探究土工包对污染物迁移的影响

纽约和新泽西港务局和工程师团把污染的沉积物堆填在开底驳船的土工包中，它可以降低被污染的沉积物在处理场以外的移动，并且减少对水体的影响。为了验证土工包的这种效果，有必要对污染物透过土工包的迁移进行研究。

美国里海大学的Horce.K.Moo-Young和Charles.E.Ochola（Lehigh University，Final Report，1998.5.26）针对透过土工包的污染物的迁移和这种迁移如何被土工包中的变化所影响进行了研究。他们对纽约港的污染物采用不同组合的土工布制造的土工包（GFC）进行了透过GFC的污染物的迁移试验。

从这些试验研究结果和随后的分析表明，土工包对在开敞的水中处理污染物是一种有生命力的方法，因为它减少了污染物的迁移和细料进入水体的数量。

（1）研究的目的。纽约港是美国东海岸的主要工业港，河流运载的泥砂进入船舶航道，降低了港口的深度。纽约和新泽西港务局必须不断地疏浚以维持货船和油船所需的深度。从1990～1994年，平均的年疏浚数量近430万CY（立方码），疏浚的材料被堆放在位于距Jersey海岸东边几英里的大西洋海中的纽约湾疏浚材料处理场。最近的环保规定已经限制纽约港疏浚材料抛入开敞水面中。这些限制使疏浚材料在1996年已经降低到130万CY，即降低了70%。因此，由于污染物未被疏浚，纽约港损失了每年约1英尺的水深，港口水深的减少将带来严重的影响。

研究的目的是为了提供GFC在污染料和细料的迁移方面表现的有关资料。为满足这个目的，进行了下列的试验。

1）纽约港沉积物的物理化学特性。

2）阶地顶部的反滤试验，以提供细料从GFC中泄漏的信息。

3）实验室确定从GFC系统泄出悬浮状固体粒的流动速率，根据所建议的ASTM法（DI8.13.05）（即悬挂袋试验）。

4）实验室驳船模拟试验，以估计当疏浚材料再加工时颗粒和溶解的污染物的泄漏。

5）土工布的应力分析试验，以确定等效孔径（AOS）随应变的变化。

6）不同应变的反滤试验，以研究细料随土工布应变的变化而泄漏的情况。

（2）土工包的材料。纽约港所用的土工包是由Georgia，Norcross的Nicolon Corporation生产的，而且土工布是为细料迁移分析而备的。土工布A作为土工包的强度层，对4种PP无纺针刺土工布作为GFC选用的反滤层进行了试验。土工布B、C、D和E的物理性质是根据ASTM方法测定的，列于表8.1中。

表8.1　土工织物的性质

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续表

注　表中数据由Nicolon提供。
1.根据试验方法D—4595测试得到的数据。
2.表空表示厂商未提供数据。

本研究中所用的土工织物满足保土准则，它要求AOS（等效孔径）小于（2～3）d85。

（3）污染沉积物。纽约港的污染沉积物属于砂质黏土（CH）：d85=0.19mm。起始含水量为207%，比重为2.57，固结试验结果表明，沉积物具高压缩性。疏浚沉积物样品的渗透试验是在固结仪中进行的。当孔隙比减小时，相当于所施加的应力增加，渗透性也随之降低。

对污染疏浚沉积物的6个试样进行了分析。

（4）研究的结论。

1）渗透试验表明，GFC土工布降低了总悬浮的固体（TSS）迁移到水体中的总量。土工布D的通过材料的浓度的TSS数量最少。

2）悬袋试验揭露，通过GFC污染物的浓度（重金属、PAH、PCB、Dioxins以及Furans）数量远低于沉积物中污染物的浓度，这意味着污染物释放率是低的。A+D土工包的构造，可以包裹沉积物并且减低对水质的影响。

3）驳船模拟试验表明，憎水性的有机化学物（PAH、PCB、Dioxins和Furans）从GFC逸出将对水体没有显著的影响。A+D形状对水体的影响最小。

4）不同应变下的AOS（等效孔径）试验表明，当外层的强度满足要求时，应变将不会对GFC的阻土效果产生大的影响。若应变大于10%，外层将破裂，并最终引起GFC破坏，因此，试验中的应变不超过9%。

5）不同应变下的渗透试验表明，土工布不仅仅能满足滤土的要求，且应变不会对土工布的性态产生很大的影响。

6）土工包应变的现场试验表明，当土工包移出驳船时，应力出现最大值。对体积为3058m3内部充填以纽约港沉积物的土工包所作的分析表明，最大应变约为5%。根据本项研究的实验室试验，3058m3的土工包足以用于污染沉积物的包裹。控制GFC功能的重要参数包括封口、强度以及由驳船的口门上的土工布所能承受的重量。若封口强度小于GFC所经受的最大应力，则GFC将会破坏。如果土工包在滑出驳船时水下沉积物重量传递的应力大于土工布所能承受的最大应力时，大型土工包将会破坏。为此需要进行良好的设计以尽量减小土工包滑出驳船时GFC的摩擦力。