Διερεύνηση των συνθηκών λειτουργίας οργανικών καλυμμάτων για την αναστολή γένεσης όξινης απορροής μεταλλείων

Abstract

Αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι ο προσδιορισμός των βέλτιστων συνθηκών λειτουργίας των οργανικών καλυμμάτων υπό τις οποίες δύναται να παρεμποδιστεί η γένεση όξινης απορροής. Για το λόγο αυτό διεξήχθησαν δοκιμές σε στήλες και μελετήθηκε η επίδραση κρίσιμων παραμέτρων όπως του ρυθμού διαβροχής και του πάχους καλύμματος στην αποτελεσματικότητα του οργανικού στρώματος να αναστείλει την οξείδωση των θειούχων ορυκτών και την συνεπακόλουθη παραγωγή όξινων διαλυμάτων. Στα πλαίσια της παρούσας εργασίας, χρησιμοποιήθηκε συμπύκνωμα αρσενοπυρίτη από το μεταλλείο Ολυμπιάδας, Χαλκιδική. Η διαμόρφωση του οργανικού στρώματος πραγματοποιήθηκε με ιλύ από τη μονάδα βιολογικού καθαρισμού αστικών αποβλήτων Μεταμόρφωσης. Οι πειραματικές στήλες, κυκλικής διατομής, είχαν εξοπλιστεί με κατάλληλες διατάξεις για την περιοδική καταγραφή στο εσωτερικό του καλύμματος των μεταβολών της περιεχόμενης υγρασίας και της συγκέντρωσης του οξυγόνου στην αέρια φάση. Επιπλέον, κατά την διάρκεια των δοκιμών παρακολουθήθηκε η ποιότητα των εκχυλισμάτων, προκειμένου να εκτιμηθεί ο βαθμός οξείδωσης του συμπυκνώματος αρσενοπυρίτη. Η πειραματική μελέτη περιελάμβανε δύο ομάδες δοκιμών. Στην πρώτη ομάδα ο σχεδιασμός έγινε με στόχο τον προσδιορισμό των ελάχιστων τιμών βροχομετρικού ύψους και πάχους καλύμματος, συνθήκες για τις οποίες ελαχιστοποιείται η επαφή του μεταλλευτικού αποβλήτου με το νερό και το οξυγόνο. Εξετάστηκαν τρεις διαφορετικοί ρυθμοί διαβροχής, που προσομοίωναν ετήσια βροχόπτωση, ίση, μισή και διπλάσια αυτής που καταγράφηκε από το μετεωρολογικό σταθμό Θησείου Αττικής. Περαιτέρω μελετήθηκαν τρία διαφορετικά πάχη καλύμματος, 30, 60 και 90 cm. Η διάρκεια των δοκιμών ήταν 9 μήνες. Βάσει των μετρήσεων υγρασίας αναπτύχθηκε πειραματικό μοντέλο το οποίο, λαμβάνοντας ως δεδομένα το προφίλ του βροχομετρικού ύψους για ένα έτος και το πάχος του καλύμματος, προβλέπει τη μεταβολή της περιεχόμενης υγρασίας για κάθε σημείο του καλύμματος, υπό τις εκάστοτε συνθήκες βροχόπτωσης. Το ποσοστό της περιεχόμενης υγρασίας συσχετίστηκε με την συγκέντρωση οξυγόνου στην αέρια φάση, δίνοντας έτσι την δυνατότητα εκτίμησης για τον βαθμό εφαρμογής αναερόβιων συνθηκών. Η δεύτερη ομάδα πειραμάτων σχεδιάστηκε με σκοπό: α) την αξιολόγηση της ορθότητας του πειραματικού μοντέλου, και β) την αύξηση της αποδοτικότητας των οργανικών καλυμμάτων με χρήση αργιλικού στρώματος χαμηλής υδραυλικής αγωγιμότητας. Με βάση τα αποτελέσματα των πειραματικών δοκιμών διαπιστώθηκε ότι: • για να διατηρηθεί το οργανικό κάλυμμα υπό βέλτιστες συνθήκες λειτουργίας απαιτείται συνεχής κορεσμός του σε υγρασία, • για μηνιαίο βροχομετρικό ύψος μικρότερο των 60 mm παρατηρείται σταδιακή μείωση της περιεχόμενης υγρασίας • στην περίπτωση διακύμανσης της υγρασίας σε ποσοστά μικρότερα του 55% κ.ο. περίπου παρατηρείται συρρίκνωση και ρωγμάτωση της ιλύος, • εάν έχει παρατηρηθεί συρρίκνωση και ρωγμάτωση της ιλύος, η προσθήκη περίσσειας νερού σε αυτήν δεν οδηγεί σε αύξηση της περιεχόμενης υγρασίας, • μόνιμη αποκατάσταση ατμοσφαιρικών συνθηκών, δηλαδή συγκέντρωση οξυγόνου στην αέρια φάση της τάξης του 21%, αντιστοιχεί σε περιεχόμενη υγρασία 53% κ.ο. περίπου, • εάν η ιλύς διατηρείται κορεσμένη σε υγρασία, η υδραυλική της αγωγιμότητα είναι σχεδόν πενταπλάσια των ορίων για χρήση της ως αδιαπέρατης προστατευτικής στρώσης σε χώρους υγειονομικής ταφής απορριμμάτων. Για τη μακροχρόνια αποδοτική λειτουργία ενός οργανικού καλύμματος σε περιοχές που επικρατούν κλιματολογικές συνθήκες με μακρά ξηροθερμική περίοδο, όπως η Ελλάδα, απαιτείται η εγκατάσταση αυτοματοποιημένου συστήματος διαβροχής του καλύμματος. Σε περιοχές με υψηλό ύψος βροχόπτωσης, η διαμόρφωση οργανικού καλύμματος για την παρεμπόδιση της γένεσης όξινης απορροής από θειούχα στερεά απόβλητα θεωρείται ιδιαίτερα αποτελεσματική και οικονομική λύση.