Ежегодно на крупных станциях водоподготовки в России образуются сотни тысяч тонн токсичных отходов — обезвоженного осадка (кека) и отработанного активированного угля. Сейчас их вывозят на полигоны, где под воздействием осадков тяжелые металлы и соединения алюминия вымываются в почву и грунтовые воды.
Эти вещества накапливаются в растениях и через пищевые цепочки могут попадать в организм человека, создавая долгосрочную угрозу для здоровья. Масштабной системы переработки таких отходов в стране пока нет.
Ученые Пермского Политеха предложили решение: они разработали керамическую смесь для производства кирпича, в которой отходы водоподготовки заменяют дорогие импортные пластификаторы. Как рассказала пресс-служба Минобрнауки РФ порталу Наука Mail, это позволило повысить пластичность глины на 50%, а качество готовых изделий — на 10% по сравнению с традиционными методами.
Проблема особенно актуальна для кирпичной промышленности: во многих регионах местные глины недостаточно пластичны — из‑за этого кирпич получается рыхлым, хуже сохраняет тепло и быстро впитывает влагу. Раньше для улучшения свойств сырья заводы закупали импортные пластификаторы или завозили высокопластичную глину из других регионов (например, с Кавказа), что заметно увеличивало затраты. Новое решение дает возможность использовать местные отходы как дешевую альтернативу и снизить себестоимость производства.
Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет‑2030», а результаты опубликованы в журнале «Градостроительство и архитектура» (Т. 16, № 1, 2026 г.).
Ученые Пермского Политеха предложили использовать отходы водопроводных станций — кек и отработанный активированный уголь — в производстве кирпича. Анализ показал, что кек на 39% состоит из алюминиевой слюды, на 24% — из кварца и на 21% — из гетита, то есть по составу он близок к глине и может успешно с ней сочетаться. К тому же такие отходы доступны в любом регионе и практически бесплатны.
Ранее попытки добавлять эти отходы в глину не давали стабильного результата: из‑за непостоянства состава смесь порой становилась рыхлой, а кирпич — недостаточно прочным. Исследователи преодолели эту проблему: они разработали состав керамической смеси с использованием отходов и подобрали оптимальное соотношение компонентов.
Для этого ученые приготовили несколько вариантов смесей с разным содержанием отходов и обжигали их при типичных для кирпичных заводов температурах — 950°C, 1000°C и 1050°C. Затем проверили пластичность материала, его склонность к трещинам при сушке, изменение размеров и водопоглощение. На основе данных построили математические модели, которые показали, как свойства кирпича зависят от количества отходов и температуры обжига.
В итоге удалось определить идеальное сочетание компонентов: пластичность глины выросла на 50% по сравнению с исходным сырьем, а качество готовых изделий — на 10% выше, чем у традиционных решений.
Результаты показали, что при добавлении 12−16% обезвоженного осадка пластичность глины вырастает с 8% до 12% — то есть сама глина становится более податливой на 50% по сравнению с исходным состоянием. Кроме того, снижается воздушная усадка: кирпич меньше сжимается при высыхании, а значит, уменьшается риск появления трещин. Для отработанного угля наилучший результат дает добавление 14−20% от общего объема смеси. При этом использовать оба вида отходов вместе необязательно — каждый из них по отдельности уже улучшает свойства глины.
Ученые проверили, как отходы влияют на свойства кирпича, и определили их безопасную долю в составе без потери качества. Образцы с добавлением до 20% угольного отхода или до 30% кека успешно прошли обжиг и сохранили прочность. При превышении этих значений смесь становится рыхлой — из нее уже нельзя сформировать надежный кирпич.
В оптимальных составах водопоглощение составило 14−18% — это соответствует норме для керамической продукции с добавками. Доля воздушных пустот достигла 30−35%, а плотность снизилась: кирпич стал легче. Благодаря этому уменьшается нагрузка на фундамент, упрощается кладка и снижается стоимость перевозки. Кроме того, пористая структура улучшает теплоизоляционные свойства стен.
В сравнении с существующими методами новая разработка дает комплексное преимущество. Обезвоженный осадок и отработанный уголь — это отходы, которые не требуют импорта и достаются производителям практически бесплатно. Добавки просто вводятся в смесь на этапе замеса, внедрение не потребует остановки производства или закупки нового оборудования. При этом качество готовых изделий выросло на 10% по сравнению с традиционными решениями.
Технология ученых Пермского Политеха выгодна и экономически, и экологически: она превращает отходы в ресурс. Кек и активированный уголь, которые раньше десятилетиями накапливались на полигонах и отравляли почву с водой, теперь становятся ценным сырьем. Это снижает себестоимость кирпича и дает строительству доступный и эффективный материал.
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что найден способ укрепить дороги с помощью мха.
