CZ7234U1

CZ7234U1 - Popílkový deponát

Info

Publication number: CZ7234U1
Application number: CZ19987646U
Authority: CZ
Inventors: Roman Ing. Koranda; Josef Ing. Helcl; Jiří Ing. Pelikán; Jiří Ing. Adámek; Jan Rndr. Csc. Moravec; Jan Rndr. Koretz
Original assignee: Teplárna České Budějovice A. S.; Envicon S. R. O.
Priority date: 1998-02-11
Filing date: 1998-02-11
Publication date: 1998-03-31

Description

Popílkový deponát

Oblast techniky

Technické řešení se týká popílkového deponátu na bázi elektrárenského či teplárenského popílku.

Dosavadní stav techniky * Popílek, vzniklý jako nerostný zbytek po spalování tuhých fosilních paliv, pozůstává převážně z malých částic křemičitanového skla, a je získáván z plynných spalin v odlučovacích zaříze* nich připojených k velkým topeništím na spalování práškového uhlí, zejména u elektráren a tepláren. Popílek je řazen mezi nebezpečné odpady, a jeho ukládání je značně obtížné. Na druhé straně má popílek některé vlastnosti, které ho předurčují jako cennou druhotnou surovinu pro využití ve stavebnictví. Jedná se především o jeho tzv. pucolánovou aktivitu, což je schopnost popílku reagovat za normální teploty s vápnem za přítomnosti vody. Reakcí se vytvoří stabilní nerozpustné sloučeniny s vazebnými schopnostmi, tzn. že popílek se změní v pevnou látku tzv. stabilizát, který je vhodný pro využití ve stavebnictví.

Je známo použití popílkových stabilizátů jako násypových materiálů pro protihlukové vály, silniční a železniční násypy, vyrovnávací vrstvy či pro podklady komunikací. Z patentového spisu ČSSR č. 254 336 je dále znám způsob výroby vodotěsné jímky pro deponie. Stěny a dno této jímky jsou vytvořeny právě z popsaného popílkového stabilizátů, tzn. ze směsi popílku, vápna a vody, která je ukládána do připravené terénní formace v tloušťce alespoň 0,3 m.

Také ve zveřejněné přihlášce vynálezu č. 32 - 95 je popsán způsob bezodpadové likvidace odpadních vod obsahujících zejména těžké kovy a vodorozpustné soli, při kterém se odpadní voda coby kapalná složka smísí s inertní tuhou složkou, která je tvořena popílkem, a s vápennou složkou. Vzniklý známý popílkový stabilizát v sypké konzistenci je možno použít i k rekultivacím různých ekologických zátěží, které se vyznačují jenmým kalem usazeným u dna, a tvořícím tixotropní nesoudržný podklad.

Nedostatky dosavadního stavu spočívají v tom, že i tento popílkový produkt, stejně jako výše popsané popílkové směsi, lze zařadit mezi tzv. stabilizáty, jejichž základní vazebnou složkou je vápno, zajištující vysokou pevnost a únosnost stabilizátů. Vápennou složku je nutno k popílku přidávat, ať již ve formě oxidu vápenatého, vápenného hydrátu, síranu vápenatého, uhličitanu vápenatého či jinou formou, např. současným spalováním vápna s uhlím. Z hlediska dosažení cíle, tj. bezpečného uložení odpadového popílku za současné sanace a rekultivace odkališť, není vysoká pevnost stabilizátů nutná, neboť pevnost a únosnost deponátu nemusí zdaleka dosahovat hodnot potřebných např. při stavbě vozovek.

Úkolem technického řešení je tedy nalezení homogenního popílkového deponátu o nízké objemové hmotnosti a schopnosti na sebe trvale vázat kontaminovanou vodu při zachování dostatečné

-1CZ 7234 Ul minimální potřebné únosnosti povrchu odkališť pro možnost provedení konečné rekultivace povrchu odkaliště navrstvením vhodného materiálu, a omezení nebezpečí kontaminace horninového prostředí a podzemní vody.

Podstata technického řešení

Tento úkol je do značné míry vyřešen popílkovým deponátem na bázi elektrárenského, popř. teplárenského popílku a vody podle technického řešení. Jeho podstata spočívá v tom, že je tvořen homogenizovanou směsí popílku v množství od 50 do 75 % hmotnostních, a vody v množství od 25 do 50 % hmotnostních, přičemž popílek obsahuje alespoň 50 % hmotnostních prašné složky složené z jemných částic o zrnitosti menší než 0,06 mm.

Technické řešení je založeno na zjištění, že při smísení těchto složek v uvedených poměrech dojde ke spojení jemných částic popílku s vodou, a k vytvoření pevného popílkového deponátu s nízkou objemovou hmotností a s dostatečnou pevností, který je schopen vázat vodu, a přitom neobsahuje žádnou vápennou složku.

Ve zvláště výhodném provedení technického řešení je hmotnostní podíl popílku v popílkovém deponátu v rozmezí od 58 do 60 % hmotnostních, podíl vody je v rozmezí od 40 do 42 % hmotnostních, a popílek je tvořen z 87 % hmotnostních jemnými částicemi o zrnitosti menší než 0,06 mm. V této kombinaci jednotlivých složek vykazuje deponát nejlepší mechanické vlastnosti a zároveň je v dobře zpracovatelném stavu.

Příklad provedení technického řešení

Popílkový deponát podle technického řešení byl vyroben jako směs tvořená teplárenským popílkem vzniklým spalováním hnědého uhlí a odpadní technickou vodou z teplárny, přičemž vzájemný poměr popílku a vody byl 70 : 30 % hmotnostních.

Popílek, který byl zachycen na filtrech při čištění spalin, vykazoval následné granulometrické hodnoty:

G - štěrková frakce od 2 do 60 mm: 0,0 % hmotnostních S - písčitá složka od 0,06 do 2 mm: 13,9 % hmotnostních G - prašná složka < 0,06 mm: 86,1 % hmotnostních.

Popílek a voda byly smíchány ve vysokootáčkovém intenzivním mísiči, který sestává z otočné nádoby, opatřené dvěma lopatkovými vířiči, rotujícími v opačném smyslu otáčení, než otočná nádoba. Po namíchání byl popílkový deponát odvezen k aplikaci do pokusné kazety simulující odkaliště. V zemi byla vyhloubena kazeta o rozměrech dna 6 x 3 m a hloubce 0,8 m, se sklonem svahů 1:2. Dno kazety bylo utěsněno dvojitou polyetylenovou fólií. Do kazety bylo napuštěno 3,6 m³ odpadní vody, odebrané z odkaliště úpraven uranových rud MAPĚ Mydlovary, a obsahující těžké kovy a vodorozpustné soli. Kazeta byla vyplněna popílkovým deponátem a povrch upraven lopatovou lžící univerzálního dokončovacího stroje bez jakéhokoliv hutnění. Celková mocnost nasypané vrstvy činila 0,8 m. Následně popílkový deponát absorboval kontaminovanou odpadní vodu a došlo k jeho zatuhnutí.

-2CZ 7234 Ul

Ve stanovených časových intervalech po uložení byly z kazety odebírány vzorky pro laboratorní zkoušky, jejichž výsledky jsou shrnuty v TAB.l:

TAB.l

Laboratorní zkoušky

Měřená charakteristika	Hodnota po 8 dnech	Hodnota po 58 dnech
Objemová hmotnost vlhká (kg m^-3)	1 195	1 323
Objemová hmotnost suchá (kg m^-3)	618	686
Vlhkost W (%)	93,10	93,22
Výpočtové nasycení Sr (1)	0,78	0,90
Únosnostní poměr CBR (%)	Penetrace 2,5 mm	1,59	4,80
Penetrace 5,0 mm	1,25	4,25
Pevnost v prostém tlaku na válcích 1: 1 (kPa)	-	27
Filtrační součinitel K₁₀ (ms^-1)	-	6,83.10^-6

Dále bylo akreditovanou laboratoří provedeno rovněž vyhodnocení odebraných vzorků z hlediska vyluhovatelnosti, přičemž bylo zjištěno, že odebrané vzorky vyhovují třídě vyluhovatelnosti II.

Povrch kazety byl i při pouhém zásypu bez hutnění stabilní, a provedené zkoušky tak prokázaly efektivní stabilizační účinek popíÍkového deponátu.

V jiném příkladu provedení byl pro výrobu popíÍkového deponátu podle technického řešení použit shodný popílek jako v prvém příkladu. Tento popílek byl v suchém stavu převezen k pokusné kazetě, zhotovené stejným způsobem jako v prvém příkladu. Do pokusné kazety byl ukládán suchý popílek foukáním z autocisterny, a současně byl zkrápěn odpadní vodou dovezenou autocisternou z odkaliště úpravny uranových rud MAPĚ Mydlovary, v poměru 70 % hmotnostních popílku a 30 % hmotnostních vody. Výsledkem byl specifický deponát vzniklý přímou interakcí popílku a odpadní vody. Vrstva deponátu o mocnosti 0,8 m nebyla při ukládání nijak hutněna, pouze povrch byl upraven lopatovou lžící univerzálního dokončovacího stroje.

-3CZ 7234 Ul

Vzorky popílkového deponátu byly odebrány jednak při ukládání, a následně po 58 dnech od uložení v kazetě. Vyhodnocení odebraných vzorků bylo provedeno akreditovanou laboratoří z hlediska vyluhovátelnosti, přičemž odebrané vzorky vyhovovaly třídě vyluhovatelnosti II.

Zároveň byly na odebraných vzorcích prováděny také laboratorní zkoušky, jejichž výsledky jsou shrnuty v TAB.2:

TAB.2

Laboratorní zkoušky

Měřená charakteristika	Hodnota po 58 dnech
Objemová hmotnost vlhká (kg m^-3)	1 277
Objemová hmotnost suchá (kg m^-3)	727
Vlhkost w (%)	75,81
Výpočtové nasycení Sr (1)	0,79
Únosnostní Penetrace 2,5 mm	1,89
poměr CBR (%) Penetrace 5,0 mm	2,33
Pevnost v prostém tlaku na válcích 1:	1 (kPa) 47
Filtrační součinitel k₁₀ (ms ^x)	1,3.10^-5

Rovněž v tomto případě byl povrch kazety stabilní, a popílkový deponát byl shledán jako vhodný materiál pro rekultivaci odkališt. Tyto výsledky byly potvrzeny také následným měřením statické a dynamické penetrace, jakož i polními statickými a dynamickými zatěžovacími zkouškami, které byly provedeny na obou kazetách.

Průmyslová využitelnost

Popílkový deponát podle vynálezu lze využít z hlediska jeho fyzikálně mechanických, hydraulických i chemických vlastností jako vhodný materiál pro sanaci a rekultivaci odkališt u úpraven uranových rud, popř. k rekultivaci jiných ekologických zátěží.

Claims

NÁROKY NA OCHRANU

1. Popílkový deponát na bázi elektrárenského a/nebo teplárenského popílku a vody, vyznačující se tím, že je tvořen homogenizovanou směsí popílku v množství od 50 do 75 % hmotnostních a vody v množství od 25 do 50 % hmotnostních, přičemž popílek obsahuje alespoň 50 % hmotnostních prašné složky složené z jemných částic o zrnitosti menší než 0,06 mm.
2. Popílkový deponát podle nároku l, vyznačující se v t í m, že hmotnostní podíl popílku je 70 % hmotnostních, podíl vody je 30 % hmotnostních, a popílek je tvořen z 87 % hmotnostních jemnými částicemi o zrnitosti menší než 0,06 mm.