На водоочистных сооружениях России применяют различные химические реагенты и фильтрующие компоненты, такие как уголь и песок. В процессе эксплуатации станций накапливается отработанный осадок, который традиционно хранится на полигонах. Годовой объем даже от одного города может превышать 3 000 тонн. Сегодня научное сообщество ищет решения для его эффективной утилизации, в том числе с помощью извлечения из техногенного сырья ценных компонентов для промышленного использования. Ученые Пермского Политеха исследовали перспективность реализации водоочистных отходов в строительной отрасли, а именно в производстве керамических кирпичей. Выявленные свойства осадков и параметры их переработки обеспечат получение качественного продукта и расширят возможности применения многотоннажных отходов.

Статья с результатами опубликована в сборнике «Инновации в строительстве. Технологии КНАУФ», 2024 год. Исследование проведено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».

Сейчас активно исследуют прогрессивные методы утилизации водоочистного осадка, когда из техногенного сырья извлекают компоненты, полезные для химического, металлургического и других производств. Однако наибольшее распространение его использование получило в сфере строительства при получении вяжущих веществ, пористых заполнителей и керамических материалов.

Такие отходы могут применяться в качестве модификатора для производства кирпичей. При этом предлагаемые в настоящее время методы его получения и введения в керамический состав имеют свои недостатки, например, итоговый продукт не всегда соответствует требуемой прочности и морозостойкости. Также использовать сырье в исходном состоянии трудно из-за его значительной влажности – более 45-60%. Для качественной переработки в новый материал необходимо добавлять различные технологии уплотнения, кондиционирования и механического обезвоживания.

Ученые Пермского Политеха изучили особенности применения угольного отхода и осадка, образованных от крупного водопроводного очистного сооружения, и выявили оптимальные параметры их введения и обжига в составе керамической массы.

Из-за обработки воды химическими реагентами образуется осадок, состоящий из растворимого в воде сернокислого алюминия, малого количества сульфата железа и других соединений. Он представляет собой тонкозернистую смесь, а его элементный состав схож с глинистым сырьем, что позволяет рассматривать его в качестве модификатора глиняной массы для производства керамических изделий. Угольный отход – это похожая на песок черного цвета рассыпчатая сухая смесь, в состав которой входит преимущественно углерод и сульфат натрия.

– Чтобы оценить, как оба вида отхода станции водоподготовки влияют на свойства глинистого сырья, мы подготовили составы, у которых определяли одни из важнейших показателей: плотность, пластичность и формовочную влажность. От них в дальнейшем зависит прочность, морозо- и трещиностойкость готового продукта. Также исследовали их наиболее оптимальное содержание в составе керамической массы: осадка в количестве 10, 20 и 30%, угольного отхода – 10,15 и 20%, а температуру обжига – 950, 1000 и 1050°С, – рассказывает Виталий Шаманов, доцент кафедры «Строительный инжиниринг и материаловедение», и.о. декана строительного факультета ПНИПУ, кандидат технических наук.

Политехники отмечают, что по сравнению с бездобавочным составом у керамической массы с содержанием 20% осадка на 71% увеличивается показатель пластичности, что указывает на большую функциональность изучаемого отхода в промышленности.

– Результаты экспериментов показали, что введение в состав угольного отхода свыше 20% и осадка свыше 30% нерационально из-за значительного ухудшения формовочных свойств. Введение же отходов 14,2 % и 15% соответственно при температуре обжига в 1050°С позволяет получить изделия с нужными показателями плотности и уровнем водопоглощения, – объясняет Виталий Шаманов.

Исследование ученых Пермского Политеха показало, что совместное введение отходов водоочистных сооружений в состав глиняной массы позволит комплексно улучшить физические свойства керамических кирпичей. Реализация полученных результатов при переработке осадков повысит перспективность их вторичного использования в строительной отрасли.