кг, а ее среднее значение составляет 305,1 Вк/кг. Анализ результатов статистической обработки данных лабораторньв экспериментов показал, что наиболее приемлемой является гипотеза о нормальном законе распределения. В целок исследования показали, что исследованные отходы могут использоваться в качестве сырья строительных материалов .

Отходы в процессе хранения изменяют свои свойства, поэтому -знание динамики этого процесса является основой системы комплексного мониторинга обращения с любым видами отходов. В качестве эмердасентной характеристики состояния складируемой твердой смеси целесообразно использовать функцию распределения р1 1-го физи-ко-химичеркого свойства как слагающих компонентов, так и массы отходов в целом. Такая функция мо:.™ет быть легко идентифицирована. Например, 1=1 - плотность отходов, представляющая собой объемное распределение массы? 1=2 - удельная активность, характеризующая объемное распределение интенсивности радиоактивного распада радионуклидов в отходах/ 1=3 - концентрация -$-1>о компонента в отходах, которая является распределением массы компонента в массе твердой сыеси (это распределение легко представить в виде распределения массы по объему смеси).

Тогда математическую модель динамики•функции распределения 1-го физико-химического свойства отхЬдов • можно представить в следующем вида:

+ ^ . ■ .(1) St £>r

pi(0, t) = ji>10 = const, px(t,0) = pitr = const, (2!

где t, t - время процесса и длительность хранения соответственно; Xi - константа скорости изменения i-ro свойства; рю. Pic ~ плотность распределения во времени i-ro свойства отходов в начальный момент времени (то есть в момент их образования) и в момент времени, соответствующий началу хранения.

■ Решение краевой задачи (1) - (2) получено в виде:

'p.(t.O=

pi0 ехр( -Xft) при 0 <, t < т, "

pi0 ехр( -À;t) + ехр( тА.;Т){р,с - (3)

~ Pie ехР Î- М1 ~ *)]} ПР" » ^ х-

Типичные результаты вычислительного эксперимента представлены на рис., анализ которых показал, что распределение средних значений физико-химических и технологических свойств отходов при их складировании на поверхности Земли изменяется за время, хранения до некоторого фиксированного значения равного picexp (-Xi) . Решение (3) справедливо, пока время хранения отходов i не превосходит некоторого предельного значения T(t). Далее материал может терять свои потребительские свойства, что формально выражается значением плотности равной нулю (весь запас техногенного сырья отгружается потребителю или выбывает из категории балансовых запасов из-за истечения срока годности). Аналогичный подход вполне приемлем к оценке плотности распределения свойств ужа изготовленных материалов и изделий. В этом случав можно оценить срок службы материалу, задав вектор критических значений плотности распределения эксплуатационных свойств. Тогда оценивается и период образования новых отходов, но уже на этапе- эксплуатации изделий.

Графики зависимости безразмерной плотное™ Si от безразмерного бремени О при различных значениях параметра Aj

cet ->

Рис, .При Xi соответственно равно»!« 1-1/2-2/ 3 - 3/4 -J/ 5-5/ 6-6/ 7-7/ 8-8/ 9-9/ 10-10

. В целом комплексное исследования качества управления охраной окружающей среды на примере Тульской области показали, что важнейшую роль d решении экологических и прир'одно-ресурсных проблем должны сыграть методы системного анализа и математического моделирования процессов экологически безопасного производства и эксплуатации строительных материалов и изделий из отходов производства.. Планы социально-экономического развития, включающие крупномасштабные проекты использования отходов, обязательно должны оцениваться ' по их долговременным экологическим последствиям. Эти принципы были использованы при .разработке новых способов производства строительных материалов и изделий из отходов. Положительные решения государственной патентной экспертизы подтвердили, во-первых, новизну технических разработок, во-иторык, их экологическую рациональность, так как целями изобретений являлось решение природоохранительных задач.

Сущность предлагаег-ает экологически рациональных технологий производства строительных материалов и

строительных изделий заключается в следующем. Разработан новый способ изготовлёния бетонных изделий, который .обеспечивает'снижение выбросов в атмосферу СОг или 81^4; расхода цемента, извести," кокса, качественного кварцевого песка и фтористого водорода. Получен новый состав керамической массы, который обеспечивает утилизацию битого стекла, брака керамического черепка и буроугольной золы Подмосковного угольного бассейна. Разработан новый состав мистично-песчаного шпаклевочного раствора, который позволяет повторно использовать отходы производства парфюмерно-косметической про-"" мышленности (ОПЛ - паста ланолина) и отходы производства капролактама. Обоснована новая технологическая схема производства строительных изделий,* которая позволяет повторно использовать доменные шлаки, гидроотвальную низко кальциевую буроугольную золу от сжигания-углей Подмосковного бассейна и отходы производства мела. Разработанные новые технологии производства строительных материалов и изделий, а'также составы смесей растворов обеспечивают соблюдение нормативных требований по прочности изделий и их внешнему виду. В качестве 'наглядного, примера, подтверждающего этот' вывод, представлена сводная таблица составов и свойств »формовочных смесей, изготовленных различными способами.

Объем- кислорода 1,/д, поступающего в слой строительного материала через единичную площадь поверхности его контакта с воздухом, предложено определять по формуле 1

где а - константа скорости процесса газообмена; I установившееся значение скорости поглощения кисл< поверхностью слоя строительного материала;

(4)

1УД.® = 0,707 СВЛ/ТСКГ7?

(5)

Таблица «

Состав и свойства формовочных- смесей, изготовленных различными способами

Компоненты формовочной смеси и наименование свойств Номер опыта и состав смеси, . %

1 2 3 .4 5 6 прототипы

Состав формовочных смесей

1.Шлак мокрой грануляции 20 24 " 24 30 1

,2.Сухой шлак с уд. пол. 3500 ...37 00см2\г - - - - 20 20

2.Зола ТЭС влажностью не более 10% 74,5 69, 6 - '62, 4 - -

3.Сухая зола ТЭС - - - - 74-, 5

4.Известь комовая сухая с сЗппх=20мм 5 6 6 7,5 _ _

5.Известь молотая - - - - 5 5

6.Кварцевый песок рядовой (И= 10%) _ 69,7 _ _ _ -

7.Кварцевый песок - . - - . ~ 74, 5 -

8.Смесь мела, извести и песка 0,5 ■ 0,4 0.3 0,1 0, 5 _

' . » . Свойства формовочных смесей и изделий

1.Формовочная влажность, % 16 16 16 16 16

'2.Уд. пов. сухой смеси, си2/г 3000 3100 3100 .3200 4000

3.Предел проч.нз изгиб через 7сут. 4, 45 - 4,8 3, 98 11 Б','Э 3,0

4.Предел проч. на изгиО через 28сут. 6, 30- 6,9 •7,0 7, 6 4,2

5. Предел прочности на сжатие 19,9 27,2 20,8 27, 9 13,7

С8 - концентрация кислорода в воздухе? у - плотность строительного материала; D, К, Гк - коэффициент эффективной диффузии, константы , скорости и равновесия сорбции кислорода соответственно.

Зависимость (4) имеет асимптоту, соответствующую состоянию . динамического' равновесия процесса взаимодействия вещества строительного материала с кислородом воздуха помещения. Для" численной реализации математических моделей разработан комплекс программных средств, который реализуетс/1 в прикладном пакете Mathematica 2.2 системы Windows 97 фирмы Microsoft Office. Анализ результатов вычислительного эксперимента свидетельствует о том, что теоретическая динамика поля концентраций кислорода о слое пористого сорбирующего материала может быть представлена в виде монотонно убывающих кривых, стремящихся с течением времени к стационарному распределению. Расчетные значения средней теоретической скорости поглощения кислорода поверхностью строительного изделия имеют вид кривых газового «истощения», но в тоже время отличаются от них тем, что скорость поглощения кислорода убывает не до нуля, а до значения, заданного соотношением (5)

Для тонкослойного отделочного материала скорость поглощения кислорода рассчитывается по формуле:

(6)

где Ц1 *= \|/{5, к, D) = ехр

28

ъ

! 3

толщина слоя.

Математическую-модель выделения i--ro газа в помещение можно.записать следующим образом:

дСL dt

д2С

■ U-rf + Pi4i..

ах

П)

Ci(x,0)=Ci(0,t)»0, lim Ct Ф00,

(8)

где С1 - концентрация 1-го газа в пористом материале; XI, Рй _ кинетические коэффициенты диффузионного массо-оймена в строительном материале; д! - источник образования газов в результате возможных-химических реакций.

Объем 1-го газа 1уд.ц поступающего в помещение- из строительного материала через единичную площадь поверхности его- контакта с воздухом, в соответствии с законом Фика определяется по формуле:

= 2,257 <9)

V ш

где 01 - эффективный коэффициент диффузии 1-го газа в строительном материале.

Анализ результатов вычислительного эксперимента свидетельствует о том, что теоретическая динамика поля концентраций 1-го газа в слое пористого сорбирующего материала может быть представлена в виде монотонно убывающих кривых, стремящихся с течением времени к стационарному распределению. "Расчетные значения средней теоретической скорости газовыделения с поверхности строительного изделия пропорциональны корню .квадратному от времени процесса газообмена. Для численной реализации ■ математических моделей разработан комплекс программных средств. Результаты вычислительных экспериментов, свидетельствуют о том, что полученная закономерность динамйки газовыделения' 19) является базовым соотношением для решения задачи воздухообмена в помещении по газовому фактору.

' Зависимости изменения концентраций газовых компонент в воздухе помещений получены из решений дифференциальных уравнений воздухообмена и имеют вид: .

По 'фактору поглощения кислброда

(10)

Цр + 3СА>

Ьпо + 3СА ехр-,

Ьпр + }

Ч

по фактору возможных выделений газообразных, продуктов 'реакций в веществе строительных материалов и изделий

РАВ1 , О

йт, (11)

где Уп - объем помещения; Ъщ>, Ь^.^ - количество приточного "воздуха по фактору поглощения кислорода и разбавления 1-го газа соответственно; рх,- плотность 1-го газообразного продукта химических реакций; Эс - суммарная площадь поверхностей поглощающих кислород или- выделяющих газы; А, В1 - кинетические параметры; -кратность воздухообмена по 1-му газу.

Таким образом, были обоснованы расчетные зависимости определения . воздухообмена по фактору поглощения кислорода пористым строительным материалом, контактирующим с воздухом, и по фактору выделения газообразных продуктов возможных' химических реакций в строительных материалах конструкций. , Установлено, что расчетные значения кратностей воздухообмена по фактору поглощения кислорода и газовыделениям в ряде случаев является превалирующими по сравнению с нормативными кратностя-

Для практических расчетов" воздухообмена разработаны программные средства на основе пакета прикладных программ Ма£Ьета^са 2.2. и. получены формулы для приходные для инженерных расчетов. Основные научные и практические р&зультаты исследований частично внедрены и производство, а -также использованы при выполнении хоздоговорных и госбюджетный НИР в Тульском государственном университета. В целом практическая апробация разработанных технических решений на . предприятиях стройиндустрии Тульской области свидетельствует об их экологической эффективности и больших перспективах с точки зрения рационального использования природных ресурсов. ■ • '

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе на основе экспериментальных и теоретических исследований установлены новые и уточнены существующие закономерности динамики образования и утилизации отходов горно-металлургических, теплоэнергетических и химико-технологических предприятий с учетом их-токсичности и-физико-химических свойств, а также разработаны методические положения, позволяющие обеспечить экологическую безопасность применения строительных материалов по аэрологическому фактору, и созданы новые экологически рациональные способы производства -строительных изделий из промышленных отходов, что -имеет важное социальное значение для промышленно развитых регионов России.

Основные . зучныо и практические результаты работы заключаются в следующем.

1. Распределение средних значений физико-химических и технологических свойств отходов при ■ их складировании на поверхности Земли изменяется за время хранения до некоторого фиксированного значения равного р!сехр(~Хг) , а далее материал может терять свои потребительские свойства, что формально выражается значением плотности равной нулю.

2. Срок "службы строительных материалов и•изделий можно оценить,, задав вектор критически:-: значений плотности распределения эксплуатационных свойств, п тогда оценивается и период образования новых отходов, но уже на этапе эксплуатации изделий.

3. Нестационарные- одномерные поля концентрации кислорода, проникающего и пористую структуру строительного материала,- и концентраций газов, . образующихся' в дайкой пористой среде, описываются уравнениям;;, в частных производных параболического типа со стоком пропорциональным концентрации кислорода в твердой фазе.

4. Нестационарные одномерные поля концентрации газов возможных химических реакций в строительных конструкциях из .пористого материала, описываются уравнениями в частных производных параболического типа с постоянным источником.

5. Физически обоснованным и практически целесообразным является использование методов интегральной га-~ зовой динамики для расчета воздуообнена по факторам поглощения кислорода и выделения газообразных продуктов химических реакций в помещения, отделанные материалами, имеющими .пористую структуру. .При этом прогнозные значения кратности воздухообмена изменяются от 1,48 до 5,14. '

■6. Результаты анализа существующей базы данных государственной статистической отчетности Тульской области показали, что, во-первых, проблема утилизации отходов - это экологическая задача регионального масштаба и, во-вторых, производство строительных материалов из промышленных .отходов - это один из 'наиболее перспективных методов решения данной задачи.

. 7. Промышленные отходы характеризуются разнообразием состава и свойств, а тзюке широким спектром направлении использования и с ростом использования отходов з производстве строительных материалов необходимо совершенствовать вопросы исследования экологической безопасности помещений, где будут использоваться те или иные материалы и строительные изделия. На современном этапе разлития зн-чкий по данному запросу целесообразно рассматривать гл?ртуа.иы-:ые (не запрещенные законами термодинамики реагирующих сред) схемы химических реакций з строительных материала:: и изделиях из стходоп производства .

0. Удельная активность отходов 'ГЭС, горнометаллургических и химико-технологических предприятий Тульской области, которые могут использоваться для производства строительных материалов, являете^ случайной величиной, для которой приемлема гипотеза о нормальном законе распределения, а зафиксированные значения изменялись от 101 до 713 Бк/кг, при этом оценка математического ожидания составила 305,1 Бк/кг.•

9. Разработаны новые способы изготовления строительных материалов и изделий, которые обеспечивают снижение выбросов в атмосферу- С02 или а также

расхода цемента, извести, кокса, качественного кварце-

вого песка и фтористого водорода; ' утилизацию "битого стекла, брака керамического черепка и буроугольной золы Подмосковного угольного- бассейна; повторное использование отходов производства парфюмерно-косметической промышленно.сти (ОПЛ - паста ланолина) , отходов производства капролактама и доменных шлаков. Эффективность разработанных технических решений подтверждается положительными результатами - внедрения и промышленной апробации на'предприятиях стройиндустрии Тульской об-, ласти.

Основное содержание диссертации "опубликовано в следующих работах.

1- Качурин Н.М. Рябов Р.Г. и др. Пути утилизации местных железосодержащих отходов доменного производства. //Тез. яокл'. 1-ой Международной конференции по проблемам экологии и безопасности жизнедеятельности. - Тула, 1997. - с.273-276.

2. Качурин Н.М., Горбачева М.И., Рябов Г.Г., Рябов Р.Г., Егорычев Л. К. Пигменты из отходов. //Известия ТулГУ, серия «Экология и безопасность жизнедеятельностй», Тула, 1997. - С. 169-171.

. 3. Качурин а.П., Рябов Г.Г., Рябов Р.Г., Егорычев J1.K. Сущность самопроизвольных процессов протекающих в строительных - материалах на основе техногенных отходов предприятий Тульской области. //Тез. докл. Научно-практической конференции «Демидовские чтения», 2-ой юбилейный выпуск. - Тула. - 1996. - С. 150.

4. Качурин Н.М., Рябов Г.Г., Рябов -Р.Г., Егорычев Л.К. Разработка и -внедрение теплоизоляционной керамики из ' отходов производств. //Тез. докл. Научно-практической конференции «Демидовские чтения», 2~ой юбилейный былуск. - Тула. - ,1996, - С. 50-51.

5.' Качурин Н.К., Рябов Р.Г., Егорычев Л.К. Использование отходов химических предприятий для декоративных строительных растворов. //Тез. докл. Научно-практической конференции «Белые ночи»; Санкт-Петербург. - 1997 . - С. 139-1-32.

6. 'Качурин Н.М,, Горбачева 1;,И., Ря6ое Г.Г., Рябов Р.Г., Егорычев Л. К. Рациональные пути утилизации в промьзвленности строительных материалов- отходов производства АО «Азот». //Известия ТулГУ, серия «Экология и безопасность жизне-деятель-ности». - Тула. - 1997. -С. 163-166.

7. Соколов Э.М., Качурин H.H., Рябов Р.Г., Егорычев А.К. Пути утилизации стоков Алаксинскол кьртонной. - фабрики и •улучшение экологии района. //Тез,докл. научно-практической конференции «Белые ночи». Санкт-Петербург/ - 1997. - С. 136139. " *

8. 'Качурин Н.М., Горбачева М.И., Рябов Г.Г., Рябов Р.Г., Егорычев Л.К. Нетрадиционный способ переработки малоиспользуе-мых отходов для утилизации в промышленности строительных материалов, //Известия ТулГУ,- серия «Экология и безопасность жизнедеятельности». - Тула. - 1997* - С.166-169.

9. Качурин Н.М., Горбачева М.И., Рябов Г.Г., .Рябов Р.Г., •Егорычеа Л,К. Комплексная переработка малоиспользуемых и токсичных отколов для получения сырья строительных материалов. //Известия ТулГУ, серия «Экология- и безопасность жизнедеятельности». - Тула, 1997. - с, 171-173.

10* Качурин Н.М., Рябов Г.Г,,' Егорычев Л.К., Рябов Р.Г. Пути использования шламовых отходов от обработки хрусталя в промышленности строительных материалов //5 Международный горногеологического Форум «Природные ресурсы стран СНГ», /Санкт-Петербург, 1997. - С.128.

11.• Качурин Н.М., Рябов Р.Г., Егорычев Л.К., Горбачева М.И., Рябов Г.Г. Керамическая масса для облицовочных изделий. //Патент РФ № 2099307. //Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений 20.12.1997.

12. Качурин Н.М., Рябов Р.Г., Егорычев Л.К., Горбачева М.И., Рябов Г.Г. Положительное решение по заявке на изобретение }? 96123955/03 «Способ изготавления бетонных изделий».

13. Качурин Н.-М., Рябов Р.Г., Егорычев Л.К., Горбачева М.,И,, Рябов Г*.Г. Положительное решение по заявке на изобретение № 96119379/03 «Способ изготавления изделий»,

14. Качурин Н.М., Рябов Р.Г., Егорычев Л.К., Горбачева М.И., Рябов Г.Г. Положительное решение по заявке № 96119147/04. «Формовочная вяжущая смесь».

45. Качурин Н.М., Рябов Р.Г., Егорычев Л.К., Горбачева М.И., Рябов Г.Г. Состав строительного раствора. //Патент РФ № 2099302. Зарегистрирован в Государственном реестре изобретений 20.12,1997.

Подписано в печать Формат бумага 60x84 1/16. Бумага типографская Л 2

Офсетная печать. Усл. печ. л. У ¿? . Усл. кр.-и гг. .Уч. изд. л. -/. л С .

Тираж /¿-С? экз. Заказ ЗС/ " '

Тульский государственный университет. 300600, г. Тула, пр. Ленина, 92. Редакциоиио- издательский центр Тульского государственного университета. 300600, г. Тула, ул. Болдина, 151