垃圾填埋场防渗新技术：防渗浆材研究成果

1）研究意义

垂直防渗墙技术主要用于卫生填埋场渗滤液水平运移扩散，是目前最为有效的限制渗滤液运移的方法，一般要求防渗墙墙体材料的渗透系数不大于1.0×10-7 cm/s。

为研制出对垃圾场渗滤液具有较高吸附阻滞性能好的防渗浆材，国内外学者开展了很多研究工作，通常以水泥和膨润土作为防渗墙体的主要材料来制备防渗浆材在垃圾填埋场中，如何解决渗滤液的渗漏问题是填埋场的关键。一方面，要尽可能采用抗渗性能好的材料，这使得渗滤液向外渗漏的风险大大降低；另一方面，所采用的防渗材料应尽可能地吸附渗滤液中的污染成分，这样，即使填埋场发生渗滤液渗漏问题也能将污染降到最低，使得渗滤液对周围的二次污染危害降到最小，从而起到环境保护的作用。由于垃圾填埋场渗滤液的成分复杂多变，理想的防渗材料不仅要具有低渗透性，还应具备能有效吸附渗滤液中有害成分的作用。

2）BFCF浆材的吸附阻滞性能研究

对优选出的BFCF浆材试样进行阻滞性能试验，利用自制的渗透仪对垃圾填埋场渗滤液、酞酸酯溶液和重金属离子溶液进行浆材结石体渗滤实验，该仪器采用测管水头压力（1.0～1.5 m水柱高度）给渗滤液进行加压，使渗滤液从密闭的浆材结石体中（试块）缓慢渗出通过对渗滤前后的滤液进行分析，求得浆材结石体对污染物的阻滞能力。垃圾填埋场渗滤液、酞酸酯溶液和重金属离子溶液的来源与成分指标见表5.11，污染物阻滞性能的浆材配方与测试条件见表5.12。采用酞酸酯对有机污染物阻滞性能进行研究的原因在于目前各种塑料袋等塑料制品中均加有相当量的酞酸酯增塑剂。采用天然滤液与人工配制滤液相结合的方式，保证了试验对某些有害污染物阻滞性能测试的准确性。

表5.11　渗滤液污染物的成分与指标

表5.12　测试污染物的阻滞性能的浆材配方与测试条件

（1）浆材结石体对垃圾渗滤液的阻滞能力

通过对经浆材结石体渗滤过的渗滤液分析测定结果，得到不同浆材试样对垃圾填埋场渗滤液中常见成分阻滞率，见表5.13。实验观察到深褐色的垃圾渗滤液滤过浆材结石体后呈现淡黄色或白色。浆材结石体对垃圾渗滤液中主要污染物均有较强阻滞作用，阻滞率大部分在90%以上，CODCr与BOD5的阻滞率在85.2%以上。

表5.13　浆材结石体对垃圾填埋场渗滤液中污染物阻滞性能测试结果

续表

表5.14　达到污水综合排放一级标准所需的防渗墙厚度

在垃圾渗滤液的渗滤过程中，发现随着渗滤的进行，单位时间滤出的水量逐步减少，即浆材结石体的渗透系数逐步减小，这是由于渗滤液中所含的一些固体颗粒或悬浮物在结石体中滞留封堵渗流通道所致，即渗滤沉积作用，这一点非常有利于提高垃圾卫生填埋场防渗墙的防渗漏效果。表5.14列出了达到污水综合排放一级标准所需防渗墙厚度。

（2）浆材结石体对酞酸酯的阻滞能力

通过对渗滤过浆材结石体的酞酸酯溶液分析测定结果，得到浆材试样对酞酸酯溶液中各成分的阻滞率，见表5.15。可见各类浆材结石体对酞酸酯溶液中各成分均有很好的阻滞作用，阻滞率均在99.95%以上，达到了污水综合排放一级标准，见表5.16。

表5.15　浆材结石体对酞酸酯溶液中各成分阻滞性能测试结果

表5.16　《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）

（3）浆材结石体对重金属离子的阻滞能力

对浆材结石体渗滤过的重金属离子溶液进行分析测定，得到不同浆材试样对重金属离子溶液中各成分的阻滞率，见表5.17。各类浆材结石体均对重金属离子溶液中各成分都有很好的阻滞作用，阻滞率均在99.46%以上，达到了《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）。

表5.17　浆材结石体对重金属离子溶液中各成分阻滞性能测试结果

3）PBFC防渗浆材的吸附阻滞性能研究

（1）试验方案

在前述实验对不同配比的PBFC防渗浆材可灌性、力学性能、渗透性能研究的基础上，在表5.3中的A3试样配比的基础上，改变聚乙烯醇（PVA）的掺量进行吸附试验研究，试验配比见表5.18。进行吸附试验的渗滤液的成分及含量见表5.19。

表5.18　吸附试验配比方案

表5.19　渗滤液的组分及含量

（2）试验结果及分析

采用全自动渗透三轴系统对表5.18中配比的防渗浆材进行28 d渗透系数测试，试验结果如图5.9所示。分析得知，随着PVA的加入，渗透系数显著降低，并且随着PVA用量的增加而趋于稳定。PVA掺量从0.5 g/L增至1.0 g/L，防渗浆材的渗透系数减少了78%，而PVA掺量从1.0 g/L增至1.5 g/L，防渗浆材的渗透系数只减少了63%。之后随着PVA掺量进一步增加，防渗浆材的渗透系数反而增大。这是由于PVA能促进水泥的水化过程，从而产生大量的醇羟基与水泥水化产物相互作用，最终改变水化产物的形成和形态，水化产物的填充效果会使得防渗浆材固结体更加致密，渗透系数也随之降低。(www.xing528.com)

图5.9　PVA掺量-渗透系数的曲线关系

对A32和A33试样配比的吸附阻滞试验结果见表5.20。渗滤液经过渗滤仪渗滤之后，再次进行成分检测，其中TP、SS、BOD5、总Pb、总Hg浓度等均达到《城市生活垃圾填埋场污染控制标准》的直接排放控制要求。随着PVA掺量的增加，防渗浆材对污染物中成分的吸附效果加强，NH4-N和CODcr的吸附率分别达到98.15%和99.3%。对金属离子、SS和CODcr的吸附效果显著，吸附率大于99%。可以看出，PVA的掺入对防渗浆材的吸附性能增强是有效的。

表5.20　A32和A33配比吸附试验结果

图5.10　PVA掺量-NH4-N浓度曲线关系

图5.11　PVA掺量-CODcr浓度曲线关系

图5.12　PVA掺量-BOD5浓度曲线关系

从图5.10至图5.12可以看出，随着PVA的掺入，经过吸附试验后收集的渗滤液污染物中NH4-N，CODcr，BOD5等成分的浓度显著降低，且PVA掺量为1.5 g/L时，这些成分的浓度值降到最低，这与PVA对防渗浆材渗透系数的影响是一致的，说明防渗浆材的吸附性能与渗透系数有关联，可以用函数式γ=f（k）来描述吸附性能和渗透系数之间的关系，式中，γ表示防渗浆材的吸附性能，k表示防渗浆材的渗透系数，函数f与环境、防渗浆材组分等因素有关。

选择表5.3中的B4组配方，针对试验污染物，分别对取自某生活垃圾填埋场的渗滤液、人工所配置的酞酸酯溶液及重金属离子溶液进行吸附阻滞试验。其成分组成及含量见表5.21、表5.22。

表5.21　某生活垃圾渗滤液的成分与指标

表5.22　人工配制渗滤液的成分与指标

实验结果分析：对于某生活垃圾填埋场渗滤液的阻滞试验，垃圾渗滤液通过浆材结石体后渗出，渗出的渗滤液呈现淡黄色或白色，溶液透明，并且无原垃圾场渗滤液所具有的刺鼻性气味，且经过对渗出的渗滤液中CODcr、NH4-N、铅和汞等部分成分检测，其含量均可满足指标要求。可知，经过固结体试块的吸附阻滞作用，渗滤液的污染成分被有效地阻滞。对于人工配制渗滤液的阻滞试验，通过阻滞试验后的酞酸酯溶液指标测定结果，计算得到浆材试样对酞酸酯溶液中各成分的阻滞率，见表5.23，其与普通钠基膨润土-水泥浆材效果的对比如图5.13所示。

表5.23　人工配制酞酸酯溶液吸附阻滞试验结果

图5.13　酞酸酯溶液阻滞效果对比图

由对比可知，经聚乙烯醇改性的PBFC浆材固结体对酞酸酯溶液中各成分的吸附阻滞性能均比较高，且远远高于未经改性的BFC膨润土浆材固结体，特别是对于邻苯二甲酸二辛酯这一成分，低于仪器的检测极限；经计算所得的阻滞率均在99.9%以上，单位长度阻滞率达到37%，满足污水排放的指标要求。同理，根据经过阻滞试验后的重金属离子溶液指标分析测定结果，计算得到浆材试样对重金属离子溶液中各成分的阻滞率，见表5.24，其与普通钠基膨润土-水泥浆材效果的对比如图5.14所示。

表5.24　人工配制重金属溶液吸附阻滞试验结果

图5.14　重金属离子阻滞效果对比图

由试验结果可知，PBFC防渗浆材固结体对汞（Hg）的吸附阻滞性能较高，大于普通膨润土所组成的浆材固结体，但对于铅（Pb）的吸附阻滞性略小于普通的浆材固结体；整体来说，改性后的浆材固结体对重金属溶液中的各成分的吸附阻滞率均达到99.98%及其以上，单位长度阻滞率均在37%以上，完全满足重金属离子的排放指标要求。因此，经PBFC防渗浆材固结体过滤后的渗滤液，无论是有机污染物还是重金属成分都达到了排放要求，甚至达到了国家污水排放标准的一级要求。

4）NBFC防渗浆材的吸附阻滞性能研究

（1）试验方案

参照前述实验方法，采用人工配置的渗滤液对NBFC浆材的吸附阻滞性能进行测试。为获取强度适宜、渗透系数较小且施工性能良好的浆材进行吸附阻滞试验，决定采用如下组分基础配比：水泥210 g/L、膨润220 g/L、碳酸钠2.0 g/L、羧甲基纤维素钠1.5 g/L、粉煤灰160 g/L、聚羧酸减水剂3 g/L。将基础配比的防渗浆材固结体对渗滤液进行吸附阻滞试验，结果与《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）中各类污染物的排放标准进行比较评价。浆材基础配比的浆材固结体对渗滤液的吸附阻滞试验情况见表5.25。

表5.25　浆材基础配比对渗滤液的吸附阻滞试验情况

（2）试验结果及分析

取一组未加入羧甲基纤维素钠（Na-CMC）改性的膨润土浆材使用同种渗滤液进行吸附阻滞试验，除膨润土材料外其余组分与基础配比保持一致，试验结果见表5.26。

表5.26　普通膨润土浆材对渗滤液的吸附结果

根据表5.25和表5.26中的数据绘制改性膨润土浆材与普通膨润土浆材对渗滤液中污染物吸附阻滞效果的对比图，如图5.15所示。由分析可知，膨润土经羧甲基纤维素钠改性后，对各类污染物的吸附效果均得到了一定的提升。改性膨润土浆材对重金属离子及氨氮离子的吸附效果均达到了99.80%以上，吸附效果良好。普通膨润土浆材对重金属离子及氨氮离子也具有一定的吸附作用，能够达到排放标准，但对于有机污染物邻苯二甲酸二丁酯吸附效果较差，不能满足排放要求，经羧甲基纤维素钠改性后，对邻苯二甲酸二丁酯吸附效果得到了显著提高，可达到规定的排放要求。

图5.15　试样对渗滤液中污染物的吸附阻滞效果