Топливные брикеты из макулатуры

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Гонтарь Д.Д. 1

---

1СОШ № 1 г. Белоярский

Штрек И.А. 1

---

1СОШ № 1 г. Белоярский

Работа в формате PDF

1.9 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Несмотря на электронную революцию, повсеместное использование цифровых носителей информации и виртуальной коммуникации, спрос на бумагу не уменьшился. Использование бумаги в школах актуально до сих пор (карточки для учащихся, бланки ответов, тесты, тетради и прочее). Какая-то часть используется вторично – в качестве черновиков, а какая-то выбрасывается – документы, содержащие личную информацию.

Бумажный мусор составляет 40% отходов, образующихся в результате жизнедеятельности человека. В основном, они вывозятся на свалки.

В свете глобальной борьбы за экологию и оптимизацию производственных процессов – изготовление различных товаров из отходов становится актуальным занятием. Одним из таких эко-направлений по праву считается производство топливных брикетов.

Проблема: нахождение способа переработки макулатуры, которая остается после использования в СОШ № 1 г. Белоярский

Цель: изготовление топливных брикетов из макулатуры

Задачи:

Изучить нормативные документы по обращению с ТКО (отходы упаковочных материалов из бумаги и картона) в г. Белоярский;

Изучить опыт переработки бумаги;

Подготовить все необходимое для изготовления топливных брикетов из макулатуры;

Изготовить топливные брикеты из макулатуры СОШ № 1 г. Белоярский и провести их испытание.

Методы:

Изучение и анализ литературы и официальных документов по данной проблеме;

Проведение опроса;

Обработка и анализ полученных данных;

Изготовление и испытание брикетов.

Макулатура и класс опасности

Макулатура – это отходы картонно-бумажной продукции, которая была в употреблении или является браком производства. К ней относятся обрезки, срывы картона и бумаги, использование картонные коробки, журналы, книги, архивные материалы и другое.

Обычно считается, что макулатура не несет вреда природе и здоровью человека. Но макулатуре присвоен IV и V классы опасности. Класс опасности зависит от краски, которая использовалась для печати на бумаге или картоне, состав бумажных изделий: целлюлоза, древесная масса, клеящие и ламинирующие средства, наполнители, санитарных норм, в которых находились картонно-бумажные отходы (таблица 1).

Таблица 1 – Характеристика класса опасности бумаги

В г. Белоярский не везде есть оборудованные контейнеры для сборки макулатуры. Чаще всего бумажные отходы выбрасывают в общие баки или же складируют на площадке мусоросборника (рис.1).

Рис.1. Контейнеры, площадка, урна для сбора мусора

Также в городе нет пункта сбора макулатуры, бумага вывозится на полигон ТБО (рис.2), где она гниет долгие месяцы, а соответственно — загрязняет окружающую среду, ведь в процессе разложения выделяется метан. Токсичность этого газа в 25 раз выше СО₂.

Рис. 2. Полигон ТБО, расположенный в г. Белоярске, ХМАО-Югре, РФ

Проблема переработки макулатуры состоит не только в отсутствии и дальности перерабатывающих предприятий, но и в отсутствии дифференцировки мусора населением. Мною было проведено анонимное онлайн голосование, в котором необходимо было ответить на вопрос «Разделяете ли Вы дома мусор?» Результаты представлены на диаграмме 1.

Диаграмма 1. Результаты анкетирования

Из диаграммы видно, что большая часть респондентов не сортирует мусор.

Проблема переработки бумаги в России

Вопросы переработки отходов в России до сих пор стоят очень остро. Несмотря на то, что уже действуют десятки заводов по переработке б/у продуктов, их по-прежнему остается слишком мало. Основная проблема в том, что для многих предпринимателей эта деятельность считается невыгодной. Хотя та же бумага, как и пластик во многих случаях предполагает возможность переработки во вторичное сырье для его последующей продажи и использования (рис. 3).

Рис.3. Центры приема и переработки вторсырья в России

Вопросами растущего количества отходов сейчас озадачены многие страны, и Россия не стала исключением. По последним исследованиям видно, что сейчас объем образования твердого мусора составляет более 400 кг, на 1 жителя планеты за 1 год. Это очень много. Примечательно, что примерно 35% от этого объема составляет бумага и ее производные (макулатура) и только около 30% - остатки продуктов питания.

Деятельность мусороперерабатывающих предприятий сейчас забирает лишь 5% макулатуры от этого объема. Вся остальная продукция долго и упорно гниет на полигонах ТБО.

Сейчас в России используются 3 стадии переработки этого сырья для вторичного использования:

первичная обработка и очистка - здесь разные виды макулатуры преобразовываются в целлюлозу;

вторичная обработка уже полученной массы - делает ее более качественной и пригодной для изготовления полноценной бумаги, немного грубой, но при этом качественной фактуры;

отдельным этапом выделяют переработку картона, в том числе ламинированного, для его преобразования во вторсырье требуется больше технических возможностей, процедур и времени.

Основной проблемой для нашей переработки бумаги и ее производных заключается в отсутствии правил и культуры у населения отдельного сбора ТБО. Чаще все отходы дома складываются в одно ведро, и, как следствие, бумагу из них выбирать либо некому, либо не имеется смысла, поскольку она безнадежно испорчена.

Топливные брикеты (евродрова) и их классификация

Прессованные брикеты (евродрова) быстро набирают популярность среди владельцев загородных домов, дач, коттеджей. Новый экологически чистый вид топлива не требует, в отличие от обычных дров, колки, отличается длительностью горения. Он без едкого запаха, образования пыли, дыма и золы.

Евродрова представляют собой небольшие бруски, состоящие из спрессованных под большим давлением сухих измельченных отходов: древесной стружки, шлифовальной пыли, опилок, сосновых игл, торфа, шелухи, соломы (и прочих отходов сельскохозяйственного производства). Основное преимущество заключается в использовании исключительно натурального сырья. Никаких формальдегидов, смол, клеев и прочих химических веществ в качестве связующих не применяется. В процессе брикетирования скрепление частиц сырья друг с другом происходит за счет лигнина – вещества, которое содержится в самой древесине и выделяется во время технологического процесса.

Существуют несколько названий брикетов: Руф, Пиникей, пеллеты и другие [5], [6] (таблица 2).

Таблица 2 – Характеристика топливных брикетов

В нашем городе не производят топливные брикеты, они бывают доступны в продаже. Из-за отсутствия навигации данный товар привозят в район редко, поэтому жители в качестве топлива использую дрова или валежник.

Изготовление топливных брикетов из макулатуры

Брикеты – это хорошая альтернатива дровам и при их нехватке они могут помочь отопить помещение. К тому же сделать их можно и самому, поскольку для производства не потребуются особые материалы (таблица 1) (приложение 1).

Таблица 3 – Этапы работы

При сравнении брикетов и дров мы проверили следующие параметры: быстроту сгорания, количество теплоты, удельную теплоты сгорания, зольность.

Оборудование для проведения эксперимента: мерный цилиндр, химический стакан на 150 мл, спички, вода, спиртовой термометр, электронные весы, металлическая пластина, дрова (сосновые), брикеты из бумаги.

Эксперимент был проведен не в идеальных условиях, а приближенных к бытовым (температурные условия среды, ветер, влажность), поэтому результаты не соответствуют табличным значениям. Мы взяли два одинаковых стакана с водой и нагрели их до кипения. Погодные условия:

Т = -10 °С, ощущается – 14 °С, влажность – 85%, ветер легкий 2 м/с, юго-западный. Произвели расчеты количества полученной теплоты водой, быстроту сгорания топлива, удельную теплоту сгорания, измерили массу оставшейся золы и другие показатели, которые представлены в таблице 4.

Таблица 4

Расчеты по проведенным экспериментам

С (H₂O) = 4200 Дж/(кг°С)

V (H₂O) = 100 мл = 0,1 л

Плотность брикета:

V= πr²h.

V₁ = 3,14*2,5²*12 = 235,5 см³

ρ ₁ = 91/235,5 = 0,39 г/см³

V₂ = 3,14*2,5²*13 = 255,125 см³

ρ ₂ = 103,25/255,125 = 0,40 г/см³

V₃ = 3,14*2,5²*13 = 255,125 см³

ρ ₃ = 105,4/255,125 = 0,41 г/см³

Плотность дров:

V= разность объема воды после погружение и до погружения древесной массы.

V= 5-3,6 = 1,4 мл

ρ ₁ = 91/1,4 = 65 г/мл

ρ ₂ = 103,25/1,4 = 74 г/мл

ρ₃ = 105,4/1,4 = 75 г/мл

Количество полученной теплоты водой (пренебрегая нагреванием стакана)

Q = C_(H2O)*m_(H2O)* Δt

Q ₁ (дров) = 4200Дж/кг°С*0,1 кг*84 °С = 35280 Дж

Q ₂ (дров) = 4200Дж/кг°С*0,1 кг*90,5 °С = 38010 Дж

Q ₃ (дров) = 4200Дж/кг°С*0,1 кг*86 °С = 36120 Дж

Q _ср (дров) = 36470 Дж

Q ₁ (брикет) = 4200Дж/кг°С*0,1 кг*82 °С = 34440 Дж

Q ₂ (брикет) = 4200Дж/кг°С*0,1 кг*82 °С = 34440 Дж

Q ₃ (брикет) = 4200Дж/кг°С*0,1 кг*83 °С = 34860 Дж

Q _ср (брикет) = 34580 Дж

Таким образом, количество полученной теплоты водой будет выше при сгорании дров, чем брикета (на 1890 Дж).

Быстрота сгорания = Q/τ

Q ₁ (дров) = 35280 Дж/1232,4 с = 28,6 Дж/с

Q ₂ (дров) = 38010 Дж/1449,6 с = 26,2 Дж/с

Q ₃ (дров) = 36120 Дж/1519,2 с = 23,8 Дж/с

Q _ср (дров) = 26,2 Дж/с

Q ₁ (брикет) = 34440 Дж/3240 с = 10,6 Дж/с

Q ₂ (брикет) = 34440 Дж/3780 с = 9,11 Дж/с

Q ₃ (брикет) = 34860 Дж/4020 с = 8,7 Дж/с

Q _ср (брикет) = 9,47 Дж/с

Таким образом, дрова горят быстрее и выделяют больше энергии, чем брикеты. Значит, чтобы время горения дров и брикетов было одинаковым, необходимо дров больше.

Удельная теплота сгорания q = C_(H2O)*m_(H2O)* Δt / m_т

q ₁ (брикет) = 4200 Дж/кг°С *0,1 кг*82°С /0,017 кг =2025882,4 Дж = 2,03 МДж/кг

q ₂ (брикет) = 4200 Дж/кг°С *0,1 кг*82°С /0,02385 кг =1444025,2 Дж = 1,4 МДж/кг

q ₃ (брикет) = 4200 Дж/кг°С *0,1 кг*83°С /0,0213 кг =1636619,7 Дж = 1,6 МДж/кг

q _ср (брикет) = 1,68 МДж/кг

q ₁ (дров) = 4200 Дж/кг°С *0,1 кг*84°С /0,0346 кг =1019653,2 Дж = 1,02 МДж/кг

q ₂ (дров) = 4200 Дж/кг°С *0,1 кг*90,5°С /0,01565 кг =2428754 Дж = 2,4 МДж/кг

q ₃ (дров) = 4200 Дж/кг°С *0,1 кг*86°С /0,01853 кг =1949271,5 Дж = 1,95 МДж/кг

q _ср (дров) = 1,79 МДж/кг

Таким образом, при сгорании дров тепла выделяется больше на 0,11 МДж/кг, чем при сгорании топливного брикета из бумаги.

Итак, при расчетах наблюдается погрешность, так как не вся теплота шла на нагревание воды в химическом стакане, часть теплоты выделялось в окружающую среду (металлическую платину, снег под пластиной, воздух).

Было проведено три пробы, которые показали, что топливные брикеты и макулатуры горят дольше (~3%), выделяют меньше копоти и оставляют после себя меньше золы, при хранении более компактные. В остальных показателях брикеты уступают дровам.

Заключение

Евробрикеты – один из наиболее экологичных и эффективных видов топлива. Спрос на эту продукцию постоянно увеличивается. Его популярность обусловлена безопасностью, компактностью, а также удобством в хранении и легкостью в транспортировке.

Благодаря своей универсальности этот вид топлива может использоваться в различных сферах: в котельных; для отопления жилых домов, бань, саун, теплиц и многих других объектов.

Преимущества топливных брикетов:

Выделение небольшого количества копоти и дыма, зольность евродров не превышает 1,5 %.

Длительность горения брикетов в три раза больше, чем у обычных дров, благодаря чему их не нужно часто загружать в печь.

Компактность и легкость в транспортировке.

В процессе горения экологичное топливо не выделяет копоти.

Одно из решений снижения количества отходов из бумаги на территориях, которых отсутствуют перерабатывающие предприятия

Список литературы:

https://makulatur.ru/stati/mirovoj-opyit-pererabotki-bumagi-v-kakix-stranax-primenyayutsya-luchshie-praktiki

http://peresval.ru/story/content/4160-zarubezhnyi-opyt-v-pererabotke-makulatury.html

https://mirvtor.ru/news/kakoy-klass-opasnosti-imeet-makulatura-/

https://onlineecology.com/org/oao-yukek-beloyarski

https://o-kamen.com/article/toplivnye-brikety-chto-eto/

https://beloyarskij.planeta-drov.ru/toplivnye-brikety

https://7dach.ru/Sovetyprofessionalov/kak-sdelat-toplivnye-brikety-iz-makulatury-264656.html

https://househill.ru/kommunikacii/otoplenie/element/toplivnyj-briket-svoimi-rukami.html

http://www.admbel.ru/area/gkh/tko/poryadok/

Приложение 1

Проведение эксперимента