一種延長重金屬離子擊穿時間的填埋場防滲系統及擊穿監測方法與流程

本發明屬于填埋場防滲領域，具體涉及一種通過控制離子運移實現重金屬離子延遲擊穿填埋場防滲墊層以及對防滲墊層擊穿等破壞進行監測的實現方法。

背景技術：

伴隨著我國經濟的高速發展和城市化進程的加快，城市生活垃圾急劇增加，垃圾填埋場的數量也在不斷增加。我國的城市垃圾多為廚余垃圾，并且處理技術發展較晚，在填埋之前沒有經過前期的分類處理，這導致填埋場的垃圾含水量較高。比較高的含水量導致填埋場垃圾滲濾液水位比較高，在高水位滲濾液作用下，填埋場容易產生滲漏問題導致周圍土壤或者地下水被成分復雜的滲濾液污染，尤其是重金屬離子的污染往往很難修復，往往需要耗費大量的人力物力。目前我國填埋場最多使用的防滲帷幕分為垂直防滲帷幕和水平防滲墊層兩種，其中后者使用更加廣泛。常用的防滲墊層(GCL)主要包括膨潤粘土層和高密度聚乙烯土工膜(HDPE)，土工聚合粘土構造一般是兩層土工布中間加一層膨潤土，這種結構可以保證有比較低的滲透率從而達到阻止滲濾液及其中的重金屬離子滲漏的目的。

滲濾液中重金屬離子或者有機物穿越屏障達到一定的致害濃度以后，則認為防滲墊層被擊穿。目前使用的防滲墊層(GCL)可以達到一定的屏障作用，從而保證填埋場的服役年限。按照國內試驗數據防滲墊層的服役年限在20年以內，而填埋場設計使用年限一般在40年左右，在滲濾液長期作用下，污染物會逐漸通過高密度聚乙烯土工膜(HDPE)進入中間層的膨潤粘土層，如果不采取一定的措施，在填埋場使用的后期，滲濾液中重金屬離子會擊穿防滲墊層從而對周圍土壤和地下水造成不可修復的污染。已有技術通過加入添加劑改良膨潤土防滲層，提高黏土的防滲性能，這種方法耗時耗力不易實現產業化。除此之外，目前填埋場沒有合適經濟的監測防滲墊層被擊穿或者破壞的方法，從而導致防滲墊層破壞以后不能被及時的發現，采取措施滯后往往會導致更大范圍的污染。

技術實現要素：

本發明目的是為了克服現有技術的不足而提供一種延長重金屬離子擊穿時間的填埋場防滲系統及擊穿監測方法，從而可以延長滲瀝液及其中重金屬離子擊穿防滲墊層的時間，監測并提醒防滲墊層的破壞，達到提高填埋場服役壽命和保護環境的目的。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：一種延長重金屬離子擊穿時間的填埋場防滲系統，該防滲系統包括防滲墊層、數字直流電源、電流傳感器、計算機和報警裝置；所述防滲墊層包括由下至上層疊的下部外層高密度聚乙烯土工膜(HDPE)、下部導電土工布、中間膨潤粘土層、上部導電土工布、上部外層高密度聚乙烯土工膜(HDPE)；高密度聚乙烯土工膜和導電土工布之間采用粘度為1800液態粘合劑VAE粘合；所述上部導電土工布與數字直流電源負極連接作為陰極，所述下部導電土工布與數字直流電源正極連接作為陽極；在上部導電土工布和下部導電土工布組成的電路中接入電流傳感器；電流傳感器通過線纜連接到計算機的數據接收端口；報警裝置與計算機連接。

進一步地，導電土工布為不銹鋼纖維水刺布，經過室內試驗研究證實具有較好的導電能力。

進一步地，導電土工布中間固定有一定寬度的鐵條，保證在通電時整體面積上電流分布均勻，鐵條的寬度根據填埋場防滲墊層的設計長度和寬度確定。

進一步地，導線通過金屬管從填埋場場地外側引導至地面，保證長期在地下使用不會發生導電故障。

進一步地，數字直流電源可自動進行電路的斷開和閉合，保證按照設計時間進行防滲墊層的通電和斷電，控制影響重金屬離子的運移。

進一步地，直流電場的電勢梯度控制在1V/cm-1.6V/cm之間。

進一步地，導電土工布的通斷電頻率、通電電壓以及首次通電時間根據不同填埋場的設計服役年限和設計容量進行設定。

進一步地，高密度聚乙烯土工膜和導電土工布之間采用粘度為1800液態粘合劑VAE粘合，上部外層高密度聚乙烯土工膜和下部外層高密度聚乙烯土工膜可以保證導電土工布在內部，從而達到填埋場對于土工布抗剪切要求和強度要求，并且避免導電土工布直接接觸滲濾液，影響通電效果。

一種利用上述填埋場防滲系統進行擊穿監測的方法，該方法包括以下步驟：

(1)施工時，將由高密度聚乙烯土工膜、導電土工布和中間膨潤粘土層組成的防滲墊層鋪設在填埋場底部，然后將上部導電土工布與數字直流電源負極連接作為陰極，將下部導電土工布與數字直流電源正極連接作為陽極。

(2)將電流傳感器接入到電路中，并將其通過線纜連接到計算機的數據接收端口。

(3)利用電流傳感器采集電路中電流數據，并將數據傳輸到計算機中儲存分析。

(4)重金屬離子的運移方向為從上到下，當滲濾液中重金屬離子運移到高密度聚乙烯土工膜內部，給導電土工布加電壓會在中間膨潤粘土層內部形成穩定的電滲流場。

(5)在電場作用下，重金屬離子會從陽極向陰極運動，即從下往上運動，這種反向運動會極大增長重金屬離子從上向下運移擊穿中間膨潤粘土層和下部外層高密度聚乙烯土工膜的時間。施加電壓之前膨潤土微觀結構為絮凝結構，施加電壓后土體的微觀結構由原來的絮凝結構變為顆粒堆積結構。

(6)計算機對電流數據進行實時分析，并對數據進行前后對比，當發現數據有異常情況時，則認為滲濾液局部或者大面積擊穿了防滲墊層，隨即觸發報警裝置。本發明的優點和效果在于：

第一：通過上部和下部導電土工布對中間防滲墊層施加電場力，可以使得重金屬等污染離子反向運動，從而極大地延長了防滲墊層的使用壽命。

第二：中間的膨潤粘土層在電場力的作用下，微觀結構會由原來的絮凝結構變為顆粒堆積結構，會變得更加密實，孔隙比更小，從而能更好地防止污染物的遷移擴散，隔離效果更好。

第三：通過電流傳感器監測通電時電路中的電流，以及計算機系統分析每次通電時電流數據的變異系數，可以及時的發現防滲系統出現的問題，采取及時的措施，有效的降低了滲濾液滲漏污染環境的幾率。

第四：上部外層高密度聚乙烯土工膜(HDPE)和下部外層高密度聚乙烯土工膜(HDPE)可以避免導電土工布直接接觸滲濾液，影響通電效果。也起到保護導電土工布的作用，從而保證整體防滲墊層能夠長時間有效使用，達到填埋場的設計要求。

附圖說明

圖1為本發明延長重金屬離子擊穿時間的填埋場防滲系統的結構示意圖；

圖2為重金屬離子運移示意圖；

其中，1-上部外層高密度聚乙烯土工膜、2-上部導電土工布、3-中間膨潤粘土層、4-下部導電土工布、5-下部外層高密度聚乙烯土工膜、6-導線、7-金屬管、8-數字直流電源、9-電流傳感器、10-計算機、11-報警裝置。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一下詳細說明。

如圖1所示，本發明提供的一種延長重金屬離子擊穿時間的填埋場防滲系統，該防滲系統包括防滲墊層、數字直流電源8、電流傳感器9、計算機10和報警裝置11；所述防滲墊層包括由下至上層疊的下部外層高密度聚乙烯土工膜(HDPE)5、下部導電土工布4、中間膨潤粘土層3、上部導電土工布2、上部外層高密度聚乙烯土工膜(HDPE)1；高密度聚乙烯土工膜和導電土工布之間采用粘度為1800液態粘合劑VAE粘合；所述上部導電土工布2與數字直流電源8負極連接作為陰極，所述下部導電土工布4與數字直流電源8正極連接作為陽極；在上部導電土工布2和下部導電土工布4組成的電路中接入電流傳感器9；電流傳感器9通過線纜連接到計算機10的數據接收端口；報警裝置11與計算機10連接。

進一步地，導電土工布為不銹鋼纖維水刺布，經過室內試驗研究證實具有較好的導電能力。

進一步地，導電土工布中間固定有一定寬度的鐵條，保證在通電時整體面積上電流分布均勻，鐵條的寬度根據填埋場防滲墊層的設計長度和寬度確定。

進一步地，導線6通過金屬管7從填埋場場地外側引導至地面，保證長期在地下使用不會發生導電故障。

進一步地，數字直流電源8可自動進行電路的斷開和閉合，保證按照設計時間進行防滲墊層的通電和斷電，控制影響重金屬離子的運移。

進一步地，直流電場根據填埋場污染物性質、含水量、重金屬離子濃度等特性的不同，電勢梯度控制在1V/cm-1.6V/cm之間。

進一步地，導電土工布的通斷電頻率、通電電壓以及首次通電時間根據不同填埋場的設計服役年限和設計容量進行設定。

進一步地，高密度聚乙烯土工膜和導電土工布之間采用粘度為1800液態粘合劑VAE粘合，上部外層高密度聚乙烯土工膜1和下部外層高密度聚乙烯土工膜5可以保證導電土工布在內部，從而達到填埋場對于土工布抗剪切要求和強度要求，并且避免導電土工布直接接觸滲濾液，影響通電效果。導電土工布同時具有較好的導電能力和反濾能力。

本發明對原來的普通防滲墊層進行了改進，在原來上部高密度聚乙烯土工膜(HDPE)、中間膨潤粘土層、下部高密度聚乙烯土工膜(HDPE)的基礎上添加了上部導電土工布、下部導電土工布、電路系統、計算機、報警裝置等，可以使得重金屬等污染離子反向運動，從而極大地延長了防滲墊層的使用壽命。同時改變中間的膨潤粘土層的微觀結構使其更加密實，從而能更好地防止污染物的遷移擴散，隔離效果更好。通過電流傳感器監測通電時候電路中的電流，以及計算機系統分析電流每次通電時電流數據的變化程度，可以及時的發現防滲系統出現的問題，采取及時的措施，有效的降低了滲濾液滲漏污染環境的幾率。

一種利用上述填埋場防滲系統進行擊穿監測方法，該方法包括以下步驟：

(1)施工時，將由高密度聚乙烯土工膜、導電土工布和中間膨潤粘土層組成的防滲墊層鋪設在填埋場底部，然后將上部導電土工布2與數字直流電源8負極連接作為陰極，將下部導電土工布4與數字直流電源8正極連接作為陽極。

(2)將電流傳感器9接入到電路中，并將其通過線纜連接到計算機10的數據接收端口。

(3)參考已有填埋場運行經驗，假定填埋場設計壽命為40年，在前3個月不通電，3個月后每天通電5小時，利用電流傳感器9采集電路中電流數據，并將數據傳輸到計算機10中儲存分析。

(4)重金屬離子的運移方向為從上到下，如圖2中箭頭所示，當滲濾液中重金屬離子運移到高密度聚乙烯土工膜內部，給導電土工布加電壓會在中間膨潤粘土層內部形成穩定的電滲流場。

(5)在電場作用下，重金屬離子會從陽極向陰極運動，即從下往上運動，這種反向運動會極大增長重金屬離子從上向下運移擊穿中間膨潤粘土層和下部外層高密度聚乙烯土工膜的時間。施加電壓之前膨潤土微觀結構為絮凝結構，施加電壓后土體的微觀結構由原來的絮凝結構變為顆粒堆積結構。除此之外，室內膨潤土試驗表明施加電壓之前膨潤土微觀結構為絮凝結構，施加電壓后土體的微觀結構由原來的絮凝結構變為顆粒堆積結構，堆積顆粒尺寸大概在1-10μm之間。相較于絮凝結構，這種顆粒堆積結構更加密實，孔隙比更小，從而能更好地防止污染物的遷移擴散，隔離效果好，且與污染物的長期化學相容性好。

(6)計算機對電流數據進行實時分析，并對數據進行前后對比，當發現數據有異常情況時，則認為滲濾液局部或者大面積擊穿了防滲墊層，隨即觸發報警裝置，報警裝置會發送短信到安全監測負責人手機，然后安全監測負責人對填埋場防滲襯墊系統進行安全排查并及時的采取措施。

(7)計算機對電流數據進行實時分析，并對數據進行前后對比，當發現數據有異常情況時，則認為滲濾液局部或者大面積擊穿了防滲墊層，隨即觸發報警裝置，報警裝置會發送短信到安全監測負責人手機，然后安全監測負責人對填埋場防滲系統進行安全排查并及時的采取措施。

上述實施例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術的相關人員能夠了解本發明的內容并據以實施，并不能以此限制本發明的保護范圍，凡根據本發明精神實質所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本發明的保護范圍之內。