垃圾填埋场防渗新技术：渗流实验模型箱制作与数据采集结果

1）渗流实验模型箱的设计

根据实际垃圾填埋场防渗体系设计渗流实验模型箱，设计目的是观察PBFC防渗浆材的防渗效果。模型箱整体采用3 mm厚钢板及80槽钢焊接而成，侧面及底部槽钢形成的U形槽钢带可以减少漏水并增强稳定性。模型整体尺寸为1.5 m×0.6 m×1 m；装填溶液的空腔用于模拟垃圾填埋场垃圾填埋侧，尺寸为0.6 m×0.7 m×1 m。模型箱的外观示意图如图8.1所示。

图8.1　模型箱外观示意图

模型箱的结构示意如图8.2所示。底部及四周钢板模拟垃圾场的不透水土层。在模型箱中间槽钢部分浇筑一道厚度为80 mm的防渗墙，以模拟实际垃圾场的防渗墙，墙体材料为聚乙烯醇改性防渗浆材（即PBFC防渗浆材）。墙体远水侧安装带有透水孔的支撑板可以有效支撑防渗墙体，同时也不会影响渗滤液的渗出；在墙体养护至28 d龄期强度后，通过调节墙体近水侧加装的插板高度来改变迎水面积的大小。

图8.2　模型箱结构示意图

1—底座；2—排液阀；3—前箱体；4—渗滤液；5—顶部密封薄膜；6—透水孔；7—防渗墙体；8—支撑板；9—墙侧板；10—侧面槽钢带；11—底部槽钢带；12—箱体底板；13—集水阀；14—集液斜槽；15—渗滤后的溶液；16—后箱体

模型内渗滤液会在水头差的作用下在防渗墙内发生渗流，经防渗墙的吸附阻滞作用渗出后会在斜槽内汇集并由导管引入收集溶液的烧杯内，记录好每日的渗透量并进行防渗墙对垃圾场渗滤液中有机物及重金属离子的吸附阻滞率测试。模拟渗滤液具有一定的腐蚀性，为保证实验效果在模型箱整体涂刷数层防水漆，并在接缝处使用玻璃胶加以密封。

2）防渗墙浇筑

在前述PBFC防渗浆材配方的基础上，对水泥和膨润土的用量略微上调以提升强度和抗渗性，并在浆材中增加了聚丙烯纤维以减少裂纹的产生。以配制1 m3防渗浆材为例，所用的PBFC防渗浆材配方见表8.1。

表8.1　模型箱选用的PBFC防渗浆材配方　单位：kg/m3

经测试，该浆材28 d龄期的渗透系数均为0.46×10-7 cm/s，无侧限抗压强度为0.8 MPa，满足垃圾填埋场防渗标准。通过吸附阻滞测试，该防渗浆材对重金属离子及铵盐等无机物的阻滞率在99.84%以上，对邻苯二甲酸二丁酯的阻滞率约为98.12%，说明防渗浆材对渗滤液的吸附阻滞能力较好。

根据模型箱尺寸可以计算出需要配制的约60 L防渗浆材。在模型箱防渗浆材浇筑之前，需先在防渗墙模板上刷一层润滑油以便于拆模，同时在侧面及底部槽钢带与模板的接面均粘贴好一道3 m自粘实心橡胶条，以避免在浇筑过程中出现浆液漏出的情况。

在墙体浇筑过程中，需要分四次缓慢浇筑，每浇完一次用细长杆缓慢搅动以去除其中的气泡。同时要注意保持集液槽通道畅通，避免在浇筑过程中被漏出的浆液堵塞管道。墙体浇筑完后2～3 d，由于泌水和蒸发等情况会使墙体出现一些收缩或裂纹，此时需要二次补浆，补浆时注意排空裂纹中的气泡。为保证防渗墙能有足够的强度及抗渗性能，在浇筑后28 d内采用定期洒水的方式进行养护，同时避免光照。

防渗墙浇筑养护28 d后，在槽钢边缘与墙面的交界处抹上一层玻璃胶，以确保试验精度，并在模型箱中注水观察3～5 d以检验墙体是否有裂隙，检验结果表明模型未出现渗漏情况，可以进行渗滤液渗流试验。(www.xing528.com)

3）人工渗滤液的配制

模型箱共需配制渗滤液300 L，称量好拟配渗滤液中各物质的质量，见表8.2。因所选取的各类物质都属于易溶水物质，称量好各物质的质量倒入模型箱前箱体的部分水中，边注水边搅拌以确保物质完全溶解，注水至300 L即可。由于试验中水分蒸发或外界水源汇入会影响试验精度，待前箱体装满人工渗滤液后，在箱体上方盖上一层聚乙烯薄膜以保证模型内部形成一个封闭的区域。投入试验的模型箱状态如图8.3所示。

表8.2　人工配制溶液各物质的质量

图8.3　投入试验的模型箱状态

图8.4　模型箱的集液装置

4）实验数据采集

在模型箱后箱体的底部设置了一个V形斜槽，当渗滤溶液渗过防渗墙后，将在斜槽中汇集并从斜槽端口处流出，在模型箱外部加装了一个外径φ 14 mm的金属圆管用于导出渗过防渗墙的液体，集液装置如图8.4所示。使用一个容量为500 mL带刻度的烧杯来收集液体，并在烧杯口处盖有一层聚乙烯薄膜，以防止水分蒸发影响试验效果。

集液装置设置完毕开始实验观察，从检测到有渗透量产生为起始记录点，记录时长30 d。分别观测和记录了安装插板及不安装插板时的每日渗透量，记录的数据见表8.3。

表8.3　模型箱30 d内每日渗透量记录

5）实验数据分析

所收集的实验累计渗透量变化趋势如图8.5所示，可以看出渗透量在5 d内逐步降低，5 d后大致达到稳定，此时两种工况的每日渗透量实测值均值较5 d前的平均值分别降低了38.1%及57.3%。这是由于试验前防渗墙处于干燥收缩状态，当注水试验后防渗墙吸水膨胀，内部孔径收缩使得渗透性能增强。

图8.5　实验累计渗透量对比

在模型箱防渗墙前侧加装插板后蓄水容积及水位高度未发生变化，但迎水面积减少约48%，渗透量也随之减少。在每日渗透量的变化趋于稳定时，加装插板时每日渗透量相对未装插板减少了48.5%～61.5%，每日渗透量均值减少了54.6%。