PL209589B1

PL209589B1 - Sposób wykonania uszczelnienia podłoża składowiska odpadów

Info

Publication number: PL209589B1
Application number: PL376141A
Authority: PL
Inventors: Stanisław Folek; Jerzy Rokita; Jolanta Miśkiewicz; Kazimierz Krauze; Wiesława Szpadzik; Marek Maciaszek; Wojciech Maciaszek
Original assignee: Inst Chemii Nieorganicznej; Itbud Zakład Nowych Materiałow Budowlanych Społka Z Ograniczoną Odpowiedz
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2005-07-11
Publication date: 2011-09-30
Also published as: PL376141A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób wykonania uszczelnienia podłoża składowiska odpadów.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 134274 sposób wypełniania otwartych składowisk i uszczelniania ich powierzchni odpadami z elektrowni, elektrociep ł owni lub ciepł owni, 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. Można również dodawać do zawiesiny niewielkie ilości znanych środków wiążących.

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. Dodatek znanych środków wiążących w znacznym stopniu poprawia parametry zestalonej masy, ale zwłaszcza jej wodoprzepuszczalność pozostaje zbyt wysoka.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu wykonania uszczelnienia podłoża składowiska, 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 podłoża składowiska niezależnie od własności stosowanych popiołów lotnych.

Sposób wykonania uszczelnienia podłoża składowiska polega według wynalazku na wykonywaniu uszczelnienia w 2 do 5 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 20 do 30 cm, zaś do zawiesiny popiołów lotnych w wodzie dodaje się przed jej skierowaniem na uszczelniane podłoże cement portlandzki w ilości 2 do 15%, a korzystnie 4 do 10% w stosunku do masy popioł ów lotnych znajdują cych się w zawiesinie, zaś po każ dorazowym wprowadzeniu warstwy zawiesiny sezonuje się ją do stwardnienia, przy czym co najmniej na jedną stwardniałą warstwę zawiesiny popiołowo-wodnej nanosi się najkorzystniej poprzez natrysk zawiesinę wodną dyspersji kopolimeru winylowo-maleinowego z dodatkiem diamidu kwasu węglowego w ilości 2 do 10%, a korzystnie 4 do 7% w stosunku do masy dyspersji kopolimeru winylowo-maleinowego, przy czym operację nanoszenia zawiesiny wodnej dyspersji kopolimeru na powierzchnię stwardniałej warstwy zawiesiny popiołowo-wodnej wykonuje się 2 do 6 razy, a korzystnie 3 do 4 razy przestrzegając warunku aby podczas pierwszego nanoszenia zawiesiny kopolimeru w wodzie stosunek masowy wody do dyspersji kopolimeru winylowo-maleinowego wynosił 6 do 20, a korzystnie 10 do 13, zaś podczas dalszych operacji nanoszenia zawiesiny kopolimeru w wodzie stosunek masowy wody do dyspersji kopolimeru winylowo-maleinowego wynosił 1,5 do 5, a korzystnie 2 do 4.

Cement portlandzki w mieszance może być ewentualnie zastąpiony cementem hutniczym. Do zawiesiny popiołowej można ewentualnie wprowadzać wapno palone mielone i /lub wapno hydratyzowane 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 korzystnie przestrzegając warunku, aby jej zdolność do rozpływania się mierzona cylindrem Southarda, wynosiła 160 do 240 mm, a korzystnie 190 do 210 mm.

Sposób według wynalazku umożliwia wykonywanie uszczelnienia podłoża składowiska odpadów stałych, zwłaszcza zaś komunalnych lub przemysłowych, przy czym uszczelnienie uzyskane tym sposobem spełnia wymagania stawiane wykładzinom mineralnym, a w szczególności wymóg, aby współczynnik filtracji k10 przesłony przeciwfiltracyjnej nie przekraczał 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 takich zawiesin. Nie było to także możliwe w przypadku dodawania do zawiesiny znajdującej się w stanie płynnym cementu w ilości nie przekraczającej 15% w stosunku do masy popiołów suchych. Dodawanie wapna palonego mielonego i/lub wapna hydratyzowanego w ilości do 6% masy popiołów lotnych

PL 209 589 B1 również nie zapewniało uzyskania wymaganej szczelności zestalonej zawiesiny, zaś przekroczenie tej granicy powodowało pękanie zestalonego ciała stałego.

Okazało się nieoczekiwanie, że uzyskanie wymaganej szczelności uszczelnienia podłoża składowiska (gdy współczynnik filtracji k10 nie przekracza 1·10^-9 m/s) jest możliwe wówczas, gdy gęstą zawiesinę popiołów lotnych w wodzie o stosunku masowym popiołów lotnych suchych do wody większym od 1,4 kg popiołów lotnych suchych na 1 kg wody zawierającą także cement portlandzki w ilości 2 do 15%, a korzystnie 4 do 10% w stosunku do masy popioł ów suchych wprowadza się na uszczelniane podłoże warstwami, a każdą wprowadzoną warstwę zawiesiny doprowadza się do stwardnienia poprzez jej sezonowanie, zwykle przez 3-5 dni, zaś na powierzchnię stwardniałej warstwy nanosi się korzystnie poprzez natrysk zawiesinę wodną dyspersji kopolimeru winylowo-maleinowego z dodatkiem diamidu kwasu węglowego w ilości 2 do 10%, a korzystnie 4 do 7% w stosunku do masy dyspersji kopolimeru. Operację nanoszenia zawiesiny wodnej dyspersji kopolimeru na doszczelnianą powierzchnię spetryfikowanej zawiesiny popiołowo-wodnej wykonuje się korzystnie 3 do 4 razy, przy czym wykonując operację nanoszenia zawiesiny pierwszy raz stosuje się bardziej rozrzedzoną zawiesinę z większym udziałem wody, co sprawia, że lepiej pokrywa ona doszczelnianą powierzchnię, a czą stki kopolimeru łatwiej wnikają w mikropory i mikropęknięcia spetryfikowanej zawiesiny popiołowo-wodnej i lepiej do niej przylegają. Kolejne operacje nanoszenia zawiesiny kopolimeru przeprowadza się stosując już zdecydowanie bardziej zagęszczone zawiesiny kopolimeru. Po wszystkich operacjach grubość powłoki polimerowej wynosi około 20-30 μm, co zapewnia że współczynnik filtracji spetryfikowanej warstwy jest mniejszy od 1·10^-9 m/s, zaś przeważnie warstwa jest całkowicie szczelna. Wykonanie uszczelnienia podłoża składającego się z 3-4 warstw spetryfikowanej zawiesiny popiołowo-wodnej, między którymi znajdują się powłoki polimerowe, zapewnia wymaganą lub nawet całkowitą szczelność zrealizowanego uszczelnienia.

Aby skrócić czas petryfikacji zawiesin popiołowo-wodnych stosunek masowy popiołów lotnych do wody w płynnej zawiesinie powinien być większy od 1,4. Jednakże, aby zawiesina popiołowo-wodna mogła być transportowana rurociągiem od miejsca jej wytwarzania do uszczelnianego terenu oraz aby zachowała zdolność do rozpływania się po tym terenie i przyjmowania powierzchni poziomej, musi ona 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) wynosi 160 do 240 mm, a korzystnie 190 do 210 mm. Zbyt mała rozlewność zawiesiny uniemożliwia jej transport w rurociągu i samorozpływanie się połączone z osiągnięciem poziomej powierzchni, zbyt duża rozlewność natomiast powoduje pogorszenie samoistnej szczelności warstwy popiołowej i wydłuża czas jej petryfikacji.

Zaletą sposobu wykonania uszczelnienia według wynalazku jest łatwość praktycznej realizacji i niski koszt wynikający ze stosowania popiołów lotnych (będących materiałem odpadowym) oraz dostępnych i niezbyt drogich pozostałych materiałów, jak środki wiążące, kopolimer i modyfikator. Dodatkową zaletą są też niewielkie wymagania dotyczące przygotowania terenu pod wykonywane uszczelnienie, które sprowadzają się zwykle do zgrubnego jego wyrównania.

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

P r z y k ł a d: suche popioły lotne powstające w procesie spalania węgli kamiennych w kotłach pyłowych charakteryzują się następującym składem chemicznym: SiO2 - 43,6%, Al2O3 - 30,6%, Fe2O3 - 14,8%, CaOcałkowite - 3,44%, CaOwolne - 1,28%, MgO - 1,70%, straty prażenia - 2,33%, S_catko_wi_te - 1,12%, inne -1,13% oraz następującym składem granulometrycznym: < 10 μm - 32,8%, 10-30 urn - 22,5%, 30-50 μm - 10,2%, 50-75 μm - 8,1%, > 75 μm - 26,4%. Popioły te wykorzystano, aby uszczelnić podłoże składowiska pod odpady komunalne, stosując sposób według wynalazku.

Uszczelnienie podłoża składowiska zrealizowano w pięciu etapach, po uprzednim oczyszczeniu terenu z drzew i krzewów oraz zgrubnym wyrównaniu jego powierzchni.

W pierwszym etapie wprowadzono na podłoże składowiska warstwę płynnej zawiesiny popiołów lotnych w wodzie, w której stosunek masowy popiołów suchych do wody wynosił 1,8 zaś ponadto wprowadzono do zawiesiny w fazie jej wytwarzania 5% cementu portlandzkiego 32,5 i 1,5% wapna hydratyzowanego licząc w stosunku do masy popiołów suchych. Łączna grubość warstwy zawiesiny wynosiła 30 cm, przy czym po wprowadzeniu połowy grubości warstwy przerwano proces wprowadzania zawiesiny na uszczelniane podłoże na około 24 godziny i po ich upływie kontynuowano wprowadzanie zawiesiny. Rozlewność zawiesiny zmierzona cylindrem Southard'a wynosiła 205 mm.

PL 209 589 B1

Po wprowadzeniu zawiesiny na uszczelniane podłoże sezonowano ją przez około 120 godzin (5 dób) w celu zestalenia się .

W drugim etapie, po zestaleniu się uprzednio wprowadzonej warstwy zawiesiny popioł owowodnej nanoszono poprzez natrysk zawiesinę wodną dyspersji kopolimeru winylowo-maleinowego z dodatkiem diamidu kwasu wę glowego w iloś ci 5,5% w stosunku do masy kopolimeru. Zawiesinę dyspersji kopolimeru nanoszono czterokrotnie, przy czym w przypadku pierwszego nanoszenia stosunek masowy wody do dyspersji kopolimeru wynosił 11, zaś w przypadku kolejnych trzech dalszych nanoszeń stosunek ten wynosił 3. Po spolimeryzowaniu łączna grubość powłoki polimerowej wynosiła około 30 μm.

W trzecim etapie postępowano prawie identycznie jak w etapie pierwszym, z tą różnicą, że stosunek masowy popiołów lotnych suchych do wody wynosił 1,9, natomiast zmierzona cylindrem Southard'a rozpływność zawiesiny wynosiła 195 mm.

W czwartym etapie postępowano identycznie jak w etapie drugim.

W etapie piątym postępowano podobnie jak w etapie pierwszym, przy czym zrezygnowano z dodatku wapna hydratyzowanego, zaś ilość cementu portlandzkiego 32,5 zwiększono do 8% w stosunku do masy popiołów lotnych, a wówczas rozlewność zawiesiny wynosiła 190 mm. Po zestaleniu się ostatniej warstwy zawiesiny uzyskano uszczelnienie podłoża o łącznej grubości 90 cm, składające się z trzech warstw spetryfikowanej zawiesiny popiołowo-wodnej o grubościach po około 30 cm, zaś między pierwszą i drugą oraz drugą i trzecią warstwą spetryfikowanej zawiesiny popiołowo-wodnej znajdują się powłoki z kopolimeru winylowo-maleinowego modyfikowanego diamidem kwasu węglowego o grubości około 30 μm.

Osiągnięto współczynnik filtracji uszczelnienia k10 około 10^-10 m/s.

Claims

1. Sposób wykonania uszczelnienia podłoża składowiska odpadów polegający na wprowadzeniu 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, z dodatkiem cementu portlandzkiego lub hutniczego w ilości 2 do 15% w stosunku do masy popiołów lotnych znajdujących się w zawiesinie oraz wprowadzeniu na stwardniałą zawiesinę popiołowo-wodną zawiesiny wodnej dyspersji kopolimeru winylowomaleinowego, znamienny tym, że uszczelnienie podłoża składowiska dokonywane jest w 2 do 5 etapach, a korzystnie w 3 do 4 etapach, przy czym w każdym etapie na podłoże składowiska wprowadzana jest warstwa zawiesiny popiołów lotnych w wodzie z dodatkiem cementu o grubości 10 do 60 cm, a korzystnie 20 do 30 cm, zaś po każdorazowym wprowadzeniu warstwy zawiesiny sezonuje się ją do stwardnienia, przy czym co najmniej na jedną stwardniałą warstwę zawiesiny popiołowo-wodnej nanosi się korzystnie poprzez natrysk zawiesinę wodną dyspersji kopolimeru winylowo-maleinowego z dodatkiem diamidu kwasu węglowego w ilości 2 do 10%, a korzystnie 4 do 7% w stosunku do masy dyspersji kopolimeru winylowo-maleinowego, zaś operację nanoszenia zawiesiny wodnej dyspersji kopolimeru na powierzchnię stwardniałej warstwy zawiesiny popiołowo-wodnej wykonuje się 2 do 5 razy a korzystnie 3 do 4 razy, przestrzegając warunku aby podczas pierwszego nanoszenia zawiesiny kopolimeru w wodzie stosunek masowy wody do dyspersji kopolimeru winylowo-maleinowego wynosił 6 do 20 a korzystnie 10 do 13, zaś podczas dalszych operacji nanoszenia zawiesiny kopolimeru w wodzie stosunek masowy wody do dyspersji kopolimeru winylowo-maleinowego wynosił 1,5 do 5, a korzystnie 2 do 4.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że do zawiesiny wprowadza się wapno palone i/lub wapno hydratyzowane w ilości 1 do 6%, a korzystnie 2 do 3% w stosunku do masy suchych popiołów lotnych znajdujących się w zawiesinie.

3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosunek masowy popiołów lotnych do wody w zawiesinie ustala się przestrzegając warunku, aby jej zdolność do rozpływania się mierzona cylindrem Southard'a wynosiła 160 do 240 mm, a korzystnie 190 do 210 mm.