信息摘要：
剛性垃圾填埋場作為處理特定類型廢棄物的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其防滲系統(tǒng)的有效性直接關(guān)系到環(huán)境安全與填埋場的長期穩(wěn)定運(yùn)行。土工膜作為防滲系統(tǒng)的核心組成部分，承擔(dān)著阻止?jié)B濾液滲漏、防止地下水污染等關(guān)鍵任務(wù)。正確選擇土工膜對于剛性垃圾填埋場而言，是確保整個工程質(zhì)量與環(huán)境效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文將深入探討剛性垃圾填埋場土工膜選擇過程中的關(guān)鍵考量因素與實(shí)用策略。
剛性垃圾填埋場作為處理特定類型廢棄物的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其防滲系統(tǒng)的有效性直接關(guān)系到環(huán)境安全與填埋場的長期穩(wěn)定運(yùn)行。土工膜作為防滲系統(tǒng)的核心組成部分，承擔(dān)著阻止?jié)B濾液滲漏、防止地下水污染等關(guān)鍵任務(wù)。正確選擇土工膜對于剛性垃圾填埋場而言，是確保整個工程質(zhì)量與環(huán)境效益的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文將深入探討剛性垃圾填埋場土工膜選擇過程中的關(guān)鍵考量因素與實(shí)用策略。
剛性垃圾填埋場常接納建筑廢棄物、工業(yè)廢渣等具有一定硬度、形狀不規(guī)則且可能存在尖銳邊角的廢棄物。這些填埋物在填埋過程及后續(xù)沉降中，易對土工膜造成穿刺、劃傷等機(jī)械損傷。例如，建筑拆除產(chǎn)生的碎磚塊、鋼筋頭，工業(yè)廢渣中的塊狀硬物等，與土工膜接觸時，在填埋體自重及外部荷載作用下，可能破壞土工膜的完整性，導(dǎo)致防滲性能下降。
填埋場內(nèi)環(huán)境復(fù)雜，滲濾液成分多樣且具有腐蝕性。其中可能包含高濃度的酸堿物質(zhì)、重金屬離子以及有機(jī)污染物等。如一些工業(yè)垃圾填埋場的滲濾液，pH 值可能在 2 - 12 之間大幅波動，含有鉛、汞、鎘等重金屬，以及苯、酚類等有機(jī)毒物。土工膜長期處于這樣的化學(xué)環(huán)境中，需具備良好的化學(xué)穩(wěn)定性，以抵抗?jié)B濾液的侵蝕，避免因化學(xué)降解而影響使用壽命和防滲性能。同時，填埋場內(nèi)部溫度也會因垃圾發(fā)酵等過程產(chǎn)生變化，夏季高溫時段填埋層內(nèi)溫度可達(dá) 50 - 60℃，土工膜需能適應(yīng)溫度的大幅波動，維持其物理性能穩(wěn)定。
HDPE 土工膜具有極高的密度和結(jié)晶度，使其具備出色的防滲性能，滲透系數(shù)可低至 10?12cm/s 以下。其拉伸強(qiáng)度高，能承受較大的拉力和變形而不破裂，對于填埋場因垃圾沉降等產(chǎn)生的應(yīng)力具有良好的適應(yīng)性。HDPE 土工膜化學(xué)穩(wěn)定性強(qiáng)，對大多數(shù)酸堿及有機(jī)化合物具有優(yōu)異的抗腐蝕能力，在剛性垃圾填埋場復(fù)雜的滲濾液環(huán)境中能保持穩(wěn)定。此外，它還具有良好的耐候性，在紫外線防護(hù)措施得當(dāng)?shù)那闆r下，可在戶外長期使用。
LLDPE 土工膜由乙烯與少量 α- 烯烴在催化劑作用下共聚而得，具有獨(dú)特的線性分子結(jié)構(gòu)。其柔韌性，在低溫環(huán)境下仍能保持良好的彎折性能，不易脆裂，適合在寒冷地區(qū)的剛性垃圾填埋場使用。LLDPE 土工膜的抗穿刺性能相對較高，對于填埋場中可能存在的尖銳物體有一定的抵抗能力。同時，它的焊接性能優(yōu)良，便于現(xiàn)場施工拼接，能有效保證防滲系統(tǒng)的整體性。然而，與 HDPE 土工膜相比，其防滲性能略遜一籌，滲透系數(shù)一般在 10?11cm/s 左右。
PVC 土工膜具有良好的可塑性和可加工性，能夠制成各種厚度和規(guī)格的產(chǎn)品，以滿足不同填埋場的需求。它對酸、堿、鹽等化學(xué)物質(zhì)有較好的耐受性，在一些滲濾液化學(xué)性質(zhì)相對溫和的剛性垃圾填埋場中有一定應(yīng)用。PVC 土工膜的表面較為粗糙，與墊層材料之間的摩擦力較大，有利于增強(qiáng)填埋場防滲系統(tǒng)的穩(wěn)定性，減少土工膜滑動風(fēng)險。但 PVC 土工膜的耐候性相對較弱，在長期紫外線照射下易老化，且在高溫環(huán)境中可能釋放出有害氣體，在環(huán)保要求較高的填埋場使用時需謹(jǐn)慎考慮。
拉伸強(qiáng)度與伸長率：土工膜需具備足夠的拉伸強(qiáng)度，以承受填埋垃圾的自重壓力、填埋作業(yè)過程中的機(jī)械應(yīng)力以及因填埋場不均勻沉降產(chǎn)生的拉力。例如，在大型剛性垃圾填埋場，填埋深度可達(dá)數(shù)十米，底部土工膜承受的壓力巨大，拉伸強(qiáng)度不足易導(dǎo)致膜體破裂。同時，良好的伸長率能使土工膜在受力變形時不發(fā)生脆斷，適應(yīng)填埋場的動態(tài)變化。一般來說，用于剛性垃圾填埋場的土工膜拉伸強(qiáng)度應(yīng)不低于 15MPa，斷裂伸長率大于 500%。
抗穿刺性能：鑒于剛性垃圾填埋物的特點(diǎn)，抗穿刺性能是土工膜選擇的關(guān)鍵指標(biāo)。可通過模擬填埋環(huán)境的穿刺試驗(yàn)，測試土工膜抵抗尖銳物體穿透的能力。通常采用 CBR（加州承載比）穿刺試驗(yàn)，要求土工膜的 CBR 抗穿刺強(qiáng)度不低于 250N，以有效防止填埋物中的尖銳邊角對膜體造成破壞，確保防滲系統(tǒng)的完整性。
滲濾液成分分析：在選擇土工膜前，需對填埋場滲濾液進(jìn)行全面的成分分析，包括 pH 值、重金屬含量、有機(jī)污染物種類及濃度等。不同成分的滲濾液對土工膜的化學(xué)侵蝕作用不同。例如，酸性滲濾液可能對某些土工膜的分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溶脹、降解作用，而重金屬離子可能與土工膜材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，影響其性能。通過滲濾液成分分析，可針對性地選擇化學(xué)穩(wěn)定性匹配的土工膜類型。
耐化學(xué)腐蝕測試：對于潛在的化學(xué)腐蝕風(fēng)險，應(yīng)進(jìn)行土工膜的耐化學(xué)腐蝕測試。將土工膜樣品浸泡在模擬滲濾液中，在一定溫度和時間條件下，觀察膜體的外觀變化、物理性能（如拉伸強(qiáng)度、質(zhì)量等）變化。根據(jù)測試結(jié)果評估土工膜對滲濾液的耐受能力，選擇在填埋場特定滲濾液環(huán)境中性能穩(wěn)定的產(chǎn)品。
老化性能評估：土工膜的老化包括熱老化、光老化和化學(xué)老化等。在填埋場環(huán)境中，熱老化和化學(xué)老化較為突出。通過加速老化試驗(yàn)，如熱空氣老化試驗(yàn)、人工氣候老化試驗(yàn)等，模擬填埋場的高溫、高濕及化學(xué)侵蝕環(huán)境，評估土工膜在長期使用過程中的性能衰減情況。一般要求土工膜在設(shè)計(jì)使用壽命內(nèi)（通常為 30 - 50 年），關(guān)鍵性能指標(biāo)（如防滲性能、力學(xué)性能）下降不超過規(guī)定范圍。
使用壽命預(yù)測模型：借助數(shù)學(xué)模型和長期的實(shí)地監(jiān)測數(shù)據(jù)，可對土工膜的使用壽命進(jìn)行預(yù)測。常用的模型如 Arrhenius 模型，通過考慮溫度、化學(xué)物質(zhì)濃度等因素對土工膜老化反應(yīng)速率的影響，推算其在填埋場實(shí)際環(huán)境中的使用壽命。準(zhǔn)確的使用壽命預(yù)測有助于合理規(guī)劃填埋場的維護(hù)與修復(fù)周期，降低長期運(yùn)營成本。
材料厚度與柔韌性：土工膜的厚度和柔韌性直接影響施工操作的難易程度。較厚的土工膜雖然防滲性能和力學(xué)性能可能更好，但在復(fù)雜地形的填埋場鋪設(shè)時，不易彎折和貼合基層，增加施工難度。而柔韌性好的土工膜，如 LLDPE 土工膜，便于在填埋場的邊坡、轉(zhuǎn)角等部位鋪設(shè)，能更好地適應(yīng)基層的不平整度。同時，需根據(jù)填埋場的具體要求，選擇合適厚度的土工膜，一般剛性垃圾填埋場常用的土工膜厚度在 1.0 - 2.0mm 之間。
焊接性能：土工膜的焊接質(zhì)量是保證防滲系統(tǒng)整體性的關(guān)鍵。焊接性能良好的土工膜，焊接接頭強(qiáng)度高、密封性好，能有效防止?jié)B漏。HDPE 土工膜和 LLDPE 土工膜都具有優(yōu)良的焊接性能，可采用熱楔焊接、擠出焊接等多種焊接方法，焊接接頭強(qiáng)度可達(dá)母材強(qiáng)度的 80% 以上。在施工前，應(yīng)對土工膜的焊接工藝進(jìn)行試驗(yàn)，確定更佳焊接參數(shù)，確保現(xiàn)場焊接質(zhì)量符合要求。
某大型建筑廢棄物填埋場，填埋深度約 30m，填埋物主要為拆除建筑產(chǎn)生的磚塊、混凝土塊、鋼筋等。滲濾液檢測結(jié)果顯示，pH 值在 6 - 9 之間，含有少量重金屬離子。該填埋場所在地區(qū)夏季高溫可達(dá) 40℃，冬季低溫約 - 5℃。綜合考慮填埋物特性、運(yùn)行環(huán)境及施工條件，最終選擇了 2.0mm 厚的 HDPE 土工膜。HDPE 土工膜的高拉伸強(qiáng)度和抗穿刺性能能夠有效抵御建筑廢棄物的機(jī)械損傷，其出色的化學(xué)穩(wěn)定性可適應(yīng)滲濾液的化學(xué)環(huán)境，良好的耐候性也能滿足當(dāng)?shù)販囟茸兓蟆Ｔ谑┕み^程中，HDPE 土工膜的焊接性能良好，通過嚴(yán)格的焊接工藝控制，確保了防滲系統(tǒng)的整體質(zhì)量。經(jīng)過多年運(yùn)行監(jiān)測，填埋場未出現(xiàn)明顯的滲濾液滲漏問題，土工膜性能穩(wěn)定。
某工業(yè)廢渣填埋場，接納含有一定腐蝕性化學(xué)物質(zhì)的工業(yè)廢渣。滲濾液呈酸性，pH 值約為 4，含有鉛、鋅等重金屬。填埋場場地較為平坦，但對環(huán)保要求極高。經(jīng)詳細(xì)的土工膜性能對比和化學(xué)相容性測試，選用了添加特殊抗腐蝕助劑的 PVC 土工膜。PVC 土工膜的可塑性使其能根據(jù)填埋場形狀進(jìn)行定制化加工，其表面粗糙特性增強(qiáng)了與墊層的摩擦力，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。特殊抗腐蝕助劑的添加使其在酸性滲濾液環(huán)境中具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性。施工過程中，嚴(yán)格控制焊接質(zhì)量和鋪設(shè)平整度，對土工膜進(jìn)行了嚴(yán)密的保護(hù)。運(yùn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，PVC 土工膜在該填埋場環(huán)境中有效發(fā)揮了防滲作用，保障了周邊土壤和地下水的安全。
剛性垃圾填埋場土工膜的選擇是一個涉及多方面因素綜合考量的復(fù)雜過程。需充分認(rèn)識填埋場的填埋物特性、運(yùn)行環(huán)境特點(diǎn)，深入了解不同類型土工膜的性能優(yōu)勢與局限，從力學(xué)性能、化學(xué)相容性、耐久性及施工可行性等關(guān)鍵方面進(jìn)行評估。通過實(shí)際案例分析可知，只有根據(jù)填埋場的具體情況，精準(zhǔn)選擇合適的土工膜，并在施工過程中嚴(yán)格控制質(zhì)量，才能構(gòu)建可靠的防滲系統(tǒng)，確保剛性垃圾填埋場的安全運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對環(huán)境的有效保護(hù)，為可持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)保障。在未來，隨著材料科學(xué)的不斷進(jìn)步和對填埋場環(huán)境要求的日益提高，土工膜的性能將不斷優(yōu)化，為剛性垃圾填埋場的建設(shè)與運(yùn)營提供更優(yōu)質(zhì)的解決方案。
魯公網(wǎng)安備 37140302000073號