Barreras Geosinteticas de Bentonita, Intercambio Iónico y la
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Barreras Geosinteticas de Bentonita, Intercambio Iónico y la
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 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 Entendiendo el Intecambio Iónico 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 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 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 Escalón 1: Uso de formulas •La permeabilidad a largo plazo puede estimarse conociendo : •I: Resistencia Iónica •RMD: Relación de iones monovalentes y divalentes RESITENCIA IONICA = I ClCl- Ca2+ Na+ Na+ Cl- Cl- 1 2 I ci zi 2 i Donde: c = concentración ionica z = carga ionica RMD, RELACION ENTRE CATIONES MONOVALENTES Y DIVALENTES Cl- Cl- Cl- ClCa2+ Cl- Na+ Na+ Ca2+ ClNa+ Cl- Alta RMD RMD Ca2+ ClCl- Baja RMD Na Ca 2 LA MAYORIA DE LOS LIXIVIADOS NO SUPONENE UN CAMBIO EN LA PERMEABILIDAD K en m/s 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. 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 COEF HINCHAMIENTO Y K Fuente: Scalia (2012), University of Wisconsin-Madison 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 Escalón 3: EVALUACION DE LA COMPATIBILIDAD QUIMICA • ASTM D6766 –Permeabilidad a largo plazo –Ensayo hasta el equilibrio quimico (ECin ~ ECout) –Minimo 6 meses 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 Ecsalida=Ecentrada +/-10% RESULTADOS ESPECIFICOS PARA CADA PROYECTO PREDICCION DE PERMEABILIDAD A LARGO PLAZO GBR-C 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 10-11 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. Diseño tecnologico de GBR-C GBR-C Polímeros Respuesta con lixiviados o aguas problemáticas O H H Situaciones problemáticas: • Elevado contenido de Calcio • Aguas salada ALEACION BENTONITA POLIMERO • Tecnologia exclusiva Monomeros solubles en agua Particulas de Bentonita Iniciador soluble BPA Alta actividad BPA vs Bentonite Permeability vs CaCl2 (RMD = 0) 1.0E-05 BPA GCL Permeability (m/sec) 1.0E-06 Bentonite 1.0E-07 1.0E-08 1.0E-09 1.0E-10 1.0E-11 1.0E-12 0.1 1 10 100 1000 10000 Ca2+ Concentration (mg/L) Sin prehidratación tras 2 años ASTM D6766 Fuente: Scalia et al (2011), University of Wisconsin-Madison 100000 Permeability vs Extreme pH Leachates 1.0E-02 GCL Permeability (m/sec) Bentonite BPA 1.0E-04 1.0E-06 1.0E-08 1.0E-10 1.0E-12 1M Sodium Hydroxide (pH = 14) 1M Nitric Acid (pH = 0) University of Wisconsin-Madison Resistencia química despues de 2 años en situaciones extremas GBR- C Polímeros vs Estandar GCL Permeability with Uranium Mill Tailings Sodium: 850 mg/L Iron: 3800 mg/L Sulfate: 26000 mg/L Ammonia: 5000 mg/L pH: 1.9 Electrical conductivity: 30.4 mS/cm • Ionic strength = 1.0 M • RMD = 1.2 M1/2 1.00E-06 Resistex 1.00E-07 Hydraulic Conductivity, m/sec • • • • • • • K = 1 x 10-10 m/s • Prehydrated with water • Test run for 1 year URANIUM MILL TAILINGS, 2009 1.00E-08 1.00E-09 1.00E-10 1.00E-11 1.00E-12 Standard GCL GBR- C Polímeros vs Estandar GCL Permeability with Hydromet Mine Waste Calcium: 2300 mg/L Magnesium: 2000 mg/L Sodium: 300 mg/L Chloride: 4000 mg/L Sulfate: 9000 mg/L • Ionic strength = 0.55 M • RMD = 0.05 M1/2 • K = 1.5 x 10-11 m/s • Test run for 1.5 years 1.00E-06 Resistex 1.00E-07 Hydraulic Conductivity, m/sec • • • • • 1.00E-08 1.00E-09 1.00E-10 1.00E-11 1.00E-12 Hydrometallurgical Mine Waste, 2008 Standard GCL 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 D6141 3. Analisis a largo plazo ASTM D 6766 ELECCION DEL PRODUCTO ADECUADO NO EXISTE UN MAL PRODUCTO SI NO UN MAL DISEÑO 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 Gracias por su atención [email protected]
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