聚合物改性膨润土渗透性能试验研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:yujiesky
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现代社会城市生活垃圾持续增加,卫生填埋仍是目前国内外垃圾处理的主要方式。垃圾填埋处置的核心问题,是其防渗垫层能否安全阻隔垃圾渗滤液,避免污染周围水源。目前,土工复合黏土衬垫(GCL)被广泛应用于垃圾填埋场的防渗层,而作为GCL主要成分的钠基膨润土(Na-B),在受到强侵蚀性渗滤液时会导致内部结构的改变和渗透系数的增大,造成垃圾填埋场的安全隐患。聚合物改性膨润土(PMB)可有效改善Na-B与侵蚀性渗滤液接触时的化学相容性,提高防渗性能,但现有对Na-B与PMB渗透性能的研究仍不够全面深入,尤其是渗透性能受聚合物参量、侵蚀性渗滤液种类和浓度等因素的影响规律尚有待进一步研究。针对上述问题,本文以Na-B与PMB为研究对象,基于室内试验,研究了不同类型和浓度溶液下Na-B与PMB渗透性能,提出了可快速反映膨润土渗透性能的指标,并对相应的微观机理进行了研究。主要研究内容及取得的成果如下:(1)系统开展了不同类型和浓度侵蚀液条件下Na-B和PMB渗透性能研究。针对Na-B和聚合物含量不同的PMB,基于柔性壁渗透仪开展渗透试验,渗透溶液分别为不同浓度的Na Cl溶液、KCl溶液、Ca Cl2溶液、Mg Cl2溶液、Na2SO4溶液以及模拟的垃圾渗滤液;试验结果表明,Na-B与PMB渗透系数均随渗透溶液浓度的增大而增大,但存在一个饱和溶液浓度,当溶液浓度比饱和浓度高时,Na-B和PMB的渗透系数将不再随渗透溶液浓度的增大而增大;渗透溶液中离子的侵蚀性大小顺序为Ca2+>Mg2+>K+>Na+>Cl->SO42-;PMB的渗透系数整体小于Na-B;PMB中添加聚合物的最优含量为5%。(2)基于对比试验,提出了可快速反映膨润土渗透性能的指标。针对Na-B和PMB,分别开展了自由膨胀试验和液限测定试验,结果表明,在Na Cl溶液、KCl溶液、Ca C l2溶液和Mg Cl2溶液下,当土样为Na-B时,自由膨胀指数与液限均可作为快速反映渗透性能的指标,当土样为PMB时,液限比自由膨胀指数更适合作为快速反映渗透性能的指标;在不同阴离子溶液下,Na-B和PMB液限比自由膨胀指数适合作为快速反映渗透性能的指标;在多种阳离子混合溶液下,PMB液限比自由膨胀指数更适合作为快速反映渗透性能的指标。(3)开展了Na-B和PMB渗透系数演化的微观机理研究。研究表明,渗透溶液阳离子价态以及阳离子浓度都是通过抑制膨润土的渗透膨胀来影响其渗透系数,而聚合物降低膨润土渗透系数的机理,则是通过形成三维网状水凝胶堵塞粒间流动路径,使渗流通道变得更为狭窄和曲折,从而降低渗透系数。
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