PL200216B1

PL200216B1 - Method for sealing the base of a storage yard, particularly for municipal or industrial waste dumps

Info

Publication number: PL200216B1
Application number: PL369159A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Folek; Jerzy Rokita; Jolanta Miśkiewicz
Original assignee: Inst Chemii Nieorganicznej
Priority date: 2004-07-19
Filing date: 2004-07-19
Publication date: 2008-12-31
Also published as: PL369159A1

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.The method of sealing the floor of an open landfill, especially for municipal or industrial waste, consists in introducing into the landfill floor a thick suspension in water of fly ash generated during the combustion of hard coal in pulverized coal boilers, with a mass ratio of ash to water greater than 1.4 kg of dry fly ash per 1 kg of water, and is characterized in that the sealing of the landfill floor is performed in 2 to 6 stages, and preferably in 3 to 4 stages, wherein in each stage a layer of fly ash suspension in water with a thickness of 10 to 60 cm, and preferably 15 to 25 cm, is introduced onto the landfill floor, while subsequent layers are introduced after the previous layer has hardened, and metallurgical cement is added to the fly ash suspension in water before it is directed onto the sealed floor in an amount of 3 to 18%, and preferably 8 to 12%, relative to the mass of fly ash in the suspension. Blast furnace cement can be replaced with Portland cement. Ground quicklime can be added to the suspension in an amount of 1 to 6%, and preferably 2 to 3%, based on the weight of dry fly ash in the suspension.

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykonywania uszczelnienia podłoża składowiska odkrytego, zwłaszcza dla odpadów komunalnych lub przemysłowych.The subject of the invention is a method of waterproofing the ground of an open landfill, especially for municipal or industrial waste.

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.A method of filling open landfills and sealing their surfaces with waste from power plants, combined heat and power plants or heating plants is known from Polish patent description No. 13 274, which consists in introducing a fly ash suspension in water with a weight ratio of ash to water equal to at least 1: 1 and on the landfill surface. seasoning it to solidify. Slags and other solid energy wastes can be introduced into the slurry. The known method of filling makes it possible to create a solidified mass made of fly ash in a landfill. This mass is characterized by a certain compressive strength and low water permeability. However, the beneficial effects are obtained when the fly ash has pronounced pozzolanic properties, and in the case when its pozzolanic properties are poor or absent, the obtained results are unsatisfactory. The ashes then remain poorly bound in the landfill, and the water can filter through their layer quite easily.

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.The aim of the invention is to develop a method of waterproofing the ground of an open landfill, especially intended for municipal or industrial waste, which would also involve the use of fly ashes generated during the combustion of hard coal in pulverized coal boilers, but which would ensure tight isolation of the landfill ground from waste and prevent the infiltration of pollutants from waste to the ground. This method would also provide the required sealing efficiency regardless of the properties of the fly ash used.

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.The method of waterproofing the ground of an open landfill, especially for municipal or industrial waste, according to the invention, consists in introducing to the ground of the landfill a dense suspension in water of fly ashes produced during the combustion of coal in pulverized coal boilers, with a mass ratio of ashes to water greater than 1.4 kg of fly ashes. dry per 1 kg of water, according to which the sealing of the landfill base is carried out in 2 to 6 stages, preferably in 3 to 4 stages, with a 10 to 60 cm thick layer of fly ash suspension in water being introduced onto the landfill base at each stage, and preferably 15 to 25 cm, with successive layers being introduced after the previous layer has hardened, and prior to directing the fly ash suspension in water to the substrate to be sealed, metallurgical cement is added in the amount of 3 to 18% by weight, preferably 8 to 12% by weight. in relation to the mass of fly ash in the suspension. Blast cement may be replaced with Portland cement. Ground quicklime may be introduced into the suspension in an amount of 1 to 6%, preferably 2 to 3%, based on the weight of the dry fly ash in the suspension. The mass ratio of fly ash to water in the slurry is determined by observing that the spreadability of the slurry measured with the Southard cylinder is 160 to 280 mm, preferably 190 to 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.The method according to the invention makes it possible to waterproof the ground of an open-air solid waste landfill, especially municipal or industrial, with a self-solidifying suspension of fly ash in water, the sealing meeting the requirements for mineral lining, in particular the requirement that the filtration coefficient of the solidified suspension should not exceed 1- 10 ⁹ 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.Achieving such tightness of the solidified ash-water suspensions has not been possible so far due to the natural porosity of solids formed as a result of solidification of the suspension. It was also not possible when cement was added to the suspension in a liquid state in an amount not exceeding 18% in relation to the weight of dry ashes. The addition of quicklime in the amount of up to 6% of the fly ash mass also did not ensure obtaining the required tightness of the solidified suspension, and exceeding this limit resulted in cracking of the solidified solid.

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.It turned out unexpectedly that obtaining the required tightness of the solidified ash-water suspension (when the kio filtration coefficient does not exceed 1-10-9 m / s) is possible when the dense fly ash suspension in water with a mass ratio of dry fly ashes to water greater than 1.4 kg of dry fly ashes per 1 kg of water are introduced into the substrate to be sealed in layers, and each previously introduced layer of suspension is made to harden by seasoning it for 2-5 days, and only after it has hardened, the next layer of suspension is introduced in a liquid state. This effect is surprising since the porosity of the solidified solids is essentially unchanged. However, the different conditions in which successive layers of suspension solidify make them tighter, and the layers beneath them tighten. The solidified layer of ash-water suspension located under the liquid layer makes it difficult for the water to penetrate together with the binding compounds dissolved in it from the settling layer to the layers below. This speeds up the process of concentration of the liquid suspension and improves its tightness, because then a greater amount of binding compounds is involved in the concentration of the liquid layer, as it remains within it. On the other hand, however, the water, which penetrates deeper into the solidified layers much slower, also contains dissolved binding compounds that saturate the deeper layers and cause their sealing. The total effect of these processes turned out to be unexpectedly and unexpectedly favorable. Subsequent poured layers cannot be too thin, because the loss of water as a result of its natural evaporation may disturb the concentration process. They should not be too thick, however, as the excess water above the sediment will unnecessarily delay the point at which the next layer of liquid suspension may be introduced. To avoid an unnecessary excess of water, the mass ratio of dry fly ash to water in the suspension must be greater than 1.4. Binders added to the suspension, such as metallurgical cement or Portland cement, and possibly ground quicklime, make it possible to achieve and make the achieved effects independent (in the form of tightness of the solidified layer) dependent on the quality of the ash, especially its chemical composition. In order for the suspension introduced into the area to be sealed to be transported via a pipeline from the production station to this area and to retain the ability to spread over the area and assume a horizontal surface, it must have an appropriate fluidity.

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).This fluidity is achieved when the ability of the slurry to spread on a plane, measured with a Southard cylinder (according to PN-86 / B-04360), is 160 to 280 mm, preferably 190 to 230 mm. Too low fluidity of the suspension prevents it from being transported in the pipeline and self-draining are connected with reaching a horizontal surface, while too high fluidity prevents obtaining the required tightness of the layers due to too large and harmful excess of water. The number of liquid layers successively introduced on the sealed surface should not be too small, as this limits the overall effect obtained. It should also not be too large, because water carrying the binding components no longer reaches the too deeply lying layers and then they are no longer sealed. Due to the long duration of the bonding processes over time, the self-sealing of the sealing layers lasts even for several months, which means that the tightness improves during this time and the filtration coefficient of the solidified mass decreases (even 8-10 times compared to the initial state).

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.The advantage of the method according to the invention is the ease of practical implementation and the low cost resulting from the use of fly ash (waste material) and easily available and inexpensive binders, which are moreover required in small quantities. An additional advantage is also the low requirements for the preparation of the site for the waterproofing, which boils down to its rough alignment.

Sposób według wynalazku nadaje się do wykorzystania w budowie składowisk odkrytych pod odpady stałe, zwłaszcza komunalne lub przemysłowe.The method according to the invention is suitable for use in the construction of open landfills for solid waste, especially municipal or industrial waste.

Przykład zastosowaniaApplication example

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.Dry fly ash from the coal combustion process in a pulverized coal boiler is characterized by the following chemical composition: SiO2 - 45.2%, AhO3 -31%, Fe2O3 - 13.6%, CaO _cat total - 3.66%, CaO free - 1, 23%, MgO - 1.80%, ignition loss - 2.12%, S _cat k - 1.01%, others - 1.61%. These ashes were used to seal the ground of the open landfill for municipal waste. The landfill substrate was waterproofed in four stages.

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.In the first stage, a layer of liquid suspension with a mass composition of: 2.1 kg of dry fly ashes, 1 kg of water, 0.21 kg of metallurgical cement (which is 10% of the mass of fly ash) and a thickness of 20 cm was introduced on the sealed substrate, and the flow ability of the slurry as determined by a Southard cylinder is 215 mm. The suspension was seasoned for three days to harden.

W drugim etapie wprowadzono warstwę zawiesiny o takim samym składzie i grubości, a sezonowano ją również przez trzy doby.In the second stage, a layer of suspension of the same composition and thickness was introduced, and it was also seasoned for three days.

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.In the third stage, a suspension was introduced with a weight composition: 2 kg of dry fly ashes, 1 kg of water, 0.2 kg of metallurgical cement (which is 10% of the weight of fly ash), 0.04 kg of ground quicklime (which is 2% in relation to the mass of fly ashes) and 25 cm thick, with a marked spreading capacity of 205 mm. This suspension was seasoned for two days.

PL 200 216 B1PL 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.In the fourth stage, a layer of suspension of the same composition and thickness as in the first and second stages was introduced and it was seasoned for seven days. Permeability coefficient k ₁₀ in the end of the sealing substrate 0.8-10 was ⁹ m / s for the entire layer with a total thickness of about 85 cm, and after it was decreased to 0,15-109 m / s. The seal layer was a petrified monolith and showed no cracks.

Claims

Method of waterproofing an open landfill, especially for municipal or industrial waste, consisting in introducing a thick suspension in water of fly ash generated during the combustion of hard coal in pulverized coal boilers with a mass ratio of ash to water greater than 1.4 kg of fly ash on the landfill base. dry per 1 kg of water, characterized in that the sealing of the ground of the landfill is carried out in 2 to 6 stages, preferably in 3 to 4 stages, with a 10 to 60 layer of fly ash suspension in water being introduced on the ground of the landfill at each stage cm, preferably 15 to 25 cm, with the successive layers being introduced after the previous layer has hardened, and the slurry of fly ash in water is mixed with metallurgical cement in the amount of 3 to 18%, preferably 8 to 12%, before it is directed to the substrate to be sealed. in proportion to the mass of fly ash in suspension.

2. Way according to zaatrz. The process of claim 1, characterized in that metallurgical cement is replaced with porlland cement.

3. As persastrz. The method of claim 1 or 2, characterized in that the suspension is made of ground quicklime in an amount of 1 to 6%, preferably 2 to 3% by weight of the dry fly ash in the suspension.

4. Spooch according to ζθ- ^ ζ. 1, 2, or 3, based on the fact that the weight ratio of the slurry to water in the slurry is determined under the condition that the spreadability of the slurry measured with a Southard cylinder is 160 to 280 mm, preferably 190 to 230 mm.