垃圾填埋场中基于粉煤灰的改性粘土

防渗性能实验研究

孙雪景　王占华

(吉林建筑大学市政与环境工程学院,长春　130118)

垃圾填埋场中基于粉煤灰的改性粘土

防渗性能实验研究*

孙雪景王占华

(吉林建筑大学市政与环境工程学院,长春130118)

摘要：本文主要针对垃圾填埋场中基于粉煤灰的改性粘土防渗性能问题进行了详细分析,重点论述了制备粉煤灰改性粘土试样实验和基于粉煤灰的改性粘土的变水头渗透实验.本文的实验结论为垃圾填埋场基于粉煤灰的改性粘土的实际工程应用提供了参考与借鉴.

关键词：垃圾填埋场；改性粘土；粉煤灰；防渗性能实验

随着我国经济建设的高速发展以及现代化城市的不断加速,城市所产生的生活垃圾数量在急剧增加,生活垃圾的处理问题成为目前亟待解决的问题之一.目前,生活垃圾处理方法中以卫生填埋法作为其主要处理方法[1]，但这种方法也存在一定的环境污染问题,主要表现在垃圾渗滤液所造成污染问题[2].本文针对上述问题对垃圾填埋场防渗层的防渗性能开展研究,主要采用向天然粘土加入粉煤灰这使其性质进行改变以解决开裂、解体等问题.

1实验过程

1.1　垃圾填埋场中基于粉煤灰改性粘土制备试样实验

1.1.1实验意义和目的

饱和度对基于粉煤灰改性粘土防渗层防渗系数有一定的影响.当通过配置所得试样的饱和度较低时,其防渗层中的孔隙所残留的气体较多,使得整个防渗层的有效渗透面积将大大减小[3].本实验的主要目的是测试改性粘土渗透系数前抽干试样内的空气使其达到充分饱和.

1.1.2实验材料及设备

主要实验材料包括:水、粘土、粉煤灰；主要实验设备有:击实仪、饱和仪、专用击实筒、测试用螺丝刀、测试用环刀、喷水器、托盘、凡士林等相关设备.

1.1.3实验方法

本实验分为如下3个实验步骤:

(1) 进行配制不同比例的粉煤灰改性粘土,这一比例主要根据基于粉煤灰改性粘土的土工力学性能实验所得实验结论进行配备,通过实验使粉煤灰改性粘土含水率达到最优,配好试样后,存放于阴暗处并且放置时间在12h及以上以使水分能够充分分布均匀；

(2) 将已经配备好改性粘土试样分成4层,采用击实仪器对其进行击实,每层击实30下；

(3) 取下击实筒并且平放在实验桌上,采用测试用的环刀取样,注意在取样时要平整测试用环刀两面的土样,在平整时不能反复涂抹土样两面以避免空隙的闭塞,在每一个土样上做标记以备后面实验使用.

1.2　粉煤灰改性粘土变水头渗透实验

1.2.1实验目的与实验材设备

本实验主要研究在垃圾填埋场中改性粘土渗透系数与粉煤灰添加比例之间的定量变化规律.主要实验设备如下:变水头渗透装置(见图1)、专用渗透容器、自制变水头装置、试样饱和装置和其他需要的设备等.

图1 变水头渗透装置

1.2.2实验步骤与实验方法

该实验主要通过水头变化压力下土样渗流在一定时间内液体渗透量来确定改性粘土的渗透系数[4].变水头渗透系数的计算采用下式：

式中:K为渗透系数,cm/s;a为变水头断面面积,cm2;L为试样的高度,m;A为试样断面面积,cm2;t1为所测实验的开始时间,s;t2为所测实验的终止时间,s;h1为压力管中开始时水头位置,cm;h2为压力管中终止时的水头位置,cm.

具体实验操作步骤为:

(1) 将所制备的粉煤灰改性粘土试样装入饱和容器中,并按照饱和装置的实际要求进行操作;

(2) 抽干饱和容器中的空气使其达到真空状态,当饱和容器中压力接近-0.1MPa时使水流入容器中,当水位达到2/3整个容器时停止抽真空.

(3) 接通渗透仪的进水口与变水头的进水管;

(4) 通过打开排气阀的手段排出整个容器底部空气;

(5) 对变水头管进行注水当变水头管的水位与水面具有一定高度时关闭管夹,此时若出水口有水溢出时记录起始水头位置和起始时间,并且按照预定时间间隔记录水头位置的变化.

2实验结果与讨论

本文的粉煤灰改性粘土防渗性能实验中取样品高度L=6cm,样品面积A=40cm2,测压管断面积a=3cm2.通过观察渗透仪中水面变化情况,观察时间为5h,所得实验数据见表1~表3.

表1 掺入比例为10%粉煤灰后改性粘土渗透系数结果

表2 掺入比例为20%粉煤灰后改性粘土渗透系数结果

表3 掺入比例为30%粉煤灰后改性粘土渗透系数结果

从表1~表3中可以看出,当粘土掺入一定比例粉煤灰后,其渗透系数数量级均在10-7cm/s及以上,满足工程要求.分析原因主要有以下两方面:

(1) 由于粉煤灰的渗透系数与最大干密度这个物理量有关,掺入一定比例的粉煤灰使得其最大干密度降低进而使改性粘土的渗透系数降低；

(2) 从另一个角度来说由于粉煤灰具有吸附作用,这个吸附作用可以将渗滤液中的重金属离子进行吸附,吸附后使得上述重金属离子堵塞粉煤灰颗粒孔隙,其渗透系数将会随之变小.从表2可以看出,当掺入20%粉煤灰含量时其渗透系数最小.因此在工程设计与应用时应当考虑把掺入20%粉煤灰的改性粘土作为防渗层衬里,使得防渗层衬里低渗透系数的性质可以有效阻止垃圾填埋场渗滤液的外泄,防止环境污染.

3结论

本文以垃圾填埋场中基于粉煤灰改性粘土的实验研究为基础,对改性粘土经过掺入不同比例粉煤灰后,防渗层的渗透系数变化特性进行了详细的分析,结果表明随着粉煤灰掺入比例的增大,其防渗层渗透系数值在减小,符合防渗层在实际工程中的要求.

参考文献

[1] 刘海燕,王汉席.某城市生活垃圾填埋场防渗处理分析与探讨[J].山西建筑,2015,41(28):117-118.

[2] 董军,王淳立,殷宇.冻融作用对垃圾填埋场防渗层性能的影响[J].吉林大学学报(自然科学版),2011,41(2):541-544.

[3] 郑越,刘方,吴永贵.粉煤灰对工业废水中氨氮的吸附性能研究[J].环境科学与技术,2011,34(1):15-18.

[4] 陈武,李磊.页岩改性粘土作为垃圾填埋场防渗衬垫试验研究[J].水利与建筑工程学报,2013,11(1):97-101.

*基金项目：吉林省教育厅“十二五”科学技术研究项目(吉教科合字[2013]第233号).

Experimental Research on Anti-seepage Performance of Modified Clays Based on Fly Ash Landfill Waste

SUN Xue-jing，WANG Zhan-hua

(SchoolofMunicipalandEnvironmentEngineering,JilinJianzhuUniversity,Changchun,China130118)

Abstract：In this paper the issues of impervious performance based on fly ash clay are analyzed in detail. The specimen preparation experiment and variable head permeability experiment are introduced. The experimental results of this paper can provide reference for practical engineering application of fly ash-modified clay in the landfill.

Keywords:landfill；modified clays；fly ash；anti-seepage performance experiment

中图分类号：TU 411

文献标志码：A

文章编号：2095-8919(2015)06-0026-03

作者简介：孙雪景(1979~)，女，河北省石家庄市人，讲师，在读博士研究生.

收稿日期：2015-03-11.