Barreras Geosinteticas de Bentonita, Intercambio Iónico y la resistencia a los Lixiviados

Transcripción

1 Barreras Geosinteticas de Bentonita, Intercambio Iónico y la resistencia a los Lixiviados IV Congreso internacional sobre mejores Tecnologias Disponibles (MTD) en el ámbito de la Ingenieria de Vertederos Pedro Abad. Ing. CC y P Environmental Products EMEA Director

2 Sumario Comprendiendo el Intercambio Iónico Predicción de las prestaciones de los GBR-C en diferentes situaciones quimicas Reinventando las GBR-C Estado del arte, compatibilidad con los lixiviados

3 Entendiendo el Intecambio Iónico

4 Intecambio Iónico En determinadas situaciones los iones de sodio de la bentonita pueden ser reemplazados por cationes disueltos en el agua o el lixiviado Este intercambio puede reducir la cantidad de agua retenida por la bentonita perdida de hinchamiento aumentado la permeabilidad

5 Situaciones preocupantes Cationes (Ca +2, Mg +2, Na + ) Drenaje de suelos cálcicos Aguas extremadamente duras Lixiviados de lodos estabilizados con cal Los contaminantes dependen de las situaciones especificas de cada proyecto (i.e., Impermeabilizacion y sellado de vertederos, GBR-C solo o con GMB ). Otros cationes como Amonio, Potasio pueden ser importantes Otra excepción supone el agua salada y la salmuera

6 Como evaluar la Compatibilidad Química Situación especifica de aplicación Química del lixiviado Pre hidratación por contacto Presión de confinamiento Ciclos de humectación / desecación Análisis de 3 Escalones

7 Escalón 1: Uso de formulas La permeabilidad a largo plazo puede estimarse conociendo : I: Resistencia Iónica RMD: Relación de iones monovalentes y divalentes

8 RESITENCIA IONICA = I Cl - Cl - Donde: c = concentración ionica z = carga ionica Ca 2+ Na + Cl - Na + Cl - I 1 2 c z i i i 2

9 RMD, RELACION ENTRE CATIONES MONOVALENTES Y DIVALENTES Cl - Cl - Cl - Cl - Cl - Ca 2+ Na + Na + Cl - Cl - Ca 2+ Cl - Na + Cl - Ca 2+ Alta RMD RMD Na Ca 2 Baja RMD

10 Fuente : Kolstad, Benson, and Edil. (2004). Hydraulic conductivity and swell of non-prehydrated geosynthetic clay liners permeated with multispecies inorganic solutions. J. Geotech. and Geoenvironmental Eng. vol. 130, No. 12. TR-254. LA MAYORIA DE LOS LIXIVIADOS NO SUPONENE UN CAMBIO EN LA PERMEABILIDAD K en m/s

11 Escalón 2: EVALUACION DE LA COMPABILIDAD QUIMICA ASTM D6141 Standard Guide for screening clay portion and flux index of GCL from chemical compatibility liquids Comprobación rápida y fácil Ensayos indice de perdida por filtrado e hinchamiento

12 COEF HINCHAMIENTO Y K Fuente: Scalia (2012), University of Wisconsin-Madison

13 Escalón 2: Procedimiento Perdida por filtrado e hinchamiento Lixiviado real o patrón vs Agua DI Calidad del agua ph y Conductividad eléctrica Química del agua: Cationes disueltos usando ICP (Plasma Acoplado por Inducción) Es solo un medio de chequeo al no existir valores específicos de FL e H Puede dar resultados falsos, al no a ser a largo plazo No se pueden reflejar las condiciones de prehidratación y confinamiento

14 Escalón 3: EVALUACION DE LA COMPATIBILIDAD QUIMICA ASTM D6766 Permeabilidad a largo plazo Ensayo hasta el equilibrio quimico (EC in ~ EC out ) Minimo 6 meses

15 Escalón 3: ASTM D 6766 Permite utilizar condiciones reales Pre hidratación (agua o lixiviado) Presión de confinamiento 5psi=3m basura Test termina cuando: Criterio hidráulico: flujo entrada/ salida 0,75-1,25 Criterio químico: Equilibrio Ec salida =Ec entrada +/-10% RESULTADOS ESPECIFICOS PARA CADA PROYECTO

16 PREDICCION DE PERMEABILIDAD A LARGO PLAZO GBR-C

17 Compatibilidad largo plazo Lixiviado RSU Tets de permeabilidad de la Universidad de Wisconsin muestra valores a largo plazo (>2-3 years)de : 2x10-11 to 1x10-10 m/s with typical leachates 2x10-11 to 7x10-11 m/s with strong leachates K = 2.8 x m/s Synthetic MSW leachate (293 days) Fuente: Bradshaw (2008). Effect of Cation Exchange During Subgrade Hydration and Leachate Permeation on the Hydraulic Conductivity of Geosynthetic Clay Liners. Master s Thesis. University of Wisconsin-Madison.

18 Diseño tecnologico de GBR-C

19 GBR-C Polímeros Respuesta con lixiviados o aguas problemáticas O H H Situaciones problemáticas: Elevado contenido de Calcio Aguas salada

20 ALEACION BENTONITA POLIMERO Tecnologia exclusiva Particulas de Bentonita Monomeros solubles en agua Iniciador soluble BPA Alta actividad

21 GCL Permeability (m/sec) 1.0E-05 BPA vs Bentonite Permeability vs CaCl 2 (RMD = 0) 1.0E E-07 BPA Bentonite 1.0E E E E E Ca 2+ Concentration (mg/l) Sin prehidratación tras 2 años ASTM D6766 Fuente: Scalia et al (2011), University of Wisconsin-Madison

22 GCL Permeability (m/sec) University of Wisconsin-Madison Resistencia química despues de 2 años en situaciones extremas Permeability vs Extreme ph Leachates 1.0E E-04 Bentonite BPA 1.0E E E E-12 1M Sodium Hydroxide (ph = 14) 1M Nitric Acid (ph = 0)

23 Hydraulic Conductivity, m/sec GBR- C Polímeros vs Estandar GCL Permeability with Uranium Mill Tailings Sodium: 850 mg/l 1.00E-06 Iron: 3800 mg/l Sulfate: mg/l 1.00E-07 Resistex Standard GCL Ammonia: 5000 mg/l ph: E-08 Electrical conductivity: 30.4 ms/cm 1.00E E-10 Ionic strength = 1.0 M RMD = 1.2 M 1/2 1.00E-11 K = 1 x m/s Prehydrated with water 1.00E-12 Test run for 1 year URANIUM MILL TAILINGS, 2009

24 Hydraulic Conductivity, m/sec GBR- C Polímeros vs Estandar GCL Permeability with Hydromet Mine Waste Calcium: 2300 mg/l 1.00E-06 Magnesium: 2000 mg/l Sodium: 300 mg/l 1.00E-07 Resistex Standard GCL Chloride: 4000 mg/l Sulfate: 9000 mg/l 1.00E E-09 Ionic strength = 0.55 M RMD = 0.05 M 1/2 1.00E-10 K = 1.5 x m/s Test run for 1.5 years 1.00E E-12 Hydrometallurgical Mine Waste, 2008

25 ESTADO DEL ARTE: QUE HACER Analisis de cada situación concreta, lixiviados, aguas, pre hidratación, presión confinamiento Analisis de tres escalones Compatibilidad química 1. Bases de datos 2. Comprobación de antecedentes ASTM D Analisis a largo plazo ASTM D 6766 ELECCION DEL PRODUCTO ADECUADO NO EXISTE UN MAL PRODUCTO SI NO UN MAL DISEÑO

26 Proceso de elección de l producto Recogida de muestra de lixiviado y envio a laboratorio Analisis de agua determinacion de la composicion y requeriemientos del GBR-C Ensayos conocidos para seleccionar el producto adecuado Test de permeabilidad Redacción de la especificación del proyecto

27 Gracias por su atención