СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОГО ЭКРАНА ГИДРОТЕХНИЧЕСКОГО СООРУЖЕНИЯ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ОТХОДОВ
METHOD TO CREATE ANTI-FILTRATION SCREEN OF HYDRAULIC STRUCTURE FOR STORAGE OF INDUSTRIAL WASTES

Изобретение относится к способам предотвращения загрязнения грунтов и подземных вод компонентами промышленных отходов, в частности к созданию противофильтрационных экранов полигонов захоронения и складирования отходов, шламовых полей.
Известен способ образования защитного экрана, заключающийся в приготовлении гидроизоляционной смеси, содержащей отходы полиэтилена, укладке ее на основание хранилища и термической обработке, в котором приготавливают смесь из отходов полиэтилена 70-99% и полипропилена 1-30%, после укладки на основание хранилища ее подвергают термической обработке при температуре плавления смеси или поверхностного слоя хранилища (патент RU №2255178, E02D 3/12, E02B 3/16, опубл. 27.06.2005 г.). Реализация данного решения требует значительных затрат, как на приготовление и формирование гидроизоляционного слоя, так и энергетических затрат на изготовление этого слоя.
Известен способ возведения противофильтрационной завесы, включающий разработку траншеи под защитой глинистой суспензии и заполнение траншеи глиноцементным раствором с одновременным вытеснением глинистой суспензии, в котором перед заполнением траншеи глиноцементным раствором последний вспенивают путем его перемешивания с технической пеной (а.с. СССР №987010, E02B 3/16, 1990 г.). Данное решение требует для реализации значительных затрат, как материальных (цемент, техническая пена), так и на приготовление глиноцементного раствора и перемешивание его с технической пеной, при этом не обеспечиваются высокие противофильтрационные свойства, так как «в теле завесы образуются местные пустоты, что удлиняет путь фильтрации», что со временем может привести к образованию фильтрационных каналов, к загрязнению грунтовых вод и окружающей среды.
Известен состав противофильтрационного экрана, применяемого на шламонакопителях глиноземных заводов, состоящий из двойного слоя полиэтиленовой пленки с защитным грунтовым (Цеховой А.И. и др. Применение асфальтополимербетона в гидроизолирующих покрытиях шламонакопителей. «Цветные металлы», 1978 г., №11, с.58-59). Реализация данного решения требует значительных затрат, как на приготовление и формирование гидроизоляционного слоя, так и энергетических затрат на изготовление этого слоя.
Известен способ создания гидроизолирующих элементов гидротехнических сооружений, включающий доставку материала, его подготовку и укладку, в котором в качестве материала гидроизолирующего элемента используют шлам от переработки боксита по способу Байера, выходящий из процесса с влажностью Т:Ж=1:2-10, который перед укладкой подготавливают путем обезвоживания до влажности Т:Ж=1:0,5-0,6, при этом содержание фракций +50 мкм в шламе составляет не более 10 мас.%, после чего подготовленный материал уплотняют до пористости не более 0,60-0,65 (а.с. СССР №1564257, E02B 3/16, 1990 г.).
Основные недостатки данного технического решения, принятого за ближайший аналог, - значительные затраты на обезвоживание суспензии, сложность подготовки, укладки и уплотнения влажного материала, недостаточно высокие противофильтрационные свойства экрана.
Задачей предлагаемого решения является снижение затрат на создание противофильтрационного экрана гидротехнического сооружения для хранения промышленных отходов и повышение экологической безопасности хранилища.
Техническим результатом является использование в составе противофильтрационного экрана природных материалов и промышленных отходов, повышение противофильтрационных свойств экрана.
Технический результат достигается тем, что в способе создания противофильтрационного экрана гидротехнического сооружения для хранения промышленных отходов, например шламонакопителя, включающем формирование слоев экрана на основании шламонакопителя с использованием суспензии промышленных отходов, содержащих мелкодисперсные частицы, уплотнение слоев, основание шламонакопителя выполняют из глины или суглинка, уплотняют, заливают на уплотненный слой водную суспензию мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов при отношении в ней Ж:Т в пределах 3÷10:1, выдерживают суспензию до впитывания в слой основания шламонакопителя, укладывают сверху слой глины или суглинка и уплотняют его.
2
При этом водную суспензию заливают в количестве 50-100 л/м.
Сравнительный анализ решения по ближайшему аналогу и предлагаемого решения показывает следующее.
Известное решение и предлагаемое характеризуются сходными признаками:
- способ создания противофильтрационного экрана гидротехнического сооружения для хранения промышленных отходов, включающий:
- формирование слоев экрана;
- использование суспензии промышленных отходов;
- использование промышленных отходов, содержащих мелкодисперсные частицы;
- уплотнение слоев.
Предлагаемое решение отличается от ближайшего аналога следующими признаками:
- основание гидротехнического сооружения для хранения промышленных отходов - шламонакопителя - выполнено из глины или суглинка;
- основание шламонакопителя из глины или суглинка уплотняют;
- заливают на уплотненный слой водную суспензию мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов;
- в суспензии поддерживают отношении Ж:Т в пределах 3÷10:1;
- выдерживают суспензию до впитывания в нижележащий слой;
- укладывают сверху слой глины или суглинка;
- верхний слой глины или суглинка уплотняют.
2
При этом водную суспензию заливают в количестве 50-100 л/м.
Наличие в предлагаемом техническом решении признаков, отличных от признаков решения по ближайшему аналогу, позволяет сделать вывод о соответствии предлагаемого условию патентоспособности изобретения «новизна».
Техническая сущность предлагаемого решения заключается в следующем.
В составе противофильтрационного экрана используют природный материал, включающий глину или суглинок, а в качестве техногенного отхода используют водную суспензию мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов.
Мелкодисперсные пыли газоочисток электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов содержат тонкодисперсные частицы, в основном диоксид кремния, и имеют следующий состав, мас.%:
SiO<sub>2</sub>
80,0-95,0
Al<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,2-0,5
Fe<sub>2</sub>O<sub>3</sub>
0,2-0,5
CaO
1,2-4,0
MgO
0,8-3,0
C<sub>свободный</sub>
3,0-8,0
Na<sub>2</sub>O
до 0,1
SO<sub>3</sub>
0,1-0,2
P<sub>2</sub>O<sub>5</sub>
0,1-0,15
K<sub>2</sub>O
0,1-0,4
TiO<sub>2</sub>
до 0,02
SiC
3,0-5,0
Химический состав пылей может колебаться, в зависимости от исходных видов сырья и технологии, однако содержание основного компонента - диоксида кремния, находится в указанных пределах.
Пыли имеют следующий гранулометрический состав фракции:
мкм
%
0-1
13,0
1-3
13,8
3-5
8,4
5-10
10,4
10-20
14,8
20-29
7,0
>30
32,6
2
3
Удельная поверхность - 15-28 м/г. Насыпная плотность - 0,2-0,25 г/см.
Мелкодисперсные пыли газоочисток электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов относятся к группе возгонных пылей, образующихся при испарении в зоне высоких температур и последующей конденсации возгонов. Частицы таких пылей несут одинаковый статический электрический заряд.
Повышение противофильтрационных свойств материала связано с наличием микрочастиц, перекрывающих имеющиеся поры и с высокой удельной поверхностью пылей.
Формирование экрана производят послойно с уплотнением слоев природного материала в виде глины или суглинка. При этом заливают на уплотненный слой водную суспензию мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов при отношении в ней Ж:Т в пределах 3÷10:1, выдерживают суспензию до впитывания в нижележащий слой. При отношении Ж:Т менее 3:1 суспензия имеет повышенную вязкость, затруднено равномерное нанесение материала на уплотненный слой глины или суглинка. При отношении Ж:Т более 10:1 мало количество пыли в составе суспензии, снижаются противофильтрационные свойства экрана.
Использование в строительстве шламонакопителя промышленных отходов позволяет не только эффективно их утилизировать, но и снизить себестоимость строительства шламонакопителя за счет снижения затрат на строительство как за счет снижения стоимости материалов, так и за счет снижения энергетических и трудовых затрат. При этом противофильтрационные свойства получаемого экрана полностью отвечают предъявляемым требованиям.
Результаты отработки создания противофильтрационного экрана по предлагаемому способу приведены в таблице.
№ п/п
Противофильтрационный экран
Характеристики экрана
Время впитывания суспензии, час
Коэффициент фильтрации, м/сутки
1
2
3
4
5
1
Уплотненный суглинок
300 мм
-
3,2·10<sup>-4</sup>
2
Уплотненный суглинок - нижний слой
200 мм
2,0
1,3·10<sup>-4</sup>
Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния
Ж:Т=5:1
30,0 л/м<sup>2</sup>
Уплотненный суглинок - верхний слой
100 мм
3
Уплотненный суглинок - нижний слой
200 мм
3,5
9,5·10<sup>-5</sup>
Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния
Ж:Т=5:1
50,0 л/м<sup>2</sup>
Уплотненный суглинок - верхний слой
100 мм
4
Уплотненный суглинок - нижний слой
200 мм
12,0
2,7·10<sup>-5</sup>
Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния
Ж:Т=5:1
100,0 л/м<sup>2</sup>
Уплотненный суглинок - верхний слой
100 мм
5
Уплотненный суглинок - нижний слой
200 мм
64,0
2,9·10<sup>-5</sup>
Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния
Ж:Т=5:1
200,0 л/м<sup>2</sup>
Уплотненный суглинок - верхний слой
100 мм
6
Глина уплотненная
300 мм
-
7,2·10<sup>-6</sup>
7
Глина уплотненная - нижний слой
200 мм
3,0
5,7·10<sup>-6</sup>
Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния
Ж:Т=5:1
30,0 л/м<sup>2</sup>
Глина уплотненная - верхний слой
100 мм
8
Глина уплотненная - нижний слой
200 мм
6,0
4,9·10<sup>-6</sup>
Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния
Ж:Т=5:1
50,0 л/м<sup>2</sup>
Глина уплотненная - верхний слой
100 мм
9
Глина уплотненная - нижний слой
100 мм
27,0
1,5·10<sup>-6</sup>
Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния
Ж:Т=5:1
100,0 л/м<sup>2</sup>
Глина уплотненная - верхний слой
100 мм
10
Глина уплотненная - нижний слой
200 мм
80,0
1,45·10<sup>-6</sup>
Водная суспензия пыли газоочистки электротермического пр-ва кремния
Ж:Т=5:1
200,0 л/м<sup>2</sup>
Глина уплотненная - верхний слой
100 мм
2
2
При проведении исследований использованы суглинки, глина и водная суспензия пыли газоочистки электротермического производства кремния. Отношение Ж:Т принято 5:1. При отношении Ж:Т менее чем 3:1 пыль плохо и неравномерно распределяется по поверхности. Отношение Ж:Т более 10:1 нецелесообразно, так как увеличивается объем суспензии, снижается эффективность пыли в составе экрана. Использование суспензии в количестве менее 50 л/м поверхности дает незначительный эффект по повышению противофильтрационных свойств экрана, а при увеличении количества суспензии более 100 л/м поверхности эффективность не увеличивается, но значительно возрастает время впитывания суспензии в нижний слой возводимого противофильтрационного экрана.
Использование предлагаемого технического решения позволяет снизить себестоимость строительства шламонакопителя, предотвратить загрязнение прилегающего к хранилищам почвенного слоя за счет уменьшения коэффициента фильтрации изолирующего материала, утилизировать многотоннажные техногенные отходы в виде мелкодисперсной пыли газоочистки электротермического производства кремния и/или кремнистых ферросплавов.