專利名稱：垃圾填理場(chǎng)襯里等效防滲透材料及等效防滲透方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)防滲系統(tǒng)處置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及垃
圾填理場(chǎng)襯里等效防滲透材料；本發(fā)明還涉及垃圾填理場(chǎng)襯里等效防滲透方法。
技術(shù)背景生活垃圾衛(wèi)生填理法是對(duì)傳統(tǒng)垃圾堆放法的改革，是現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)
展與文明建設(shè)的需要，能夠減少垃圾對(duì)周邊環(huán)境的污染，是環(huán)境保護(hù)的需要。 隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，我國(guó)固體廢棄物的產(chǎn)量不斷增加，給環(huán)境保護(hù)會(huì)帶來不利
影響，為了控制固體廢棄物造成的環(huán)境污染問題，我國(guó)先后出臺(tái)了一系列對(duì)其進(jìn)行防冶的
相關(guān)規(guī)定，為加強(qiáng)固體廢棄物的管理打下基礎(chǔ)。廢棄物填埋的實(shí)質(zhì)是采用土木工程的方法
包封廢棄物，將污染物的擴(kuò)散控制在特定的區(qū)域及能夠接受的水平之下。 我國(guó)《生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范》(GJJ17-2004)和《生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)防滲系
統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》(CJJ113-2007)中規(guī)定，生活垃圾填埋場(chǎng)的防滲層可以采用天然防滲材料
或人工防滲材料，其滲透系數(shù)均應(yīng)滿足k《1. 0X10—、m/s，且壓實(shí)土層厚度不得小于2m。從
工程設(shè)計(jì)的角度看，無論采用何種防滲材料，襯里必須滲透系數(shù)小、穩(wěn)定性好、價(jià)格便宜。相
比而言，在黃土地區(qū)防滲土料容易獲得的情況下，天然防滲材料比人工防滲材料更為經(jīng)濟(jì)。 —般情況下，大部分粘土壓實(shí)后都能滿足襯里的防滲和強(qiáng)度要求。因此，我國(guó)相關(guān)
規(guī)范規(guī)定，襯里壓實(shí)土層應(yīng)采用粘土。但對(duì)于我國(guó)西北黃土、沙漠、戈壁地區(qū)而言，適合制作
襯里的粘土卻很匱乏，如果遠(yuǎn)途購(gòu)買和運(yùn)輸粘土，處置場(chǎng)造價(jià)將明顯上升。 我國(guó)相關(guān)規(guī)范還規(guī)定，在當(dāng)?shù)卣惩临Y源缺乏時(shí)，可使用其它類型的土。這意味著，
充分利用當(dāng)?shù)赝亮希ㄟ^工程改良措施，有可能簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)地降低其滲透性，實(shí)現(xiàn)規(guī)范要求
的防滲標(biāo)準(zhǔn)。力爭(zhēng)防滲材料本土化， 一直是廢棄物包封設(shè)施設(shè)計(jì)領(lǐng)域國(guó)際性基礎(chǔ)理論問題，
也是我國(guó)該領(lǐng)域出現(xiàn)的日益緊迫的工程難題。 2007《生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)防滲系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范》(CJJ 113-2007)將生活垃圾
衛(wèi)生填埋場(chǎng)防滲層擴(kuò)展到粘土及粘土之外的其他類型土。也就是說，在滿足厚度(h)大于
2m，滲透系數(shù)(k)小于或等于10—7cm/s的前提下，允許使用所有可能的土質(zhì)材料。 現(xiàn)狀條件下，我國(guó)西北廣大地區(qū)衛(wèi)生填埋場(chǎng)發(fā)展落后，其中一個(gè)限制原因就是可
用于衛(wèi)生填埋場(chǎng)實(shí)際施工的表層粘土資源十分匱乏，防滲襯里材料得不到很好的解決。 雖說西北地區(qū)粘土資源匱乏，但黃土資源卻很豐富，若能夠利用改性黃土替代粘
土襯里實(shí)現(xiàn)"防滲材料本土化"，無疑具有重大的經(jīng)濟(jì)和實(shí)用價(jià)值。 本發(fā)明就是以黃土作為研究對(duì)象，以黃土地區(qū)廢棄物填埋場(chǎng)襯里防滲材料本土化 為核心，解決將改性黃土用作廢棄物填埋場(chǎng)襯里的技術(shù)問題。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種就地取材、滿足抗?jié)B透性能技 術(shù)要求的垃圾填理場(chǎng)襯里等效防滲透材料，本發(fā)明還提供一種垃圾填理場(chǎng)襯里等效防滲透 方法。 —種垃圾填理場(chǎng)襯里等效防滲透材料，其特征在于由下述重量百分比的原料組 成； 蘭州黃土或榆林黃土 86 90 % ，
膨潤(rùn)土10 14%。
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—種垃圾填理場(chǎng)襯里等效防滲透方法，其特征在于以蘭州黃土或榆林黃土 86 90%，膨潤(rùn)土 10 14%作為襯里材料，壓實(shí)襯里材料，襯墊厚度220 300厘米。
本發(fā)明提供的垃圾填理場(chǎng)襯里等效防滲透方法，提出了"污染控制等效性原則"新 思路，闡明了厚度補(bǔ)償滲透系數(shù)的合理性。 水土工程學(xué)報(bào)，1993，第7期《垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)防滲襯里復(fù)合土的研究試驗(yàn)》 一文 中闡述"黃土是一種特殊的第四紀(jì)大陸松散堆積物，在世界各地分布很廣，性質(zhì)特殊。我國(guó) 黃土類土基本上分布在西北、華北和東北地區(qū)，面積可達(dá)六十多萬(wàn)平方公里。黃土基本上是 由小于0. 25mm的顆粒組成的，尤以0. 1 0. Olmm的顆粒占主要地位。粉粒含量常超過一 半以上，甚至達(dá)到60% 70%，且其中主要是0. 05 0. Olmm的粗粉粒；砂粒含量較少，一 般很少超過20%，甚至只有百分之幾，且其中主要的是0. 1 0. 05mm級(jí)的細(xì)砂粒；粘粒含 量變化較大，從5%到35%，最常見為15% 25%。" 黃土以石英和長(zhǎng)石組成的粉粒為主，礦物親水性較弱，粒度細(xì)而均一，連結(jié)雖較強(qiáng) 但不抗水，具有濕陷性；未經(jīng)很好壓實(shí)，結(jié)構(gòu)疏松多孔，大孔隙明顯。所以、黃土具有明顯的 遇水連結(jié)減弱，結(jié)構(gòu)趨于緊密的傾向。 為了在黃土地區(qū)實(shí)現(xiàn)廢棄物填埋場(chǎng)襯里防滲材料本土化，解決將改性黃土用作廢 棄物填埋場(chǎng)襯里的技術(shù)問題，申請(qǐng)人確立了《改性黃土襯里研究》的課題。所說的改性黃 土，是指黃土中摻加了膨潤(rùn)土或石灰或水泥或煤粉灰的黃土。課題開展期間，委托蘭州大學(xué) 做了大量的填埋場(chǎng)改性材料遴選試驗(yàn)，主要進(jìn)行了黃土基本物理性質(zhì)測(cè)定，進(jìn)行了不同改 性材料的擊實(shí)試驗(yàn)和剪切實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行了膨潤(rùn)土、石灰、水泥和煤粉灰的部份物理化學(xué)性質(zhì)分 析，以及膨潤(rùn)土、石灰、水泥、煤粉灰分別與黃土組合后的性能研究的數(shù)百項(xiàng)正交試驗(yàn)；還進(jìn) 行了膨潤(rùn)土、石灰、水泥、煤粉灰及黃土材料的X-衍射礦物質(zhì)分析試驗(yàn)，滲透性能試驗(yàn)，吸 附性能試驗(yàn)，圍壓對(duì)改性黃土滲透系數(shù)影響的試驗(yàn)，滲透條件對(duì)改性黃土滲透系數(shù)影響的 試驗(yàn)及掃描電鏡對(duì)改性黃土微結(jié)構(gòu)特征的觀測(cè)試驗(yàn)，改性黃土柔性壁滲透試驗(yàn)等千余項(xiàng)試 驗(yàn)，對(duì)比研究了膨潤(rùn)土改性黃土的擊實(shí)性能和滲透性能，觀測(cè)了滲透前、后改性黃土的微結(jié) 構(gòu)特征，確定了滿足填埋場(chǎng)防滲要求的膨潤(rùn)土摻量，并探究了滲透條件對(duì)改性黃土滲透性 的影響，最終得出了本發(fā)明要求保護(hù)的技術(shù)方案。 本發(fā)明說明如果將k《1. OX 10—7cm/s，h = 2m作為我國(guó)壓實(shí)土襯墊的"標(biāo)準(zhǔn)"設(shè) 計(jì)參數(shù)，從污染控制的角度來看，土質(zhì)類型、滲透系數(shù)、襯墊厚度三者之間以不同的形式組 合，從理論上均可達(dá)到和標(biāo)準(zhǔn)方案相同的防滲效果。當(dāng)襯墊滲透系數(shù)大于規(guī)范要求時(shí)，可以 適當(dāng)增加襯里厚度，利用土體本身對(duì)污染物的吸附特性，延長(zhǎng)污染物在襯墊中的滲透路徑， 對(duì)污染物進(jìn)行攔截和阻隔，以達(dá)到相同的污染控制效果。替代襯里應(yīng)當(dāng)達(dá)到與標(biāo)準(zhǔn)襯里相 同的污染控制效果，即符合所謂的等效性原則。襯里體系對(duì)污染物的攔截，主要是通過水力 阻隔以及襯層物質(zhì)與填埋體滲出液之間的物理_化學(xué)作用阻隔，物理_化學(xué)作用對(duì)污染物 的衰減，與襯層所用土質(zhì)材料的類型等密切相關(guān)。按照等效性原則，非粘性土完全有可能通 過增大防滲層厚度來補(bǔ)償防滲層滲透系數(shù)的不足。 下面是本發(fā)明所要求保護(hù)的一種垃圾填理場(chǎng)襯里等效防滲透材料的實(shí)驗(yàn)方法簡(jiǎn) 介 本試驗(yàn)由蘭州大學(xué)力學(xué)學(xué)院完成，采用美國(guó)生產(chǎn)的HM-4160A型柔性壁滲透儀，參 照ASTM D5084-03標(biāo)準(zhǔn)《利用柔性壁滲透儀測(cè)定飽和多孔材料的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法》，在變水頭條件下測(cè)定了加入有膨潤(rùn)土的黃土即改性黃土材料的滲透系數(shù)。試驗(yàn)選取蒸餾水作為滲流 液，選取每種材料的最大干密度擊實(shí)樣作為滲透試樣，試樣直徑①=102mm，高h(yuǎn) = 40mm。
由于柔性壁滲透儀的高精度特性，要求切制時(shí)盡量使試樣表面平整，上下兩個(gè)面 保持平行，以利于試樣緊貼透水石；裝樣時(shí)盡量使柔性乳膠薄膜繃緊貼在試樣周壁，同時(shí)箍 緊柔性膜上下的兩個(gè)封閉圈，保證外圍的水不會(huì)進(jìn)入試樣內(nèi)；裝好試樣后排走滲流管及試 樣孔隙中的氣體，直至流出的水中不再出現(xiàn)小氣泡為止。 試驗(yàn)使用蒸餾水作為孔隙液體，依據(jù)ASTM(D5084-03)試驗(yàn)規(guī)范，在2(TC室溫下進(jìn) 行變水頭滲透試驗(yàn)。在滲流過程中，蒸餾水由試樣底部進(jìn)入，從頂部流出，每次滲透開始和 結(jié)束都精確記錄了壓力、水頭高度和滲透用時(shí)等計(jì)算參數(shù)。 依據(jù)達(dá)西定律，柔性壁滲透儀變水頭條件下改性黃土的滲透系數(shù)可由式(A)計(jì)算 求得。 & = 4.6-'"。"'腦一-lg-~^- (A) 由于滲透儀量管的橫截面積ain = a。ut，滲出管的壓力p。ut為大氣壓，水的容重i^ = 10. 0kN/cm 可將上式簡(jiǎn)化為
(B) A: = 2 3_"^。一_ig — + 10p涵。/
— 似/) (^w - ')力na' +10/ 式中k-滲透系數(shù)， cm/ s ; ain、 a。ut-滲入量管和滲出量管的斷面積，cm2 ; Lsampl「滲透液通過試樣的長(zhǎng)度，cm ; Asample_試樣橫截面積，cm2 ; tinitial、 tfinal_測(cè)讀水頭的起始和終止時(shí)間，s ; hin、 h。ut_入滲量管和滲出量管的水頭，cm ; pin、 P。ut-加在入滲水頭和滲出水頭上的氣體壓力，kPa ; y w-滲透液在試驗(yàn)溫度條件下的重度，kN/m3。 本發(fā)明研究的兩種改性黃土滲透系數(shù)隨膨潤(rùn)土添加率變化的關(guān)系如圖1所示。從 圖1可以看出，膨潤(rùn)土添加率小于4%時(shí)，曲線降低很緩，改性黃土的滲透系數(shù)變化較小， 與純黃土處于同一數(shù)量級(jí)，且數(shù)值相差不大。繼續(xù)增大膨潤(rùn)土添加量，則曲線走勢(shì)變陡， 改性黃土的滲透系數(shù)有明顯降低膨潤(rùn)土的添加率達(dá)到14%時(shí)蘭州黃土的滲透系數(shù)降至 6. 5X10—8cm/s，榆林黃土的滲透系數(shù)降至1. 1X10—8cm/s，都可以滿足填埋場(chǎng)襯里的防滲要 求。研究結(jié)果，也可以看出在膨潤(rùn)土添加率較小時(shí)改性土的滲透系數(shù)沒有明顯變化，只有當(dāng) 膨潤(rùn)土含量超過8 %時(shí)，改性土的滲透系數(shù)才會(huì)有明顯降低。 從圖1中得出這樣的結(jié)論黃土在添加8_14%的膨潤(rùn)土后，可以將厚度h = 3-2m 黃土的滲透系數(shù)降到k《1. 0 X 10—7cm/s以下，從而達(dá)到垃圾填埋場(chǎng)壓實(shí)土墊層的滲透性國(guó) 家規(guī)范設(shè)計(jì)要求。 對(duì)比蘭州黃土和榆林黃土分別加入不同量的膨潤(rùn)土滲透前、后500倍電鏡掃描照 片(圖2a至圖5b)中明顯看出加入膨潤(rùn)土后黃土顆粒相互靠近更緊密，粘土礦物包裹黃 土顆粒并充填于顆粒孔隙之間，使改性黃土的孔隙度和孔隙連通性都明顯減小，從微觀組 成上改良了黃土的滲透性能。微結(jié)構(gòu)觀察結(jié)果還表明，隨著滲透作用進(jìn)行，改性黃土的孔隙會(huì)進(jìn)一步被堵塞。 對(duì)比改性黃土滲透前、后500倍電鏡掃描照片還能看出滲透后改性黃土中粘土 礦物的分散程度比滲透前更高一些，進(jìn)一步分散并填充于黃土的孔隙中，使孔隙度有所減 小。 本發(fā)明所提供的改性黃土襯里基本設(shè)計(jì)參數(shù)，將在我國(guó)黃土地區(qū)具有技術(shù)示范和 推廣價(jià)值，也可以給西北沙漠、戈壁地區(qū)填埋場(chǎng)設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。與粘土襯里相比，改性黃土 襯里將降低處置工程造價(jià)，預(yù)示著巨大的經(jīng)濟(jì)效益。 本發(fā)明雖然是以陜西榆林黃土和甘肅蘭州黃土為研究對(duì)象，但對(duì)我國(guó)其它黃土地 區(qū)廢棄物填埋場(chǎng)襯里處理具有重要的指導(dǎo)意義。


圖1是蘭州改性黃土和榆林改性黃土滲透系數(shù)隨膨潤(rùn)土添加率變化的關(guān)系圖； 圖2a蘭州黃土加入10%膨潤(rùn)土滲透前500倍電鏡掃描照片， 圖2b蘭州黃土加入10%膨潤(rùn)土滲透后500倍電鏡掃描照片， 圖3a蘭州黃土加入14%膨潤(rùn)土滲透前500倍電鏡掃描照片， 圖3b蘭州黃土加入14%膨潤(rùn)土滲透后500倍電鏡掃描照片， 圖4a榆林黃土加入10%膨潤(rùn)土滲透前500倍電鏡掃描照片， 圖4b榆林黃土加入10%膨潤(rùn)土滲透后500倍電鏡掃描照片， 圖5a榆林黃土加入14%膨潤(rùn)土滲透前500倍電鏡掃描照片， 圖5b榆林黃土加入14%膨潤(rùn)土滲透后500倍電鏡掃描照片。 圖中LH-蘭州黃土 ， YH-榆林黃土具體實(shí)施方式
實(shí)施例1 以蘭州黃土 86%，膨潤(rùn)土 14%作為襯里材料，采取現(xiàn)有方法壓實(shí)襯里材料，襯墊 厚度220厘米。
實(shí)施例2 以蘭州黃土 90%，膨潤(rùn)土 10%作為襯里材料，采取現(xiàn)有方法壓實(shí)襯里材料，襯墊 厚度300厘米。
實(shí)施例3 以蘭州黃土 88%，膨潤(rùn)土 12%作為襯里材料，采取現(xiàn)有方法壓實(shí)襯里材料，襯墊 厚度280厘米。
實(shí)施例4 以蘭州黃土 87%，膨潤(rùn)土 13%作為襯里材料，采取現(xiàn)有方法壓實(shí)襯里材料，襯墊 厚度250厘米。
實(shí)施例5 以榆林黃土 88%，膨潤(rùn)土 12%作為襯里材料，采取現(xiàn)有方法壓實(shí)襯里材料，襯墊 厚度280厘米。
實(shí)施例6 以榆林黃土 90%，膨潤(rùn)土 10%作為襯里材料，采取現(xiàn)有方法壓實(shí)襯里材料，襯墊 厚度300厘米。
實(shí)施例7 以榆林黃土 86%，膨潤(rùn)土 14%作為襯里材料，采取現(xiàn)有方法壓實(shí)襯里材料，襯墊 厚度260厘米。
權(quán)利要求
一種垃圾填理場(chǎng)襯里等效防滲透材料，其特征在于由下述重量百分比的原料組成；蘭州黃土或榆林黃土86～90％，膨潤(rùn)土10～14％。
2. —種垃圾填理場(chǎng)襯里等效防滲透方法，其特征在于以蘭州黃土或榆林黃土86 90%，膨潤(rùn)土 10 14%作為襯里材料，壓實(shí)襯里材料，襯墊厚度220 300厘米。
全文摘要
本發(fā)明涉及生活垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)防滲系統(tǒng)處置技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及垃圾填理場(chǎng)襯里等效防滲透材料；本發(fā)明還涉及垃圾填理場(chǎng)襯里等效防滲透方法。一種垃圾填理場(chǎng)襯里等效防滲透材料，其特征在于由下述重量百分比的原料組成；蘭州黃土或榆林黃土86～90％，膨潤(rùn)土10～14％。一種垃圾填理場(chǎng)襯里等效防滲透方法，其特征在于以蘭州黃土或榆林黃土86～90％，膨潤(rùn)土10～14％作為襯里材料，壓實(shí)襯里材料，襯墊厚度220～300厘米。本發(fā)明說明當(dāng)襯墊滲透系數(shù)大于規(guī)范要求時(shí)，可以適當(dāng)增加襯里厚度，利用土體本身對(duì)污染物的吸附特性，延長(zhǎng)污染物在襯墊中的滲透路徑，對(duì)污染物進(jìn)行攔截和阻隔，以達(dá)到相同的污染控制效果。
文檔編號(hào)C09K3/12GK101717614SQ200910117599
公開日2010年6月2日 申請(qǐng)日期2009年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月14日
發(fā)明者吳軍榮, 孔令勇, 章偉民 申請(qǐng)人:中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司