Способ создания противофильтрационного экрана накопителей

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЗОБРЕТЕ ОПИСА,й 6 ь".,к 1ИБЬ ИО, 3.6.4%,У ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТ(56) Авторское свидетельство СССРМ 470568, кл. Е 02 В 3/16, 1970,(54) СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННОГО ЭКРАНА НАКОПИТЕЛЕЙ(57) Использование: при строительстве. накопителей различных стоков. Сущность изобретения: на подготовленное ложепбследовательно наносят прослойку толщиной 12 - 18 см из смеси с плотностью 1,65 - . Изобретение относится к созданию антифильтрационкых экранов, которые могутнайти применение при сооружении водоемов-накопителей для хранения различныхстоков, например, с комбикормовых заводов.Известен способ создания экрана дляпредотвращения утечки, предназначенный ,для экранирования земляных сооружений сцелью хранения различных промышленныхстоков (рассолы и др.). Данный экран создают посредством укладки на защищаемуюповерхность слоев соли и связанного грунта. с последующей обработкой их глинистойсуспензией(пульпой),Недостатками известного способа являются невозможность обеспечения минимальной водопроницаемости связных )грунтов. потребность больших затрат и значительной продолжительности их возведеп).Капо 1749349 А 1.1,70 г/смз, содержащей мас,": 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/см . да 3 лее - прослойку толщиной 15-21 см из смеси плотностью 1,65-1,70 г/см, содержа 3щую мас,о,: глинистый грунт 70,5 - 72,8 от- . ходы 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/см, содержащую, мас, ф: 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/см. 7 табл. ния, малая прочность, вследствие постепенного разрушенияпри механическом воздействии, а также невозможность применения на склонах различной крутизны (при заложении откосов 1:3; 1:4; 1:5 и дрНаиболее 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 гидростатическогодавления на водоупорныйслойдренажная 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,в результате чего его водопроницаемость ли цикличного действия с принудительным значительно увеличйвается смешиванием компонентов (СП, С 1-100цель изобретения - уменьшение водо- и др.), куда добавляется в определенных сопроницаемости экрана и повышение его отношениях глинистый грунт, отходы силь 5 винитовой руды и вода, и вся смесьПоставленная цель достигается тем, что . перемешивается до однородной массы. согласно способу сбэдания противоФильт- Приготовленную грунтовую смесь трансрацйнного экрасна, включающему укладку портируют автотранспортом и укладывают водоупорного глинистого слоя на подготов- в виде экрана (бульдозером с выносным но- ленное ложе, перед укладкой глинистого 10 жом 0-80 и др,) слоем 12-18 см. При пригогрунта на ложе последовательно йаносят товлении смеси на месте.производства прослойку толщиной 12-18 см из смеси с работ вначале завозят глинистый грунт (в плотностью 1,65-1,70 г/см, содержащей, случае отсутствия связных грунтов на месглинистый грунт, отходы сальвинитовойру- те), который раэравнивается бульдозерады и воду при следующем соотношении 15 ми(Дидр.) толщиной 12 - 18 см. Затем компонентов, мас./О необходимое количество соли рассыпаютГлинистый грунт 73,70-74,90 на подготовленную поверхность распре- Отходы сильвини- делителем грансостава (ДСи др,) и тща-.1,56-1,80 тельно перемешивают фрезернымВода Остальное . 20 орудием (ДСи др,) до получения одно- далее прослойку толщиной 10-20 см иэ пе- родной грунтовой массы, Перемешивание ска или песчаного грунта с плотностью 1,60- глинистых грунтов с солями необходимо 1,65 г/смз, далее прослойку толщиной 15- производить при их оптимальной влажно см из смеси плотностью 1,65-1,70 г/см, сти, равной 19 - 25. Полученную массу тща 3со,;ержащей глинистый грунт, отходы силь тельно перемешивают и уплотняют винитовой руды, пирофосфат натрия и воду кулачковыми катками(Ди др.)до плотнопри следующем соотношении компонентов, сти 1,65-1,70 г/смз.мас о/о: " На укатанную поверхность укладывают ., Глинистый грунт 7050-72,80 . второй слой, состоящий из песка или песчаОтходы сильвини ного грунта толщиной 10-20 см с плотнотовой руды 2,40-2,65 .стью 1,60-1,65 г/см.Г 1 ирофосфат натрия 0,64-0,80 После этого на песчаный слой укладываВода Остальное ют третий слой, содержащий глинистый далее прослойку толщиной 15-25 см из сме- грунт, обработанный отходами сильвинитоси плотностью 1,60-1,65 г/смз,содержащей 35 вой руды и пирофосфатом натрия по ука метилсиликонат натрия, воду и песок при занной технологии для нижнего слоя слеьдующем соотношении компонентов, (например, приготовления однородной мас.грунтовой массы в бетоносмесителе циклиМетилсиликонат ческого действия или обработка грунтов с натрия 0,016-0,018 40 необходимыми реагентами на месте произ- Вода 8100-10,500 водстваработыФрезернымиорудиямиспоПесок, Остальйбе следующий их уплотнением до плотности а водоупорный слой из глинистого грунта 1,65-1,70 г/смз, Толщина данного слоя соплотностью 1,60-1,65 г/см укьладываютставляет 15-21 см.толщиной 20-30 см, 45 Затем на укатанную поверхность уклаСущность способа создания антифильт- дывают четвертый слой, состоящий из пес рационного экрана заключается в следую- ка, обработанного метилсиликонатомнатрия. Для этих целей автотранспортомНа подготовленнйй для Ъкранирования подвозится песок и укладывается слоем участок (спланированный и др.) укладывают 50 15-25 см, который при помощй поливочных первый слой - слабоводопроницаемый, со- машин (ОЗТП) обрабатывается метил- стоящий из глинистых грунтов, обработан- сйликонатом натрия и уплотняется гладкиных отходами сильвинитовой руды, . ми катками за 2-3 прохода доплотностиз.получаемой при производстве калийных со,60-1,65 г/см .лей. Необходимо отметить, что приготовле Послеэтого весь экран- прикрывается ние нижнего слабоводопроницаембго слоя защитным слоем толщиной 20-30 см, кото-можно осуществлять как в бетойосмесите- рый состоит иэ любых связных почвогрунлях, так и непосредственно на месте акра- тов, Уложенный связный грунт уплотняется нирования, При приготовлении данной - куласчкотвыми катками до плотности 1,60- смеси моитно иснольеоееть бетоносмесите- т,65 г/см .17493495 6В табл.7 отражена зависимость водо- сных и коллоидных частиц грунтов, следстпроницаемости зкранирующих слоев от их вием чего является значительное уменьшетолщины, . ние общей и активной пористости, аВ качестве основного материаладля со- следовательно; и водопроницаемость,здания экрана использованы связные грун- Способ осуществляется следующим обты (тяжелые суглинки) 5 разом,В качестве диспергатора нами исполь- Для обеспечения возможности работ поэовались отходы сильвинитовой руды, обра-, созданию экрана производят тщательнуюзующейся при производстве калийных выкорчевку всей естественной растительноудобренийсти бульдозером(Си др.). Ложе строяще 8 табл.1 приведен средний состав отхо гося накопителя тщательно уплотняютдов сильвинитовой руды. кулачковыми катками (Д). Затем в бетоДобавление к глинистым грунтам не- носмесителях цикличного действия (СП)больших количеств пирофосфата натрия готовят смесь(пастообраэная масса - . переспособствуетдиспергации и стабилизации мешивание на протяжении 5 мин), содержасозданной структуры, 15 щую следующие компоненты, мас.;Кроме того, к песчаным или супесчаным. глинистый грунт 74,3 (что соответствуетгрунтам добавляют небольшие количества . 1550 кг воздушно-сухого грунта); отходыметилсилликоната натрия, которыйспособ- сильвинитовой руды, образующейся приствует еще большему противофильтрацион- производстве калийнйх удобрений 1,68 (чтоному эффекту экрана, Зто связано с тем, что 20 соответствует 35 кг); вода (водопроводная)данный реагент гидрофобизирует грунты и 24,02 (что соответствует 500 л),создает водоотталкивающий слой, состоя- Подготовленную смесь (пастообразнаящий иэ мономолекулярных или полимолеку- масса) подвозят автосамосвалами (МАЗлярных кремнийорганических полимерных 250) и выгружают на экранируемый участокпленок. 25 в шахматном порядке, Раэравнивание пасВ табл,2 приведены состав метилсили- ты производится бульдозером (С) с выконата натрия носным ножом ленточным способом, слоемУстройство песчаного горизонта между 15 см.двумя грунтовыми прослойками способст- Затемукладывают второй слой, состоявует прерыванию капиллярной каймы, кро щий из песка, толщиной 15 см(из расчета наме того, на нижний грунтовый слой1 м вес этогослоя=255 кгили 100 мас,оь).гидростатическое давления заметно снижа- Песок подвозят автотранспортом (МАЗется и приближается к градиенту свободной . 250), выгружают в шахматном порядке, разинфильтрации.равнивают бульдозером (С), и затемВ результате обработки глинистых грун уплотняют гладкими катками за 1 проход,тов отходами сильвинитовой руды в их кол-После этого на песчаный слой укладывалоидном комплексе происходят глубокие ют третий слой, содержащий следующиеизменения основных физико-химических и компоненты, мас.оь: глинистый грунт 71,68водно-физических характеристик, результа-(что соответствует 1500 кг воздушно-сухоготом чего является резкое уменьшение водо грунта); отходы сильвинитовой руды, обрапроницаемости. Это объясняется тем, что зующейся при производстве калийных.почвенный коллоидный комплекс, .насы- удобрений 2,51 (что соответствует 52,5 кг);щенный ионами натрия и калия, обладает . пирофосфат натрия 0,72 (что соответствуетогромной степенью диссоциации, обуслав,1 кг); вода (водопроводная) 25,09 (что соливающей высокую гидратационную спо ответствует 525 л),собность и дисперсность, что препятствуетПастообразный материал готовят такжеобразованию вэтихусловиях почвенных аг- в бетоносмесителях цикличного действиярегатов. Таким образом, в результате силь- (СП), куда загружают все необходимыеного диспергирования глинистых фракций компоненты и перемешивают на протяжепод влиянием расклинивающего действия 50 нии 5 мин. Подготовленную таким образомтонких водных слоев, образующихся пастообразную массу подвозят автосамосвследствие внедрения в коллоидный ком- валом (МАЗ) и выгружали в шахматномплекс обменного натрия и фиксации нео- порядке, а затем разравнивают бульдозебменного калия, происходит разрушение ром (С) с выносным ножом ленточнымих естественной структуры и совершенно 55 способом слоем 18 см,исчезает межагрегатная и внутриагрегат- После этого укладывают четвертыйная пористость, столь характерная для слой,состоящийизпеска,который подвозятгрунтов естественного сложения. При этом автосамосвалами (МАЗ) и разравнивапроисходит плотная упаковка тонкодиспер- ют слоем 20 см (из расчета на 1 м вес этогослоя 340 кг или 90,653 мас.ф 6). Затем песчаныЙ слОЙ при помощи поливочных машин(ОЗТГ 3-9654) обрабатывают (поливают) метилсиликонатом нзтрия, Для этих целей вполивочнуо машину добавляют метилсиликонат натрия из расчета 0,0578 кг(0,017 мась) на 35 л (9,33 мзс.ф/,) воды.После этого обработанный песчаный слойобрабатывают гладкими катками зз 2 прохода. 10Затем весь экран прикрывают защитным слоем из глинистых (связных грунтовслоем 25 см, Для этих целей грунт подвозятавтотранспортом (МАЗ) и разравнивают бульдозерами (С). Уложенный грунт 15уплотняют кулачковыми катками до плотности 1,65 г/см,3В табл,3 приведень 1 экспериментальные данные па водопроницаемости в зависимости от содержания глинистого грунта, 20песка, сильвинитовой руды (образующейсяпри про 1 язводстве калийных удобрений),метилсиликоната натрия, пирофосфата натр;яя и воды.Проведенные исследования показали, 25что при обработке глинистых грунтов отходами сильвинитовой руды, а также вкомплексе с пирофосфатом натрия абдопроницаемость их значительно уменьшается. 30Устройство антифильтрационного экрана разработанным способом способствуетуменьшению его фильтрационной способности до минимальных размеров (Кф = 0 010,02 см/сутки), 35Разработанный способ устройства антифильтрационного экрана позволяет создать надежный экран для накопителей, вкоторых будут храниться отходы, сбрасываемые с комбикормовых заводов, а также 40других производств.Таким образом, в результате обработкиГлинистых Грунтов отходами сильвинйтовойруды (образующихся при производстве калийных удобрений) и пирофосфатом натрия 45водно-физические и физико-химические ихсвойства значительно изменяются.В табл,4 представлены сопоставимыеданные физико-химических и другихсвойств грунтов полученного экрана, с входящими в него компонентами,Из данных, представленных в табл,4,-видно, что естественные грунты размокализа 4-6 ч, в то время как грунты, обработанные по разработанной технологии, не рззмокали на протяжении более 480 ч (за времяпроведения опытов), Все эта свидетельствует о значительной прочности и водоустойчивости обрзботзнных грунтов, Врезультате обработки глинистых грунтов по данной технологии (при механическом и химическом воздействии) общая удельная поверхность и дисперсность их значительно повышаются, что существенно отражзется нз повышенном содержании тонко- дисперсных фракций и заметном уменьшении их фильтрационной способности (Кф=0,008-0,02 см/сут).Необходимо отметить,что в отходах, сбрасываемых с комбикормовых заводов, содержаться, в основном, условно чистые стоки (после биологической очистки), Кроме того. испытывались стоки, содержащие повышенное количество солей (табл,5),В табл.5 и 6 приведены результаты проведенных испытаний на созданном нами экране различных стоков.Исследования показали, чтокоэффициент фильтрации разработанного варианта экрана со временем(нз 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 др,) колеблется в очень широких пределах 45-80 см/сут. Это свидетельствует о том, что со временем наблюдается тенденция к значительному уплотнению пастообразной мзссы (происходит стабилизация пасты во времени),Установлено, что под созданным многослойным экраном общая минерализация профильтровавшихся вод не превышает 0,42-0,88 г/л. Следует отметить, что в результате незначительной фильтрации разработанного варианта экранз (0,01- 0,008 см/сут) все механические и органические примеси, которые могут встречаться в стоках, сбрасываемых с комбикормовых заводов, адсорбируются грунтовыми прослойками. Все это свидетельствует о том, что данный экран является высокоэффективным, прочным и достаточно надежПредлагаемый антифильтрационный экран из глинистых грунтов представляет собой многокомпонентную коагуляционную структуру, образованию которой способствует высокая дисперсность тонкодисперсных частиц, созданная в результате механического (тщзтельное перемешивание связных грунтов в тугопластичном состоянии) и химического (внедрение в коллоидный комплекс ионов натрия и калия) воздействия на связные грунты. Таким образом; в результате сильного диспергирования глинистых фракций под влиянием расклинивающего действия топких водных слоев, образующихся вследствие внедрения в коллоидный комплекс обменного на1749349 10 Таблица 1 сталь Различ пои мес трия и фиксации необменного калия, происходит предельно плотная упаковка тонкодисперсных частиц, что в конечном счетеприводит к значительному уменьшению активной пористости, а следовательно, и 5фильтрации,Необходимо отметить, что устройстводвух песчаных прослоек, способствует прерыванию капиллярной каймы, а следовательно, и значительному уменьшению 10гидростатического давления на нижележащие слои. Кроме того, обработка верхнегопесчаного слоя метилсиликонатом натрияспособствует гидрофобиэации частиц, в результате чего возникает тончайшая водоотталкивающая планка, что препятствует. также проникновению солевых растворов внижележащие горизонты,Предлагаемый антифильтрационныйэкран обладает хорошей эластичностью, что 20дает возможность возводить его не толькона выравненных и хорошо спланированныхучастках, но и на склонах различной крутизны при заложении откосов 1:3 - 1:6 и др),Кроме того, различные просадочные явления, встречающиеся в почвогрунтах при сооружении накопителей, не влияют надеформацию экрана, так как он хорошо выполаживается по рельефу местности. Необходимо отметить, ято экраны, созданные иэ 30бетонных, асфальтовь 1 х, асфальтобетонныхи других подобных материалов, при просадочных явлениях сильно растрескиваются иразрушаются, в связи с чем водопроницаемость их значительно увеличивается, Таким 35.образом, разработанный грунтовый экранобладает значительной водоустойчивостью,хорошей эластичностью и достаточнойпрочностью. Данный экран обладает хорошими антифильтрационными свойствами 40(Кф = 0,01-0,008 см/сут), что в значительнойстепени способствует предупреждению загрязнения грунтовых вод и повышению ихуровня.Предлагаемый антифильтрационный 45экран может быть использован при экранировании накопителей, в которых хранятся стоки, сбрасываемые с различных комбикормовых заводов и других производств,Формула изобретения Способ создания противофильтрационного экрана накопителей. преимуществе- но для хранения различных стоков производства, заключающиися в нанесении водоупорного слоя из глинистого грунта на подготовленное ложе, о т л и ч аю щ и й с я 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/см, содержащей глинистый грунт, отходц сильвинитовой ру-ды и воду при следующем соотношении компонентов,мас4:Глинистый грунт 73,70 - 74,90 Отходы сильвинитовой руды 1,56 - 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 з21 см из смеси плотностью 1,65 - 1,70 г/смз, содержащей глинистый грунт. отходы сильвинитовой руды, пирофосфат натрия и воду при следующем соотношении компонентов, мас /ОГлинистый грунт 70,50-72,80 Отходы сильвинитовой руды 2,40 - ,2,65 Пирофосфат натрия 0,64-0,80 Вода Остальное далее прослойку толщиной 15 - 25 см иэ смеси плотностью 1,601,65 г/см, содержащейзметилсиликонат натрия, воду и песок при следуощем соотношении компонентов, мас. ф;Ыетилсиликонатнатрия 0,016-0,018 Вода8,100-10,500 Песок Остальное а водоупорный слой из глинистого грунта плотностью 1,60-1,65 г/см укладываютзтолщиной 20-30 см.1749349 12 Таблица 2 Показатели 8,0 16 Таблица 3 Расхо мат Состав экрана Слой экранаериэла в пересчете на кг в мас.0 10,0 Контроль1 12,0 73,7 1500 0,06 1,68 Остальное 74,3Внешний вид СНз 310 йа)п Сухой остаток, мас.Щелочность (в пересчете нза йаОН), мас,7 ьПлотность при+20 С, г/смКремний, мас не менееГидрофобизирующая способность (проба на"кошель"), не менееМетиловый спи т, мас,П воти вофильтрационный экран хранилищ, состоящий из водо- упорного слоя из глинистого грунта и дренажной системы (известный)Глинистый грунт Отходы сильвинитовой рудыВода .Глинистый грунт Отходы сильвинитовой рудыВодаГлинистый грунт Отходы сильвинитовой рудыВодаГлинистый грунтОтходы сильвинитовой рудыВодаГлинистый грунт Отходы сильвинитовой рудыВодаПесчаная прослойкаПесчаная прослойкаПесчаная и ослойка Жидкость от безцветного до светло-коричневого цветаДопускаются оттенкиНаличие осадка не допускается30+515 м1,19+0,024,0в мас. в пересчете на кг 0,05 1450 70,5 52,515,1Остальное1500 2,510,72Остальное71,68 3 0,1 2,510,72Остальное72,8 52,515,1Остальное1550 0,04 52,515,1Остальное1500 2,51 0,72 Остальное 71,68Состав экрана Глинистый грунтОтходы сильвинитовой рудыПирофосфат натрияВодаГлинистый грунтОтходы сильвинитовой рудыПирофосфат натрияВодаГлинистый грунтОтходы сильвинитовой рудыПирофосфат натрияВодаГлинистый грунтОтходы сильвинитовой рудыПирофосфат натрияВодаГлинистый грунтОтходы сильвинитовой рудыПирофосфат натрияВодаГлинистый грунтОтходы сильвинитовой рудыПирофосфат натрияВодаГлинистый грунтОтходы сильвинитовой рудыПирофосфат натрияВодаМетилсиликонат натрияВодаПесокМетилсиликонат натрияВодаПесокМетилсиликонат натрияВодаПесок Расход материала Г 1 родолжение табл. 31749349 блиц КоэфФициентФильтрации,см/сутки Вариа бщая уделная поверхНОСТЬгрунтовыхпрослоек,Дисперсость грунто вых прослоек,Раэмоканиегрунтовыхпрослоек, чпыт 0,60-1,40 0-13 245-260 8-0,02 12,5-15,0 олее 48 Противофильтрационный экран хранилищ, состоящий иэ водоупорного слОя из глинистого грунта и дренажной системы (иэвестный)Антифрикционный экран, мас. :глинистый грунт 74,9;отходы сильвинитовой руды 1,68;вода остальноепесчаная прослойка 15 см. слой 100глинистый грунт 72,8, отходы. сильвинитовой руды 2,51;пирофосфат натрия 0,72; вода остальное,метилоиликонат натрия 0;017;вода 9,33;песок остальное;и е агаемый Продолжение табл, 31749349 17 18 Таблица 5 6 Та л а 7 арианты опы лой экран лщина слоя см73,7 - 74,9 мас, ,товой руды 1,56 остальное Глинистый грун отходы сильвин 1 80 мас.%, вод Пемчаный грунтн м 1 2 3 3 стыи груы сильвиас. ;фосфат натостальноелсиликонатмас.ф, водостальное нт ни 250-340 350-380 250-340 15 - 255 - 14 26-35 Составитель Г. БелоненкТехред М.Моргентад Патрушев орректор Л, Бес Реда кто аказ 2569.Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 45 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул;Гагарина, 10 Глини отход 2,65 м Пиро вода Мети 0,018 песок 70,5-72,8 мас; ,товой руды 2,40 рия 0,64 - 0,80 мас;натрия 0,016 а 8,1 - 10,5 мас.,12-18 5-,11 19-25 10-20 5 - 9 21 - 25 15 - 21 8 - 14 22-28 Водопроницаемость экраниру емого слоя в зависимости от его толщины К, см/с