СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ И РЕКУЛЬТИВАЦИИ КАРТ - НАКОПИТЕЛЕЙ ОТХОДОВ Российский патент 2019 года по МПК E21C41/32 E02D27/14 

Изобретение относится к охране окружающей среды - обезвреживанию и долговременному безопасному захоронению различных отходов с возможностью рекультивации и эффективного использования занимаемых отходами площадей земли, и может быть использовано, в частности, для обезвреживания лигнинсодержащих отходов, образующихся на целлюлозных производствах и складируемых в виде шлам-лигнинов в картах шламонакопителей.

Россия отличается развитой промышленностью, большими объемами добычи и переработки полезных ископаемых, древесины и образованием твердых, жидких, промышленных и бытовых отходов - в настоящее время накоплено свыше 45 млрд.т. отходов различного класса опасности.

Шламонакопители строились в 1960-70 е годы как временные площадки хранения отходов до момента разработки технологии их обезвреживания. Спустя полвека такая технология человечеством так и не придумана.

Так, например, при производстве целлюлозы рекомендуется способ рекультивации карт- шламонакопителей предприятий по производству целлюлозы, включающий удаление надшламовой воды, нанесение на поверхность карты-шламонакопителя слоя золы от сжигания угля с последующим отвердеванием массива (см., например, патент РФ №2526983, кл. С02F 11/14, 2012 г.). Перед нанесением золы с поверхности карты-шламонакопителя удаляют надшламовые воды, образующиеся в результате выпадения сезонных осадков. Нанесение золы на поверхность карты проводят по участкам послойно.

Одновременно со сталкиванием золы на обрабатываемый участок производят перемешивание ее со слоем шлам-лигнина, а также перемещение образующейся массы за пределы этого участка и удаление появляющейся при этом воды. Затем на нижний слой шлам-лигнина снова наносят слой золы с последующим перемешиванием ее со шлам-лигнином и сдвигом получающейся при этом массы за пределы участка до полной выработки на нем шлам-лигнина. Выработанный участок карты-шламонакопителя заполняют образованной золо-шлам-лигнинной массой с уплотнением поверхностного слоя. Однако, как показали дальнейшие исследования, полученная после смешивания с золой и неомоноличенная золо-шлам-лигнинная масса не затвердевает и, будучи в жидком состоянии, вырабатывает метан и сероводород, что значительно ухудшает экологическую обстановку в районах нахождения карт шламонакопителей.

По мнению ученых Иркутского национального исследовательского технического университета (ИРНИТУ), имеющего большой практический опыт по работе с отходами промышленных предприятий и владеющего обширной информацией, касающейся эффективных технологий по переработке шлам-лигнинов, в частности, Байкальского целлюлозно-бумажного комбината, метод омоноличивания шлам - лигнинной массы является наиболее эффективным и дешевым способом обезвреживания лигнинсодержащих отходов с экологической и экономической точки зрения: нет необходимости вывозить их на специальные перерабатывающие предприятия, так как обработка отходов осуществляется на месте их складирования. Однако для осуществления процесса омоноличивания необходимо устранить подвижность шлам-лигнина и существенно понизить его влажность, достигающую 90 - 93 мас. %.

Известен способ для омоноличивания (брикетирования) илов и шламов сточных вод, включающий смешивание ила и шлама, обезвоженных до влажности 20 - 30%, (мас. %), с гашеной известью (3 мас. %), опилками и/или измельченными древесными отходами, и/или соломой (27 мас. %), золой-уносом ТЭЦ и/или измельченным шлаком котельных (20 мас. %) (см., например, патент РФ №2410337, кл. С 02 F, 11/14, 2006 г.).

Для реализации известного решения полученную после смешивания массу отвердевают (брикетируют и/или гранулируют под давлением 60-100 кг/см²⁾), а брикеты и/или гранулы с влажностью 10-15% термообрабатывают в течение 3-4 минут в печах СВЧ и упаковывают в водонепроницаемую тару. Однако, эффективность применения известной сырьевой смеси невелика из-за весьма длительного срока ее отвердевания - месяцы и годы (влажность исходного шлам-лигнина чрезвычайно велика и достигает 90 мас. %,) а также незначительной конечной прочности (на сжатие - не более 2-3 кг на кв. см) изготавливаемых из нее изделий (брикетов), что делает их перемещение весьма затруднительным, а при увлажнении брикетов происходит растворение и выделение содержащихся в брикетах токсичных веществ. Реализация указанного известного решения, связанная с необходимостью снижения исходной влажности шлам-лигнина, а также необходимостью извлечения шлам-лигнина из карт-шламонакопителей в практике вызовет существенные экономические затраты.

Известен и другой способ переработки шламовых отходов, в котором за основу взята технология омоноличивания шлам-лигнина в картах шламонакопителей с использованием вяжущего вещества - известкового вяжущего и золошлаковых отходов ТЭЦ БЦБК (см., например, патент РФ №2576202, кл. С05F 11/00, 2014 г.).

Согласно этой технологии переработку шламовых отходов осуществляют методом отверждения, для чего к предварительно подготовленным для обработки шлам-лигнинным отходам добавляют композицию расходных материалов, состоящую из вяжущего на основе гашеной и/или негашеной извести и различных компонентов, вызывающих образование нерастворимого или малорастворимого пористого продукта при взаимодействии с гашеной и/или негашеной известью. Таким материалом («компонентом») в известной технологии может быть, например, зольный наполнитель (под зольным наполнителем понимается любой вид золы). С целью придания шлам-лигнину наилучших свойств, прежде всего, снижения его первоначальной влажности для взаимодействия со связующей смесью и образования продукта переработки с наиболее оптимальными свойствами, возможна предварительная обработка шлам-лигнина, например, путем его термообработки для уменьшения вязкости.

Получаемый при этом инертный, как утверждают заявители, камнеобразный монолит заключает в своей минеральной матрице молекулы шлам-лигнина, что уменьшает негативное воздействие на окружающую среду шлам-лигнинных отходов.

Однако, отвердевание предлагаемой по патенту РФ №2576202 массы, в том числе из-за высокой влажности шлам-лигнина, в картах шламонакопителей идет месяцами и годами, а неомоноличенная золо-шлам-лигнинная масса, будучи в жидком, подвижном состоянии, значительно ухудшает экологическую обстановку, в частности, на картах шламонакопителях в районе о. Байкал.

В дополнение к описанным способам известно устройство для обработки высоковлажных шламов (в частности, для подготовки шламов для последующего отверждения (брикетирования) (см., например, патент РФ №2036168, кл. С02F 11/12, 1995 г.), включающее насосы для закачивания шламов в отстойник или осветлитель (например, сгуститель), где происходит первичное частичное обезвоживание шлама; ленточный транспортер, на который предварительно подается «сухой» шлам, нагретый в результате термического обезвоживания, а на необезвоженный (первично обезвоженный до 80%) высоковлажный шлам, накрывающий «сухой» с образованием «слоеного пирога»; смеситель, куда с ленточного транспортера поступает «слоеный пирог», и в котором происходит доиспарение влаги. Ленточный транспортер и смеситель активно вентилируются для удаления паров воды.

Из смесителя выходит сыпучая смесь с заданной (30%) влажностью и разделяется на два потока: один (30-33% от общего потока) направляется на брикетирование, а другой (остальные 67-70%) направляется в печь на термическую обработку для удаления влаги и далее снова на ленту транспортера.

Применение известного устройства, по мнению его авторов, позволяет повысить технологичность процесса за счет совмещения операций сушки и транспортировки шлама, снизить энергоемкость за счет утилизации тепла сухого порошка.

Необходимость осуществления сложного многоступенчатого обезвоживания шлам-лигнина для получения шлама с заданной (не более 30 мас. %) влажностью, обязательность его извлечения из шлам-карты существенно усложняет и значительно удорожает процесс реализации известного технического решения, что не позволило применить его в практике.

Известно также устройство для непрерывного выпаривания жидкости (см., например, авт. свид. СССР №100442, кл. В01D 1/04, 1954 г.), использующее теплоту нагретого пара для выпаривания жидкости и выполненное в виде горизонтального теплообменника с трубчатыми элементами типа «труба в трубе». Жидкость, подвергаемая испарению, протекает по внутренней трубе, а пар для обогрева жидкости поступает в кольцевое пространство, образованное между двумя трубами. Однако, шлам-лигнин весьма вязок и не поддается прокачке, что с учетом малой поверхности тепломассобмена не позволило реализовать это устройство для омоноличивания шлам-лигнинов.

Таким образом, известные технические решения, к сожалению, не позволяют получить положительные результаты по омоноличиванию шлама-лигнина с применением в этих целях вяжущих веществ, а ознакомление с уровнем техники в области известных решений по омоноличиванию шлам-лигнинов непосредственно в шлам -картах и их рекультивацию демонстрирует отсутствие до последнего времени эффективного, экономически приемлемого, технического решения этой задачи, что объясняет, отсутствие решения проблемы обезвреживания и утилизации, в частности, нескольких млн. куб. м токсичных шлам-лигнинов в картах на берегу озера Байкал в течение более 45 лет.

С точки зрения авторов настоящего изобретения это связано с достаточно необычным строением шлама - лигнина в виде пространственной молекулярной структуры со значительным (до 90 мас. % !) содержанием прочно связанных молекул воды. Лигнины имеют чрезвычайно сложную пространственную сетчатую структуру биополимера с высокой степенью разветвленности и неоднородного по молекулярной массе.

Шлам-лигнин чрезвычайно инертен и не отдает связанную в нем воду для реакций формирования цементно-песчаного или известково-песчаного камня на обычных цементах и извести, препятствуя твердению композиций.

В заявляемом изобретении проблему обезвреживания шлам-лигнинов предлагается решить, не затрачивая усилий и финансовых средств на переработку отходов, находящихся к картах, ввиду их не технологичности для извлечения и транспортировки и для осуществления объемного омоноличивания разнообразных по составу, морфологии, подвижности и токсичности отходов вяжущими веществами непосредственно в картах шламонакопителей, например, Байкальского ЦБК (табл. 1)

Анализ данных в приведенной табл. 1 показывает, что, например, осуществление, например, очистки надшламовой воды потребует около 1500 руб за 1 куб. м., а смешивание вяжущих и других различных расходных материалов с затратами энергоресурсов, техники и труда непосредственно в картах шламонакопителей потребует, по расчетам авторов, около 4000 руб за куб. м шлам-лигнинов и около 2500 руб за куб. м золошлаковых отходов, что для омоноличивания, например, отходов в картах Байкальского ЦБК составит более 15 млрд.руб.

Известны способы изготовления свайных фундаментов на слабых грунтах, к которым можно отнести и шлам-лигнинные отложения, а также зольные и смешанные отложения в картах шламонакопителей, путем погружения в грунт железобетонных свай и монтажа охватывающей их монолитной железобетонной плиты (ростверка) (см., например, патенты РФ: №2328576, кл. Е02D, 27/12, 2006 г., №2364684, кл. Е02D, 27/12, 2007 г.).

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому нами изобретению является способ и устройство возведения плитно-свайного фундамента для высокосейсмичных районов по патенту РФ №2307212 (выбранному в качестве прототипа), состоящий из располагающихся рядами свай с оголовками, промежуточной подушки из гранулированных материалов, монолитного ростверка, отличающийся тем, что верх промежуточной подушки располагают на отметке спланированной поверхности грунта и выравнивают тонким - 3÷5 см -слоем цементного раствора, на нем располагают скользящий элемент из двух слоев материала с низким значением коэффициента трения и закрывают его слоем бетонной подготовки….

По указанному техническому решению сейсмостойкий свайный фундамент для высокосейсмичных районов, отличается еще и тем, что арматура монолитного ростверка отдельно стоящего фундамента под колонну выполнена в виде армокаркаса, включающего поперечную арматуру и выпуска рабочей арматуры для соединения с рабочей арматурой колонны.

Использование в известных способах и устройствах традиционного портландцемента для изготовления бетона для плит и железобетонных колонн - свай существенно снижает несущую способность опорного каркаса.

Цель заявляемого изобретения - полная изоляция массообмена компонентов отходов в шламонакопителях с окружающей средой и предотвращения миграции в нее токсичных и вредных веществ из отходов, снижение себестоимости и ускорение работ по обезвреживанию шлам-лигнина непосредственно в картах - шламонакопителях с последующей рекультивацией карт шламонакопителей.

Поставленная цель достигается тем, что в способе обезвреживания и рекультивации карт накопителей отходов, включающий изготовление монолитной железобетонной плиты, со свайными опорами, установленными на дно карт, на которых монтируют армирующий плиту стальной каркас, опоры выполняют из стальных труб, которые устанавливают на дно карты и сопрягают с армирующим плиту каркасом, а затем выполняют заполнение труб бетоном одновременно с бетонированием водонепроницаемой железобетонной плиты толщиной от 150 до 250 мм над слоем отходов в карте, при этом в качестве вяжущего при изготовлении бетона колонн и железобетонной плиты применяют наноцемент одного из типов - 45 или 55*, качестве крупного заполнителя - щебень фракции 5-20 мм, а в качестве мелкого заполнителя - строительный песок при следующем соотношении ингредиентов, % мас.:

наноцемент типа 45 или 55 15,0-20,0; песок строительный 30,0-35,0; щебень фракции 5-20 мм 40,0-45,0; вода остальное

При этом, для обеспечения полной изоляции карт - накопителей отходов от массообмена с окружающей средой в случае дренирования жидких сред через участки дна или боковые поверхности карт - накопителей отходов, осуществляют подачу в объемы таких участков цементного раствора под давлением от 1 до 5 ати, в зависимости от заданной глубины омоноличивания грунта,а в качестве вяжущего в растворе применяют наноцемент одного из типов - 30 или 35*, при следующем соотношении ингредиентов растворной смеси, % мас.:

наноцемент типа 30 или 35 от 25 до 40 вода от 75 до 60

Поставленная цель достигается также тем, что в устройстве для обезвреживания и рекультивации карт - накопителей отходов по предлагаемому способу, монолитная железобетонная плита толщиной от 150 до 250 мм уложена по всей площади карты и опирается на трубобетонные колонны диаметром от 159 до 325 мм, установленные на дно карты с шагом через каждые 6,0-6,5 м между осями труб, при этом верхняя часть труб выставлена на 10-30 см выше уровня отходов в карте-накопителе отходов, а армирующий стальной каркас железобетонной плиты смонтирован на верхней части трубобетонных колонн.

Сущность предлагаемого технического решения для обезвреживания и рекультивации карт шламонакопителей состоит в следующем. Отходы, находящиеся в картах шламонакопителей, покрываются в картах сверху водо- и газонепроницаемой герметичной железобетонной плитой с армирующим каркасом, которая опирается на трубобетонные колонны. Использование взамен традиционного портландцемента высокоэффективного наноцемента для изготовления бетона, применяемого при формовании в картах шламонакопителей монолитной железобетонной плиты и трубобетонных колонн, позволяет обеспечить ее водо- и газонепроницаемость от окружающей среды и недопущение попадания в нее составляющих отходов, повысить несущую способность и долговечность конструкции, изготовленной согласно заявляемому техническому решению.

Наноцемент предполагается использовать и для кольматации (омоноличивания) участков боковых поверхностей и дна карт шламонакопителей в случае фильтрации ими веществ из карт.

Наноцемент относится к цементам нового поколения по сравнению с портландцементом и позволяет получать на его основе высокопрочные бетоны классов от В 40 до сверхпрочных бетонов класса В 100, что обеспечивает максимальную прочность конструкций, изготовленных с его применением (1-3). Высокая дисперсность наноцементов (согласно ПНСТ 19-2014) они характеризуется удельной поверхностью в пределах от 400 до 600 м /кг и позволяет растворам на их основе глубоко проникать под давлением от 1 до 5 ати в грунт для его омоноличивания.

Трубобетонные колонны, применяемые в предлагаемом решении в виде опор на дно карт, представляют собой стальную оболочку (металлическую трубу), заполненную бетоном, образующим внутреннее ядро. Металлическая оболочка обеспечивает всестороннее равномерное обжатие бетонного массива, повышая несущую способность ядра и колонны (4).

При этом использование наноцемента в бетоне трубобетонной колонны в несколько раз повышает несущую способность таких опор и благодаря этому позволяет выдерживать в экстремальных условиях, например, сейсмических воздействиях, значительные нагрузки, в то время как любые другие виды железобетонных колонн, используемых в известных технических решениях, в таких же условиях очень быстро теряют несущую способность (5).

Предлагаемый способ с помощью заявляемого устройства осуществляют следующим образом.

Подлежащие рекультивации карты - накопителей отходов в виде шламонакопителей, например, Байкальского ЦБК, вырыты в грунте и имеют близкую к прямоугольной форму с размерами: ширина до 300 м, длина - до 1000 м, глубина - до 5-7 м. Дно карт покрыто водонепроницаемым экраном, боковые стенки покрыты железобетонными плитами или металлическими листами и изолированы слоем асфальта, уровень шлам-лигнина и его смесей с золой в картах Байкальского ЦБК колеблется в пределах от 3,5 до 7,0 м. Сейсмоустойчивость карт рассчитана на 9 баллов при установленной в районе г. Байкальска зоны сейсмики в 10 баллов.

Реализацию обезвреживания и рекультивации карт шламонакопителя по предлагаемому изобретению выполняют путем непрерывного бетонирования изолирующей железобетонной плиты по всей площади каждой карты. С этой целью до бетонирования на дно шлам-карты, по всей ее площади, устанавливают трубобетонные колонны диаметром от 159 до 325 мм с шагом от 6,0 до 6,5 м между осями и высотой по вертикали на 10-30 см выше уровня отходов в карте.

На установленные стальные колонны монтируют металлический армирующий каркас в виде стальных ригелей (прямоугольного профиля) между осями колонн, которыми соединяют трубобетонные колонны в плане по осям сторон квадратов и по одной диагонали квадратов и опирающейся на них арматуры, например, в виде дорожной сетки сверху и снизу стальных прямоугольных профилей. После установки армирующего каркаса и опалубки производят подачу и распределение бетонной смеси в трубобетонные колонны и железобетонную плиту про всей площади карты.

Предлагаемое устройство показано на фиг. 1 (железобетонная плита и несущие трубобетонные колонны в карте - общий вид),на фиг 2 - сопряжение верха трубобетонной колонны с ригелями и армирующей сеткой, на фиг. 3 - крышка колонны) карта с армирующим каркасом (вид сверху); на фиг. 4 - рекультивированная карта шламонакопителя - общий вид.

Устройство (фиг 1) в карте шламонакопителе 1 с глиняным замком на дне 2 и уровнем расположения отходов 3 в карте, на поверхность которых помещается опалубка 4 для бетонирования железобетонной плиты 5, опирающейся на трубобетонные колонны 6, расположенных на основаниях 7.

Для изготовления армирующего каркаса железобетонной плиты 5 (фрагмент узла на фиг. 2) трубобетонные колонны 6 накрыты стальными крышками 8 толщиной 5-8 мм с отверстиями 9 (фиг. 3), на которых приварены пустотелые прямоугольные стальные трубы - ригели 10, опирающимися на торцы крышек 8 с отверстиями от 100 до 200 мм, соосными трубам и входящие внутрь труб цилиндрической частью на 50-70 мм. Прямоугольные пустотелые стальные ригели 10 соединяют трубобетонные колонны 6 в плане по осям стороны квадрата и по одной диагонали квадрата, на них располагается армирующий стальной каркас (сверху и снизу ригелей) в виде, например, двух слоев дорожной сетки 11 (фиг. 2). Опалубкой монолитной железобетонной плиты 5 снизу - в летнее время - может служить твердая поверхность отходов в карте шламонакопителей. В зимнее время опалубкой для литья монолитной железобетонной плиты может служить твердая ледяная поверхность карт, утепленная, например, плитным экструдированным пенополистиролом 12, как показано на фиг. 2. В летнее время надшламовую воду над отходами с поверхности рекультивируемой карты откачивают перед выполнением работ по изготовлению армирующего каркаса, нижней опалубки и заливки бетона плиты.

Во всех случаях для изготовления бетонного сердечника трубобетонных колонн и заливки монолитной железобетонной плиты в качестве вяжущего применяют наноцемент в соответствии с предварительным национальным стандартом РФ ПНСТ 19-2014 «Портландцемент наномодифицированный» типов наноцемент 45 или наноцемент 55.

Рекультивированная карта шламонакопителя показанная на фиг. 4 включает: карту шламонакопителя 1; изолированную от массообмена с окружающей средой; отходы 3; водо-газонепроницаемую монолитную железобетонную плиту 5 на поверхности отходов 3; грунт 13 на поверхности плиты 5 и гумусовый растительный слой с деревьями (фиг. 4).

Примеры осуществления предлагаемого способа.

Пример 1. (Омоноличивание бетонной плитой поверхности отходов карты №1 шламонакопителя Байкальского ЦБК в зимнее время). Карта имеет длину 1000 м и ширину 160 м, глубину 9 м от верхнего обреза края карты. Уровень отходов 3 в виде шлам-лигнинов находится на высоте от дна около 7,5 м, на их поверхности сформировался лед средней толщиной 200 мм. Подготовленные стальные трубы 6 высотой 7,7 м (на 30 см выше уровня отходов 3 в карте шламонакопителя), диаметром 325 мм и толщиной стенки 8 мм, с приваренными к нижним торцам труб основаниями 7 - стальными круглыми пятками диаметром 400 мм, толщиной 10 мм, опускают через просверленные во льду отверстия и устанавливают на дно карты №1 по всей ее площади с шагом 6,5 м между осями труб. На верхние торцы стальных труб 6 одевают цилиндрические стальные крышки 8 диаметром 273 мм и высотой цилиндрической части 70 мм с круглым основанием диаметром 400 мм и с соосными трубам отверстиями 9 диаметром 200 мм, после чего трубы 6 осаживают на дно карты с помощью дизельного штангового молота МСДШ 1-3000, закрепляемого на выносной штанге.

После установки и осадки стальных труб 6 на ледовой поверхности карты шламонакопителя срезают излишние по высоте оголовки труб до одного горизонтального уровня, одевают на них крышки 8, а затем опирают и приваривают к крышкам 8 горизонтальные прямоугольные пустотелые стальные ригели 10 из труб 80 X 40 X 2 мм, которыми соединяют трубобетонные колонны 6 в плане по осям стороны квадрата 6,5×6,5 м и по одной диагонали каждого квадрата. На армирующем каркасе плиты 5 распределяют провод 4ОКДБС - 145 для подогрева бетона и соединяют его секции с греющими трансформаторными станциями КТПТО - 80.

После этой операции на поверхность льда карты 1 укладывают слой рубероида и на него помещают утеплитель в виде экструдированных пенополистирольных плит 12 толщиной 100 мм. Затем на ригелях 10 монтируют армирующий стальной каркас железобетонной плиты 5 из двух слоев дорожной сетки 11 100×100×6 мм (сверху и снизу ригелей 10), которую привязывают к ригелям на расстоянии 15-20 мм от их поверхности.

Далее через отверстия 9 в крышках 8 производят заливку бетоном стальных труб 6 и одновременно непрерывно подают бетон для изготовления монолитной железобетонной плиты 5 толщиной 25 см, соединяющей отдельно стоящие трубобетонные колонны 6 в единую конструкцию, препятствуя их наклонам под воздействием горизонтальных сдвигов почвы. При этом в качестве вяжущего при приготовлении бетонной смеси применяют наноцемент 55, в качестве крупного заполнителя - щебень фракции 5-20 мм, в качестве мелкого заполнителя - строительный песок, а бетонную смесь готовят при следующем соотношении компонентов (% мас.):

наноцемент типа 55 15,0; песок строительный 32,0; щебень фракции 5-20 мм 45,0; вода остальное

Бетонирование плиты 5 целесообразно производить без остановки, в течение нескольких суток с установкой по ее толщине герметичных упругих прокладок для учета температурных эффектов сжатия и расширения бетона в зависимости от температуры окружающей среды. В случае наличия БСУ в районе работ по рекультивации карт шламонакопителей, на них приготавливаются и поставляются на место работ бетонные смеси на наноцементах заданных составов и подвижности.

При отсутствии стандартных БСУ в районе расположения карт шламонакопителей монтируют комплектные бетоносмесительные узлы типа Флагман 60 или Флагман 90.

При бетонных работах на карте устанавливают раздатчик бетона с бункером для подачи и распределения бетона по всей поверхности карты.

После того, как бетонная смесь полностью уложена на опалубку 4, смесь при необходимости выравнивается и уплотняется и включается подогрев бетона плиты. Отлитая железобетонная плита 5 накрывается сверху утеплителем по всей поверхности.

В случае обнаружения фильтрации токсичных реагентов через дно карт шламонакопителей и глиняный замок 2 в грунт под ними выполняется цементирование проблемных участков карт шламонакопителей путем инъекции в грунт оснований таких участков карт под давлением от 3 ати, глубокопроникающего кольматирующего раствора, (% мас.):

малоклинкерного наноцемента 35 - 30; воды - 70

После затвердевания бетонной смеси на поверхность готовой железобетонной плиты 5 отсыпают грунт и на него укладывают слой почвогрунта с высеванием трав и посадкой деревьев (фиг. 4).

Пример 2 (на примере омоноличивания карты №11 Байкальского ЦБК, площадь карты - 79939 м², заполнение карты №11 - золошлаковыми отходами - работы выполняются в летнее время).

Технология осуществления способа с помощью заявляемого устройства, как показано в примере 1. Предварительно с поверхности карты шламонакопителя откачивают надшламовые воды. Затем на дно карты устанавливают трубобетонные колонны 6 высотой на 10 см выше уровня отходов с шагом 6,0 м диаметром 159 мм а железобетонную плиту 5 изготавливают толщиной 15 см. Утепление бетона при твердении не применяется, в качестве опалубки (нижней части опалубки) используется твердая выровненная поверхность золошлаковых отходов в шлам-карте.

После затвердевания бетонной смеси на поверхность готовой железобетонной плиты отсыпают грунт и на него укладывают слой почвогрунта с высеванием трав и посадкой деревьев (фиг. 4).

Пример 3 (на примере омоноличивания карты №7 Байкальского ЦБК, площадь карты - 143, 732 м², заполнение карты №7 - шлам-лигнины и золошлаковые отходы).

Технология осуществления способа, как показано в примере 2. Предварительно с поверхности карты шламонакопителя откачивают надшламовые воды. После этого на дно карты устанавливают трубобетонные колонны 6 с шагом 6,25 м диаметром 219 мм и высотой на 20 см меньше глубины карты, а железобетонную плиту 5 изготавливают толщиной 200 мм. Утепление бетона при твердении не применяется, в качестве опалубки используются листы цементно-стружечных плит, закрепляемых снизу армирующего стального каркаса.

После затвердевания бетонной смеси на поверхность готовой железобетонной плиты отсыпают грунт и на него укладывают слой почвогрунта с высеванием трав и посадкой деревьев (фиг. 4).

Предлагаемое техническое решение по обезвреживанию и рекультивации карт шламонакопителей обеспечивает:

омоноличивание и полную изоляцию от внешней среды разнородных отходов с лигниновыми шламами и золами различного происхождения во всех картах;

предлагаемая технология отличается возможностью круглогодичной работы и большой скоростью заливки монолитной плиты, которая, например, для карты №1 Байкальского ЦБК составит около 7 суток;

работы по омоноличиванию карт могут вестись одновременно на нескольких картах шламонакопителей;

для реализации предлагаемой технологии не имеет значения какие отходы находятся в картах шламонакопителей;

нет необходимости строительства заводской инфраструктуры и объектов капитального строительства, нет необходимости в строительстве новых объектов для утилизации;

реализуется возможность использования поверхности карт-накопителей отходов под курортную, туристическую застройку или устройство на отдельных плитах карт объектов сельскохозяйственное назначение (теплиц);

достигается необходимая устойчивость высокопрочного и долговечного бетонного покрытия карт шламонакопителей к любым катаклизмам - землетрясениям и селевым потокам;

очевидность реализации, простота и преимущества предложенной технологии - может быть реализована в самые короткие сроки - в течение 2018-2020 годов;

максимальное применение местных материалов - цемента а также щебней и песков области;

высокая экономическая эффективность предложенного технического решения - например, стоимость работ по карте шламонакопителя №1 Байкальского ЦБК составила около 324 млн.руб;

суммарная стоимость всех работ по ликвидации ущерба окружающей среде от отходов ,например, Байкальского ЦБК оставит около 5,8 млрд.руб.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ:

1. Бикбау М.Я. Нанотехнологии в производстве цемента - М., ОАО «Московский институт материаловедения и эффективных технологий», 2008. - 768 с.

2. Афанасьева В.Ф. Результаты испытаний бетонов с применением наноцементов // Ж. «Строительные матер., оборуд. и техн. XXI века. Технология бетонов». - 2012.- №9-10, с. 16-17

3. Несветайло В.М. Многофункциональные бетоны нового поколения // Ж. «Строительные матер., оборуд. и техн. XXI века. Технология бетонов». - 2018. - №11-12, с.12-15

4. Гареев М.Ш. Прочность сжатых сталетрубобетонных элементов с предварительно обжатым ядром. - Автореф. Кандид. диссерт. - 2004 г. Магнитогорск. - 20 с.

5. СТО 36554501-025-2011 «Трубобетонные колонны» // ОАО НИЦ «Строительство», ЗАО «ИМЭТ». - М. - 2011. - 43 с.

Изобретение относится к охране окружающей среды: обезвреживанию и долговременному безопасному захоронению различных отходов с возможностью рекультивации и эффективного использования занимаемых отходами площадей земли, и может быть использовано, в частности, для обезвреживания лигнинсодержащих отходов, образующихся на целлюлозных производствах и складируемых в виде шлам-лигнинов в картах - накопителей отходов. В способе и устройстве для обезвреживания и рекультивации карт - накопителей отходов, включающих устройство свайных опор и изготовление железобетонной плиты, объединенной с опорами, с целью полной изоляции массообмена компонентов отходов в картах-накопителях отходов с окружающей средой и предотвращения миграции в нее токсичных и вредных веществ, свайные опоры изготавливают в виде трубобетонных колонн, установленных на дно карты по всей ее площади, после чего осуществляют омоноличивание поверхности карты путем монтажа на трубобетонных колоннах поддерживающего железобетонную плиту ригельного каркаса, а во внутреннем объеме ригельного каркаса - армирующего плитного каркаса с последующим бетонированием монолитной железобетонной плиты, причем в качестве вяжущего при изготовлении колонн и железобетонной плиты применяют наноцемент одного из типов - 45 или 55. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 4 ил., 3 пр.

1. Способ обезвреживания и рекультивации карт накопителей отходов, включающий изготовление монолитной железобетонной плиты со свайными опорами, установленными на дно карт, на которых монтируют армирующий плиту стальной каркас, отличающийся тем, что, с целью полной изоляции массообмена компонентов отходов в картах-накопителях отходов с окружающей средой и предотвращения миграции в нее токсичных и вредных веществ из отходов, а также снижения себестоимости и ускорения работ по обезвреживанию шлам-лигнина непосредственно в картах-накопителях отходов с последующей рекультивацией карт, опоры выполняют из стальных труб, которые устанавливают на дно карты и сопрягают с армирующим плиту каркасом, а затем выполняют заполнение труб бетоном одновременно c бетонированием водонепроницаемой железобетонной плиты толщиной от 150 до 250 мм над слоем отходов в карте, при этом в качестве вяжущего при изготовлении бетона колонн и железобетонной плиты применяют наноцемент одного из типов - 45 или 55*, качестве крупного заполнителя - щебень фракции 5-20 мм, а в качестве мелкого заполнителя - строительный песок при следующем соотношении ингредиентов, мас.%:

наноцемент типа 45 или 55 15,0-20,0 песок строительный 30,0-35,0 щебень фракции 5-20 мм 40,0-45,0 вода остальное

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что для обеспечения полной изоляции карт - накопителей отходов от массообмена с окружающей средой в случае дренирования жидких сред через участки дна или боковые поверхности карт-накопителей отходов осуществляют подачу в объемы таких участков цементного раствора под давлением от 1 до 5 ати, в зависимости от заданной глубины омоноличивания грунта, а в качестве вяжущего в растворе применяют наноцемент одного из типов - 30 или 35* при следующем соотношении ингредиентов растворной смеси, мас.%:

наноцемент типа 30 или 35 от 25 до 40 вода от 75 до 60

3. Устройство для обезвреживания и рекультивации карт - накопителей отходов по предлагаемому способу, отличающееся тем, что монолитная железобетонная плита толщиной от 150 до 250 мм уложена по всей площади карты и опирается на трубобетонные колонны диаметром от 159 до 325 мм, установленные на дно карты с шагом через каждые 6,0-6,5 м между осями труб, при этом верхняя часть труб выставлена на 10-30 см выше уровня отходов в карте-накопителе отходов, а армирующий стальной каркас железобетонной плиты смонтирован на верхней части трубобетонных колонн.