PL207759B1 - Aktywator i jego zastosowanie - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy aktywatora przeznaczonego do stosowania zwłaszcza w budownictwie drogowym, budowlach ziemnych, rekultywacji gruntów i odzysku terenów zdegradowanych oraz sposobu wykorzystywania aktywatora (jego zastosowania).

Znane są problemy z utylizacją osadów ściekowych i popiołów powstałych w wyniku spalania paliw stałych.

W przypadku osadów ściekowych znane są różne sposoby polegające m.in. na dodawaniu do gleb podlegających rekultywacji. Ze względu na znaczne ilości substancji toksycznych oraz metali ciężkich, użycie osadów ściekowych jest bardzo ograniczone. Ograniczenie to polega na niemożliwości zastosowania osadów do rekultywacji gruntów przeznaczonych do upraw roślin spożywczych i pastewnych, gdyż skł adniki toksyczne i metale ciężkie przedostają się zarówno do roś lin, jak i do wód gruntowych, gdyż znaczna część metali ciężkich zawartych w osadach jest w postaci związków rozpuszczalnych w wodzie.

Z polskiego opisu patentowego 197878 znany jest sposób stabilizacji popioł ów i mieszanin popiołowo-żużlowych oraz gruntów spoistych, polegający na wymieszaniu ich z dodatkiem stabilizującym i zagęszczeniu ma miejscu wbudowania, charakteryzują cy się tym, ż e jako dodatek stabilizują cy stosuje się produkt w postaci proszku, powstający z zestalenia wapnem palonym płynnych, porafineryjnych osadów zaolejonych, który dodaje się w ilości od 2 do 6% w stosunku do masy szkieletu gruntowego.

Znane są sposoby wykorzystywania popiołów jako dodatków do produkcji materiałów budowlanych, lecz i tutaj właściwości popiołów powodują, że ich zastosowanie ma ograniczony zakres.

W wyniku wad znanych metod wykorzystania i zagospodarowania zarówno osadów ś ciekowych, jak i popiołów, w Polsce nadal najczęstszą metodą pozostaje składowanie tych uciążliwych odpadów na składowiskach, które same z siebie stanowią zagrożenie dla środowiska naturalnego.

Wady te eliminuje zastosowanie aktywatora według wynalazku.

Aktywator według wynalazku charakteryzuje się tym, że aktywator składa się z kwasów ligninowych lub ich związków w ilości 50% ± 5% m/m, żywicy melaminowej modyfikowanej w ilości 10% ± 5% m/m, dowolnych środków hydrofobowych w ilości 20% ± 5% m/m i kwasu abietynowego w iloś ci 20% ± 5% m/m.

Przedmiotem wynalazku jest również zastosowanie aktywatora w budownictwie drogowym jako grunt nośny, przy czym aktywator zmieszany z popiołami zmieszanymi z piaskami naturalnymi 0-2mm i cementem około 70 kg/m³ w proporcji 1:1 z odchyleniem ilościowym około ± 10%, a sypką mieszankę znanymi sposobami wykłada się na pas gruntu przeznaczonego na drogę.

Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie aktywatora do tworzenia szczelnej warstwy rekultywacyjnej, przy czym aktywator miesza się z popiołami, a następnie z osadami ściekowymi zmieszanymi z popiołami w proporcji 1:3 z odchyleniem ilościowym ± 10%, a sypką mieszankę znanymi sposobami wykłada się na pas gruntu przeznaczonego do uszczelnienia.

Przedmiotem wynalazku jest zastosowanie aktywatora do rekultywacji gruntów zdegradowanych i nieużytków, przy czym aktywator miesza się z popiołami, a następnie z osadami ściekowymi zmieszanymi z popiołami w proporcji 1:5 z odchyleniem ilościowym około ± 10%, a sypką mieszankę znanymi sposobami rozprowadza się na grunty zdegradowane przywracając im cechy gleby.

Aktywator ma zastosowanie przy:

• wykonywaniu podbudów drogowych na bazie mieszanin popiołowo żużlowych lub innych produktów spalania paliw stałych (w tym produktów odsiarczania gazów odlotowych) i powoduje przyrost wytrzymałości na ściskanie oraz mrozoodporności. Zastosowanie aktywatora umożliwia uzyskanie materiałów drogowych spełniających wymogi Polskiej Normy PN-S-96012, PN-S-96013, PN-S-96103.

• unieszkodliwianiu osadów ś ciekowych, polegają cym na zwią zaniu zwią zków metali w substancje nierozpuszczalne w wodzie przy założeniu, że osady ściekowe zostaną zmieszane z mieszaninami popiołowo żużlowymi lub innymi produktami procesów spalania paliw stałych (z produktami odsiarczania gazów odlotowych włącznie). Cechą szczególną stosowania osadów ściekowych ze stosowaniem aktywatora jest prawie natychmiastowa utrata nieprzyjemnej woni osadów ściekowych. Osady ściekowe po wymieszaniu z mieszaninami popiołowo żużlowymi w mieszalniku z zastosowaniem aktywatora dają materiał w zależności od proporcji mieszania podobny do piasków czy ziem czarnych lub torfów, który wykazuje zdolność do samozagęszczania się. W zależności od potrzeb (głównie w zależności od grubości warstw) istnieje możliwość regulowania stopnia nośności gruntu.

PL 207 759 B1

Głównymi kierunkami zastosowania aktywatora są:

• Budownictwo drogowe, wykonywanie podbudów drogowych pomocniczych i zasadniczych.

• Stabilizacja gruntów wysadzinowych zawierających glinokrzemiany i związki wapnia (gliny, margle).

• rekultywacja terenów zdegradowanych (w połączeniu z osadem ściekowym). Grubość warstw rekultywacyjnych nie ma ograniczeń.

• Wykonywanie warstw żyznych na nieużytkach rolnych, wykorzystanie zdolności do magazynowania wody w mieszankach z osadami ściekowymi (analogiczna sytuacja jak w przypadku ściółki leśnej).

• Wykonywanie warstw odcinają cych wykonywanych na gruntach o wysokiej przepuszczalnoś ci wody (piaski).

Aktywator jest cieczą barwy brunatnej posiadającą zdolności upłynniające i zdolną do reagowania z produktami spalania redukując ilość przyłączonej w tlenkach wody związanej oddziaływaniami dalekiego zasięgu Van der Valsa, przez co zmienia się reologia mieszanki. Działanie Aktywatora zanika po około 30 dniach od wykonania mieszanki, a jego działanie w tym czasie zachodzi również w stał ym stanie skupienia mieszanek.

W przypadku osadów ściekowych Aktywator działając na produkty spalania powoduje pojawienie się reakcji jonowymiennych, co wiąże zanieczyszczenia związków metali ciężkich w związki nierozpuszczalne w wodzie.

Wykonywanie materiałów drogowych na bazie produktów spalania spełniających wymagania Norm Polskich z zastosowaniem środków upłynniających i redukujących ilość wody w cząsteczkach związanej siłami Van der Valsa.

Unieszkodliwianie osadów ściekowych na bazie mieszania z produktami spalania z zastosowaniem środków upłynniających z jednoczesną zdolnością do redukcji wody w produktach spalania i utlenianiem osadów ś ciekowych.

Technologia przetwarzania osadów ściekowych z zastosowaniem popiołów lotnych lub mieszanin popiołowo żużlowych z możliwością (jako opcja) jednoczesnej cementacji polimerowej otrzymanej mieszaniny. Produktem wyjściowym jest materiał będący odpowiednikiem ziem zawierających części organiczne niezbędne do hodowli roślin, a także posiadającej cechy gruntu nośnego charakterystyczne dla gruntów budowlanych. Połączenie obu cech daje nam możliwość nawiezienia gruntu zastępczego pod przemysłowe lub leśne uprawy rolne z jednoczesnym zachowaniem parametrów drogi gruntowej, co znakomicie ułatwia przeprowadzenie wszelkich niezbędnych prac gospodarczych za pomocą ciężkiego sprzętu rolniczego bez konieczności narażania go na zakopanie się, bądź grzęźniecie w błocie.

• Proporcje mieszanki moż na regulować w dość szerokim zakresie stosując zawartość osadu ściekowego od 30% do 50% w masie gotowego wyrobu.

• Materiał zawierający od 45 do 50% osadów ściekowych nadaje się do użyźniania gruntów słabych (klasa V i VI) z wykorzystaniem standardowego rozrzutnika rolniczego do warstw maksymalnie 30 cm, po czym musi zostać zaorany i utwardzony (np. wałem wodnym) przed nałożeniem kolejnej warstwy. Z doświadczeń zdobytych przy rekultywacji terenu tą metodą wynika, że maksymalnie można ułożyć do trzech warstw.

• Materiały zawierające od 20 do 40% osadów ściekowych mogą być stosowane bezpośrednio na grunty słabe lub tereny zdegradowane na zasadzie układania kolejnych warstw. Metoda układania warstw polega na rozciąganiu warstw o grubości od 30 do 40 cm. W ten sposób można ułożyć warstwę o miąższości dochodzącej do kilku metrów. Metoda ta została sprawdzona praktycznie.

• Materiał zawierający od 15 do 20% osadu ś ciekowego nadają się do rekultywacji terenu poprzez układanie i zagęszczanie kolejnych warstw o grubości do 40 cm każda. W tym przypadku lepsze wyniki daje dozowanie popiołu lotnego (z silosu) i mieszanie go dodatkowo z żużlem i kruszywem naturalnym (frakcja od 4 do 24mm) lub gruzem betonowym (proporcje mieszanki od 1:2 do 1:5). Mieszanki te ułatwiają prowadzenie prac rekultywacyjnych. Mieszanki o tym składzie w zależności od zastosowanego kruszywa mogą być wykonane jako porowate (wodoprzepuszczalne) lub szczelne.

• Zastosowana metoda przetwarzania i możliwość dozowania odpadów popiołowych w różnych postaciach (popioły suche ze spalania fluidalnego lub hydratyzowane ze składowisk) uniezależniają właściwości produktu końcowego od stopnia uwodnienia osadów ściekowych.

PL 207 759 B1 • W przypadku stosowania wszystkich mieszanek wymienionych powyż ej istotnym czynnikiem jest stosowanie Aktywatora ze względu na występowanie związków metali ciężkich w osadach ściekowych.

• Generalnie zastosowanie mieszanin popiołowo żużlowych w materiałach zawierających osady ściekowe powoduje samo uszczelnianie się materiału.

• W czasie prowadzonych prac zauważono, że aktywator po wysuszeniu i ponownym nawodnieniu absorbuje około 45 do 55% wody, po czym uszczelnia się i nie przyjmuje więcej wody, która zaczyna spływać po jego powierzchni. Nie występuje również przesączanie się wody przez materiał do gruntu.

• Cechą szczególną wszystkich mieszanek opisanych powyż ej z zastosowaniem aktywatora jest bardzo szybka utrata nieprzyjemnego zapachu osadu ściekowego (około 1 godziny od momentu wyprodukowania).

• Badano pod tym wzgl ę dem próbki po 7 godzinach od momentu wyprodukowania aktywatora i niezależ ne od siebie osoby nie stwierdzał y wystę powania nieprzyjemnej woni osadu ś ciekowego (wielkość próbki 275 Mg).

• Cecha ta jest bardzo istotna z punktu widzenia uciążliwości produkcji i stosowania materiału.

• Kolejną cechą wspólną dla wszystkich mieszanek jest zdolność materiału do samo zagęszczania się. Ma to szczególny wpływ na transport gotowego wyrobu na duże odległości i może powodować trudności ze zsypem ze środków transportu. W celu przeciwdziałania temu zjawisku stosowano preparaty spulchniające lub napowietrzające, które umożliwiają zachowanie cech reologicznych materiału w ciągu kilku godzin.

Biorąc pod uwagę powyższe cechy można stwierdzić, że możliwości zastosowania Aktywatora w budowlach ziemnych rolnej produkcji przemysłowej są szersze niż zakładano.

Szczególnie ważna jest zdolność materiału do utrzymywania wilgotności na stałym poziomie (od 36 do 55%). Wysuszeniu ulega jedynie warstwa wierzchnia materiału zagęszczonego. W przypadku upraw roślin woda jest automatycznie uzupełniana z opadów atmosferycznych lub przez przesączanie kapilarne z głębszych warstw, a zastosowana grubość warstwy daje możliwość zapewnienia odpowiedniego jej zmagazynowania w przypadku występowania okresów suszy (nie występuje przeciek do gruntu rodzimego - cecha opisana powyżej) nawet na gruntach piaszczystych. Warunek ten zostanie spełniony po odpowiednim przygotowaniu warstwy przez zagęszczenie.

Bardzo istotną cechą metody stabilizacji osadu ściekowego jest możliwość zastosowania pucolan w postaci popiołów ze spalania fluidalnego oraz produktu odsiarczania spalin (lOS) metodą półsuchą. Badania prowadzone były przez okres 680 dni i ilość wydzieleń siarczanów i grup wapniowych mieściły się w granicach normy.

Metoda ta umożliwia cementację również i innych odpadów organicznych, takich jak pozostałości pofermentacyjne, czy odpady z hodowli szczepów grzybni z produkcji antybiotyków.

Przykłady zastosowania:

P r z y k ł a d 1

Podbudowa z chudego betonu.

Mieszanka popiołowo piaskowa 1:1 (V/V) 93%V)

Cement 32,5 7% m/m

Aktywator 1,2 l/m³ (złożony z żywicy melaminowej modyfikowanej w ilości 10% m/m, detergenty jako środki hydrofobowe w ilości 20% m/m i kwasu abietynowego w ilości 20% m/m).

₃

Po zmieszaniu całości uzyskujemy mieszaninę o ciężarze właściwym 1.535 kg/m³.

P r z y k ł a d 2

Mieszanka popiołowo lOS piaskowa

50% V/V 25% V/V 25%V/V 93%

Cement 32,5 CEMl % m/m 7%

Aktywator 1,4 l/m³ (złożony z żywicy melaminowej modyfikowanej w ilości 10% m/m, przepracowane oleje silnikowe jako środki hydrofobowe w ilości 20% m/m i kwasu abietynowego w ilości 20% m/m).

Uzyskujemy mieszaninę o ciężarze właściwym mieszanki 1487 kg/m³.

Claims (4)

1. Aktywator, znamienny tym, że, składa się z kwasów ligninowych lub ich związków w ilości 50% ± 5% m/m, żywicy melaminowej modyfikowanej w ilości 10% ± 5% m/m, dowolnych środków hydrofobowych w ilości 20% ± 5% m/m i kwasu abietynowego w ilości 20% ± 5% m/m.

2. Zastosowanie aktywatora określonego w zastrz. 1 w budownictwie drogowym jako grunt nośny, przy czym aktywator zmieszany jest z popiołami zmieszanymi z piaskami naturalnymi 0-2 mm i cementem około 70 kg/m³ w proporcji 1:1 z odchyleniem ilościowym 10%, a sypką mieszankę znanymi sposobami wykłada się na pas gruntu przeznaczonego na drogę.

3. Zastosowanie aktywatora określonego w zastrz. 1 do tworzenia szczelnej warstwy rekultywacyjnej, przy czym aktywator miesza się z popiołami, a następnie z osadami ściekowymi zmieszanymi z popiołami w proporcji 1:3 z odchyleniem ilościowym ± 10%, a sypką mieszankę znanymi sposobami wykłada się na pas gruntu przeznaczonego do uszczelnienia.

4. Zastosowanie aktywatora określonego w zastrz. 1 do rekultywacji gruntów zdegradowanych i nieużytków, przy czym aktywator miesza się z popiołami, a następnie z osadami ściekowymi zmieszanymi z popiołami w proporcji 1:5 z odchyleniem ilościowym ± 10%, a sypką mieszankę znanymi sposobami rozprowadza się na grunty zdegradowane przywracając im cechy gleby.