PL249605B1 - Powłoka uszczelniająca i sposób uszczelniania podłoża z wykorzystaniem odpadów wydobywczych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest powłoka uszczelniająca i sposób uszczelniania podłoża z wykorzystaniem odpadów wydobywczych. Powłoka uszczelniająca i sposób uszczelniania podłoża według wynalazku mają zastosowanie zwłaszcza przy budowie składowisk odpadów wydobywczych.

Powłoka izolacyjna i sposób jej wykonania na składowiskach odpadów przedstawione są w opisie zgłoszenia patentowego PL348093A1. Powłokę izolacyjną tworzą dwie warstwy geowłókniny lub geokompozytu, których pasma w tych warstwach są poprzecznie ułożone względem siebie, a w danej warstwie sąsiadujące pasma są ułożone na styk wzdłuż ich dłuższych boków i na zakładkę na krótszych bokach. Pomiędzy warstwami geowłókniny lub geokompozytu znajduje się izolacja z masy bitumicznej.

Z opisu zgłoszenia patentowego PL344759A1 znany jest sposób uszczelniania składowisk odpadów przemysłowych lub komunalnych, który polega na tym, że znajdujące się w niecce utwardzone ziemne podłoże pokrywa się izolacyjną warstwą mułu węglowego o grubości od 0,5 m do 1,5 m, a na nią nakłada się naprzemiennie warstwy odpadów przemysłowych lub komunalnych oraz warstwy mułu węglowego.

Nieckę składowiska odpadów, w której znajduje się wielowarstwowa izolacja przedstawia opis zgłoszenia patentowego DE10337375A1. Podłoże niecki pokrywa się co najmniej dwiema wodoodpornymi warstwami z ceramicznym środkiem wiążącym i co najmniej jedną wodoszczelną warstwą folii z tworzywa sztucznego. Dodatkowo izolacja zawiera co najmniej jedną warstwę filtracyjną do odprowadzania wód opadowych.

Modułową konstrukcję składowiska odpadów składającą się z warstw rekultywacyjnych, z warstw składowanych odpadów i z warstw izolacyjnych, a także z drenaży odcieków i przewodów odprowadzających gazy przedstawia opis zgłoszenia patentowego PL314597A1.

W opisie zgłoszenia patentowego PL290249A1 ujawniona jest struktura nieprzepuszczalnego ekranu na składowisku odpadów, którego głównym komponentem są popioły lotne.

Sposób uszczelniania podłoża na odkrytym składowisku odpadów komunalnych lub przemysłowych, w którym wykorzystywane są popioły lotne przedstawiony jest również w opisie patentowym PL200216B1. Podłoże składowiska wielokrotnie pokrywa się gęstą wodną zawiesiną popiołów lotnych wytwarzanych w kotłach pyłowych podczas spalania węgli kamiennych. Do zawiesiny popiołów lotnych dodaje się cement hutniczy, cement portlandzki lub mielone wapno palone.

Podobne sposoby izolacji podłoża na otwartych składowiskach odpadów przedstawione są w opisach patentowych PL174532B1, PL170766B1 i PL209589B1. W sposobach tych wykorzystuje się plastyczną masę powstałą po sezonowaniu zawiesiny popiołów lotnych albo popiołów lotnych z dodatkiem gliny lub iłu, albo popiołów lotnych z dodatkiem cementu portlandzkiego, którą poddaje się mechanicznemu zagęszczaniu. Stosowaną zawiesinę popiołów lotnych i cementu portlandzkiego po stwardnieniu pokrywa się warstwą dyspersji kopolimeru winylowo-maleinowego z dodatkiem diamidu kwasu węglowego.

Warstwy izolacyjne z popiołów lotnych wykorzystywane są także w sposobie wykonania czaszy składowiska odpadów ujawnionym w opisie patentowym PL169925B1, a także w sposobie uszczelniania składowiska materiałów odpadowych przedstawionym w opisie patentowym PL178282B1. W tym ostatnim powierzchnię składowiska materiałów odpadowych pokrywa się płynną samozestalającą się masą, która składa się między innymi z popiołów lotnych, glinki oraz spoiwa hydraulicznego i rozwłóknionej masy papierniczej. Spoiwem hydraulicznym może być cement, wapno gaszone lub gips.

Z opisu patentowego PL165478B1 znany jest sposób uszczelniania piaszczystych podłoży, zwłaszcza przeznaczonych na składowiska odpadów komunalnych i przemysłowych. Sposób polega na tym, że na podłożu składowiska naprzemiennie układa się warstwy zagęszczonego piasku lub innego materiału separacyjno-nośnego oraz stabilizowanej gytii, którą stosuje się w postaci gęstej wodnej zawiesiny.

Sposób izolowania zbiorników na odpady niebezpieczne dla środowiska, w którym stosuje się wykonaną z minerałów ilastych przesłonę odgradzającą dno i ściany boczne zbiorników przedstawiony jest w opisie patentowym PL220655B1.

Sposób budowy podłoża na składowisku odpadów powęglowych ujawniony jest w opisie zgłoszenia patentowego PL304101A1. W tym sposobie podłoże składowiska wykonuje się z kilku warstw odpadów powęglowych o różnej granulacji, które nasyca się spoiwem krzemianowym. Dodatkowo wytworzoną barierę zrasza się wodnym roztworem chlorku amonu, a po utwardzeniu pokrywa się ją wierzchnią warstwą izolacyjną.

Z opisu zgłoszenia patentowego PL316091A1 znany jest sposób izolowania składowiska odpadów od czynników atmosferycznych. Sposób ten polega na pokryciu składowiska trzema warstwami, z których pierwsza jest mieszaniną odpadów tego składowiska i substancji zawierających wapno odpadowe lub dolomit, drugą stanowi wapno, a trzecia warstwa jest mieszaniną wapna odpadowego i osadów ściekowych.

Sposób uszczelniania składowisk stałych odpadów komunalnych trójwarstwową izolacją, na którą składa się folia PCV, lepik asfaltowy i materiał podłoża składowiska przedstawiony jest w opisie zgłoszenia patentowego PL289521A1.

Sposób budowy składowisk dla odpadów niebezpiecznych zawierających metale ciężkie ujawniony jest w opisie patentowym PL186766B1. Sposób polega na tym, że wytwarza się fizykochemicznie aktywne podłoże wiążące jony uwalnianych metali składające się z odpadów zawierających co najmniej 50% wagowych węglanu wapnia, na przykład dolomitowych odpadów poflotacyjnych rud Zn-Pb.

Strukturę izolacyjnych warstw pokrywających składowisko odpadów tworzonych przez warstwę profilującą i wyrównującą, warstwę uszczelniającą, warstwę drenażową, geowłókninę odporną na filtrowanie i warstwę gleby prezentuje opis zgłoszenia patentowego EP1543890A1.

Z opisu zgłoszenia wzoru użytkowego CN201785778U znana jest konstrukcja powłoki izolującej składowisko odpadów, która składa się z nieprzepuszczalnej membrany HDPE z polietylenu o dużej gęstości rozłożonej na wodoodpornej warstwie amortyzującej z bentonitu sodowego GCL.

Strukturę warstw zabezpieczających przed przenikaniem odcieków ze składowiska odpadów do gruntu ujawnia opis zgłoszenia wzoru użytkowego CN201554044U. Zastosowane są dwie warstwy z geomembrany HDPE, pomiędzy którymi ułożona jest sieć drenażu wykonanego z geokompozytu, przy czym główny odciek odprowadzany jest nad górną geomembraną.

Opis zgłoszenia patentowego CN109403388A ujawnia konstrukcję kotwiącą membrany HDPE na składowisku odpadów sanitarnych oraz sposób mocowania konstrukcji kotwiącej. Wykorzystywana jest przy tym membrana geotechniczna rozłożona na zagęszczonej warstwie gliny na podłożu składowiska, a na górnej powierzchni membrany przymocowana jest szczelnie tkanina geotechniczna.

Konstrukcję uszczelniającą składowisko odpadów składającą się z nieprzepuszczalnych warstw rozmieszczonych na podłożu i bokach składowiska wykonanych ze żwiru i geomembrany oraz nieprzesiąkającej osłony przykrywającej składowisko przedstawia opis zgłoszenia wzoru użytkowego CN212896492U.

Konstrukcję uszczelniającą składowisko odpadów przedstawia także opis zgłoszenia patentowego CN109570181A. Podłoże i boczne powierzchnie składowiska wykonane są z warstw nieprzepuszczalnych materiałów, pomiędzy którymi ułożone są rury melioracyjne połączone z oczyszczalnią ścieków. Osłonę przykrywającą składowisko tworzy warstwa tłucznia, geomembrana, siatka drenażowa oraz warstwa wegetacyjna, przy czym w warstwie tłucznia umieszczone są odciągi połączone ze stacją gromadzenia gazu.

Uszczelnienie składowiska odpadów zaprezentowane w opisie zgłoszenia patentowego CN112962680A składa się z dolnych i bocznych warstw zapobiegających przenikaniu odcieków ze składowiska do gruntu. Tworzą je kolejno zagęszczona warstwa podłoża, warstwa zagęszczającego gruntu cementowego, warstwa geomembrany HDPE oraz warstwa odprowadzająca odcieki i warstwa drenażowa. Osłonę składowiska tworzy samo zagęszczająca się warstwa gruntu cementowego i warstwa geomembrany HDPE.

Z publikacji Łukwiński, Szczęśniak: „Zastosowanie naturalnych i odpadowych surowców mineralnych do wprowadzenia prostych i tanich metod masowego uszczelniania gruntów” (Przegląd Geologiczny, 1996) znane są metody uszczelniania podłoży składowisk odpadów z wykorzystaniem materiałów ilastych, takich jak gliny, iły i łupki, oraz materiałów odpadowych, w szczególności popiołów lotnych powstających przy spalaniu węgli. W dokumencie wskazano kryteria przydatności surowców ilastych obejmujące zawartość frakcji iłowej, skład granulometryczny, odporność na rozmakanie oraz współczynnik filtracji, który powinien wynosić poniżej 1·10^-5 cm/s. Podano również, że warstwy ilaste stosowane jako uszczelnienie mogą osiągać miąższości rzędu nawet 1 m na podłożach przepuszczalnych. Przedstawione rozwiązania dotyczą jednorodnych warstw materiałów ilastych oraz popiołów lotnych przygotowanych i zagęszczanych w typowy sposób.

Z publikacji Ratajczak, Hycnar, Bożęcki: „Kryterium mineralogiczne jako element oceny przydatności niektórych polskich surowców ilastych do budowy przesłon hydroizolacyjnych” (IGSMiE PAN, 2015) znane są przesłony hydroizolacyjne wykonywane z naturalnych surowców ilastych oraz sorbentów mineralnych. W dokumencie wskazano, że właściwości takich surowców można regulować po przez dodatki, takie jak bentonity, plastyfikatory organiczne, cement lub popioły lotne. Opisano szczegółowo parametry mineralogiczne i geologiczno-inżynierskie, które należy brać pod uwagę przy budowie przesłon, a także zwrócono uwagę na przydatność niektórych odpadów przeróbczych, które wykazują charakter ilasty i mogą być stosowane jako materiał izolacyjny.

Z publikacji Łuczak-Wilamowska: „Uwarunkowania geologiczne składowania odpadów komunalnych” (PIG, 2013) znane są zasady kształtowania warstw izolacyjnych w składowiskach odpadów komunalnych. W dokumencie przedstawiono, że warstwy mineralnego uszczelnienia mogą mieć miąższość od 0,5 do 2,5 m w zależności od przeznaczenia terenu oraz że ich współczynniki filtracji powinny wynosić co najwyżej 5·10^-9 m/s (dla zaleceń niemieckich) lub 1·10^-9 do 1·10^-7 m/s (dla praktyk amerykańskich). Publikacja opisuje klasyczne warstwy mineralne, geomembrany oraz konstrukcje składowisk, w których stosuje się jednorodne warstwy o ustalonych parametrach filtracyjnych, a także standardowe układy uszczelnień i drenaży stosowane w przykryciach składowisk.

Znane są również rozwiązania wykorzystujące popioły lotne jako składnik warstw izolacyjnych. W opisie zgłoszenia patentowego PL290249A1 ujawniono nieprzepuszczalny ekran t worzony z popiołów lotnych, natomiast w opisie patentowym PL200216B1 przedstawiono sposób uszczelniania podłoża poprzez wielokrotne nakładanie gęstej zawiesiny popiołów lotnych z dodatkiem cementu lub wapna, która po stwardnieniu tworzy jednorodną warstwę izolacyjną.

Celem wynalazku jest utworzenie powłoki uszczelniającej podłoże, która będzie zabezpieczać grunt i wody gruntowe przed szkodliwymi zanieczyszczeniami, np. odciekami ze składowiska odpadów.

Przedmiotem wynalazku jest powłoka uszczelniająca i sposób uszczelniania podłoża z wykorzystaniem odpadów wydobywczych.

Istotą powłoki jest to, że:

powłoka ułożona jest na zagęszczonym spoistym podłożu o współczynniku filtracji k 1 mniejszym lub równym 1·10^-6 m/s i obejmuje dwie warstwy ułożone w sekwencji od dołu, obejmujące kolejno:

a) warstwę bariery geosyntetycznej w postaci geomembrany, bariery iłowej lub geokompozytu, o współczynniku filtracji k2 mniejszym lub równym 1·10^-10 m/s,

b) warstwę zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych, o wielkości ziaren mniejszej lub równej 30 mm, zagęszczoną do wskaźnika zagęszczenia lsa od 0,95 do 0,97 i o współczynniku filtracji k3 od 1·10^-9 do 1·10^-8 m/s.

Natomiast:

- grubość h2 warstwy bariery geosyntetycznej wynosi od 0,25 m do 7 mm,

- grubość h3 warstwy zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych wynosi od 0,70 m do 1,00 m, - sumaryczna grubość hu powłoki uszczelniającej wynosi od 1,1 m do 1,5 m,

- końcowy współczynnik filtracji ku powłoki uszczelniającej wynosi od 1·10^-10 do 1·10^-9 m/s.

Istotą sposobu jest to, że obejmuje następującą sekwencję etapów:

a) usunięcie warstwy gleby do poziomu wymywania z powierzchni terenu co najmniej przekraczającej obszar uszczelnianego podłoża oraz zagęszczenie spoistego podłoża do współczynnika filtracji k1 mniejszego lub równego 1·10^-6 m/s,

b) ułożenie i zagęszczenie warstwy bariery geosyntetycznej w postaci geomembrany, bariery iłowej lub geokompozytu, o współczynniku filtracji k2 mniejszym lub równym 1·10^-10 m/s,

c) ułożenie i zagęszczenie warstwy zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych, o wielkości ziaren mniejszej lub równej 30 mm, do wskaźnika zagęszczenia ls3 od 0,95 do 0,97 oraz do współczynnika filtracji k3 od 1·10^-9 do 1·10^-8 m/s, przy czym:

- grubość h2 warstwy bariery geosyntetycznej wynosi od 2,5 mm do 7 mm,

- grubość h3 warstwy zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych wynosi od 0,70 m do 1,00 m,

- sumaryczna grubość hu powłoki uszczelniającej wynosi od 1,1 m do 1,5 m,

- końcowy współczynnik filtracji ku powłoki uszczelniającej wynosi od 1·10^-10 do 1·10^-9 m/s.

Korzystnym skutkiem zastosowania wynalazku na składowisku odpadów jest to, że podłoże jest izolowane przed przenikaniem odcieków ze składowiska, co skutecznie chroni poziomy wodonośne przed ich zanieczyszczeniem. Uszczelnianie podłoża według wynalazku może być korzystne przy budowie różnego typu składowisk odpadów, szczególnie odpadów o niewielkim stopniu zagrożenia dla środowiska.

Wynalazek został przedstawiony w przykładzie wykonania na schematycznym rysunku.

Sposób uszczelniania podłoża z wykorzystaniem odpadów wydobywczych 3 w przykładach wykonania wykorzystano przy budowie składowisk odpadów wydobywczych 4. Sposób polegał na tym,

PL 249605 Β1 że z przeznaczonego na składowisko obszaru o powierzchni S znajdującego się w rejonie, w którym średnia roczna opadów atmosferycznych wynosiła P usunięto warstwę powierzchniową gleby o grubości H i zagęszczono podłoże 1 do wartości współczynnika filtracji ki i do infiltracji efektywnej h. Następnie na zagęszczonym podłożu 1 rozłożono barierę geosyntetyczną 2, której brzegi znajdowały się wewnątrz obszaru, z którego usunięto warstwę powierzchniową gleby. Na barierę geosyntetyczną 2 o grubości ti2, o współczynniku filtracji k2 oraz infiltracji efektywnej b nakładano zwietrzałe ilaste odpady wydobywcze 3 o maksymalnej wielkości ziarn 30 mm i zagęszczono je mechanicznie walcami wibracyjnymi w warstwach o grubości ok. 0,5 m do wskaźnika zagęszczenia IS3 i do wartości współczynnika filtracji ks oraz do infiltracji efektywnej h. Wykonane uszczelnienie podłoża miało sumaryczną grubość h_u, a współczynnik filtracji uszczelnienia wynosił k_u.

W pierwszym przykładzie wykonania jako barierę geosyntetyczną 2 zastosowano geosyntetyczną barierę iłową w postaci maty bentonitowej ActiMat N15W50-3 firmy GDA Active Composites.

W drugim przykładzie wykonania jako barierę geosyntetyczną 2 zastosowano geosyntetyczną barierę polimerową w postaci geomembrany z polietylenu HDPE - GEOCHRON firmy Warter Polymers.

W trzecim przykładzie wykonania jako barierę geosyntetyczną 2 zastosowano geokompozyt w postaci geosyntetycznej bariery iłowej połączonej z geomembraną, którą była mata bentonitowa laminowana folią PE w postaci maty Bentomat SPL firmy Cętko.

We wszystkich przykładach zwietrzałe ilaste odpady wydobywcze 3 pozyskano ze składowiska odpadów wydobywczych 4 z kopalni Bogdanka.

Dane dotyczące parametrów podłoża oraz charakterystyki powłoki uszczelniającej podłoże w przykładach wykonania przedstawione są w tabeli 1.

Tabela 1. Parametry podłoża i powłoki uszczelniającej podłoże, w której wykorzystywane są odpady wydobywcze

Przykład	S [ha]	P [mm]	H [m]	ki [m/s]	h [m/rok]	h2 [mm]	k2 [m/s]	I2 [m/rok]	IS3	ks [m/s]	b [m/rok]	hu [m]	ku [m/s]
1	5	500	0,4	10-6	0,8	5	w-11	0,01	0,97	ΙΟ'9	0,03	1,5	10-!0
2	10	600	0,3	W-7	0,5	2,5	10-11	0,005	0,95	10-8	0,07	1,1	W’9
3	20	700	0,2	10~8	0,2	7	10~11	0,005	0,96	10®	0,05	1,2	1010

Wykaz oznaczeń

- spoiste podłoże

- bariera geosyntetyczną

- zwietrzałe ilaste odpady wydobywcze

- odpady wydobywcze

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Powłoka uszczelniająca z wykorzystaniem odpadów wydobywczych, zawierająca barierę geosyntetyczną, przeznaczoną do stosowania na składowiskach odpadów, znamienna tym, że powłoka ułożona jest na zagęszczonym spoistym podłożu (1) o współczynniku filtracji ki mniejszym lub równym 1Ί0-⁶ m/s i obejmuje dwie warstwy ułożone w sekwencji od dołu, obejmujące kolejno:

a) warstwę bariery geosyntetycznej (2) w postaci geomembrany, bariery iłowej lub geokompozytu o współczynniku filtracji k2 mniejszym lub równym 1Ί0-¹⁰ m/s,

b) warstwę zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych (3), o wielkości ziaren mniejszej lub równej 30 mm, zagęszczoną do wskaźnika zagęszczenia Iss od 0,95 do 0,97 i o współczynniku filtracji ks od 1 ΊΟ^-9 do 1 Ί0~⁸ m/s, przy czym:

grubość ti2 warstwy bariery geosyntetycznej (2) w postaci geomembrany, bariery iłowej lub geokompozytu wynosi od 2,5 mm do 7 mm, grubość hs warstwy zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych (3) wynosi od 0,70 m do 1,00 m, sumaryczna grubość h_u powłoki uszczelniającej wynosi od 1,1 m do 1,5 m, końcowy współczynnik filtracji k_u powłoki uszczelniającej wynosi od 1Ί0-¹⁰ do 1 Ί0~⁹ m/s.

PL 249605 Β1

2. Sposób uszczelniania podłoża z wykorzystaniem odpadów wydobywczych za pomocą powłoki uszczelniającej według zastrz. 1, znamienny tym, że obejmuje następującą sekwencję etapów:

a) usunięcie warstwy gleby do poziomu wymywania z powierzchni terenu co najmniej przekraczającej obszar uszczelnianego podłoża oraz zagęszczenie spoistego podłoża (1) do współczynnika filtracji ki mniejszego lub równego 1Ί0^-6 m/s,

b) ułożenie i zagęszczenie warstwy bariery geosyntetycznej (2) o współczynniku filtracji k2 mniejszym lub równym 1ΊΟ^-10 m/s,

c) ułożenie i zagęszczenie warstwy zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych (3), o wielkości ziaren mniejszej lub równej 30 mm, do wskaźnika zagęszczenia Iss od 0,95 do 0,97 oraz do współczynnika filtracji ka od 1Ί0^-9 do 1Ί0^-8 m/s, przy czym:

grubość ti2 warstwy bariery geosyntetycznej (2) wynosi od 2,5 mm do 7 mm, grubość hs warstwy zwietrzałych ilastych odpadów wydobywczych (3) wynosi od 0,70 m do 1,00 m, sumaryczna grubość h_u powłoki uszczelniającej wynosi od 1,1 m do 1,5 m, końcowy współczynnik filtracji k_u powłoki uszczelniającej wynosi od 1 10^-10 do T10^-9 m/s.