Автореферат Еркебаевой

 

                                                  

УДК   +504.064.45                                                               На правах рукописи

 

 

 

 

 

 

 

ЕРКЕБАЕВА БАКЫТКУЛ УМИРТАЕВНА

 

 

 

 

 

 

Создание природоохранной технологии производства изделий с применением отходов пластмасс

 

 

 

 

 

 

                              25.00.36 – Геоэкология

05.23.05 – Строительные материалы и изделия

                                                

 

 

 

Автореферат

на соискание ученой степени кандидата технических наук

 

 

 

                             

 

 

 

Республика Казахстан

Алматы, 2007

 

 

 

Работа выполнена в Центральной лаборатории

сертификационных испытаний  строительных материалов

/ЦеЛСИМ/

 

 

 

 

Научный руководитель:

 

 

 

 

 

доктор технических наук

Естемесов З.А.

 

 

 

Официальные оппоненты:

 

 

 

 

 

доктор технических наук

Жалгасулы Н. (25.00.36)

доктор технических наук

Жакипбеков Ш. К. (05.23.05)

Ведущая организация:

 

 

Алматинский институт энергетики   и связи 

 

 

Защита состоится «02» ноября 2007 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 14.15.07 при Казахском национальном техническом университете им. К.И. Сатпаева по адресу: 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22, конференц зал (НК), 1 этаж, факс 8 (727) 2926437.

 

 

 

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Казахского национального технического университета им. К.И. Сатпаева, по адресу: 050013, г. Алматы, ул. Сатпаева, 22.

 

 

 

Автореферат разослан   «01 »  октября 2007 года

 

 

 

Ученый секретарь

диссертационного совета                              О. А. Сарыбаев

Введение

 

Актуальность проблемы. В «Стратегии индустриально-инновационного развития Республики Казахстан на 2003-2015 гг.» отмечается  необходимость стимулирования переработки и использования техногенных отходов различного производства.

В современном обществе наблюдается широкое применение пластмасс, сопровождающихся образованием в значительных количествах отходов. Эта проблема приобрела характер экологической угрозы. Следует отметить, что в развитых странах дальнего зарубежья ежегодное количество образуемых отходов составляет 10-15 т на человека, в год, а в странах с сырьевой направленностью экономики эта цифра увеличивается до 50-100 т, в Казахстане превышает 60 т. В составе твердых бытовых отходов до 10 % по массе приходится на долю отходов пластмасс.

Особенностью пластмасс является их способность сохранять первоначальные свойства и длительное время не разрушаться под действием окружающей среды с выделением при этом опасных для живых организмов веществ, в том числе сверхтоксичных соединений диоксинового и фуранового ряда.

В настоящее время антропогенное воздействие отходов пластмасс в составе ТБО на экосистему изучено не в полной мере. Отсутствуют данные о степени антропогенного влияния этого вида отхода на элементы экосистемы. Не исследованы физико-химические свойства пластмасс  длительного хранения и их влияние на окружающую среду. Не предложены эффективные технологии утилизации отходов пластмасс в строительные изделия.

Отсутствуют оценка эколого-экономического ущерба от воздействия отходов пластмасс и исследования вредных воздействий их токсичных соединений на окружающую среду, а также эколого-экономическая эффективность применения отходов пластмасс в производстве строительных материалов и изделий.

Свойства пластмасс обуславливают возможность их утилизации в производство строительных материалов и изделий, решающей, таким образом, часть геоэкологических задач (проблем). Однако, отсутствие основополагающих научных исследований по переработке и применению отходов пластмасс  сдерживает решение этой проблемы, чему и посвящена настоящая работа.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом научно-исследовательских работ «Центральной лаборатории сертификационных испытаний строительных материалов» (г. Алматы), посвященных разработке технологии переработки и утилизации вторичного сырья (отходов) в строительные изделия.

 

 

Объект исследования – отходы пластмасс твердых бытовых отходов.

Предметом исследования являются эколого-экономическая оценка воздействия на окружающую среду отходов пластмасс и установление пути их утилизации в производство строительных изделий.

Идея работы заключается в комплексном решении геоэкологических проблем, направленном на утилизацию отходов пластмасс, путем разработки технологии переработки их в строительные изделия.

Цель работы – снижение антропогенного загрязнения окружающей среды пластмассовыми отходами и разработка научно-обоснованной технологии их утилизации с получением эффективных строительных изделий.

В соответствии с идеей и целью работы в диссертации поставлены и решены следующие задачи:

по специальности 25.00.36

– изучить процессы образования отходов пластмасс в составе твердых бытовых отходов и провести анализ технологий по их утилизации;

– выполнить анализ влияния техногенного воздействия отходов пластмассовых изделий на окружающую среду, установить их экологическую опасность;

– изучить экологические характеристики отходов пластмасс и оценить эколого-экономический ущерб, наносимый ими окружающей среде;

по специальности 05.23.05

– изучить физико-химические свойства отходов пластмасс для получения полимерпесчаной черепицы;

– разработать эффективную технологию переработки пластмассовых отходов и нормативно-техническую базу для производства полимерпесчаной черепицы;

– исследовать физико-химическую структуру и свойства нового строительного изделия (полимерпесчаной черепицы) и определить экономическую эффективность вовлечения пластмассовых отходов для производства изделий.

Научные положения, выносимые на защиту:

по специальности 25.00.36

– закономерность антропогенного воздействия пластмассовых отходов на окружающую среду при хранении и утилизации их при повышенных температурах, позволяющие выявить их экологическую опасность и научно обосновать технологические решения по их переработке в строительные изделия;

– зависимость экологизации производства мелкоштучных пластмассовых изделий от заданных факторов технологических процессов, позволяющая существенно снизить антропогенное влияние их на окружающую среду;

по специальности 05.23.05

– зависимость термических характеристик пластмассовых отходов от скорости    подъема    температуры    и    особенности    структуры    изделий   с

применением горячего прессования, которые впервые могут быть использованы в технологических решениях по их утилизации;

– научно-обоснованная, опробированная и внедренная в производство эффективная новая экологическая технология получения полимерпесчаной черепицы, отличающаяся высокими экологическими характеристиками и низкой себестоимостью.

Научная новизна заключается в следующем:

по специальности 25.00.36

– внедрена новая технология производства полимерпесчаных изделий с применением отходов пластмасс, способствующая снижению антропогенного воздействия их на окружающую среду путем уменьшения площадей хранения ТБО и эмиссий в воздушный бассейн, тем самым высвобождают земельные площади для сельского хозяйства, заключающиеся в том, что путем горячего прессования смеси из отходов пластмасс, песка и красителя получают требуемые изделия с заданными физико-механическими и эксплутационными свойствами;

– впервые установлена зависимость температуры плавления пластмасс от температуры нагрева и скорости ее подъема, заключающаяся в том, что:

с повышением скорости нагрева точка плавления и продолжительность процесса снижаются;

при температурах 200-250 ºС, имеющих место в предлагаемой технологии утилизации полимерных отходов, потеря их массы не наблюдается, что предопределяет значительное снижение выделения диоксина (50,4·10-8 т/год из 65 т полимерных отходов);

при температурах 1000-1250 ºС в существующих мусоросжигательных заводах из 65 т полимерных отходов выбрасывается 50,4·10-3 т/год диоксина, представляющего опасность применения этой технологии;

по специальности 05.23.05

– установлено, что в условиях горячего прессования частицы размягчаются с последующим растягиванием на сплошные непрерывные пленки, последние обволакивают частицы песка и красителя, тогда как это не характерно для композитов в обычных условиях;

– подтверждено, что пластмассы в готовых изделиях в результате их утилизации сохраняют свои первоначальные свойства и дает возможность для повторного их вовлечения в производство;

Новизна технических и технологических решений защищена предпатентами РК № 14805 и положительным решением на выдачу патента Патентного ведомства РК;

Практическая ценность заключается в:

по специальности 25.00.36

– установлении эколого-экономического ущерба и выявлении негативных факторов загрязнения окружающей среды отходами пластмасс, проявляющиеся образованием  сверхтоксичных  соединений  диоксинового  и   фуранового  ряда

при их сжигании, представляющих угрозу для лито-, гидро- и атмосферы, а также здоровья населения, при существующих технологиях утилизации отходов пластмасс в составе ТБО;

– существенном снижении (в порядке 5 раз) антропогенного воздействия техногенных отходов пластмасс на элементы экосистемы путем внедрения разработанной технологии утилизации в производство полимерпесчаной черепицы;

по специальности 05.23.05

– в получении эффективного строительного изделия (полимерпесчаной черепицы) из отходов пластмасс, характеризующихся улучшенными физико-механическими свойствами;

– разработке и внедрению технологии, обеспечивающей утилизацию отходов пластмасс для производства строительных изделий с экономическим эффектом 3335846,8 тг/год;

– разработке нормативной базы внедрения полимерпесчаной черепицы в виде технических условий ТУ 75 00 РК 38607673 ТОО-002-2004.

Методы исследования включают анализ современного состояния и оценку вредного воздействия отходов пластмасс на окружающую среду с применением экологических, физико-химических и физико-механических методов экспериментальных исследований и математической обработки данных, оценки эколого-экономического ущерба, причиняемого отходами пластмасс окружающей среде; технико-экономического анализа вовлечения пластмассовых отходов для производства строительных изделий.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций  подтверждены:

сходимостью экспериментальных и промышленных данных;

достаточной степенью сходимости установленных зависимостей и закономерностей антропогенного влияния отходов пластмасс на окружающую среду;

положительной оценкой и апробацией результатов работы в промышленных условиях с дальнейшим их внедрением в производство;

сходимостью результатов физико-химических методов исследований.

Научная значимость работы заключается в научном обосновании утилизации отходов пластмасс в производство строительных изделий, снижающую экологическую нагрузку.

Личный вклад автора заключается в:

установлении  негативного воздействия отходов пластмасс на окружающую среду;

– оценке эколого-экономической эффективности использования отходов пластмасс для производства полимерпесчаной черепицы;

установлении возможности утилизации техногенного сырья путем разработки технологии получения из них эффективных строительных изделий.

 

Реализация результатов работы заключается:

– во внедрении технологии производства полимерпесчаной черепицы из отходов пластмасс способом горячего прессования в ТОО «ЦентрСерВТех», позволяющей снизить антропогенное их воздействие на литосферу;

– в утилизации отходов пластмасс, позволяющие сократить земельные площади полигонов ТБО, получить прибыль и эффективные строительные изделия.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и одобрены на седьмой международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности», 2005 г. (г. Алматы), международной научно-практической конференции, посвященной 25-летию КазГАСА «Региональные проблемы безопасности жизнедеятельности», 2005 г. (г. Алматы), международной научно-практической конференции «Научно-теоретические и практические аспекты охраны окружающей среды: проблемы, стратегия и перспективы использования природных ресурсов», 2005 г. (г. Тараз), международной научно-практической конференции, посвященной 25-летию КазГАСА «Современные строительные материалы, технологии и методы проектирования», 2005 г. (г. Алматы), сборнике докладов региональной научно-практической конференции, посвященной 10-летию Конституции Республики Казахстан «10-летие Конституции: перспективы социально-политического и промышленного развития независимого Казахстана», 2005 г. (г. Рудный).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных трудах, из них 7 – в статьях в изданиях, перечень которых утвержден Комитетом МОН РК и 5 – в материалах научных конференций.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, изложенных на 132 страницах компьютерного текста, включает 38 таблиц, 32 рисунков, список использованных источников из 112   наименований и 4 приложений.

 

Основная часть

 

Во введении дана общая характеристика работы: актуальность, проблемы, решаемая цель и задачи исследований, научные положения и новизна, практическая ценность, достоверность и апробация результатов работы.

В первом разделе рассмотрено состояние экологической проблемы, связанной с отходами пластмасс, являющимися одними из главнейших загрязняющих природу опаснейших поллютантов.

Ежегодно в мире образуется около 500 млн. т ТБО, из них 5-10 % составляют отходы пластмасс. Основная масса твердых бытовых отходов без сортировки вывозится и складируется на открытых свалках, 97 % из которых не соответствует требованиям природоохранного и санитарного законодательства Республики Казахстан. Их размещение и обустройство осуществлены без проектов и оценки воздействия на окружающую среду. В настоящее время только 5 % твердых бытовых отходов в республике подвергается утилизации

или сжиганию.

Повышение количественного содержания отходов пластмасс в составе ТБО с увеличением производства и потребления пластмассовых изделий в народном хозяйстве приводит к загрязнению окружающей среды. Объемы накопления отходов пластмасс составляют 5-10 % от общей массы ТБО, которые соответствуют 0,1 - 0,2 млрд. тоннам.

Анализ литературных данных казахстанских ученых и исследователей (А. К. Адрышев, А. Ж. Акбасова, В. К. Бишимбаев, М. С. Дуамбеков, Н. Жалгасулы, М. Т. Жугинисов, А.К. Курманкожаев, М. Б. Нурпеисова, С. С. Нуркеев, П. И. Садыков, Т. Омарбекулы, С. С. Омаров, М. С. Панин, М. С. Тонкопий, М. Б. Тлебаев, В. Н. Уманец и др.) о влиянии различных природных и техногенных материалов на природу, включая население, показывает, что отходами пластмасс у нас в научно-практическом плане никто не занимался.

Между тем, накопленные отходы пластмасс являются одними из главных загрязнителей окружающей среды, их антропогенное влияние на экосистему еще больше возрастает, когда их сжигают, поскольку при этом в атмосферу выделяются соединения диоксинового и фуранового ряда (ПХДД, ПХДФ и др.), обладающие І классом опасности.

Несмотря на свойство пластмасс сохранять свои первоначальные свойства, энергетическую ценность, способность к многократной перерабатываемости, а также стойкость к внешним агрессивным средам их утилизация путем получения необходимых материалов в нашей стране не получила должного развития. Это обусловлено, во-первых, недостаточным вниманием со стороны научно-технических работников и соответствующих органов по охране окружающей среды; во-вторых, сложностью и неорганизованностью предприятий по сбору ТБО мероприятиями по сортировке отходов по вещественному составу; в-третьих, как уже упомянули, в мусоросжигательных печах, что приводит к дополнительному загрязнению окружающей среды, в частности атмосферы, вследствие выделения вредных веществ - диоксина и др., образующегося при сжигании отходов пластмасс; в-четвертых, технологии по переработке с последующей их утилизацией не в полной мере обоснованы и внедрены с учетом эколого-экономической эффективности.

Во втором разделе рассматриваются характеристики исходных сырьевых материалов, методика исследований и физико-химические особенности структуры отходов пластмасс.

Сырьевыми материалами в настоящей работе являются полимеры: по­липропилен, полистирол, полиэтилен и полиэтилентерефталат, а также природный песок Николаевского месторождения, краситель – пигмент российского производства.

Для утилизации отходов пластмасс, образующихся при потреблении и производстве необходимо сначала их переработать в гранулы или хлопья. Пластиковые    хлопья    и    гранулы    непосредственно    являются   сырьем   для производства изделий и материалов на основе  отходов  пластмасс.  Физико-

химические показатели ПЭТФ хлопьев и гранул приведены в таблице 1.

Для выявления возможности использования отходов пластмасс в композициях строительных смесей в качестве облегчающих добавок изучена их химическая стойкость к различным растворам, по результатам которых они являются химически устойчивыми в нейтральных, кислых и щелочных средах особенно при низких температурах. Следовательно, отходы пластмасс - термопласты можно утилизировать в производство материалов и изделий, подвергающихся активному воздействию агрессивных сред.

В качестве наполнителя в пластическую массу использовали природный песок Николаевского месторождения, просеянный через сито № 063.

Красителями для придания различной цветовой гаммы и улучшения декоративности внешнего вида использовали различные пигменты неорганического происхождения производства России, а именно: окись хрома, железоокисные соединения, железная лазурь (милори), свинцово-молибдатный крон, крон свинцовый и т.д.

 

Таблица 1 – Физико-химические показатели регенерированного ПЭТФ

 

Показатели

Ед. изм.

Значения

Хлопья

Гранулы

Характеристическая вязкость

-

0,78-0,80

0,68-0,70

Температура плавления

°С

248,0 ± 2,0

248,0 ± 2,0

Содержание ПВХ

%

0-0,005

-

Содержание клея

%

0-0,005

-

Содержание бумаги

%

0-0,005

-

Остаточная влажность

%

1

0,2-0,4

Размеры частиц:

- диаметр

- длина

мм

2-8

 

2

2-4

 

Физико-химическое исследование. Один из первых этапов данной работы – изучение физико-химических свойств отходов пластмасс и сохранности их первоначальных свойств. А также немаловажным является изучение физико-химических показателей готовой продукции. Для этого были использованы методы рентгенофазового, дифференциально-термического и термогравиметрического анализов по известным методикам исследования.

Рентгенофазовый анализ проводили на дифрактометре ДРОН-3М при использовании медного излучения (Сu) с применением в качестве селективного фильтра никелевой фольги толщиной 0,021 мм для частичного подавления белого излучения. Для проведения рентгеновского анализа полимеров были изготовлены образцы, вырезанные из отходов пластмасс размерами соответствующими плексигласовой кювете. Образцы же черепицы из отходов пластмасс   приготавливали     в    виде     тонких    стружек    с     последующим 

просеиванием  через  сито № 008. Каждую пробу, прошедшую через сито и остаток на сите подвергали рентгенофазовому анализу.

Метод дифференциального термического анализа позволяет следить за фазовыми переходами или химическими превращениями путем измерения количества поглощенного или выделенного тепла, т.е. за структурными изменениями исследуемых материалов, происходящих в веществах при повышении температуры.

Дифференциальный термический анализ выполняли на приборе Q-1500D фирмы МОМ (Германия). Для проведения анализа испытуемый материал помещали в тигли с определенной навеской, необходимой для испытания (хлопья отходов пластмасс и растертое строительное изделие на их основе). Тигль с навеской помещали в термопечь и устанавливали в две термопары, соединенные друг с другом для получения разности температур между ними. Температуру в печи поднимали с постоянной скоростью до 500 °С и по полученным термограммам выявляли экзо- и эндотермические эффекты, характерные для исследуемых веществ.

Физико-механическое исследование. Соответствие песка для строительных работ требованиям ГОСТ 8736-93 определяли по ГОСТ 8735-88.

Физико-механические свойства исследуемого строительного изделия на основе отходов пластмасс, в частности полимерпесчаной черепицы и конька определяли в соответствии с техническими условиями ТУ 75 00 РК 38607673-002-2005. Определяли геометрические размеры, отклонения от перпендикулярности и плоскостности, размеры раковин и околы методами, установленными ГОСТ 26433.0 и ГОСТ 26433.1; внешний вид, количество черепицы на 1 м2 покрытия, массу 1 м2 покрытия из черепицы в насыщенном водой состоянии, предел прочности при изгибе черепицы в воздушно-сухом состоянии и водонепроницаемость определяли согласно с ТУ 75 00 РК 38607673-002-2005. Определение водопоглощения и морозостойкости черепицы проводили в соответствии с ГОСТ 7025; удельную эффективную активность естественных радионуклидов определяли по ГОСТ 30108; пожарную опасность – по ГОСТ12.1.04, ГОСТ 30244, ГОСТ 30402, ГОСТ 30444.

Физико-химические особенности. Реакции взаимодействия пластмассовых отходов с компонентами окружающей среды, сопровождающие процессы их окисления под влиянием атмосферных факторов, старение вследствие воздействия ультрафиолетовых лучей и других источников были изучены с применением инструментальных методов. Использование методов рентгенографического и дифференциально-термического анализов позволило изучить свойства полимерных материалов и выяснить причины изменения структуры высокополимерных соединений.

Были изучены отходы пластмасс наиболее распространенных видов, которыми являются полистирол, полипропилен, полиэтилен и полиэтилентерефталат. Материалом большинства жестких объемных полимерных   упаковок,  используемых  для  расфасовки   пищевых   продуктов,

являются полистирол и полипропилен, они также служат для изготовления одноразовой посуды и столовых приборов. В производстве мягких пакетов и пленок преобладают полиолефины – полиэтилен и композиты на основе полипропилена. При производстве полимерных пищевых полимерных бутылок находит применение полиэтилентерефталат.

С помощью рентгенофазового анализа (РФА) были получены дифракционные кривые (рисунок 1) вышеприведенных разновидностей отходов пластмасс.

Нежелательные эффекты, например, возникновение аморфного гало при небольших углах 2θ, не относящегося к структуре образца, расширение линий, увеличение фона под рефлексами и т.д. порождены прохождением через фильтр доли белого излучения при использовании только одного селективного фильтра для монохроматизации.

Так,  из  рисунка  1, а   видно,   что   для   исследуемого   полиэтилентерефталата характерны пики при длине волн 1,721-1,887-3,078-4,04 Å. Максимальные пики при длине волн 3,078-4,04 Å наиболее соответствуют эталонному полиэтилентерефталату (~ 3,44 Å). Расхождения в дифракционной кривой пиков обусловлено наложением кривых соответствующих структур.

 

а)                                               б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 в)

 

 

 

 

Рисунок 1 – Рентгенограммы полиэтилентерефталата (а), полипропилена (б) и пористого стайроформа (в)

 

Дифракционные кривые (рисунки 1, б и в), представленные в виде рентгенограмм, соответствуют полипропилену и пористому «Стайроформу». Характерными их пиками при длине волн являются соответственно 1,736-2,468-3,707 Å и 1,692-3,314-4,745-7,499 Å.

Результаты анализа кривых рентгенограмм доказывают сохранность структуры полимеров отходов пластмасс. Следовательно, характеристики структуры исследуемых полимеров те же, что и первоначального полимера.

Согласно В. А. Воробьева методом ДТА в процессе плавления высокомолекулярных полимеров возможно определить следующие параметры: температуру плавления; теплоту плавления; зависимость снижения температуры плавления от действия различных факторов; степень кристалличности; идентифицировать смеси различных полимеров.

Было изучено влияние скорости подъема температуры (при 6 и 10°С/мин) на точку плавления до максимальных температур 500°С и 1000°С. Так, при предельной температуре 500 °С и скорости 10°С/мин (рисунок 2, а) у полиэтилентерефталата наблюдаемые экзотермические эффекты при 129 °С и 404°С свидетельствуют соответственно о кристаллизации и окислении. А при скорости 6 °С/мин (рисунок 2, б)  экзотермические  эффекты,  наблюдаемые  при  30°С, 100 °С, 213-220 °С, 239-243 °С и 263 °С, а также 390°С соответствуют стеклованию, кристаллизации и окислению полиэтилентерефталата.

Эндотермические эффекты выявлены при 278 °С, 320 °С и 432 °С (10°С/мин) и 238 °С, 247,5 °С и 285 °С (6 °С/мин). В первом случае эндотермические эффект при 278 °С и 320 °С вызваны плавлением полимера с потерей массы 37,5 %, а в последнем плавление пластмассы наблюдается при температурах 238 °С и 247,5 °С, т.е. при скорости температуры 6 °С/мин.

Эндотермические эффекты при 432 °С и 285 °С обусловлены плавлением и разложением полиэтилентерефталата.

 

а)                                                             б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Рисунок 2 – Термограмма полиэтилентерефталата при скоростях нагрева 10ºС/мин (а) и 6 ºС/мин (б) до 500 ºС

 

Исследуемый полиэтилентерефталат подвергли нагреванию до 1000º С при различных скоростях подъема температуры.

При скорости 6 °С/мин (рисунок 3, а) наблюдаются: экзотермические эффекты – 50ºС; 320 ºС; 380 ºС; 403 ºС и 490-675 ºС и эндотермические эффекты - 350 ºС; 390ºС; 890 ºС.

При скорости 10 ºС/мин (рисунок 3, б) наблюдаются: экзотермические эффекты - 60ºС; 190 ºС; 650 ºС и эндотермические эффекты - 70 ºС; 350 ºС; 440ºС; 650 ºС.

В первом случае (6 ºС/мин) экзотермический эффект при 50 ºС соответствует стеклованию, 320 ºС - кристаллизации, при 490-570 ºС - окислению. А при более 890 ºС (эндотермический эффект) происходит разложение полимера. Тогда эндотермические эффекты при температурах 350 ºС и 390 ºС вызваны плавлением полиэтилентерефталата. Во втором случае экзотермические эффекты, выявленные при температурах 60ºС, 190ºС и 650ºС сопровождаются стеклованием, кристаллизацией и окислением пластмассы. Эндотермические эффекты же при 360ºС и 440 ºС вызваны плавлением, а при 650 ºС – разложением полимеров.

 


            а)                                                        б)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 3 – Термограммы полиэтилентерефталата при скоростях нагрева 10ºС/мин (а) и 6ºС/мин (б) до 1000 °С

 

На термограммах выявлены две точки эндотермического эффекта, свидетельствующие о наличии смеси полимеров, или возможно обусловленные различной его структурой.

Таким образом, представленные выше кривые ДТА свидетельствуют о влиянии температуры и скорости подъема температуры на термические превращения при нагревании отходов пластмасс. Из этого следует, что с повышением скорости подъема температуры ускоряется плавление пластмассы. В свою очередь, это положительно сказывается при производстве композиционных материалов на их основе, т.к. увеличение скорости подъема температуры способствует снижению температуры плавления пластмассы и продолжительности процесса нагрева с последующим приготовлением композита.

Эта зависимость может быть выражена математическим уравнением двухфакторного эксперимента (х1 – температура, х1·102 °С и х2 – скорость подъема температуры, °С/мин). При этом, использован метод наименьших квадратов, согласно которому уравнение зависимости температуры плавления от вышеуказанных факторов (х1 и х2) следующее:

 

у = 340,9979 – 0,5997·х1 – 22,4999·х2 + 2,5 х1·х2

Во втором случае (второй эндотермический эффект) после аналогичных вычислений, уравнение регрессии будет выглядеть таким образом:

 

 у = 564,9979 – 25,6322·х1 – 48,75·х2 + 6,125 х1·х2

 

При анализе дифференциальной кривой (ДТГ) пористого стайроформа видны экзотермические эффекты при температурах 55-60 °С, 255-322,5 °С, 372-412°С, а также эндотермические эффекты при 370 °С. Экзотермический эффект при 55-60°С свидетельствует о выделении влаги, при 255-322,5 °С происходит кристаллизация, при 372-412 °С - окисление. Пик эндотермического эффекта при 370 °С характерен плавлению пористого стайроформа. 

Выявлены характерные для полипропилена эффекты: экзотермические - 110°С, 205-360 °С; 420-440 °С и эндотермические - 414 °С, соответствующие выделению влаги, кристаллизации, окислению и плавлению пластмассы, а выше 440 °С - разложению полимеров.

Методом ДТА могут быть установлены преимущества условий закалки, позволяющие получить химически стойкие материалы. Так, при охлаждении расплавленного полиэтилентерефталата образуется полностью аморфный полимер. На кривой ДТА имеется отклонение при температуре около 70 ºС, согласно В. С. Горшкова отвечающее переходу стекловидной составляющей. Холодная кристаллизация начинается при 100 ºС -минимальная температура кристаллизации. Предшествующий плавлению максимум эффекта кристаллизации находится при температуре 220 ºС.

Таким образом, из анализа данных можно заключить, что термические характеристики полимеров зависят от: разновидности определенного вида полимера, обусловленное изменением его структуры за счет присутствия в химической решетке какого-либо элемента или группы; наличия в термограммах двух пиков эндотермического эффекта вследствие различной его структуры; способа первоначальной тепловой обработки полимера; давления при нагревании для определения фазовых превращений.

В третьем разделе рассмотрены особенности накопления ТБО, в том числе отходов пластмасс, технология их утилизации в производство полимерпесчаной черепицы и физико-механические свойства готового изделия.

Проблема утилизации за рубежом возложена законодательством на предприятия - производители пластмассовых изделий и материалов, которыми и государствами предпринимаются различные мероприятия по сбору, переработке и утилизации отходов пластмасс. Тогда как, в нашей стране этими вопросами не занимаются основательно. Известны некоторые способы утилизации отходов пластмасс:

– сжигание в мусоросжигательных печах, обусловленной их энергетической ценностью;

– переработка в хлопья и гранулы для дальнейшего их использования в производстве пластмассовых материалов и изделий;

– производство строительных изделий (гидроизоляционных,  кровельных,

изделий систем канализаций, т.е. труб, пленочных материалов и т.д.);

– производство полимерных композиций, в котором связующим материалом является отходы пластмасс.

Экологический мониторинг за накоплением отходов пластмасс. По заданию акимата города Астаны специалистами АО «Астана Горкоммунхоз» проведено изучение опыта работы по раздельному сбору и сортировке мусора, организованного ЭкоСоюзом Ассоциации предприятий «Табигат» в г. Алматы.

Цель работы заключалась в проведении исследования на площадке за накоплением твердых бытовых отходов. С 23.11.2006 по 30.11.2006 г. непрерывно было проведено наблюдение за накоплением мусора за сутки и состава твердых бытовых отходов. Накопленный мусор разобрали по морфологическому составу, проведена глубокая сортировка, каждый вид взвешивали, с определением количества накопившегося мусора, объема ТБО, количества ТБО, отсортированного для дальнейшего использования, либо для переработки вторсырья.

Существующая проблема в городе характеризуется следующим образом, контейнера переполняются, в основном причиной такой ситуации является складирование мусора подряд в контейнеры, где коробки занимают большую часть объема, из-за чего идет быстрое наполнение, не сознательность людей также имеет большую роль, в основном до контейнера не доносят, мусор раскидывают как попало.

Преимущества сортировки ТБО:

уменьшение объема отходов, вывозимых на полигоны захоронения;

изъятие экологически опасных отходов непосредственно на площадке сбора ТБО, не допуская загрязнения почвы и грунтовых вод ртутью, кислотами, антифризами и т.д.;

очищение города от бытовых отходов, улучшение санитарной и экологической обстановки;

развитие промышленной переработки вторичного сырья, что позволяет экономить природные ресурсы (лес, газ, химикаты и т.д.);

на основе использования инновационных технологий, наладить производство новых видов промышленной продукции из вторичного сырья и т.д.

Основным достоинством данного способа является значительное снижение давления на окружающую среду за счет изъятия из ТБО вторичных ресурсов, которые составляют более 40 %.                      

Результатами проведенных работ выявлено, что на участке по сбору ТБО в зависимости от района, количества обслуживаемых лиц, времени года и т.д. объем образования их колеблется в пределах за исследуемый период от 1,82 до 7,6 % (рисунок 4). Тогда как по городу Алматы составляет 4,75-9,2 % в ноябре месяце, а в июле месяце 10-15,8 %, так как в летнее время использование пластмассовой тары, особенно для прохладительных напитков возрастает за счет наибольшего их употребления в жаркую летнюю погоду.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 4 – Объемы образования отходов пластмасс в г. Алматы

 

Как выше отмечалось, твердые бытовые отходы складируют или сжигают в мусоросжигательных заводах (МСЗ) при высоких температурах 1000-1250ºС, впоследствии осуществления последнего в атмосферный воздух выделяются эмиссии диоксинов отрицательно воздействующие на окружающую среду. Следовательно, на рисунке 5 приведены количество эмиссии диоксинов при производстве полимерпесчаной черепицы (температура нагрева 200-250 ºС) с применением отходов пластмасс и при сжигании твердых бытовых отходов.

Из рисунка 5 видно, что эмиссии диоксинов технологической линии на несколько порядков ниже мусоросжигательного завода, например, соответственно 3,9·10-8 кг/кг и 2,268·10-3 кг/кг. При этом следует отметить, что при определении выделения загрязняющих веществ, т.е. диоксинов при сжигании не учитывались другие хлорсодержащие отходы, также способствующие выбросу в атмосферу диоксинов.

 

 

 

 

 

 

 

 


    

 

Рисунок 5 – Эмиссии диоксинов технологической линии по производству полимерпесчаной черепицы и мусоросжигательной печи

 

Кривые рисунка 5 характеризуются синусоидальной зависимостью, которая может быть выражена однофакторным уравнением регрессии, например, для технологической линии полимерпечаной черепицы, как:

y = 4,536·10-6 + 1,024295·x2 + 7,552499·sinβx

где: y – концентрация диоксинов, кг/кг

       a, b, c – коэффициенты уравнения регрессии;

       x  - количество отходов пластмасс, утилизируемых, кг.

Производя таким же образом вычисления для кривых эмиссии диоксинов при сжигании в мусоросжигательных заводах по городу Алматы за июль и ноябрь месяцы получены соответственно:

y = 1,186845 + 0,084287·x20,9407·sinβx

y = 1,70592 + 0,061183·x20,57518·sinβx

На основании полученных уравнений можно прогнозировать объемы выброса диоксинов в окружающую среду при утилизации путем производства полимерпесчаных изделий либо сжигании в мусоросжигательных заводах отходов пластмасс. При этом также возможно контролировать объемы выбросов диоксина, которое должно быть не более 1-4 пг/кг. Таким образом, технология утилизации отходов пластмасс наиболее экологически эффективная по сравнению сжиганием их в МСЗ. 

Технология переработки в строительные изделия. Получение изделий на основе отходов пластмасс, являющихся связующим материалом, осуществляется горячим прессованием и основано на их способности, размягчаться при нагревании и затвердевать при охлаждении. Технологический процесс состоит из следующих стадий (рисунок 6): приемка сырья; подготовка мелкого заполнителя (песка); измельчение полимерных отходов; дозирование компонентов смеси и загрузка их в плавильно-нагревательный аппарат (АПН); приготовление пресс-массы в АПН; загрузка пресс-массы в пресс-форму; горячее прессование изделия; охлаждение под давлением; контроль и отбраковка изделий; упаковка и складирование.

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

 

 

 

 

1 – склад наполнителя (песка); 2 – ленточный транспортер; 3 – сушильная установка; 4 – вибросита; 5 – накопительный бункер; 6 – дробилка; 7 – экструдер; 8 – охлаждающая ванна; 9 – гранулятор; 10 – бункер отходов пластмасс; 11 – емкость для перемешивания смеси; 12 – шнековый смеситель; 13 – стол горячей смеси; 14 – пресс-установка; 15 – стол фиксации изделия

 

Рисунок 6 – Технологическая линия по производству полимерпесчаных композиций

 

В качестве сырьевых материалов для производства изделий применяются отходы пластмасс и мелкий заполнитель – песок. Сырье поступает на стадию их подготовки, где песок в сушильно-сеятельном агрегате высушивается с одновременным просеиванием через сито № 063. Прошедший через это сито песок направляется на расходный бункер. Отходы пластмасс перерабатываются в хлопья и гранулы.

После приготовления компонентов их направляют на стадию приготовления полимерпесчаной смеси, заключающейся в смешивании 70 % песка и 30 % полимера с добавлением красителя в количестве, необходимом для получения нужного цвета.

Пластик с песком тщательно перемешивается в емкости и загружается в бункер плавильно-нагревательного агрегата. По длине АПН разделен на три зоны с различным расположением нагревательных элементов, а также на валу в каждой зоне различное расположение перемещающихся лопаточек. Такое расположение позволяет получать быстрый нагрев в средней зоне.

Работа АПН заключается в следующем. Через двадцать минут после включения нагревательных аппаратов на АПН в зоне А температура достигает 100°С, а в зоне Б – 260-270 °С (в зоне В температура не измеряется). Затем включаем вращение вала АПН. Приготовленную смесь (песок, полимер, краситель) массой 80-90 кг засыпаем в бункер. При загрузке АПН температура в нем падает, тогда прогреваем смесь до показаний термометра в зоне Б до 200°С. При этом в зоне А температура достигнет 140-150 °С. При достижении указанных значений температуры перераспределяем смесь с зоны А, до тех пор пока температура в зонах А и Б не будут равны 200-210 °С. Смесь в таком случае становится пластичной и готовой к подаче в пресс-форму. В течение всего цикла работы загрузка смеси происходит прямопропорционально ее выгрузке. При этом следует учесть, что перегрев камеры более 260 °С приведет к нарушению структуры полимера, приводящее впоследствии к браку изделия.

Благодаря оригинальности вала АПН масса проходит по зонам с разной температурой (А и Б) при разной скорости, позволяющее получать за один проход массу нужной консистенции. Скорость вращения вала АПН - 18,5об/мин.

Необходимое количество пресс-массы для формовки в готовое изделие определяется конфигурацией и объемом последнего и взвешивается с помощью технических весов. Температура пресс-массы на выходе равна 190 °С, затем пресс-масса в количестве, необходимом для формовки, в частности полимерпесчаной черепицы (2,1 кг) загружается в пресс-форму, где происходит его формовка под  давлением пресса 120 кгс/см2 в течении 30 сек.

После процесса формовки готовое изделие размещается на столе, где происходит окончательное охлаждение и фиксация изделия. При необходимости производится очистка черепицы от облоя, после чего складываются по одному квадратному метру.  

Физико-механические свойства изделия. Полимерпесчаная черепица,

 изготовленная по технологии горячего прессования, составляет заметную конкуренцию сравнительно более хрупким, тяжелым и гидрофобным кровельным   материалам   из   керамики,  песчаного   бетона   и   металлопластика, которые к тому же существенно дороже, не говоря уже о значительно более дорогой керамике.

Полимерпесчаная черепица согласно ТУ 75 00 РК 38607673 ТОО-002-2005, разработанным ТОО «Адат ЛТД» совместно с ТОО НПК «Ниет» производится двух наименований и различной цветовой гаммы (рисунок. 7):

- черепица полимерпесчаная рядовая (ЧПП (р)) размерами 405х315х8 мм;

- черепица полимерпесчаная коньковая (ЧПП (к)) размерами 325х210х7 мм.

 

 

 

 


                      а)                б)             в)                г)              д)                   е)

а - «Романовская»; б – «Бобровый хвост»; в – «Коньковая»; г - «Ветровая»; д – «Мунк-мунн»; е – S-образная

Рисунок 7 – Полимерпесчаные черепицы

 

Полимерпесчаная черепица испытана в соответствии с требованиями ТУ 75 00 РК 38607673 ТОО-002-2003 с соблюдением всех нормативных требований к условиям проведения испытаний.

Готовая полимерпесчаная черепица имеет гладкую поверхность и правильные геометрические размеры и формы (таблица 2), а также внешний вид за счет технологии изготовления, т.е. горячего прессования.

 

Таблица 2 – Основные параметры и геометрические размеры черепицы

 

Габаритные размеры, мм

Размеры кроющие, мм

Масса одного изделия, кг

Число черепиц на 1 м2 кровли, шт.

Масса черепицы на 1 м2 кровли, кг

длина

ширина

толщина

длина

ширина

Черепица рядовая

401

313

8

355

292

2,026

9,5

19,247

Черепица коньковая

321

208-229

8

298

210-231

1,560

3,2

4,992

 

Предел прочности на растяжение при изгибе – основное физико-механическое свойство, от значения которого зависит их несущая способность, что определяет возможность монтажа и демонтажа, выдерживания снеговых и антропогенных нагрузок. Как показывают результаты испытаний, предел прочности на растяжение при изгибе полимерпесчаной черепицы составляет 520 кгс, значительно превышающее (в 3 раза) нормативные требования.

Водонепроницаемость полимерпесчаной черепицы особенно важна как кровельного материала, обеспечивающего сопротивление прониканию осадков

(дождь, снег и т.п.). По сравнению с керамической черепицей она водонепроницаема.

На рентгенограмме полимерпесчаной черепицы (рисунок 8) очень размыты полосы, свидетельствующие о наложении полос полимеров, песка и красителя. Однако, на кривой хорошо выявлены пики, характерные для песка при 70 % содержании в составе композита.

1)                                                                  2)

 

 

 

 

 


Рисунок 8 – Рентгенограммы полимерпесчаной черепицы: 1 - остаток на сите № 008; 2 - проба менее 0,08 мм

 

Анализ полученных данных методами РФА и ДТА свидетельствует о качественном составе полимерпесчаной черепицы, а также о сохранности свойств полимера, подтверждающийся эндо- и экзотермическими пиками на термограмме.

Следовательно, полимеры в виде отходов пластмасс обволакивают зерна песка, образуя тонкую пленку между ними и связывая их в композит, и придавая при этом прочность сцепления и однородность изделиям. 

Четвертый раздел посвящен оценке воздействия отходов пластмасс на окружающую среду, эколого-экономической эффективности их утилизации и оценке экологической опасности технологии по производству полимерпесчаной черепицы.

Экологическая характеристика. Пластмассы в виде отходов при естественных условиях разлагаются очень медленно, а при их сжигании происходит сильное загрязнение атмосферы чрезвычайно ядовитыми веществами как диоксины. Диоксины согласно Программе ООН по окружающей среде входят в группу стойких органических загрязнителей (СОЗ), поступающие в окружающую среду в основном при сжигании муниципальных отходов при производстве различных  хлорсодержащих  продуктов.   Под  термином   «диоксины»   понимают определенную группу химических соединений, включающую полихлорированные дибензо-n-диоксины (ПХДД) и дибензофураны (ПХДФ). Они являются представителями хлорированных циклических ароматических эфиров, структурная формула которых приведена на рисунке 9.

 

 

 

 


Рисунок 9 - Структурно-химическая формула диоксина

 

Диоксины устойчивы в окружающей среде, они обладают способностью к биоаккумуляции, концентрируясь в жировых тканях, и накапливаются в пищевой цепи. Они переносятся на значительные расстояния. В большинстве стран мира, в том числе и России, начаты работы по инвентаризации источников образования СОЗ и резкому ограничению их поступления в окружающую среду. Эмиссия диоксинов для различных отраслей и регионов колеблется в широких пределах (в 1998 году с учетом новых научных данных величина ДСД была снижена до 1-4 пг/кг массы тела человека), которые оказывают различные токсические эффекты воздействия.

Оценка ущерба. Отходы пластмасс в составе ТБО, образующиеся, в основном как результат антропогенного действия, т.е. отходы потребления, оказывают существенное отрицательное влияние на окружающую среду.

Установлено, что общий эколого-экономический ущерб, наносимый санкционированными и несанкционированными свалками ТБО, составляет 5,5млн.тг/год, а от загрязнения отходами пластмасс – 0,55 млн. тг/год.

Эколого-экономическая эффективность. Расчет экономической эффективности производства полимерпесчаной черепицы проводили в сравнении с металлочерепицей. Общая экономическая эффективность при производстве 10055 м2/год полимерпесчаной черепицы по сравнению с металлочерепицей и при применении в устройстве полимерпесчаного кровельного материала составит 3882794,3 тенге.

Особенности экологической классификации источников загрязнения технологии производства полимерпесчаной черепицы. Согласно с технологической схемы (рисунок 6) производства полимеропесчаной черепицы (ППЧ) процессами, сопровождающимися с эмиссией вредных загрязняющих веществ являются:

  экструзия, то есть гранулирование измельченных отходов пластмасс, проходящие зоны предварительного и основного нагрева; температура в экструзионной машине (экструдере) достигает 230 ºС;

– горячее смешивание композиционного состава в шнековом смесителе при температуре 200-210 ºС, куда смесь измельченного полимера с наполнителем (песком) в заданных соотношениях поступает после прохождения процесса холодного перемешивания в емкости;

– взвешивание готовой смеси, находящейся на столе горячей смеси,  температура которой равна 190 ºС;

– формование на пресс-установке, где температура горячей полимерпесчаной смеси составляет 100-150 ºС.

В соответствии с охраной труда над вышеуказанными стадиями технологического процесса, то есть оборудованиями установлены вытяжные устройства, соединенные между собой единой протяжно-вытяжной вентиляционной системой.

По результатам дифференциально-термического анализа отходов пластмасс установлено,    что    при    температурах    150-250 ºС    потеря    их    массы    не

наблюдаются, однако выявлены эмиссии ПХДД и ПХДФ, которые вытягиваются вентсистемой, впоследствии поступающие в атмосферу.

Установлено, что наибольший коэффициент токсичности (Г1) у источника – экструдера (0,6 пг/м3), наименьший у пресса – установки (0,3 пг/м3). А индекс суммарной токсичности (Г3) достигает 1,84 г/м3.

Установлено, что степень выделения этих органических загрязнителей в пределах вышеуказанных температур имеет определенную закономерность, т.е. с повышением температуры размягчения полимерных отходов концентрация выделяемых ПХДД и ПХДФ возрастает, следовательно, токсичность окружающей среды увеличивается. Определено, что максимальная концентрация СОЗ в рабочей зоне для экструдера составляет 0,3 пг/м3; шнекового смесителя – 0,27 пг/м3; стола горячей смеси – 0,2 пг/м3; пресс-установки – 0,15 пг/м3. 

На основании полученных результатов выведена линейная математическая зависимость между величиной температуры полимерпесчаной смеси и концентрацией выделяемых загрязнителей. Она характеризуется уравнением:

у = -0,14885 + 0,001943·x

где: у – концентрация СОЗ, пг/м3;

        x – температура смеси, ºС.

Согласно ОНД-86 установлены максимальная концентрация (Сmax) СОЗ в воздушном бассейне при производстве ППЧ мощностью 10055 м2 изделия в год, достигающая 1,2·10-9 мг/м3, а значение ПДВ при этом составляет 2,9·10-8 мг/м3.

Показано, что при работе предлагаемой технологии выделяется 151,2·10-8 т/год СОЗ, что эколого-экономический ущерб составляет 1748,9 тг/год при экономической эффективности технологии производства ППЧ 3,9 млн. тг/год. Для сравнения: эколого-экономический ущерб от работы существующих мусоросжигательных заводов составляет 175 млн. тг/год, при этом почти отсутствует экономическая эффективность сжигания отходов пластмасс.

 

Заключение

 

В диссертационной работе изложены новые научно обоснованные природоохранные ресурсосберегающие технологические решения, позволяющие снизить воздействие отходов пластмасс на окружающую среду путем использования их в производстве строительных материалов, применение которых обеспечит решение важных прикладных проблем геоэкологии и стройиндустрии.

Основные научные результаты, практические выводы и рекомендации, полученные лично автором при выполнении диссертационной работы следующие.

1 Установлена закономерность повышения доли отходов пластмасс в составе твердых бытовых отходов, вследствие расширения области их производства и применения, составляющее в настоящее время от 5 до 10 % от массы.

2 Методами рентгенофазового и дифференциально-термического анализа подтверждена сохранность первоначальных свойств отходов пластмасс, установлением фазовых превращений отходов пластмасс, как: окисление, кристаллизация, стеклование, плавление и др.

Получена математическая зависимость температуры плавления от скорости и конечной температуры нагрева в виде двухфакторного регрессионного уравнения.

3 При мониторинге объема накопления ТБО и их вещественного состава установлено, что в городе Алматы за сутки образуется более одной тысячи тонны ТБО, которые в основном складируются. Выявлено, что сортировка ТБО на месте их сбора позволяет сократить объем вывозимых на полигоны отходов на 40 % по массе и в 3-4 раза по объему, следовательно, и площади отчуждаемых земель под них.

4 Разработана и внедрена ресурсосберегающая технология утилизации отходов пластмасс в производство полимерного композиционного материала – полимерпесчаной черепицы с экономическим эффектом 3883 тыс. тенге.

5 Полученное изделие отличается высокими физико-механическими свойствами: предел прочности на растяжение при изгибе – 540 кгс, водопоглощение - 0,02 % и следовательно водонепроницаемая, морозостойкость более 200 циклов попеременного замораживания и оттаивания, свидетельствующее о высокой долговечности.

6 Отходы пластмасс в составе ТБО оказывают значительную нагрузку на окружающую среду, при этом нарушаются естественный влаго- и воздухообмен почвы. Эколого-экономический ущерб, наносимый отходами пластмасс на санкционированных полигонах составляет – 0,55 млн. тенге, а в несанкционированных – 1,697 млн. тенге.

7 Установлены, что при температурах 150-250 ºС потеря массы полимерных отходов не наблюдается; при производстве ППЧ в технологических процессах имеются четыре источника загрязнителей окружающей среды, это – экструдер, шнековый смеситель, стол для приема горячей смеси и пресс-установка; коэффициент токсичности (Г1) работы экструдера достигает 0,6 пг/м3, шнекового смесителя – 0,54 пг/м3, стола для горячей смеси – 0,4 пг/м3, пресс-установки – 0,3 пг/м3, а индекс суммарной токсичности (Г3) составляет 1,84 пг/м3. Напомним, что числовое значение Г3 нефтеперерабатывающего завода колеблется в пределах 225-33039 (т·м3/год·мг), а Г1=52606-1732500 (т·м3/год·мг); максимальная концентрация (Сmax) диоксина при производстве 10055 м2 ППЧ в год достигает 1,2·10-9 мг/м3, ПДВ=2,9·10-8 мг/м3; эколого-экономический ущерб, причиняемый воздушному бассейну, от цеха мощностью 10055 м2 изделия в год достигает 1748,9 тг/год, а при обжиге 65000 кг полимерных отходов в обжигательных печах при температуре 1250 ºС составляет 175 млн. т/год.

Оценка полноты решения поставленных задач. В работе поставлены и полностью решены:

- негативное влияние отходов пластмасс на окружающую среду и в связи с

этим необходимость принятия их утилизации;

- разработана технология производства на основе отходов пластмасс.

Разработка рекомендаций и исходных данных по конкретному использованию результатов. Разработанная технология позволяет выпускать различные строительные изделия для кровли зданий, дорог и др. на основе отходов пластмасс полученные результаты, рекомендуются специалистами стройиндустрии и строительства, а также экологического проектирования и экспертизы.

Оценка технико-экономической эффективности. Разработанные рекомендации по применению отходов пластмасс использованы при производстве строительных изделий ТОО «ЦентрСерВТех» (г. Алматы) с ожидаемым экономическим эффектом  3335846,8 тг/год.

Оценка научного уровня выполненной работы в сравнении с лучшими достижениями в этой области. Проведенный анализ показал, что экологическая оценка негативного влияния отходов пластмасс и разработка природоохранной технологии производства строительных изделий на основе этих техногенных материалов соответствуют современному научно-техническому и научно-технологическому уровню.

 

Список опубликованных работ по теме диссертации

 

1 Естемесов З. А., Еркебаева Б. У. Влияние диоксинов на состояние здоровья населения //Региональный вестник Востока. –Усть-Каменогорск, № 4, 2005. – С. 59-62

2 Естемесов З. А., Еркебаева Б. У. Основы технологии полимерных композиционных материалов //Комплексное использование минерального сырья. –Алматы, № 6, 2005. –С. 74-78

3 Естемесов З. А., Еркебаева Б. У. Воздействие отходов пластмасс на окружающую среду //Промышленность Казахстана. –Алматы, № 3(36), 2006. – С. 64-66

4 Естемесов З. А., Еркебаева Б. У. Особенности полимерных композиционных материалов //Промышленность Казахстана. –Алматы, № 1(34), 2006. –С.46-47

5 Естемесов З. А., Еркебаева Б. У. Исследование термических превращений при нагревании отходов пластмасс//Комплексное использование минерального сырья. -Алматы, № 1, 2006. –С. 83-86

6 Естемесов З. А., Еркебаева Б. У. Влияние наполнителя на свойства полимерных композиционных материалов //Вестник КазГАСА. –Алматы, 2006, № 1(19). –С. 88-94

7 Унаспеков Б. А., Еркебаева Б. У. Оценка эколого-экономического ущерба от воздействия отходов пластмасс на окружающую среду // Промышленность Казахстана. –Алматы, № 5(38), 2006. – С. 80-82

8 Естемесов З. А., Еркебаева Б. У. Диоксины – токсичные вещества,

загрязняющие атмосферу //Труды седьмой международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы безопасности жизнедеятельности». –Алматы, 2005. – С. 328-331

9 Естемесов З. А., Еркебаева Б. У. Влияние отходов пластмасс на экосистему //Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 25-летию КазГАСА «Региональные проблемы безопасности жизнедеятельности». –Алматы, 2005. –С. 174-178

10 Естемесов З. А., Еркебаева Б. У. Исследования теплофизических свойств отходов пластмасс. Утилизации //Материалы международной научно-практической конференции, посвященной 25-летию КазГАСА «Современные строительные материалы, технологии и методы проектирования». – Алматы, 2005. –С. 160-163

11 Естемесов З. А., Еркебаева Б. У. Пути утилизации отходов пластических масс //Сборник докладов региональной научно-практической конференции, посвященной    10-летию     Конституции     Республики    Казахстан     «10-летие Конституции: перспективы социально-политического и промышленного развития независимого Казахстана». – Рудный, 2005. – С. 371-374

12 Естемесов З. А., Еркебаева Б. У. Снижение экологической нагрузки отходов пластмасс путем их утилизации //Материалы международной научно-практической конференции «Научно-теоретические и практические аспекты охраны окружающей среды: проблемы, стратегия и перспективы использования природных ресурсов». –Тараз, 2006. – С.241-243

13 ТУ 75 00 РК 38607673 ТОО-002-2004 «Черепица полимерпесчаная. Технические условия», Алматы, 2004

 

Авторские свидетельства:

14 Предварительный патент Республики Казахстан № 14805. Сырьевая смесь для изготовления легкого бетона /Еркебаева Б. У., Алтаева З. Н., Естемесов З. А., Шаяхметов Г. З., 30.06.2004

15 Предварительный патент Республики Казахстан Сырьевая смесь для изготовления полимерпесчаной черепицы /Естемесов З. А., Еркебаева Б. У., 2006

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Түйін

 

Еркебаева Бақыткүл Өміртайқызы

 

«Пластмасс қалдықтары негізіндегі табиғатты қорғау технологиясын жасау»

 

25.00.36 - Геоэкология

05.23.05 - Құрылыс материалдары мен бұйымдары

 

Зерттеу объектісі. Қатты тұрмыстық қалдықтардағы пластмасс қалдықтары.

Жұмыстың мақсаты. Пластмасс қалдықтарымен қоршаған ортаны антропогенді ластауын төмендету және олардан тиімді құрылыс бұйымдарын алу үшін ғылыми негізделген пайдаға асыру технологиясын жасау.

Зерттеу әдістері. Пластмасс қалдықтарының қазіргі заманғы жағдайы және қоршаған ортаға зиянды әсерін бағалау экологиялық, физика-химиялық және физика-механикалық эксперименталды зерттеу әдістерін қолдану және мағлұматтарды математикалық өңдеу; қоршаған ортаға пластмасс қалдықтарымен тигізетін экологиялық-экономикалық шығынды бағалау; құрылыс бұйымдарын өндіру үшін пластмасс қалдықтарын әуестендірудің технико-экономикалық анализінен тұрады.

Жұмыс нәтижесі. Экологиялық бағалау арқылы қоршаған ортаға (гидро-, лито- және атмосфераға) қатты тұрмыстық қалдықтар құрамындағы пластмасс қалдықтарының антропогенді әсері анықталған. Пластмасс қалдықтарымен қоршаған ортаға тигізетін экологиялық-экономикалық шығыны жылына 0,55 млн. теңгені құрайды.  

Қазіргі уақыттағы пластмасс қалдықтарын пайдаға асыру әдістері анализденген, олар қатты тұрмыстық қалдықтар полигонында үйіп қою, сыпырынды жағатын зауытта өртеп жіберу және екінші дәрежелі қалдық ретінде өңдеуден кейін пайдаға асыру.

Қоршаған ортаға антропогенді әсерін төмендетуге мүмкіндік туғызатын, қатты тұрмыстық қалдықтар сақтау алаңдарын азайтатын, ауа бассейнін жақсартатын және ауыл шаруашылығы пайдалынатын жерлерді босататын пластмасс қалдықтарын қолдана отырып, полимерқұмды бұйымдар өндірісінің жаңа технологиясы ұсынылған. Пластмасс қалдықтары, құм және бояғыш заттарының қоспасын ыстық престеу технологиясы арқылы алдын ала берілген физика-механикалық және эксплуатациялық қасиеттерімен керекті бұйымдарын алуға болады.

Қыздыру жылдамдығын жоғарылатқанда балқу температурасы мен процестің ұзақтылығы төмендейтін математикалық түзу теңдеуімен көрсететін пластмассаның балқу шыңының қыздыру температурасы және оның жоғарылау жылдамдығынан тәуелділігі анықталған.

Өндіріске қайта енгізуге мүмкіндік беретін пайдаға асыру нәтижесіндегі

дайын  бұйымдағы  пластмасса  өзінің бастапқы  қасиеттерін   сақтайтыны  физика-химиялық зерттеу әдістерімен айқындалды.

Ыстық престеу жағдайында пластмасса бөлшектері жұмсарып, бірыңғай үздіксіз пленкаларға созылады, оның нәтижесінде соңғылары құм және бояғыш зат бөлшектерін қоршайды, ол қалыпты жағдайда композиттерге тән емес.

Физика механикалық қасиеттері жақсартылған тиімді құрылыс бұйымы, яғни иілуге төзімділігі 520 кгс, су өткізбейтін, суыққа шыдамдылығы жоғары (200 ауысымды-мұздату еріту циклден жоғары), сыртқы көрінісі сапалы және геометрилық өлшемдері бойынша дәлірек полимерқұмды жабынды алынды.

2005 жылы енгізілген полимерқұмды жабындыға техникалық шарт ТШ 75 00 ҚР 38607673 ЖШС-002-2004 «ТШ. Полимерқұмды жабынд» түрінде нормативті база жасалған.

Негізгі құрылымның технологиялық және өндірісте пайдалынуының  сипаттамалары. Пластмасс қалдықтары құрылыс бұйымдары өндірісінде екінші дәрежелі шикізат ретінде қолданылған. «ЦентрСерВТех» ЖШС полимерқұмды жабынды бұйымдарының тәжірибе-өндірістік партиялары шығарылған, олар жеке және көп этажды тұрғын-үй комплекстерінде жабыну материалы ретінде қолданылды. 

Пластмасс қалдықтары құрылыс бұйымдары техникалық шарттың талаптарына сәйкес келеді.

Қолдану саласы. Жұмыс қорытындылары пластмасс қалдықтарының қоршаған ортаға тигізетін экологиялық экономикалық шығынын бағалауда және оның негізіндегі құрылыс бұйымдары өндірісінде қолдануға ұсынылады.

Жұмыстың экономикалық тиімділігі. Пластмасс қалдықтары негізіндегі полимерқұмды жабынды бұйымын өндірі және оны жабынды материалы ретінде қолданудың экономикалық тиімділігі жылына 3882794,3 теңге.

Осы облыстағы жоғары жетістіктермен салыстырғандағы жүргізілген жұмыстың ғылыми деңгейі. Жүргізілген анализ пластмасс қалдықтарының кері әсерін экологиялық бағалау және осы техногенді материалдар негізінде құрылыс бұйымдарын өндіруге табиғатты қорғау технологиясын жасау қазіргі заманғы ғылыми-техникалық және ғылыми-технологиялық деңгейіне сай екенін көрсетті.

   

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

SUMMARY

 

Yerkebayeva Bakytkul Umirtayevna

 

Making natureprotection technology of materials jn basics of plastics wastes

 

25.00.36 – Geoecology

05.23.05 – Building materials and products

 

 

Object of research. Waste of plastic of a firm domestic waste.

Purpose of activity. A decrease of an anthropogenic pollution of the environment by plastic waste and mining scientifically - is justified technologies of their salvaging with obtaining of effective building items.

The method of testings actuate the analysis of state of the art and estimation of an ill effect of waste of plastic on environment with application of ecological, physico-chemical and physical-mechanical methods of experimental researches and mathematical data processing, estimations of ecology-economical damage caused waste of plastic to environment; the technological analysis of entrainment of plastic waste for effecting building items.

Results of researches. The anthropogenic effect of waste of plastic in a structure of a firm domestic waste on environment (gidry-, lito- and atmosphere) is determined by their ecological estimation. The ecology-economical damage plotted to environment by waste of plastic makes 0,55 million tenger.

The processes of formation of waste of plastic in a structure of a firm domestic waste and analysis of technologies on their salvaging, this warehousing on polygons of a firm domestic waste, incineration in rabbishburning plants and salvaging after processing are studied as secondary raw.

The new "know-how" polymersand of items with application of waste of plastic contributing to a decrease of anthropogenic environmental impact, reduction of the areas of storage solid life wastes (SLW), environmental sanitation of air basin and liberation of energy of grounds for farmland encompassing by volume is offered that by an elevated-temperature compaction of mixture from waste of plastic, sand and stains receive demanded items with given physical-mechanical and service properties.

The relation of thermal behaviors of plastic waste to a rate of climb of temperature and feature of frame of items with application of an annealing heat treatment is established, which one for the first time can be utilised in the technological solutions on their salvaging.

By outcomes of physico-chemical methods of the analysis is affirmed, that the plastic in a finished product as a result of their salvaging save the initial properties enabling their repeated entrainment in effecting.

Is established, that in conditions of an elevated-temperature compaction of a fragment are emolliated with the subsequent stretching on a solid continuous film, as

a result of which one last envelop fragments of sand and stain, whereas it is not characteristic for aggregates in a usual terms.

The tile from waste of the plastic described by improved physical-mechanical properties is obtained polymersand: tensile strength under bending - 520 kgf; by high water tightness; by frost hardiness (more than 200 cycles of alternate freezing and straight thawing) qualitative exterior and more precise geometrical sizes.

The normative base by the way of technical conditions of the technical specifications TS 75 00 RК 38607673 GLR-002-2004 «A tile polymersand is designed. The technical specifications», gated in operating since 2005.

Main constructive, technical-explotation characteristics. The waste of plastic were used by effecting polymersand of a tile as secondary raw. In GLRCenterSerVТech" the trial crew polymersand of a tile is exhausted, which one were applied as a roofing stuff in individual and multi-storey habitation complexes.

 Polymersand the tile on the basis of waste of plastic conforms the requirements of the technical conditions of the technical specifications 75 00 RК 38607673 GLR-002-2004.

Field of application. The outcomes of activity can be utilised in an estimation of ecology-economical damage plotted of environment by waste of plastic and by effecting on their basis of building items.

Economical effectiveness. The economic efficiency of effecting and application polymersand of a roofing stuff has compounded 3882794,3 tenger.

Estimation of a scientific level of executed activity in matching with the best achievements in this area. The conducted analysis has shown, that an ecological estimation of negative influencing of wastes of plastic and development of the nature protection technology of building materials on the basis of these technogenic materials correspond to a modern technological and scientific - technological level.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подписано в печать 28.09.2007 г.

Формат издания 60х84 1/16 объем 31 стр.

Тираж 100 экз.

Отпечатано в ТОО «ЦеЛСИМ»

Тел.: 8 (727) 253-02-10

 

 

 

Вы 20326950-й посетитель.
Powered by Drupal
Copyright © KazNRTU, 2007-2016