本發(fā)明屬于填埋場防滲領(lǐng)域，具體涉及一種通過控制離子運(yùn)移實(shí)現(xiàn)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(jìn)行監(jiān)測的實(shí)現(xiàn)方法。

背景技術(shù)：

伴隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市生活垃圾急劇增加，垃圾填埋場的數(shù)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(shù)發(fā)展較晚，在填埋之前沒有經(jīng)過前期的分類處理，這導(dǎo)致填埋場的垃圾含水量較高。比較高的含水量導(dǎo)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(chǎn)生滲漏問題導(dǎo)致周圍土壤或者地下水被成分復(fù)雜的滲濾液污染，尤其是重金屬離子的污染往往很難修復(fù)，往往需要耗費(fèi)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(gòu)造一般是兩層土工布中間加一層膨潤土，這種結(jié)構(gòu)可以保證有比較低的滲透率從而達(dá)到阻止?jié)B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(jī)物穿越屏障達(dá)到一定的致害濃度以后，則認(rèn)為防滲墊層被擊穿。目前使用的防滲墊層(GCL)可以達(dá)到一定的屏障作用，從而保證填埋場的服役年限。按照國內(nèi)試驗(yàn)數(shù)據(jù)防滲墊層的服役年限在20年以內(nèi)，而填埋場設(shè)計(jì)使用年限一般在40年左右，在滲濾液長期作用下，污染物會(huì)逐漸通過高密度聚乙烯土工膜(HDPE)進(jìn)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(huì)擊穿防滲墊層從而對周圍土壤和地下水造成不可修復(fù)的污染。已有技術(shù)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(shí)耗力不易實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。除此之外，目前填埋場沒有合適經(jīng)濟(jì)的監(jiān)測防滲墊層被擊穿或者破壞的方法，從而導(dǎo)致防滲墊層破壞以后不能被及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，采取措施滯后往往會(huì)導(dǎo)致更大范圍的污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種延長重金屬離子擊穿時(shí)間的填埋場防滲系統(tǒng)及擊穿監(jiān)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(shí)間，監(jiān)測并提醒防滲墊層的破壞，達(dá)到提高填埋場服役壽命和保護(hù)環(huán)境的目的。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種延長重金屬離子擊穿時(shí)間的填埋場防滲系統(tǒng)，該防滲系統(tǒng)包括防滲墊層、數(shù)字直流電源、電流傳感器、計(jì)算機(jī)和報(bào)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(dǎo)電土工布、中間膨潤粘土層、上部導(dǎo)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(dǎo)電土工布之間采用粘度為1800液態(tài)粘合劑VAE粘合；所述上部導(dǎo)電土工布與數(shù)字直流電源負(fù)極連接作為陰極，所述下部導(dǎo)電土工布與數(shù)字直流電源正極連接作為陽極；在上部導(dǎo)電土工布和下部導(dǎo)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(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)接收端口；報(bào)警裝置與計(jì)算機(jī)連接。

進(jìn)一步地，導(dǎo)電土工布為不銹鋼纖維水刺布，經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)研究證實(shí)具有較好的導(dǎo)電能力。

進(jìn)一步地，導(dǎo)電土工布中間固定有一定寬度的鐵條，保證在通電時(shí)整體面積上電流分布均勻，鐵條的寬度根據(jù)填埋場防滲墊層的設(shè)計(jì)長度和寬度確定。

進(jìn)一步地，導(dǎo)線通過金屬管從填埋場場地外側(cè)引導(dǎo)至地面，保證長期在地下使用不會(huì)發(fā)生導(dǎo)電故障。

進(jìn)一步地，數(shù)字直流電源可自動(dòng)進(jìn)行電路的斷開和閉合，保證按照設(shè)計(jì)時(shí)間進(jìn)行防滲墊層的通電和斷電，控制影響重金屬離子的運(yùn)移。

進(jìn)一步地，直流電場的電勢梯度控制在1V/cm-1.6V/cm之間。

進(jìn)一步地，導(dǎo)電土工布的通斷電頻率、通電電壓以及首次通電時(shí)間根據(jù)不同填埋場的設(shè)計(jì)服役年限和設(shè)計(jì)容量進(jìn)行設(shè)定。

進(jìn)一步地，高密度聚乙烯土工膜和導(dǎo)電土工布之間采用粘度為1800液態(tài)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(dǎo)電土工布在內(nèi)部，從而達(dá)到填埋場對于土工布抗剪切要求和強(qiáng)度要求，并且避免導(dǎo)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(tǒng)進(jìn)行擊穿監(jiān)測的方法，該方法包括以下步驟：

(1)施工時(shí)，將由高密度聚乙烯土工膜、導(dǎo)電土工布和中間膨潤粘土層組成的防滲墊層鋪設(shè)在填埋場底部，然后將上部導(dǎo)電土工布與數(shù)字直流電源負(fù)極連接作為陰極，將下部導(dǎo)電土工布與數(shù)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(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)接收端口。

(3)利用電流傳感器采集電路中電流數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中儲(chǔ)存分析。

(4)重金屬離子的運(yùn)移方向?yàn)閺纳系较拢?dāng)滲濾液中重金屬離子運(yùn)移到高密度聚乙烯土工膜內(nèi)部，給導(dǎo)電土工布加電壓會(huì)在中間膨潤粘土層內(nèi)部形成穩(wěn)定的電滲流場。

(5)在電場作用下，重金屬離子會(huì)從陽極向陰極運(yùn)動(dòng)，即從下往上運(yùn)動(dòng)，這種反向運(yùn)動(dòng)會(huì)極大增長重金屬離子從上向下運(yùn)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(shí)間。施加電壓之前膨潤土微觀結(jié)構(gòu)為絮凝結(jié)構(gòu)，施加電壓后土體的微觀結(jié)構(gòu)由原來的絮凝結(jié)構(gòu)變?yōu)轭w粒堆積結(jié)構(gòu)。

(6)計(jì)算機(jī)對電流數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行前后對比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有異常情況時(shí)，則認(rèn)為滲濾液局部或者大面積擊穿了防滲墊層，隨即觸發(fā)報(bào)警裝置。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和效果在于：

第一：通過上部和下部導(dǎo)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(yùn)動(dòng)，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(jié)構(gòu)會(huì)由原來的絮凝結(jié)構(gòu)變?yōu)轭w粒堆積結(jié)構(gòu)，會(huì)變得更加密實(shí)，孔隙比更小，從而能更好地防止污染物的遷移擴(kuò)散，隔離效果更好。

第三：通過電流傳感器監(jiān)測通電時(shí)電路中的電流，以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析每次通電時(shí)電流數(shù)據(jù)的變異系數(shù)，可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)防滲系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，采取及時(shí)的措施，有效的降低了滲濾液滲漏污染環(huán)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(dǎo)電土工布直接接觸滲濾液，影響通電效果。也起到保護(hù)導(dǎo)電土工布的作用，從而保證整體防滲墊層能夠長時(shí)間有效使用，達(dá)到填埋場的設(shè)計(jì)要求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明延長重金屬離子擊穿時(shí)間的填埋場防滲系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為重金屬離子運(yùn)移示意圖；

其中，1-上部外層高密度聚乙烯土工膜、2-上部導(dǎo)電土工布、3-中間膨潤粘土層、4-下部導(dǎo)電土工布、5-下部外層高密度聚乙烯土工膜、6-導(dǎo)線、7-金屬管、8-數(shù)字直流電源、9-電流傳感器、10-計(jì)算機(jī)、11-報(bào)警裝置。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一下詳細(xì)說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種延長重金屬離子擊穿時(shí)間的填埋場防滲系統(tǒng)，該防滲系統(tǒng)包括防滲墊層、數(shù)字直流電源8、電流傳感器9、計(jì)算機(jī)10和報(bào)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(dǎo)電土工布4、中間膨潤粘土層3、上部導(dǎo)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(dǎo)電土工布之間采用粘度為1800液態(tài)粘合劑VAE粘合；所述上部導(dǎo)電土工布2與數(shù)字直流電源8負(fù)極連接作為陰極，所述下部導(dǎo)電土工布4與數(shù)字直流電源8正極連接作為陽極；在上部導(dǎo)電土工布2和下部導(dǎo)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(jì)算機(jī)10的數(shù)據(jù)接收端口；報(bào)警裝置11與計(jì)算機(jī)10連接。

進(jìn)一步地，導(dǎo)電土工布為不銹鋼纖維水刺布，經(jīng)過室內(nèi)試驗(yàn)研究證實(shí)具有較好的導(dǎo)電能力。

進(jìn)一步地，導(dǎo)電土工布中間固定有一定寬度的鐵條，保證在通電時(shí)整體面積上電流分布均勻，鐵條的寬度根據(jù)填埋場防滲墊層的設(shè)計(jì)長度和寬度確定。

進(jìn)一步地，導(dǎo)線6通過金屬管7從填埋場場地外側(cè)引導(dǎo)至地面，保證長期在地下使用不會(huì)發(fā)生導(dǎo)電故障。

進(jìn)一步地，數(shù)字直流電源8可自動(dòng)進(jìn)行電路的斷開和閉合，保證按照設(shè)計(jì)時(shí)間進(jìn)行防滲墊層的通電和斷電，控制影響重金屬離子的運(yùn)移。

進(jìn)一步地，直流電場根據(jù)填埋場污染物性質(zhì)、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(jìn)一步地，導(dǎo)電土工布的通斷電頻率、通電電壓以及首次通電時(shí)間根據(jù)不同填埋場的設(shè)計(jì)服役年限和設(shè)計(jì)容量進(jìn)行設(shè)定。

進(jìn)一步地，高密度聚乙烯土工膜和導(dǎo)電土工布之間采用粘度為1800液態(tài)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(dǎo)電土工布在內(nèi)部，從而達(dá)到填埋場對于土工布抗剪切要求和強(qiáng)度要求，并且避免導(dǎo)電土工布直接接觸滲濾液，影響通電效果。導(dǎo)電土工布同時(shí)具有較好的導(dǎo)電能力和反濾能力。

本發(fā)明對原來的普通防滲墊層進(jìn)行了改進(jìn)，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(chǔ)上添加了上部導(dǎo)電土工布、下部導(dǎo)電土工布、電路系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)、報(bào)警裝置等，可以使得重金屬等污染離子反向運(yùn)動(dòng)，從而極大地延長了防滲墊層的使用壽命。同時(shí)改變中間的膨潤粘土層的微觀結(jié)構(gòu)使其更加密實(shí)，從而能更好地防止污染物的遷移擴(kuò)散，隔離效果更好。通過電流傳感器監(jiān)測通電時(shí)候電路中的電流，以及計(jì)算機(jī)系統(tǒng)分析電流每次通電時(shí)電流數(shù)據(jù)的變化程度，可以及時(shí)的發(fā)現(xiàn)防滲系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，采取及時(shí)的措施，有效的降低了滲濾液滲漏污染環(huán)境的幾率。

一種利用上述填埋場防滲系統(tǒng)進(jìn)行擊穿監(jiān)測方法，該方法包括以下步驟：

(1)施工時(shí)，將由高密度聚乙烯土工膜、導(dǎo)電土工布和中間膨潤粘土層組成的防滲墊層鋪設(shè)在填埋場底部，然后將上部導(dǎo)電土工布2與數(shù)字直流電源8負(fù)極連接作為陰極，將下部導(dǎo)電土工布4與數(shù)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(jì)算機(jī)10的數(shù)據(jù)接收端口。

(3)參考已有填埋場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，假定填埋場設(shè)計(jì)壽命為40年，在前3個(gè)月不通電，3個(gè)月后每天通電5小時(shí)，利用電流傳感器9采集電路中電流數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)10中儲(chǔ)存分析。

(4)重金屬離子的運(yùn)移方向?yàn)閺纳系较拢鐖D2中箭頭所示，當(dāng)滲濾液中重金屬離子運(yùn)移到高密度聚乙烯土工膜內(nèi)部，給導(dǎo)電土工布加電壓會(huì)在中間膨潤粘土層內(nèi)部形成穩(wěn)定的電滲流場。

(5)在電場作用下，重金屬離子會(huì)從陽極向陰極運(yùn)動(dòng)，即從下往上運(yùn)動(dòng)，這種反向運(yùn)動(dòng)會(huì)極大增長重金屬離子從上向下運(yùn)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(shí)間。施加電壓之前膨潤土微觀結(jié)構(gòu)為絮凝結(jié)構(gòu)，施加電壓后土體的微觀結(jié)構(gòu)由原來的絮凝結(jié)構(gòu)變?yōu)轭w粒堆積結(jié)構(gòu)。除此之外，室內(nèi)膨潤土試驗(yàn)表明施加電壓之前膨潤土微觀結(jié)構(gòu)為絮凝結(jié)構(gòu)，施加電壓后土體的微觀結(jié)構(gòu)由原來的絮凝結(jié)構(gòu)變?yōu)轭w粒堆積結(jié)構(gòu)，堆積顆粒尺寸大概在1-10μm之間。相較于絮凝結(jié)構(gòu)，這種顆粒堆積結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，孔隙比更小，從而能更好地防止污染物的遷移擴(kuò)散，隔離效果好，且與污染物的長期化學(xué)相容性好。

(6)計(jì)算機(jī)對電流數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行前后對比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有異常情況時(shí)，則認(rèn)為滲濾液局部或者大面積擊穿了防滲墊層，隨即觸發(fā)報(bào)警裝置，報(bào)警裝置會(huì)發(fā)送短信到安全監(jiān)測負(fù)責(zé)人手機(jī)，然后安全監(jiān)測負(fù)責(zé)人對填埋場防滲襯墊系統(tǒng)進(jìn)行安全排查并及時(shí)的采取措施。

(7)計(jì)算機(jī)對電流數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行前后對比，當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)有異常情況時(shí)，則認(rèn)為滲濾液局部或者大面積擊穿了防滲墊層，隨即觸發(fā)報(bào)警裝置，報(bào)警裝置會(huì)發(fā)送短信到安全監(jiān)測負(fù)責(zé)人手機(jī)，然后安全監(jiān)測負(fù)責(zé)人對填埋場防滲系統(tǒng)進(jìn)行安全排查并及時(shí)的采取措施。

上述實(shí)施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的相關(guān)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡根據(jù)本發(fā)明精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。