PL186766B1

PL186766B1 - Sposób budowy składowisk dla odpadów niebezpiecznych zawierających metale cieżkie

Info

Publication number: PL186766B1
Application number: PL98324237A
Authority: PL
Inventors: Janusz Girczys; Henryk Skrzypczyk; Wiesław Dąbrowicz; Jolanta Sobik-Szołtysek
Original assignee: Dabrowicz Wieslaw; Janusz Girczys; Henryk Skrzypczyk; Sobik Szoltysek Jolanta
Priority date: 1998-01-09
Filing date: 1998-01-09
Publication date: 2004-02-27
Also published as: PL324237A1

Abstract

1. Sposób budowy składowisk dla odpadów niebezpiecznych zawierających, metale ciężkie, znamienny tym, że stosuje się aktywne chemicznie i/lub fizykochemicznie podłoże (2) wiążące jony uwalnianych metali i jako podłoże (2) wykorzystuje się odpady zawierające co najmniej 50% wagowych węglanu wapniowca, przykładowo dolomitowe odpady flotacyjne rud Zn-Pb w tym zanieczyszczone metalami ciężkimi.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób budowy składowisk dla odpadów niebezpiecznych zawierających metale ciężkie, pochodzących z hutnictwa i przetwórstwa metali nieżelaznych.

Z literatury patentowej znane są różnorakie składowiska odpadów. Znany z polskiego opisu patentowego nr 124958 sposób formowania zwałowiska z odpadów karbońskich polega na tym, że zwałowisko formuje się warstwowo w postaci bryły wewnętrznej oraz płaszcza zewnętrznego, przy czym bryłę wewnętrzną formuje się przez przemienne układanie warstw gruboziarnistych zagęszczonych mechanicznie z warstwami odpadów poflotacyjnych. Na wierzchowinie zwałowiska na najwyższej warstwie odpadów poflotacyjnych układa się drenaż odwadniający, który przykrywa się warstwą odpadów o uziarnieniu > 1 mm. Zewnętrzny

186 766 płaszcz zwałowiska formuje się przez układanie cienkich warstw zagęszczonych mechanicznie o uziarnieniu > 1 mm, przy czym spadek warstw jest w kierunku zewnętrznym i wynosi > 2%. Natomiast ze zgłoszenia wynalazku P 304101 znany jest sposób budowy podłoża z odpadów powęglowych zwłaszcza do składowania węgla i/lub odpadów przemysłowych i komunalnych, obejmujący przygotowanie spodniej warstwy z odpadów powęglowych lub gruntu mineralnego z zagęszczeniem i ukształtowaniem spadku dla spływu wód. Sposób polega na tym, że na spodnią warstwę nakłada się co najmniej jedną warstwę odpadów powęglowych o uziarnieniu do 60 mm przemieszanych z ilością 15 - 25% objętościowych odpadów frakcji drobnoziarnistej, korzystnie pylastej. Następnie warstwę nasyca się spoiwem krzemianowym o zawartości krzemianu sodu nie mniejszej niż 25% objętościowych. Po czym powierzchniowo się ją zrasza wodnym roztworem chlorku amonu o stężeniu 3 - 5% objętościowych i po zagęszczeniu metodami mechanicznymi - przed upływem 8 godzin od zabiegu zraszania - pozostawia do utwardzenia przez okres co najmniej 3 dni. Na końcu nakłada się warstwę powierzchniową o grubości 0,15-0,2 m.

Klasycznym rozwiązaniem składowania odpadów niebezpiecznych jest umieszczenie ich na podłożu nieprzepuszczalnym. Szczelność podłoża zapewnia materiał naturalny lub sztuczny. Wymagania standardowe podłoża spełnia 3-metrowa warstwa gliny. Decydujące znaczenie ma współczynnik wodoprzepuszczalności podłoża. Dodatkowe uszczelnienie stanowi folia polietylenowa - produkowana specjalnie dla tych celów. Niezależnie od uszczelniania dna składowiska zaopatruje się go w system drenażu, którym odprowadza się skażone odcieki do zagospodarowania. Takie rozwiązanie w przypadku masowej i przemysłowej produkcji odpadów niebezpiecznych jest bardzo drogie.

Będące przedmiotem naszego zainteresowania odpady niebezpieczne takie jak odpady z galwanizerni, żużel hutniczy, złom akumulatorów lub baterii z uwagi na obecność metali ciężkich: Zn, Pb, Cd, Sb, Cu wymagają składowania zabezpieczającego przed przechodzeniem metali do wód powierzchniowych i gruntowych. Celowe jest przy tym związanie metali ciężkich w formy trudnorozpuszczalne przykładowo węglany. Wiadomo, że w warunkach złoża podziemnego charakteryzujących się ciśnieniem i redukcyjną atmosferą minerały kruszconośne i towarzyszące zachowują neutralność w stosunku do otoczenia. Wody złożowe nie wysycają się składnikami szkodliwymi dla środowiska, a stężenie metali ciężkich utrzymuje się na poziomie śladowym. Podstawowy w złożu składnik mineralny dolomit zawierający CaCO₃ i MgCO₃ zapewnia alkaliczny odczyn kontaktującej się z nim w wodzie.

Z przemysłu wydobywczego rud cynkowo-ołowiowych powstają duże ilości odpadów w tym z procesów technologii górniczych: eksploatacji i przeróbki - głównie flotacji. Odpady flotacyjne stanowią około 65% całkowitej ilości wydobytej i przerobionej rudy: jako główny składnik zawierają dolomit.

Celem wynalazku jest odtworzenie dla składowanych odpadów warunków równowagowych jakie istniały przed naruszeniem złoża przez eksploatację, a zadaniem technicznym opracowanie sposobu budowy składowiska dla odpadów niebezpiecznych zawierających metale ciężkie.

Sposób według wynalazku polega na tym, że stosuje się aktywne chemicznie i/lub fizykochemicznie podłoże wiążące jony uwalnianych metali i jako podłoże wykorzystuje się odpady zawierające co najmniej 50% wagowych węglanu wapniowca, przykładowo dolomitowe odpady flotacyjne rud Zn-Pb w tym zanieczyszczone metalami ciężkimi. Podłoże posiada współczynnik filtracji poniżej 10'⁵ m/s i odczyn pH zawartej w nim wilgotności 7-9. Na podłożu, aktywnym w uformowanym wyrobisku, którego dno jest usytuowane w odległości wynoszącej co najmniej 5 m od gruntu naturalnego lokuje się odpady niebezpieczne zawierające metale ciężkie przykładowo: Pb, Sb, Cd, Cu, Zn w ilości korzystnie nie przekraczającej 100 kg uwolnionych do środowiska jonów metali ciężkich na 1 m² powierzchni składowiska. Na wierzchowinie utworzonej warstwy odpadów prowadzi się rekultywację techniczną i biologiczną, a na końcu formuje się warstwę rekultywacyjną tak, aby uzyskać maksymalny spływ i retencjonowanie wód w warstwie powierzchniowej a minimalizację wód infiltrujących w głąb. Wyrobisko w postaci laguny z odpadami niebezpiecznymi zabezpiecza się ekranami bocznymi z odpadów węglanu wapniowca, dogodnie w postaci wału o średnicy u pod4

186 766 stawy uniemożliwiającej boczny wyciek wód infiltrujących. Wierzchowinie składowiska odpadów nadaje się kąt nachylenia 1:3%. Jako odpady zawierające węglan wapniowca stosuje się odpady drobnoziarniste o uziamieniu poniżej 0,3 mm, z których około 50% wagowych ma rozmiary ziarn poniżej 70 pm, bądź odpady gruboziarniste, których przestrzenie międzyziarnowe stanowiące 30-50% objętości, wypełnia się drobnoziarnistym materiałem wapiennym, przykładowo wymienionym odpadami drobnoziarnistymi, względnie szlamami z oczyszczania wód dołowych kopalń metali nieżelaznych. Jako odpady niebezpieczne traktuje się odpady z przetwórstwa metali nieżelaznych przykładowo szlam gardzielowy z pieca szybowego do wytopu kamienia miedziowego szlam z galwanizerni, żużel hutniczy z wytopu ołowiu, odpady z przeróbki złomu akumulatorowego i baterii. Warstwę rekultywacyjną formuje się z osadów ściekowych i odpadowych mułów z kopalń węgla kamiennego stanowiącą substytut humusu.

Jest rzeczą zrozumiałą, że sposób według wynalazku można realizować na budowanym podłożu zawierającym węglany wapniowców, jak i też przy wykorzystaniu istniejących zwałowisk (osadników)odpadów węglanów wapniowców. Składowisko według wynalazku jest bezpieczne dla otoczenia, to znaczy, że jego oddziaływanie na środowisko jest na poziomie dopuszczonym obowiązującymi normami prawnymi. Budowa składowiska zapewnia zachowanie właściwych proporcji między ilościami wód infiltrujących a spływających po powierzchni, co jest efektem właściwego uszczelnienia podłoża, materiału składowanego, warstwy rekultywacyjnej i ukształtowania powierzchni. Zastosowane podłoże z węglanów wapniowców, zwłaszcza dolomitów, wiąże przez adsorpcję jony metali powodując obniżenie ich stężenia do wartości dopuszczalnych w wodzie filtrującej do gruntu naturalnego. Obliczenia wykonane w oparciu o oznaczenia zawartości niezaadsorbowanych jonów metali ciężkich w wodach infiltrujących w głąb warstwy drobnoziarnistych odpadów flotacyjnych wykazały niemal brak jonów Pb, Cd, Fe w wodach przenikających przez składowisko. Natomiast stężenie jonów Zn malało w miarę infiltracji w głąb składowiska. Można zatem przyjąć, że przesączająca się w głąb podłoża woda oczyszcza się z początkowo roztworzonych w niej substancji. O procesie tym może świadczyć skład wody pobranej ze stawu mającego bezpośredni kontakt z zasilającymi go wodami infiltrującymi przez zwałowisko. Porównanie analizy wód pobranych ze stawu i z kałuży na powierzchni osadnika odpadów przedstawiono poniżej.

Rodzaj próbki	PH	stężenie mg/dm³
Zn²⁺	Pb2+	Cd2+	sole rozpuszczalne
woda ze stawu	7,98	0,12	0	0	500
woda z kałuży na składowisku	7,25	12,7	0	0,12	470

Woda ze stawu charakteryzuje się znacznie niższymi stężeniami roztworzonych metali niż pobrania na powierzchni, co świadczy o skuteczności ochrony wód podziemnych od skażeń metalami ciężkimi na tak zbudowanym składowisku.

Wynalazek jest dokładniej opisany w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia składowisko z wyrobiskiem na odpady niebezpieczne w postaci laguny na powierzchni osadnika odpadów flotacyjnych - w przekroju wzdłużnym pionowym, a fig. 2 składowisko z wyrobiskiem na odpady niebezpieczne utworzone w skarpie istniejącego osadnika odpadów flotacyjnych rud Zn-Pb.

Przykład I. Jak to pokazano na fig. 1, wykonany w ziemi 1 wykop wypełniono odpadami z flotacji rud Zn-Pb zawierającymi jako główny składnik dolomit ~ 70% wagowych których uziarnienie (90%) było < 0,3 mm, a współczynnik wodoprzepuszczalności k = 0,8 · W^m/s. Utworzone podłoże 2 mające postać osadnika nadpoziomowo-podpoziomowego otoczono obwałowaniem 3 zbudowanym z ziemi wygarniętej z wykopu oraz wylewu hydrocyklonów będącego odpadami flotacyjnymi o grubszej klasie ziarnowej . Na wierzchowini e podłoża 2 wykonano lagunę 4, której dno zostało usytuowane w odległości A wynoszącej około 5 m od dna wykopu. Lagunę 4 otoczono wałami 5 stanowiącymi ekrany boczne, które wykonano z mieszanki odpadów flotacyjnych i płuczkowych. Lagunę 4 wypełniono odpadami z przero186 766 bu złomu akumulatorowego - zaliczonego ze względu na zawartość metali: Pb, Cd, Zn do odpadów niebezpiecznych. Odpady zagęszczono przez przejazd walca wibracyjnego. Utworzoną warstwę odpadów 6 zrównano z górnym poziomem wałów 5. Na powierzchni warstwy 6 o kącie nachylenia 2% - dla spowodowania równomiernego spływu wód opadowych - wykonano warstwę rekultywacyjną 7 o grubości 50 cm z mieszaniny osadu ściekowego i odpadowego mułu węglowego w proporcji 1:3.

Przykład II. Jak to pokazano na fig. 2 w istniejącym na podłożu naturalnym 1 osadniku odpadów flotacyjnych 2 uformowano w jego obwałowaniu 3 przez wyrównanie dna i złagodzenie zboczy - wyrobisko 4, w którym odległość A dna wyrobiska od podłoża naturalnego wyniosła 5,5 m, a jej wodoprzepuszczalność k < 10⁵ m/s. Na podstawie archiwalnych dokumentacji i analizy próbek odwiertów potwierdzono, że w osadniku są składowane odpady płuczkowe o uziarnieniu do 50 mm i odpady flotacyjne o uziarnieniu < 0,3 mm o charakterze węglanowym.

Wyrobisko 4 zamknięto od strony wylotu wałem 5 zbudowanym z mieszaniny odpadów flotacyjnych rud Zn-Pb, a więc o uziarnieniu < 0,3 mm i gruboziarnistych dolomitowych odpadów górniczych i przeróbczych o uziarnieniu do 50 mm. Zbudowany wał 5 charakteryzuje szersza podstawa B od jego wysokości C. Wyrobisko 4 wypełniono zaliczonymi do odpadów niebezpiecznych szlamami gardzielowymi z pieca szybowego do wytopu kamienia miedziowego zawierającym około 40% wagowych Pb, 6% wagowych Cu i inne metale ciężkie. Następnie odpady zagęszczono i formowano aż do osiągnięcia niwelety wierzchowiny osadnika odpadów flotacyjnych. Utworzoną warstwę odpadów 6 charakteryzowała wodoprzepuszczalność k < 10'⁵ m/s i nachylenie powierzchni 3%. Nachylenie skarpy zewnętrznej wału 5 stanowiącego boczny ekran wynosiło 1 : 3. Przyjęty kąt nachylenia powierzchni warstwy odpadów 6 ułatwia równomierny (bez bruzdowania) spływ wód opadowych. Powierzchnię warstwy 6 przykryto warstwą rekultywacyjną 7 z odpadowego mułu węglowego z dodatkiem osadu ściekowego w ilości około 25% wagowych i obsiano trawą.

Fig. 2

186 766

«<

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz. Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób budowy składowisk dla odpadów niebezpiecznych zawierających, metale ciężkie, znamienny tym, że stosuje się aktywne chemicznie i/lub fizykochemicznie podłoże (2) wiążące jony uwalnianych metali i jako podłoże (2) wykorzystuje się odpady zawierające co najmniej 50% wagowych węglanu wapniowca, przykładowo dolomitowe odpady flotacyjne rud Zn-Pb w tym zanieczyszczone metalami ciężkimi.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że podłoże (2) posiada współczynnik filtracji poniżej 10'⁵m/s i odczyn pH zawartej w nim wilgotności 7-9.
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że na podłożu (2) w uformowanym wyrobisku (4), którego dno jest usytuowane w odległości (A) wynoszącej co najmniej 5 m od gruntu naturalnego (1) lokuje się odpady niebezpieczne zawierające metale ciężkie przykładowo: Pb, Sb, Cd, Cu, Zn w ilości, korzystnie nie przekraczającej 100 kg uwalnianych do środowiska jonów metali ciężkich na 1 m² powierzchni składowiska, po czym na wierzchowinie utworzonej warstwy odpadów (6) prowadzi się rekultywację techniczną i biologiczną, a na końcu formuje się warstwę rekultywacyjną (7) tak, aby uzyskać maksymalny spływ i retencjonowanie wód w warstwie powierzchniowej, a minimalizację wód infiltrujących w głąb.
4. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wyrobisko (4) w postaci laguny, z odpadami niebezpiecznymi za bezpiecza się ekranami bocznymi z odpadów węglanu wapniowca, dogodnie w postaci wału (5) o średnicy u podstawy uniemożliwiającej boczny wyciek wód infiltrujących.
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wierzchowinie składowiska nadaje się kąt nachylenia 1:3%.
6. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako odpady zawierające węglan wapniowca stosuje się odpady drobnoziarniste o uziarnieniu poniżej 0,3 mm, z których około 50% wagowych ma rozmiary ziarn poniżej 70 pm, bądź odpady gruboziarniste, których przestrzenie międzyziarnowe stanowiące 30-50% objętości wypełnia się drobnoziarnistym materiałem wapiennym, przykładowo wymienionymi odpadami drobnoziarnistymi, względnie szlamami z oczyszczania wód dołowych kopalń metali nieżelaznych.
7. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako odpady niebezpieczne traktuje się odpady z przetwórstwa metali nieżelaznych przykładowo: szlam gardzielowy z pieca szybowego do wytopu kamienia miedziowego, szlam z galwanizerni, żużel hutniczy z wytopu ołowiu, odpady z przeróbki złomu akumulatorowego i baterii.
8. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że warstwę rekultywacyjną (6) formuje się z osadów ściekowych i odpadowych mułów z kopalń węgla kamiennego stanowiącą substytut humusu.