Analiza współczynnika filtracji w aspekcie możliwości stosowania alternatywnych materiałów do budowy barier izolacyjnych na składowiskach odpadów

• Autorzy: Sobik-Szołtysek J. , Bień J. B. , Milczarek M.

Warianty tytułu

EN

Analysis of filtration coefficient in the aspect of possibilities for application of alternative materials in building separation screens in landfills

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

EN

In the case of insufficiently tight natural geological barrier, the area of landfills should be protected by special artificial barriers (separation screens). The use of natural mineral materials for building the separation screens (loamy minerals, such as a variety of clays) requires their extraction from local deposits, which inevitably generates waste from extraction and treatment of the minerals, causes changes in hydrographic conditions and soil quality in the neighbourhood of the excavations, degraded landscape and additional costs, including the energy and examination of mineral usefulness. Therefore, it seems purposeful to search for replacement materials which are technologically and economically competitive, such as fine grain waste minerals and/or by-products from industrial activity. A fundamental parameter of the separation screen which ensures its efficiency in terms of stopping migration of pollutants outside the landfill is the adequate level of filtration coefficient, which according to legal regulation cannot be greater than 1 10^-9 m/s. The aim of the present study was to analyse the filtration coefficient obtained as a result of the mixtures prepared from fine grain mineral waste and by-products from industrial activities under conditions of their maximum densification in order to find the material which shows the best tightness to match the requirements of separation screens for landfill applications. The following minerals were used in the study: coal dust from water and dust circulation system in the Sobieski mine in Jaworzno, Poland, fly ash from combustion of brown coal from Bełchatów power plant, fly ashes from combustion of black coal in conventional and fluidized bed furnaces in Łagisza power plant in Będzin, Poland, post-flotation from Zn-Pb ore dressing from inactive settler in the area of the city of Bytom and barren rock clays from brown coal deposits in the Bełchatów mine. These materials were used for preparation of 8 mixtures with various share of individual components with coal dust as the main component of the matrix, with participation of 50 wt%. Before the determination of filtration coefficient for each of the mixture began, the optimum humidity and maximum bulk density of the soil matrix was measured. In the most of the mixtures, the optimum humidity ranged from 25 to 27.5%, whereas in the case of the mixtures with bottom ash from fluidized bed and fly ash from the conventional furnace it was lower than 20%. Determination of the filtration coefficient was carried out on the specially designed stand under condition of fluid flow from the bottom to the upper part of the sample, with variable hydraulic gradient and i>30. Stabilization of the filtration coefficient was observed for the most of the mixtures after ca. 10–11 days from the beginning of the experiment, at the level typical of the particular mixture. The highest, unstable filtration coefficient of 1.6–2 10^-8 m/s was observed for the mixture of coal dust with the ashes from brown coal, which makes it impossible to be used as proposed. Nevertheless, application of another addition to this mixture (floatation waste and clays) considerably improved the coefficient of filtration, which reached the value of ca. 2–2,5 10^-9m/s. The most favourable coefficient was obtained for the mixtures of coal dust with ashes from combustion of hard coal in fluidized bed furnaces, modified with an addition of clays. The value of filtration coefficient ranged from 3 to 6.5 10^-10 m/s. The results of the investigations confirmed the ability of achieving the alternative material for building the separation screen which is the mixture of waste and by-products from industrial activities with over-additive properties. It is necessary to continue the research in the area of modification of the mixtures, particularly in the aspect of increased fraction of coal dust in order to optimize filtration coefficient and obtain the screen with satisfactory degree of tightness.

Słowa kluczowe

PL

współczynnik filtracji; budowa barier izolacyjnych

EN

mineral waste; construction; sludge

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2013
• Tom: Tom 15, cz. 2
• Strony: 1393--1410
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Sobik-Szołtysek J.

• Politechnika Częstochowska

autor

Bień J. B.

• Politechnika Częstochowska

autor

Milczarek M.

• Politechnika Częstochowska

Bibliografia

• 1. Doniecki T., Girczys J., Sobik-Szołtysek J.: Ocena zastosowania drobnoziarnistych odpadów górnictwa w budowie barier izolacyjnych. Wydawnictwo Politechniki Koszalińskiej, monografia nr 149, seria Inżynieria Środowiska, , Koszalin, 167–179 (2008).
• 2. Doniecki T., Siedlecka E.: Zmienność współczynnika filtracji w mule węglowym proponowanym do budowy barier izolacyjnych. Inżynieria i Ochrona Środowiska, t.12, nr 3, 219–230 (2009).
• 3. Doniecki T.: Ocena przydatności popiołów lotnych i dennych z kotła fluidalnego do budowy barier izolacyjnych. Zrównoważona Produkcja i Konsumpcja Surowców Mineralnych, Wydawnictwa Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, Kraków, 155–166 (2011).
• 4. Filipowicz P., Borys M.: Wykorzystanie odpadów przemysłowych do budowy i wzmacniania wałów przeciwpowodziowych. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set the Environment Protection), 10, 633–644 (2008).
• 5. Folek S., Rokita J., Miśkiewicz J.: Sposób wykonywania uszczelnienia podłoża składowiska odkrytego, zwłaszcza dla odpadów komunalnych lub przemysłowych. Patent nr 200216, 2004.
• 6. Girczys J., Sobik-Szołtysek J., Skrzypczyk H., Dąbrowicz W.: Sposób budowy składowisk dla odpadów zawierających metale ciężkie. Patent nr 186766, 2007.
• 7. Girczys J.,Sobik-Szołtysek J.: Odpady przemysłu cynkowo-ołowiowego. Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej, seria monografie nr 87, Częstochowa, 2002.
• 8. Girczys J.: Odpadowe muły węglowe. Prace naukowe GIG, monografia nr 815, Katowice, 1996.
• 9. Główny Urząd Statystyczny, Ochrona Środowiska 2012, Zakład Wydawnictw Statystycznych, Warszawa, 2012.
• 10. Grunty budowlane. Badania próbek gruntu, PN-B-04481:1988.
• 11. Hermann J., Palicki J.: Zastosowanie popiołów lotnych do ochrony wód gruntowych przed odciekami z wysypisk odpadów komunalnych. Ekologia i Technika, 2,2, 17–21 (1993).
• 12. Myślińska E.: Laboratoryjne badania gruntów. Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 1998.
• 13. Nhan C.T, Graudon J.W., Kirk D.W.: Utilizing coal fly ash as a landfill barrier material. Waste Management, vol.16, no.7, 587–595 (1996).
• 14. Okoli R.E., Balafontas G.: Landfill sealing potentials of bottom ashes of sludge akces. Soil & Tillage Research, 46, 307–314 (1998).
• 15. Rosik-Dulewska Cz., Karwaczyńska U.: Metody ługowania zanieczyszczeń z odpadów mineralnych w aspekcie możliwości ich stosowania w budownictwie hydrotechnicznym. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set the Environment Protection), 10, 205–219 (2008).
• 16. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 marca 2003 r. w sprawie szczegółowych wymagań dotyczących lokalizacji, budowy, eksploatacji i zamknięcia, jakim powinny odpowiadać poszczególne typy składowisk odpadów, Dz.U.2003, nr 61, poz.549.
• 17. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 24 lipca 2006 r. w sprawie warunków, jakie należy spełnić przy wprowadzaniu ścieków do wód lub ziemi, oraz w sprawie substancji szczególnie szkodliwych dla środowiska wodnego, Dz.U.2006, nr 137, poz.984.
• 18. Sobik-Szołtysek J.: Metoda składowania odpadów na aktywnym podłożu szlamów flotacji blendy cynkowej. Praca doktorska, niepublikowana, GIG, Katowice, 2002.
• 19. Sobko W., Baic J., Blaschke W.: Depozyty mułów węglowych-inwentaryzacja i identyfikacja ilościowa. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set the Environment Protection), 13, 1405–1416 (2011).
• 20. Ustawa o odpadach z dnia 27 kwietnia 2001 r., tekst jednolity, Dz.U.2010, nr 185, poz.1243.
• 21. Wodziński P.: Wykorzystanie odpadów mineralnych w budowie składowisk odpadów komunalnych. Rocznik Ochrona Środowiska (Annual Set the Environment Protection), 11, 485–496 (2009).
• 22. Wysokiński L., Łukasik St., Majer E.: Badania gruntów do budowy przesłon izolacyjnych na składowiskach odpadów. Instrukcja nr 339/2003, Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa, 2003.
• 23. Zabielska-Adamska K.: Popiół lotny jako materiał do budowy warstw uszczelniających. Rozprawa Naukowa 136, Politechnika Białostocka, Białystok, 2006.
• 24. Zawisza E.: Analiza przydatności drobnoziarnistych odpadów przemysłowych do uszczelniania obwałowań przeciwpowodziowych. Infrastruktura i Ekologia Terenów Wiejskich, 4/2, 223–230 (2007).