СПОСОБ КОНСЕРВАЦИИ И ИЗОЛЯЦИИ ТЕХНОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ Российский патент 2007 года по МПК E02D3/12 E02B3/16 

Изобретение относится к области экологии и рационального природопользования, а именно способам консервации ценных компонентов в хранилищах минеральных отходов, а также предотвращения загрязнения грунтов, подземных вод и атмосферного воздуха токсичными химическими веществами, в частности к созданию экранов шламохранилищ, карт намыва и отвалов, препятствующих загрязнению подземных вод токсичными компонентами и пылению, с выносом компонентов, в том числе ценных.

Известен способ экранирования поверхностей хранилищ отходов с применением глины, имеющей коэффициент фильтрации не более 10-8 см/с толщиной 500-1000 мм, которая укладывается на заранее подготовленную поверхность и при этом должна быть тщательно перемята [СНиП 2.01.2885 "Полигоны по обеззараживанию и захоронению токсичных промышленных отходов. Основные положения по проектированию", пп.6.7]. На грунтах необходимо предусматривать экран из мятой глины по дну и откосам слоем не менее 1 м.

Данный способ весьма трудоемок, так как требует употребления больших объемов уплотненной глины.

При длительной эксплуатации минералы глин под воздействием температуры (60-80°С в теле полигона) и агрессивного минерализованного фильтрата (кислого или щелочного) изменяют свое структурное состояние, что приводит к растворению карбонатных минералов (в кислом фильтрате) или глинистых минералов (в кислом или щелочном фильтрате). Таким образом, экран, имея первоначально высокую прочность, постепенно теряет ее.

Известен способ создания противофильтрационных герметических экранов из полимерных листов [СНиП 2.01.2885 "Полигоны по обеззараживанию и захоронению токсичных промышленных отходов. Основные положения по проектированию", пп.6.9]. Способ заключается в том, что на поверхность хвостохранилища укладываются полимерные листы, которые перекрывают защитным грунтовым слоем. Количество слоев варьируется в пределах 1-5.

Полимерное покрытие испытывает воздействия климатических, гидрографических, техногенных факторов (перепады температур, солнечный свет, кислые осадки, прокладка дорог и пр.), что приводит к нарушению сплошности основы, разрывам и ухудшению эксплуатационных свойств покрытия, что является недопустимым. Способ весьма трудоемок, т.к. требует создания нескольких подстилающих и перекрывающих слоев из насыпных грунтов различного состава.

Известен способ создания противофильтрационных гидроизоляционных покрытий из отходов нефтедобычи (асфальтопарафинистые смолоотложения АС-ПО) и отходов полиэтилена в виде гранул или пленки [Патент РФ №2211817, МПК С04В 26/26, E02D 3/12, от 2003.09.10], которые перемешиваются при нагревании до температуры 130°С в течение 45 минут, затем смесь охлаждается на воздухе в течение 3 часов.

Недостатками этого состава являются токсичность отходов нефтедобычи (в процессе эксплуатации состав продолжает быть токсичным и вступает в реакцию с минерализованным фильтратом), снижение прочности покрытия, повышение водопоглощения и фильтрационной способности. Создание противофильтрационного экрана осуществляется ступенчато, требует строгого соблюдения рецептуры и технологии приготовления покрытия, поэтому является сложным и трудноосуществимым в полевых условиях на месте устройства покрытия.

Прототипом способа консервации и изоляции техногенных месторождений выбран способ создания защитного экрана - патент №2255178.

Изобретение относится к способам предотвращения загрязнения грунтов и подземных вод токсичными химическими веществами, в частности к созданию противофильтрационных экранов полигонов захоронения и складирования отходов, свалок, водных резервуаров, гидроизоляционных покрытий емкостей строительного назначения, шламовых амбаров, складов нефтепродуктов и строительных материалов. В способе образования защитного экрана, заключающемся в приготовлении гидроизоляционной смеси, содержащей отходы полиэтилена, укладке ее на основание хранилища и термической обработке, 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. Технический результат - повышение экологичности, технологичности и снижение затрат при сооружении противофильтрационных экранов, повышение прочности, надежности, сроков безаварийной эксплуатации гидроизоляционных покрытий.

Недостатками изобретения является то, что атмосферные воды проникают в тело хранилища, что приводит к повышению активности отходов и необходимости создания сложной системы дренажа; малая эффективность применения способа на хранилищах сухих, пылящих отходов, так как он не препятствует атмосферному выносу отходов хранилища при ветровой нагрузке.

Техническим результатом изобретения является формирование экрана, предотвращающего инфильтрацию атмосферных вод в тело отвалов, шламохранилищ и карт намыва (объект экранирования), сопровождающегося загрязнением подземных вод токсичными веществами; пылевыделение, вынос ценных компонентов из тела массива.

Технический результат способа консервации и изоляции техногенных месторождений достигается приготовлением гидроизоляционной смеси, содержащей отходы полиэтилена (70-99%) и полипропилена (1-30%), укладке ее на поверхность хранилища, в термической обработке при температуре плавления смеси или поверхностного слоя хранилища, согласно изобретению что перед укладкой гидроизоляционной смеси на поверхности хранилища создают уклон 2-5° от центра к краям, а после термической обработки на остывшую поверхность наносят изоляционный слой из крупнозернистого материала толщиной 3-10 см.

Предлагаемое изобретение позволяет:

- решить основную проблему экранов этого класса, а именно разрушающее действие солнечной радиации, нанесением недорогого изолирующего слоя из гравия, гальки и подобных крупнозернистых материалов;

- сохранить ценные компоненты, содержащиеся в промышленных техногенных образованиях, которые могут быть использованы в будущем, а в настоящее время представляют собой угрозу нарушения естественного состояния окружающей среды и условий существования человека.

Способ образования защитного экрана осуществляется следующим образом.

Приготавливают гидроизоляционную смесь из отходов полиэтилена (70-99%) и полипропилена (1-30%), состав смеси определяется климатическими условиями и литологическим составом техногенных отходов.

В районах развития многолетнемерзлых пород требуется сохранение пластичности покрытия при низких температурах, в этом случае смесь должна содержать 90-99% - полиэтилена и 1-10% - полипропилена. В районах жаркого и засушливого климата при необходимости сохранения термоустойчивости покрытия содержание полипропилена в смеси увеличивается до максимума, т.е. до 30%.

Если в составе отходов хранилища преобладают рыхлые несвязные породы, то покрытие должно обладать большей жесткостью, в этом случае смесь должна содержать 75-85% - полиэтилена и 15-25% - полипропилена. В случае преобладания в составе компонентов хранилища трещиноватых пород, а также при наличии неоднородностей на поверхности основания хранилища, то покрытие должно обладать большей пластичностью, в этом случае смесь должна содержать 85-95% - полиэтилена и 5-15% - полипропилена.

Перед образованием защитного экрана проводятся планировочные работы на поверхности объекта экранирования, а именно выравнивание поверхности с понижением ее к краям, путем создания небольшого уклона (2-5°) от центра тела к его краям. Это делается для отведения атмосферных вод с поверхности экрана на прилежащие территории, не занятые отходами. Смесь приготавливают путем перемешивания на месте ее нанесения, равномерным слоем распределяют по поверхности основания хранилища, заполняя ею неоднородности. Далее смесь подвергают, например, электротермической обработке с помощью нагревательного устройства при температуре плавления смеси (150-170°С). Такой обработке подвергаются хранилища, предназначенные для складирования отходов III и IV классов опасности и при низкой обводненности территории. При необходимости повышения изоляционных свойств покрытия при складировании отходов I и II классов опасности и повышенной обводненности грунтов основания температура термической обработки может быть увеличена до температуры техногенных отходов основания (до 1300°С). Кроме того, высокотемпературная термическая обработка приводит к повышению прочностных свойств защитного экрана.

Основной проблемой функционирования подобного экрана является воздействие солнечной радиации, которая приводит к достаточно быстрому, в течение нескольких лет, ухудшению прочностных свойств полимерных экранов, а затем разрушению. Эффективным и недорогим решением является нанесение 3-10 см слоя крупнозернистого материала (гравий, галька и т.п.), который принимает на себя нагрузку в виде солнечного излучения, но не нарушает прочностных свойств оплавленного полимерного экрана. Толщина изоляционного слоя варьируется в зависимости от крупности материала для достижения его наибольшей устойчивости. Этот крупнозернистый слой не будет препятствовать отводу атмосферных вод с поверхности экрана, а дренажные каналы и полимерная стенка с отверстиями позволят отвести воды, но воспрепятствуют выносу материала изоляционного слоя.

Таким образом, применение данного способа позволяет повысить прочность, устойчивость к деформации экранирующего покрытия, создать покрытие устойчивое к воздействию агрессивных природных сред, экологически безопасное для окружающей среды.

Пример конкретного выполнения.

Для консервации и изоляции техногенного месторождения приготавливают гидроизоляционную смесь, содержащую отходы полиэтилена 90 мас.% и полипропилена 10 мас.%, укладывают ее на поверхность хранилища, подвергают термической обработке при температуре 160°С (температура плавления смеси). Причем перед укладкой гидроизоляционной смеси на поверхности хвостохранилища создают уклон 4° от центра к краям, а после термической обработки на остывшую поверхность наносят изоляционный слой толщиной 8 см из гальки.

Изобретение относится к области экологии и рационального природопользования, а именно способам консервации ценных компонентов в хранилищах минеральных отходов, а также предотвращения загрязнения грунтов, подземных вод и атмосферного воздуха токсичными химическими веществами, в частности к созданию экранов шламохранилищ, карт намыва и отвалов, препятствующих загрязнению подземных вод токсичными компонентами и пылению, с выносом компонентов, в том числе ценных. Техническим результатом изобретения является формирование экрана, предотвращающего инфильтрацию атмосферных вод в тело отвалов, шламохранилищ и карт намыва, сопровождающуюся загрязнением подземных вод токсичными веществами, а также пылевыделение и вынос ценных компонентов из тела массива. В способе консервации и изоляции техногенных месторождений, заключающемся в приготовлении гидроизоляционной смеси, содержащей отходы полиэтилена 70-99% и полипропилена 1-30%, укладке ее на поверхность хранилища, в термической обработке при температуре плавления смеси или поверхностного слоя хранилища, перед укладкой гидроизоляционной смеси на поверхности хвостохранилища создают уклон 2-5° от центра к краям, а после термической обработки на остывшую поверхность наносят изоляционный слой толщиной 3-10 см из крупнозернистого материала.

Способ консервации и изоляции техногенных месторождений, заключающийся в приготовлении гидроизоляционной смеси, содержащей отходы полиэтилена 70-99% и полипропилена 1-30%, укладке ее на поверхность хранилища, в термической обработке при температуре плавления смеси или поверхностного слоя хранилища, отличающийся тем, что перед укладкой гидроизоляционной смеси на поверхности хранилища создают уклон 2-5° от центра к краям, а после термической обработки на остывшую поверхность наносят изоляционный слой толщиной 3-10 см из крупнозернистого материала.