PL200216B1 - Sposób wykonywania uszczelnienia podłoża składowiska odkrytego, zwłaszcza dla odpadów komunalnych lub przemysłowych - Google Patents

Abstract

Sposób wykonywania uszczelnienia podłoża składowiska odkrytego, zwłaszcza dla odpadów komunalnych lub przemysłowych, polega na wprowadzaniu na podłoże składowiska gęstej zawiesiny w wodzie popiołów lotnych powstających podczas spalania węgli kamiennych w kotłach pyłowych, o stosunku masowym popiołów do wody większym od 1,4 kg popiołów lotnych suchych na 1 kg wody i charakteryzuje się tym, ż e uszczelnienie podł o ż a skł adowiska dokonywane jest w 2 do 6 etapach, a korzystnie w 3 do 4 etapach, przy czym w każdym etapie na podłoże składowiska wprowadzana jest warstwa zawiesiny popiołów lotnych w wodzie o grubości 10 do 60 cm, a korzystnie 15 do 25 cm, natomiast kolejne warstwy wprowadzane są po stwardnieniu warstwy poprzedniej, zaś do zawiesiny popiołów lotnych w wodzie dodaje się przed jej skierowaniem na uszczelniane podłoże cement hutniczy w ilości 3 do 18%, a korzystnie 8 do 12% w stosunku do masy popiołów lotnych znajdujących się w zawiesinie. Cement hutniczy może być zastąpiony cementem portlandzkim. Do zawiesiny mo żna wprowadzać wapno palone mielone w ilości 1 do 6%, a korzystnie 2 do 3% w stosunku do masy suchych popiołów lotnych znajdujących się w zawiesinie.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykonywania uszczelnienia podłoża składowiska odkrytego, zwłaszcza dla odpadów komunalnych lub przemysłowych.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 13 274 sposób wypełniania otwartych składowisk i uszczelniania ich powierzchni odpadami z elektrowni, elektrociepłowni lub ciepłowni, który polega na wprowadzaniu na powierzchnię składowiska zawiesiny popiołów lotnych w wodzie o stosunku wagowym popiołów do wody wynoszącym co najmniej 1:1 i sezonowaniu jej do zestalenia. Do zawiesiny mogą być wprowadzane żużle i inne stałe odpady energetyczne. Znany sposób wypełniania umożliwia utworzenie na składowisku zestalonej masy powstałej z popiołów lotnych. Masa ta charakteryzuje się pewną wytrzymałością mechaniczną na ściskanie oraz niewielką wodoprzepuszczalnością. Jednak korzystne efekty uzyskuje się wówczas, gdy popioły lotne odznaczają się wyraźnymi własnościami pucolanowymi, a w przypadku, gdy ich własności pucolanowe są mierne lub nie występują, uzyskiwane efekty są niezadowalające. Popioły pozostają wówczas na składowisku słabo zespojone, a woda dość łatwo filtruje przez ich warstwę.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wykonywania uszczelnienia podłoża składowiska odkrytego, zwłaszcza przeznaczonego dla odpadów komunalnych lub przemysłowych, który również polegałby na wykorzystaniu popiołów lotnych powstających podczas spalania węgli kamiennych w kotłach pyłowych, ale który zapewniałby szczelne odizolowanie podłoża składowiska od odpadów i uniemożliwiał infiltrację zanieczyszczeń z odpadów do podłoża. Sposób ten zapewniałby również uzyskanie wymaganej skuteczności uszczelnienia niezależnie od własności stosowanych popiołów lotnych.

Sposób wykonywania uszczelnienia podłoża składowiska odkrytego, zwłaszcza dla odpadów komunalnych lub przemysłowych polega według wynalazku na wprowadzaniu na podłoże składowiska gęstej zawiesiny w wodzie popiołów lotnych powstających podczas spalania węgli kamiennych w kotłach pyłowych, o stosunku masowym popiołów do wody większym od 1,4 kg popiołów lotnych suchych na 1 kg wody, według którego uszczelnienie podłoża składowiska dokonywane jest w 2 do 6 etapach, a korzystnie w 3 do 4 etapach, przy czym w każdym etapie na podłoże składowiska wprowadzana jest warstwa zawiesiny popiołów lotnych w wodzie o grubości 10 do 60 cm, a korzystnie 15 do 25 cm, przy czym kolejne warstwy wprowadzane są po stwardnieniu warstwy poprzedniej, zaś do zawiesiny popiołów lotnych w wodzie dodaje się przed jej skierowaniem na uszczelniane podłoże cement hutniczy w ilości 3 do 18% masy, a korzystnie 8 do 12% w stosunku do masy popiołów lotnych znajdujących się w zawiesinie. Cement hutniczy może być zastąpiony cementem portlandzkim. Do zawiesiny można wprowadzać wapno palone mielone w ilości 1 do 6%, a korzystnie 2 do 3% w stosunku do masy suchych popiołów lotnych znajdujących się w zawiesinie. Stosunek masowy popiołów lotnych do wody w zawiesinie ustala się przestrzegając warunku, aby zdolność zawiesiny do rozpływania się mierzona cylindrem Southarda, wynosiła 160 do 280 mm, a korzystnie 190 do 230 mm.

Sposób według wynalazku umożliwia wykonywanie uszczelnienia podłoża składowiska odkrytego odpadów stałych, zwłaszcza zaś komunalnych lub przemysłowych za pomocą samozestalającej się zawiesiny popiołów lotnych w wodzie, przy czym uszczelnienie spełnia wymagania stawiane wykładzinom mineralnym, a w szczególności wymóg, aby współczynnik filtracji kto zestalonej zawiesiny nie przekraczał 1-10⁹ m/s.

Osiągnięcie takiej szczelności zestalonych zawiesin popiołowo-wodnych nie było dotychczas możliwe ze względu na naturalną porowatość ciał stałych powstałych w wyniku zestalenia się zawiesiny. Nie było to także możliwe w przypadku dodawania do zawiesiny znajdującej się w stanie płynnym cementu w ilości nie przekraczającej 18% w stosunku do masy popiołów suchych. Dodawanie wapna palonego w ilości do 6% masy popiołów lotnych również nie zapewniało uzyskania wymaganej szczelności zestalonej zawiesiny, zaś przekroczenie tej granicy powodowało pękanie zestalonego ciała stałego.

Okazało się nieoczekiwanie, że uzyskanie wymaganej szczelności zestalonej zawiesiny popiołowo-wodnej (gdy współczynnik filtracji kio nie przekracza 1-10-9 m/s) jest możliwe wówczas, gdy gęstą zawiesiną popiołów lotnych w wodzie o stosunku masowym popiołów lotnych suchych do wody większym od 1,4 kg popiołów lotnych suchych na 1 kg wody wprowadza się na uszczelniane podłoże warstwami, a każdą wcześniej wprowadzoną warstwę zawiesiny doprowadza się do stwardnienia poprzez jej sezonowanie przez 2-5 dni i dopiero po jej stwardnieniu wprowadza się następną warstwę zawiesiny w stanie płynnym. Efekt ten jest zaskakujący, gdyż porowatość zestalonych ciał stałych nie ulega w zasadzie zmianie. Jednakże odmienne warunki, w jakich zestalają się kolejne warstwy zawiePL 200 216 B1 siny sprawiają, że stają się one szczelniejsze, a także doszczelniają się warstwy położone pod nimi. Zestalona warstwa zawiesiny popiołowo-wodnej znajdująca się pod warstwą płynną utrudnia penetrację wody wraz z rozpuszczonymi w niej związkami wiążącymi z warstwy tężejącej do warstw położonych niżej. Przyspiesza to proces tężenia płynnej zawiesiny i polepsza jej szczelność, gdyż wówczas większa ilość związków wiążących bierze udział w procesie tężenia płynnej warstwy, albowiem pozostaje w jej obrębie. Z drugiej jednakże strony woda, która znacznie wolniej penetruje w głąb warstw zestalonych zawiera także rozpuszczone związki wiążące, które dosycają warstwy położone głębiej i powodują ich doszczelnienie. Efekt sumaryczny tych procesów okazał się nieoczekiwanie i nadspodziewanie korzystny. Kolejne wylewane warstwy nie mogą być za cienkie, gdyż ubytek wody w rezultacie jej naturalnego odparowania może zakłócić proces tężenia. Nie powinny one być jednakże zbyt grube, gdyż nadmiar wody nad sedymentem opóźni niepotrzebnie moment, w którym może być wprowadzana kolejna warstwa płynnej zawiesiny. Aby uniknąć zbędnego nadmiaru wody stosunek masowy suchych popiołów lotnych do wody w zawiesinie musi być większy od 1,4. Dodawane do zawiesiny środki wiążące jak cement hutniczy lub portlandzki oraz ewentualnie wapno palone mielone umożliwiają osiągnięcie i uniezależnienie osiąganych efektów (w postaci szczelności zestalonej warstwy) od jakości popiołów, a zwłaszcza ich składu chemicznego. Aby zawiesina wprowadzana na uszczelniany teren mogła być transportowana rurociągiem od stacji jej wytwarzania do tego terenu oraz aby zachowała zdolność do rozpływania się po tym terenie i przyjmowania powierzchni poziomej, musi odznaczać się odpowiednią płynnością.

Płynność taką osiąga się, gdy zdolność zawiesiny do rozpływania się na płaszczyźnie mierzona cylindrem Southard'a (zgodnie z normą PN-86/B-04360) wynosiła 160 do 280 mm, a korzystnie 190 do 230 mm. Zbyt mała rozlewność zawiesiny uniemożliwia jej transport w rurociągu i samorozpływanie sią połączone z osiągnięciem poziomej powierzchni, zbyt duża rozlewność natomiast uniemożliwia uzyskanie wymaganej szczelności warstw z uwagi na zbyt duży i szkodliwy nadmiar wody. Liczba kolejno wprowadzanych na uszczelnianą powierzchnię warstw płynnych nie powinna być zbyt mała, gdyż ogranicza to uzyskany sumaryczny efekt. Nie powinna być ona również zbyt duża, gdyż do zanadto głęboko zalegających warstw nie dociera już woda niosąca składniki wiążące i wówczas nie są już one doszczelniane. Ze względu na długotrwałość procesów wiązania w czasie, samodoszczelnianie się warstw uszczelniających trwa nawet przez kilkanaście miesięcy, co sprawia, że w tym czasie szczelność polepsza się, a współczynnik filtracji zestalonej masy maleje (nawet 8-10 krotnie w stosunku do stanu początkowego).

Zaletą sposobu według wynalazku jest łatwość praktycznej realizacji i niski koszt wynikający ze stosowania popiołów lotnych (będących materiałem odpadowym) oraz łatwo dostępnych i niezbyt drogich środków wiążących, zapotrzebowanych zresztą w małych ilościach. Dodatkową zaletą są też niewielkie wymagania dotyczące przygotowania terenu pod wykonywane uszczelnienie, które sprowadzają się do zgrubnego jego wyrównania.

Sposób według wynalazku nadaje się do wykorzystania w budowie składowisk odkrytych pod odpady stałe, zwłaszcza komunalne lub przemysłowe.

Przykład zastosowania

Popioły lotne suche pochodzące z procesu spalania węgli kamiennych w kotle pyłowym charakteryzują się następującym składem chemicznym: SiO2 - 45,2%, AhO3 -31%, Fe2O3 - 13,6%, CaO_catkowite - 3,66%, CaOwolne - 1,23%, MgO - 1,80%, straty prażenia - 2,12%, S_catk - 1,01%, inne - 1,61%. Popioły te wykorzystano w celu uszczelnienia podłoża składowiska odkrytego pod odpady komunalne. Uszczelnienie podłoża składowiska dokonane zostało w czterech etapach.

W pierwszym etapie na uszczelniane podłoże wprowadzono warstwę płynnej zawiesiny o składzie masowym: 2,1 kg suchych popiołów lotnych, 1 kg wody, 0,21 kg cementu hutniczego (co stanowi 10% w stosunku do masy popiołów lotnych) oraz o grubości 20 cm, zaś zdolność zawiesiny do rozpływania się oznaczona za pomocą cylindra Southard'a wynosi 215 mm. Zawiesinę sezonowano przez trzy doby do stwardnienia.

W drugim etapie wprowadzono warstwę zawiesiny o takim samym składzie i grubości, a sezonowano ją również przez trzy doby.

W trzecim etapie wprowadzono zawiesinę o składzie masowym: 2 kg suchych popiołów lotnych, 1 kg wody, 0,2 kg cementu hutniczego (co stanowi 10% w stosunku do masy popiołów lotnych), 0,04 kg wapna palonego mielonego (co stanowi 2% w stosunku do masy popiołów lotnych) oraz o grubości 25 cm, której oznaczona zdolność do rozpływania wynosi 205 mm. Zawiesinę tą sezonowano przez dwie doby.

PL 200 216 B1

W czwartym etapie wprowadzono warstwę zawiesiny o identycznym składzie i grubości jak w etapach pierwszym i drugim, zaś sezonowano ją przez siedem dób. Współczynnik filtracji k₁₀ po zakończeniu uszczelniania podłoża wyniósł 0,8-10⁹ m/s dla całej warstwy o łącznej grubości około 85 cm, zaś po roku obniżył się on do 0,15-109 m/s. Warstwa uszczelniająca stanowiła spetryfikowany monolit i nie wykazywała żadnych pęknięć.

Claims (4)

1. Sposób wykonywania uuzczelnieniapodłooa skłaaowiska odkrytego, zwłaszcza dla odpadów komunalnych lub przemysłowych, polegający na wprowadzaniu na podłoże składowiska gęstej zawiesiny w wodzie popiołów lotnych powstających podczas spalania węgli kamiennych w kotłach pyłowych, o stosunku masowym popiołów do wody większym od 1,4 kg popiołów lotnych suchych na 1 kg wody, znamienny tym, że uszczelnienie podłoża składowiska dokonywane jest w 2 do 6 etapach, a korzystnie w 3 do 4 etapach, przy czym w każdym etapie na podłoże składowiska wprowadzana jest warstwa zawiesiny popiołów lotnych w wodzie o grubości 10 do 60 cm, a korzystnie 15 do 25 cm, przy czym kolejne warstwy wprowadzane są po stwardnieniu warstwy poprzedniej, zaś do zawiesiny popiołów lotnych w wodzie dodaje się przed jej skierowaniem na uszczelniane podłoże cement hutniczy w ilości 3 do 18%, a korzystnie 8 do 12% w stosunku do masy popiołów lotnych znajdujących się w zawiesinie.

2. Spooób według zaatrz. 1, znamiennytym, że cement hutniczyzaatępuje się cementem porl· landzkim.

3. Spooób wedługsastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że So zawiesinywprowaadasię wapno palone mielone w ilości 1 do 6%, a korzystnie 2 do 3% w stosunku do masy suchych popiołów lotnych, znajdujących się w zawiesinie.

4. Spooch według ζθ-^ζ. 1 albo 2, albo 3, snamiennn tym, że stosunek maaowy popico-ów I ob nych do wody w zawiesinie ustala się przestrzegając warunku, aby zdolność zawiesiny do rozpływania się mierzona cylindrem Southarda wynosiła 160 do 280 mm, a korzystnie 190 do 230 mm.