Способ создания противофильтрационного экрана накопителей Советский патент 1992 года по МПК E02B3/16 C09K17/00 

Изобретение относится к созданию антифильтрационных экранов, которые могут найти применение при сооружении водоемов-накопителей для хранения различных стоков, например, с комбикормовых заводов.

Известен способ создания экрана для предотвращения утечки, предназначенный для экранирования земляных сооружений с целью хранения различных промышленных стоков (рассолы и др). Данный экран создают посредством укладки на защищаемую поверхность слоев соли и связанного грунта с последующей обработкой их глинистой суспензией (пульпой).

Недостатками известного способа являются невозможность обеспечения минимальной водопроницаемости связных грунтов, потребность больших затратой значительной продолжительности их возведения, малая прочность, вследствие постепенного разрушения при механическом воздействии, а также невозможность применения на склонах различной крутизны (при заложении откосов 1:3, 1 4; 1 5 и др)

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является способ образования противофильтрационного экрана для хранилищ Данный экран создается из глинистых грунтов и дренажной системы, причем с целью снижения гидростатического давления на водоупорный слой дренажная система расположена над водоупорным слоем.

Однако известный способ не обеспечивает минимально необходимого снижения коэффициента фильтрации глинистых грунтов, не обладает достаточной прочностью и постепенно разуплотняется и разрушается,

И

к

Ч

в результате чего его водопроницаемость значительно увеличивается.

11ель изобретения - уменьшение водопроницаемости экрана и повышение его прочности.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу сбздания противофильт- экрана, включающему укладку водоупорного глинистого слоя на подготовленное ложе, перед укладкой глинистого грунта на ложе последовательно наносят прослойку толщиной 12-18 см из смеси с плотностью 1,65-1,70 г/см , содержащей глинистый грунт, отходы сальвинитовой ру- ды и воду при следующем соотношении компонентов, мас,%;

Глинистый грунт73,70-74,90

Отходы сильвини- товой руды1,56-1,80

Вода Остальное

далее прослойку толщиной 10-20 см из песка или песчаного грунта с плотностью 1,60- 1,65 г/см3, далее прослойку толщиной 15- 21 см из смеси плотностью 1,65-1,70 г/см3, содержащей глинистый грунт, отходы силь- винитоаой руды, пирофосфат натрий и воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

, Глинистый грунт70,50-72,80

Отходы сильвини- товой руды2,40-2,65

Пирофосфат натрия 0,64-0,80 ВодаОстальное

далее прослойку толщиной 15-25 см из смеси плотностью 1,60-1,65 г/см3, содержащей метилсиликонат натрия, воду и песок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Метилсиликонат

натрия0,016-0,018

Вода8,100-10,500

ПесокОстальное

а водоупорный слой из глинистого грунта плотностью 1,60-1,65 г/см3 укладывают толщиной 20-30 см,

Сущность способа создания антифильтрационного экрана заключается в следующем.

На подготовленный для экранирования участок (спланированный и др.) укладывают первый слой - слабоводопроницаемый, состоящий из глинистых грунтов, обработанных отходами сильвинитовой руды, получаемой при производстве калийных солей. Необходимо отметить, что приготовление нижнего слабоводопроницаемого слоя можно осуществлять как в бетоносмесителях, так и непосредственно на месте экранирования. При приготовлении данной смеси можно использовать бетоносмесите

ли цикличного действия с принудительным смешиванием компонентов (С-742 П, С1-100 и др.), куда добавляется в определенных соотношениях глинистый грунт, отходы сильвинитовой руды и вода, и вся смесь перемешивается до однородной массы. Приготовленную грунтовую смесь транспортируют автотранспортом и укладывают в виде экрана (бульдозером с выносным но0 жом 0-80 и др.) слоем 12-18 см. При приготовлении смеси на месте производства работ вначале завозят глинистый грунт (в случае отсутствия связных грунтов на месте), который разравнивается бульдозера5 ми (Д-259 и др.) толщиной 12-18 см. Затем необходимое количество соли рассыпают на подготовленную поверхность распределителем грансостава (ДС-8 и др) и тщательно перемешивают фрезерным

0 орудием (ДС-18 и др.) до получения однородной грунтовой массы. Перемешивание глинистых грунтов с солями необходимо производить при их оптимальной влажности, равной 19-25%. Полученную массу тща5 тельно перемешивают и уплотняют кулачковыми катками СД-130 и др) до плотности 1,65-1.70 г/см3,

На укатанную поверхность укладывают второй слой, состоящий из песка или песча0 ного грунта толщиной 10-20 см с плотностью 1,60-1,65 г/см3.

После этого на песчаный слой укладывают третий слой, содержащий глинистый грунт, обработанный отходами сильвинито5 вой руды и пирофосфатом натрия по указанной технологии для нижнего слоя (например, приготовления однородной грунтовой массы в бетоносмесителе циклического действия или обработка грунтов с

0 необходимыми реагентами на месте производства работы фрезерными орудиями с последующим их уплотнением до плотности 1,65-1,70 г/см3. Толщина данного слоя составляет 15-21 см.

5 Затем на укатанную поверхность укладывают четвертый слой, состоящий из песка, обработанного метилсиликонатом натрия. Для этих целей автотранспортом подвозится песок и укладывается слоем

0 15-25 см, который при помощи поливочных машин (ОЗТП-9654) обрабатывается метилсиликонатом натрия и уплотняется гладкими катками за 2-3 прохода до плотности 1,60-1,65 г/см3.

5 После этого весь экран прикрывается защитным слоем толщиной 20-30 см, который состоит из любых связных почвогрун- тов. Уложенный связный грунт уплотняется кулачковыми катками до плотности 1,60- 1,65 г/см3.

В табл.7 отражена зависимость водопроницаемости экранирующих слоев от их толщины.

В качестве основного материала для создания экрана использованы связные грунты (тяжелые суглинки).

В качестве диспергатора нами использовались отходы сильвинитовой руды, образующейся при производстве калийных удобрений,

В табл.1 приведен средний состав отхо- дов сильвинитовой руды.

Добавление к глинистым грунтам небольших количеств пирофосфата натрия способствует диспергации и стабилизации созданной структуры.

Кроме того, к песчаным или супесчаным грунтам добавляют небольшие количества метилсилликоната натрия, который способствует еще большему противофильтрацион- ному эффекту экрана. Это связано с тем, что данный реагент гидрофобизирует грунты и создает водоотталкивающий слой, состоящий из мономолекулярных или полимолекулярных кремнийорганических полимерных пленок.

В табл.2 приведены состав метилсили- коната натрия.

Устройство песчаного горизонта между двумя грунтовыми прослойками способствует прерыванию капиллярной каймы, кро- ме того, на нижний грунтовый слой гидростатическое давления заметно снижается и приближается к градиенту свободной инфильтрации.

В результате обработки глинистых грун- тов отходами сильвинитовой руды в их коллоидном комплексе происходят глубокие изменения основных физико-химических и водно-физических характеристик, результатом чего является резкое уменьшение водо- проницаемости. Это объясняется тем, что почвенный коллоидный комплекс, насыщенный ионами натрия и калия, обладает огромной степенью диссоциации, обуславливающей высокую гидратационную спо- собность и дисперсность, что препятствует образованию в этих условиях почвенных агрегатов. Таким образом, в результате сильного диспергирования глинистых фракций под влиянием расклинивающего действия тонких водных слоев, образующихся вследствие внедрения в коллоидный комплекс обменного натрия и фиксации необменного калия, происходит разрушение их естественной структуры и совершенно исчезает межагрегатная и внутриагрега т- ная пористость, столь характерная для грунтов естественного сложения. При этом происходит плотная упаковка тонкодисперсных и коллоидных частиц грунтов, следствием чего является значительное уменьшение общей и активной пористости, а следовательно, и водопроницаемость.

Способ осуществляется следующим образом.

Для обеспечения возможности работ по созданию экрана производят тщательную выкорчевку всей естественной растительности бульдозером (С-80 и др.). Ложе строящегося накопителя тщательно уплотняют кулачковыми катками (Д-130). Затем в бетоносмесителях цикличного действия (С-742П) готовят смесь (пастообразная масса - перемешивание на протяжении 5 мин), содержащую следующие компоненты, мас.%: глинистый грунт 74,3 (что соответствует 1550 кг воздушно-сухого грунта); отходы сильвинитовой руды, образующейся при производстве калийных удобрений 1,68 (что соответствует 35 кг); вода (водопроводная) 24,02 (что соответствует 500 л).

Подготовленную смесь (пастообразная масса) подвозят автосамосвалами (МАЗ- 250) и выгружают на экранируемый участок в шахматном порядке. Разравнивание пасты производится бульдозером (С-80) с выносным ножом ленточным способом, слоем 15 см.

Затем укладывают второй слой, состоящий из песка, толщиной 15 см (из расчета на 1 м2 вес этого слоя 255 кг или 100 мас,%). Песок подвозят автотранспортом (МАЗ- 250), выгружают в шахматном порядке, разравнивают бульдозером (С-80), и затем уплотняют гладкими катками за 1 проход

После этого на песчаный слой укладывают третий слой, содержащий следующие компоненты, мас.%: глинистый грунт 71,68 (что соответствует 1500 кг воздушно-сухого грунта); отходы сильвинитовой руды, образующейся при производстве калийных удобрений 2,51 (что соответствует 52,5 кг); пирофосфат натрия 0,72 (что соответствует 15,1 кг); вода (водопроводная) 25,09 (что соответствует 525 л).

Пастообразный материал готовят также в бетоносмесителях цикличного действия (С-742П), куда загружают все необходимые компоненты и перемешивают на протяжении 5 мин, Подготовленную таким образом пастообразную массу подвозят автосамосвалом (МАЗ-250) и выгружали в шахматном порядке, а затем разравнивают бульдозером (С-80) с выносным ножом ленточным способом слоем 18 см.

После этого укладывают четвертый слой, состоящий из песка, который подвозят автосамосвалами (МАЗ-250) и разравнивают слоем 20 см (из расчета на 1 м2 вес этого

слоя 340 кг или 90,653 мас.%). Затем песчаный слой при помощи поливочных машин (ОЗТП-9654) обрабатывают (поливают) ме- тилсилмконатом натрия. Для этих целей в поливочную машину добавляют метил- силиконат натрия из расчета 0,0578 кг (0,017 мас.%) на 35 л (9,33 мас.%) воды. После этого обработанный песчаный слой обрабатывают гладкими катками за 2 прохода.

Затем весь экран прикрывают защитным слоем из глинистых (связных грунтов слоем 25 см. Длч этих целей грунт подвозят автотранспортом (МАЗ-250) и разравнивают бульдозерами (С-80). Уложенный грунт уплотняют кулачковыми катками до плотности 1,65 г/см3,

В табл.3 приведены экспериментальные данные по водопроницаемости в зависимости от содержания глинистого грунта, песка, сильвинмговой руды (образующейся при производстве калийных удобрений), метилсиликонатз натрия, пирофосфата натрия и воды.

Проведенные исследования показали, что при обработке глинистых грунтов отходами силызинитовой руды, а также в комплексе с пирофосфятом нагрия водопроницаемость их значительно уменьшается.

Устройство антифильтрационного экрана разработанным способом способствует уменьшению его фильтрационной способности до минимальных размеров (Кф 0,01- 0,02 см/сутки)

Разработанный способ устройства антифильтрационного экрана позволяет создать надежный экран для накопителей, в которых будут храниться отходы, сбрасываемые с комбикормовых заводов, а также других производств.

Таким образом, в результате обработки глинистых грунтов отходами сипьвинйтовой руды (образующихся при производстве калийных удобрений) и пирофосфатом натрия водно-физические и физико-химические их свойства значительно изменяются.

В табл,4 представлены сопоставимые данные физико-химических и других свойств грунтов полученного экрана, с входящими в него компонентами,

Из данных, представленных в табл.4, видно, что естественные грунты размокали за 4-6 ч, в то время как грунты, обработанные по разработанной технологии, не размокали на протяжении более 480 ч (за время проведения опытой). Все это свидетельствует о значительной прочности и водоустойчивости обработанных грунтов. В результате обработки глинистых грунтов

по данной технологии (при механическом и химическом воздействии) общая удельная поверхность и дисперсность их значительно повышаются, что существенно отражзетсч на повышенном содержании тонкодисперсных фракций и заметном уменьшении их фильтрационной способности (Кф « -0,008-0,02 см/сут).

Необходимо отметить, что в отходах,

0 сбрасываемых с комбикормовых заводов, содержаться, в основном, условно чистые стоки (после биологической очистки). Кроме того, испытывались стоки, содержащие повышенное количество солей (тзбл 5).

5 В табл.5 и 6 приведены результаты проведенных испытаний на созданном нами экране различных стоков.

Исследования показали, что коэффициент фильтрации разработанного варианта

0 экрана со временем (на протяжении 3 лет работы) не только увеличивается, но даже несколько и уменьшается до 0,01- 0,008 см/сут, в то время как водопроницаемость естественных грунтов (суглинок и

5 др.) колеблется в очень широких пределах 45-80 см/сут. Это свидетельствует о том, что со временем наблюдается тенденция к значительному уплотнению пастообразной массы (происходит стабилизация пасты во

0 времени).

Установлено, что под созданным многослойным экраном общая минерализация профильтровавшихся вод не превышает 0,42-0,88 г/л. Следует отметить, что в ре5 зультате незначительной фильтрации разработанного варианта экрана (0,01- 0,008 см/сут) все механические и органические примеси, которые могут встречаться в стоках, сбрасываемых с комбикормо0 вых заводов, адсорбируются грунтовыми прослойками. Все это свидетельствует о том, что данный экран является высокоэффективным, прочным и достаточно надежным.

5 Предлагаемый антифильтрационный экран из глинистых грунтов представляет собой многокомпонентную коагуляционную структуру, образованию которой способствует высокая дисперсность тонкодисперс0 ных частиц, созданная в результате механического (тщательное перемешивание связных грунтов в тугопластичном состоянии) и химического (внедрение в коллоидный комплекс ионов натрия и калия)

5 воздействия на саязные грунты. Таким образом, в результате сильного диспергирования глинистых фракций под влиянием расклинивающего действия топких водных слоев, образующихся вследствие внедрения в коллоидный комплекс обменного натрмя и фиксации необменного кялия, происходит предельно плотная упаковка тонкодисперсных частиц, что в конечном счете приводит к значительному уменьшению активной пористости, а следовательно, и фильтрации.

Необходимо отметить, что устройство двух песчаных прослоек, способствует прерыванию капиллярной каймы, а следовательно, и значительному уменьшению гидростатического давления на нижележащие слои. Кроме того, обработка верхнего песчаного слоя метилсиликонатом натрия способствует гидрофобизации частиц, в результате чего возникает тончайшая водоот- талкиеающая планка, что препятствует также проникновению солевых растворов в нижележащие горизонты.

Предлагаемый антифмльтрационный экран обаадает хорошей эластичностью, что дает возможность возводить его не только на выравненных и хорошо спланированных участках, но и на склонах различной крутизны (при заложении откосов 1:3-1:6 и др). Кроме того, различные просадочные явле- ния, встречающиеся в почвогрунтах при сооружении накопителей, не влияют на деформацию экрана, так как он хорошо вы- полаживается по рельефу местности. Необходимо отметить, .что экраны, созданные из бетонны х, асфальтовых, асфальтобетонных и других подобных материалов, при проса- дочных явлениях сильно растрескиваются и разрушаются, в связи с чем водопроницаемость их значительно увеличивается, Таким образом, разработанный грунтовый экран обладает значительной водоустойчивостью, хорошей эластичностью и достаточной прочностью. Данный экран обладает хорошими антифильтрационными свойствами (Кф 0,01-0,008 см/сут), что в значительной степени способствует предупреждению загрязнения грунтовых вод и повышению их уровня.

Предлагаемый антифильтрационный экран может быть использован при экранировании накопителей, в которых хранятся

стоки, сбрасываемые с различных комбикормовых заводов и другчх производств. Формула изобретения Способ создания противофильтрацион- ного экрана накопителей, преимущественно для хранения различных стоков производства, заключающийся в нанесении водоупорного слоя из глинистого грунта на подготовленное ложе, отличающийся тем, что, с целью уменьшения водопроницаемости экрана и повышения его прочности, перед укладкой глинистого грунта на ложе последовательно наносят прослойку толщиной 12-18 см из смеси с плотностью 1,65-1,70 г/см3, содержащей глинистый грунт, отходы сильвинитовой руды и воду при следующем соотношении компонентов, мас,%:

Глинистый грунт73,70-74,90 Отходы сильвинитовой руды1,56-1,80 Вода Остальное далее прослойку толщиной 10-20 см из песка или песчаного грунта с плотностью 1,60- 1,65 г/см , далее прослойку толщиной 15- 21 см из смеси плотностью 1,65-1,70 г/см3, содержащей глинистый грунт, отходы сильвинитовой руды, пирофосфат натрия м воду при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Глинистый грунт70,50-72,80

Отходы сильвинитовой руды 2,40г2,65 Пирофосфат натрия 0,64-0,80 ВодаОстальное далее прослойку толщиной 15-25 см из смеси плотностью 1,60-1,65 г/см3, содержащей метилсиликонат натрия, воду и песок при следующем соотношении компонентов, мас.%:

Метилсиликонат

натрия0,016-0,018

Вода8,100-10,500

ПесокОстальное

а водоупорный слой из глинистого грунта плотностью 1,60-1,65 г/см3 укладывают толщиной 20-30 см.

Использование: при строительстве накопителей различных стоков Сущность изобретения: на подготовленное ложе последовательно наносят прослойку толщиной 12-18 см из смеси с плотностью 1,651,70 г/см3, содержащей мае % глинистый грунт 73,7-74,9; отходы сильвинитовой руды 1,56-1,8: вода-остальное, далее- прослойку толщиной 10-20 см из песка или песчаного грунта с плотностью 1.60-1,65 г/см3, далее - прослойку толщиной 15-21 см из смеси плотностью 1,65-1,70 г/см3, содержащую мае % глинистый грунт 70.5-72 8 отходы сильвинитовой руды 2,4-2 65 пирофосфат натрия 0,64-0,80 вода - ос тальное, далее - прослойку толщиной 15- 25 см из смеси плотностью 1,60-1,65 г/см3 содержащую, мас.% метилсиликонат натрия 0,016-0,018; вода 8,1-10.5; песок - остальное, далее укладывают толщиной 20-30 см водоупорный слой из глинистого грунта плотностью 1,60-1,65 г/см3 7 табл 1 сл с

50

Таблица 1

Состав метилсиликоната натрия и его свойства

Внешний вид(СНзЗЮМа)п

Сухой остаток, мас.%

Щелочность (в пересчете на NaOH), мас.%

Плотность при +20°С, г/см3

Кремний, мас.%, не менее

Гидрофобизирующая способность (проба на

кошель), не менее

Мети л овы и спирт, мас.%

Таблица 2

Показатели

Жидкость от безцветного до светло-коричневого цвета Допускаются оттенки Наличие осадка не допускается 30±5 15±2

1,19±0,02 4,0

8,0

16

Таблица 3

Продолжение табл. 3

Продолжение табп, 3

Таблица 4

Таблица 5

Таблица 6

Таблица 7