Утилизация железнодорожных шпал

 

Куцевич Дарья Геннадьевна, учащаяся,

Пашель Анна Сергеевна, учащаяся

Кулицкая Кристина Игоревна, руководитель практики

Брестский колледж – филиал учреждения образования «Белорусский государственный университет транспорта» (Беларусь, Брест)

 

Человек, конечно, хозяин природы, но не в смысле ее эксплуататора, а как ее понимающий и несущий нравственную ответственность за сохранение и совершенствование в ней (а, следовательно, и в себе) всего живого и прекрасного.

А.С. Арсеньев

 

Без воды человек может выдержать несколько дней, без еды даже месяц, а без воздуха – всего лишь несколько минут. Примерно 92 процента населения планеты проживает в местах, где уровень загрязнения воздуха превышает нормы. От последствий загрязнения каждый год умирают семь миллионов человек. При этом треть стран мира не имеют никаких нормативных актов, определяющих стандарты качества воздуха. Железнодорожный транспорт, осуществляющий массовые перевозки грузов и пассажиров, признан одним из наиболее экологически чистых видов транспорта в транспортном комплексе мира и отдельных стран. Но даже при этом значительный объем работы железнодорожного транспорта по перевозке грузов и пассажиров связан с большим потреблением природных ресурсов и соответственно с выбросами загрязняющих выбросов в атмосферу, литосферу, гидросферу и биосферу при строительстве и эксплуатации железных дорог. Не малый вред воздуху наносят железнодорожные шпалы.Казалось бы, эти лежащие под рельсами бруски, – ничем особенно не примечательный элемент верхнего строения пути. Но ведь именно они составляют настоящий хребет железнодорожной дороги[1, 2].

Ежегодно десятки тысяч шпал изготавливаются и распространяются по стране, чтобы удовлетворить потребности отрасли для строительства новых, модернизации и ремонта уже введённых в эксплуатацию путей.

На самом раннем этапе развития железных дорог дерево было доминирующим материалом, используемым при изготовлении шпал. В течение 20-го века начинают использоваться новые материалы в ответ на необходимость восприятия повышенных осевых нагрузок и высоких скоростей. Вследствие этого возникает вопрос: как происходит процесс утилизации железнодорожных шпал [3]?

 Гниение на полигонах негативно влияет на состояние природных ресурсов страны, поэтому несет опасность для экологии и нуждается в решении проблемы[4].

На сегодняшний день существует 5 основных видов материалов, из которых могут изготавливаться железнодорожные шпалы:

· каменные (относится к редким);

· деревянные (часто встречаемые на территории Республики Беларусь);

· железобетонные (приоритетно используемые для создания веток городского транспорта – метро, трамвай);

· пластиковые (этот вид эксплуатируется пока только в Японии);

· стальные (встречаются на ветках железной дороги Калининградской области) [5].

Железобетонные шпалы в меньшей степени влияют на состояние экологии и не возникает проблем для их переработки, поэтому рассмотрим деревянные железнодорожные шпалы [6].

Может показаться, что угроза для окружающей среды и людей минимальна, но это заблуждение, которое опровергается простым экспериментом. Достаточно подойти к железной дороге, найти деревянные шпалы, несколько минут постоять возле них. Появляется легкая тошнота, может немного закружиться голова [7].

Причина такого недомогания – пропитка деревянных шпал. Перед установкой их обрабатывают специальными жидкостями – антисептиками. На 70% они состоят их ароматических углеводородов. В результате такие отходы автоматически относятся к 3 классу опасности с соответствующими последствиями. Также под воздействием осадков пропитка вымывается из деревянных шпал и проникает в грунт, отравляя его вредными веществами. При высокой температуре, содержащийся в пропитке креозот испаряется и попадает в воздух, которым мы дышим[8].

Удалить пропитку можно термическим способом, но поскольку в ее основе содержится креозотное вещество, при горении в атмосферу выделяются токсичные вещества, а именно: ацетон, бутанол, фенолы и другие [9].

Данные токсины опасны тем, что становятся причиной появления и развития у людей и животных онкологических заболеваний. Несмотря на это, сжигание – это один из основных методов утилизации железнодорожных шпал.

Возможные способы утилизации деревянных шпал:

1. Сжигание.

2. Использование в качестве строительного материала.

3. Газификация.

4. Захоронение.

5. Пиролиз.

Рассмотрим каждый способ более подробно. Сжигание – это термический способ. Он является одним из основных. Неэкологичный, но дешевый. В результате в окружающую среду попадают токсичные летучие вещества. Ведь более 80% пропитки –это углеродное масло, которое имеет следующий состав:фенолы – 20%;фенантрены – 17%;пирен – 17%;ацетон – 22%;бутанол – 12%.

Все они, попадая в воздух, являются причиной интоксикаций людей в тяжелых формах. И, как описано выше, постоянное нахождение неподалеку от таких мест утилизации становится причиной появления и развития онкологических заболеваний. Этот способ официально запрещен, т.к. опасен для окружающей среды. Сжигание деревянных шпал вне специальных установок запрещено. Альтернатива этому методу – переработка деревянных шпал с предварительной нейтрализацией пропитки.

Следующий метод утилизации - повторное использование отработавших шпал при строительстве. Факт непригодности шпал для динамических нагрузок не означает, что они не подойдут, например,для строительства в качестве вспомогательных элементов, несущих и других конструкций.

Особенно часто их используют дачники и сельские жители, но предварительно требуется очистка от креозота, которым пропитаны данные шпалы. В противном случае, частое или постоянное пребывание возле источника паров углеродного масла может негативно сказаться на самочувствии и здоровье. Поэтому утилизация деревянных шпал, пропитанных креозотом лучше, чем использование их в строительстве.

Третий способ утилизации – это получения газа, благодаря применению газогенерирующих установок. В зависимости от размеров, шпалы предварительно измельчаются. После этого они помещаются в специальную камеру, в которой отсутствует кислород.

Под воздействием сложных процессов, повторяющихся циклично, а также температуры в 400^oC материал распадается, образуя газ. Последний выделят оксид углерода и водород, которые сжигаются в специальной камере. В остатке – дымовые газы, содержащие только воду и углекислый газ.

Несмотря на то, что метод позволяет не только получать, но и хранить тепло, эффективность таких установок невелика. За счет большого потребления дизельного топлива отмечается низкая экономичность[10].

Захоронение на специальных полигонах. Такой способ является распространенным, но неэкологичным. Причина заключается в том, что в шпалах очень много вредных веществ, которые могут попасть в грунтовые воды и разнестись на километры от захоронения. Это первая проблема данного способа, а вторая – уже сегодня мощностей таких полигонов не хватает. В итоге старые шпалы просто складируются, иногда и под открытым небом. Такое захоронение чревато загрязнением окружающего воздуха и воздействия на здоровье не только людей, но и животных[11].

А вот пиролиз –самый перспективный и безопасный способ утилизации деревянных железнодорожных шпал. Пиролиз позволяет выделить углеродное масло, предотвращает выброс токсинов в атмосферу. Материал разлагается под воздействием высокой температуры без доступа воздуха, при этом происходит дистилляция каменноугольного масла. Тепло от пирогаза можно использовать в качестве источника энергии, что оправдывает затраты.

Надо понимать, что пиролизу подлежат только пропитанные креазотом либо другими углеводородными пропитками деревянные шпалы. На некоторых заводах для пропитки шпал применяют водорастворимые антисептики на основе меди. Такие шпалы не подлежат пиролизу, так как не содержат углеводородов для дистилляции.

Существует также другой безопасный способ переработки деревянных опор для получения добавки к цементу. Этот процесс также происходит в несколько этапов:

· сначала удаляют с опор все детали из металла, для этого применяют магнитную сепарацию;

· далее деревянное изделие измельчают до нужной фракции;

· измельченное пропитанное дерево соединяют с соединениями, снижающими в дальнейшем токсичность дыма;

· происходит сжигание данной смеси при повышенных температурах в цементной печи, при этом все опасные соединения уничтожаются.

Такая технология переработки брусьев из дерева, применяемых в строительстве железных дорог, позволяет получить полезную добавку – смесь после сжигания, которая используется в цементном производстве[12].

Изучив и проанализировав все виды переработки деревянных шпал, следует вывод, что деревянные шпалы наносят большой урон окружающей среде. Дабы уменьшить вред, наносимый на окружающую среду, созданы предприятия по переработке деревянных изделий, то есть уже отработанных шпал, но на данный момент их крайне мало. Решение проблемы возможно через расширение оборота переработки уже имеющихся предприятий.

Также на сегодняшний день на железных дорогах множества стран деревянные шпалы заменяют на железобетонные. Текущее развитие железнодорожной отрасли во всем мире диктует новые стандарты безопасности и качества изделий. Применение армированного бетона дает долгий срок службы, низкую стоимость эксплуатации, защиту от гниения и неожиданных поломок железобетонных шпал. Эти преимущества позволяют стальным магистралям быть более безопасными, а также сохраняют окружающую среду и улучшают экологическую обстановку.

 

Используемые источники:

1. gazeta.uz[Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.gazeta.uz/ru/2021/10/09/unhrc/ – Дата доступа: 12.10.2021.

2. euro-standart.su[Электронный ресурс] – Режим доступа: https://euro-standart.su/materialy/shpaly – Дата доступа: 13.10.2021.

3. greenparkomsk.ru[Электронный ресурс] – Режим доступа: https://greenparkomsk.ru/ostrye-voprosy/vliyanie-othodov-proizvodstva-na-okruzhayushchuyu-sredu.html – Дата доступа: 12.10.2021.

4. ecohuman.ru[Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ecohuman.ru/eko-voprosy/pererabotka-shpal.html – Дата доступа: 12.10.2021.

5. ecotoplivo-msk.ru[Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ecotoplivo-msk.ru/eko-bedy/utilizaciya-shpal.html#:~:text= Железобетонные%20шпалы%20в%20меньшей%20степени,для%20людей%2C%20животных%20и%20растений – Дата доступа: 14.10.2021.

6. dominanta39.ru[Электронный ресурс] – Режим доступа: https://dominanta39.ru/problemy-ekologii/pererabotka-shpal.html – Дата доступа: 12.10.2021.

7. chistigorod.ru[Электронный ресурс] – Режим доступа: https://chistigorod.ru/problemy-ekologii/utilizaciya-derevyannyh-shpal.html – Дата доступа: 15.10.2021.

8. https://ug-plastics.ru[Электронный ресурс] – Режим доступа: https://ug-plastics.ru/ekoproblemy/rzhd-utilizaciya-shpal.html – Дата доступа: 16.10.2021.

9. https://vyvoz.org[Электронный ресурс] – Режим доступа: https://vyvoz.org/blog/utilizaciya-zheleznodorozhnyh-shpal/ – Дата доступа: 20.10.2021.

10. https://econsk.ru[Электронный ресурс] – Режим доступа: https://econsk.ru/pererabotka/utilizaciya-shpal-zheleznodorozhnyh.html – Дата доступа: 18.10.2021.

11. https://www.tkomplex.ru[Электронный ресурс] – Режим доступа: http://www.tkomplex.ru/ru/equipment/equipment-application/recycling-and-utilization-of-used-wooden-sleepers – Дата доступа: 17.10.2021.

12. https://мк-союз.рф[Электронный ресурс] – Режим доступа: https://мк-союз.рф/utilizatsiya/utilizatsiya-i-pererabotka-zheleznodorozhnyih-shpal s – Дата доступа: 19.10.2021.