高密度聚乙烯HDPE膜在城市生活垃圾填埋场中的应用

第31卷第2期当 代 化 工V ol.31,N o.2 2002年6月C ontemporary Chemical Industry June,2002应用技术

高密度聚乙烯(HDPE)膜

在城市生活垃圾填埋场中的应用Ξ

张　宁1,　李亚峰2,　蒋白懿2

(1.沈阳市政设计研究院,辽宁沈阳110015;　2.沈阳建筑工程学院,辽宁沈阳110015)

摘 要:　通过对几种防渗膜的性质比较,阐述了高密度聚乙烯(H DPE)膜用于城市生活垃圾填埋

场的可靠性及应用情况。高密度聚乙烯膜具有强度高,防渗性能好,抗腐蚀、抗老化能力强,施工方便等

优点。结合沈阳市老虎冲生活垃圾卫生填埋处理场工程初步设计,介绍采用高密度聚乙烯防渗膜作为

防渗层的场底及边坡防渗衬层结构,分析讨论高密度聚乙烯膜在城市生活垃圾卫生填埋处理场中应用

的选材及铺设等问题。

关　键　词:　高密度聚乙烯膜;　垃圾卫生填埋处理场;　防渗

中图分类号:　T Q　325.12 文献标识码:　A 文章编号:　16710460(2002)02010703

随着我国经济的高速发展,城市化进程不断加快,城市垃圾产生量急剧增加。而我国城市垃圾处理处置水平一直很低。多年来,绝大部分城市采用露天堆放、自然填沟的简单方式消纳城市垃圾。这种简单的消纳方式侵占大量土地,破坏农田,污染空气,垃圾渗滤液严重污染水体,垃圾产生的沼气引发爆炸事故也不断发生。不仅严重影响了城市环境质量,而且威胁人民身体健康,成为社会公害之一。

生活垃圾卫生填埋是按卫生填埋工程技术标准无害化处理城市生活垃圾的一种方法。它不同于过去的简易堆填,垃圾卫生填埋场具有良好的防渗系统,渗滤液收集系统,导气系统和覆盖系统,有效地防止了垃圾及其渗滤液对地下水及周围环境的污染。防渗系统和渗滤液收集系统对于保证垃圾填埋对周围环境无污染是至关重要的。1　HDPE膜的性质与应用

1.1　几种防渗膜的性质比较

防渗系统的作用是将填埋场内外隔绝,控制垃圾渗滤液排放进入地下水和阻止外界水进入垃圾填埋层增大渗滤液的产生量。为达到这一目的,防渗衬层系统应在相当长的一段时间内保持低渗透率。根据我国生活垃圾卫生填埋技术标准(C JJ17-89),这一渗透率不应大于1×10-7cmΠs。目前构成防渗衬层的材料主要有两种:粘土和人工合成材料。粘土除天然粘土外,还有改良土(如改良膨润土)。粘土作为天然衬里系统的填埋场必须具有以下条件:土衬里的渗透率不大于1×10-7cmΠs;场底及四壁粘土衬里厚度大于2m。人工合成材料有很多种,但目前最常用的是高密度聚乙烯(H DPE)膜。高密度聚乙烯与其他聚合物防渗膜的性能比较如下:

(1)密度聚乙烯(H DPE)膜:优点:良好的渗透性能;对大部分化学物质具有抗腐蚀能力;具有良好的机械和焊接特性;低温下具有良好的工作特性;可制成各种厚度,0.5～3.0mm;不易老化。缺点:耐不均匀沉陷能力较差;耐穿刺能力较差。价格:中等。

Ξ收稿日期:2002204208

作者简介:张宁(1973-),女,硕士研究生,工程师,E-mail:ZhangNing1973@,1995年毕业于沈阳建筑工程学院给水排水专业,现沈阳建筑工程学院市政工程专业硕士研究生在读。一直从事环境工程的设计与科研工作,发表论文多篇。

李亚峰(1960-),男,教授,硕士导师。

(2)聚氯乙烯(PVC )膜:优点:耐无机物腐

蚀;良好的可塑性;高强度;易焊接。缺点:易被许多有机物腐蚀;耐紫外线能力差;气候适应性不强;易受微生物侵蚀。价格:低。

(3)氯化聚乙烯(CPE )膜:优点:良好的强度特性;易焊接;对紫外线和气候因素有较强的适应能力;低温下的良好工作特性;耐渗性能好。缺点:耐有机物腐蚀能力差;焊接质量不强;易老化。

价格:中等[1]

。

1.2　H DPE 防渗膜的应用

质量合格的H DPE 防渗膜抗渗能力强,其渗

透系数可以低于1.0×10-12

cm Πs ,即每年渗透距离小于0.0003mm ,比优质粘土的渗透系数低4～5个数量级。而且它耐化学腐蚀能力强,制造工艺成熟,易于现场焊接,因此广泛地应用于填埋场的防渗处理。如深圳下坪垃圾卫生填埋场、昆明市西郊生活垃圾卫生填埋场都采用H DPE 膜作为防渗衬层材料。

在沈阳市老虎冲生活垃圾卫生填埋处理场工程初步设计中,也采用H DPE 膜作为防渗衬层材料。沈阳市老虎冲生活垃圾卫生填埋处理场位于沈阳市苏家屯区奉集堡,场区占地94.9公顷。日处理垃圾1500t 。该地区有较丰富的粘土资源,粘土的渗透系数大部分在10～5cm Πs 左右,少部分可达到10～7cm Πs 。该粘土的防渗能力达不到采用粘土作为防渗衬层的填埋场的要求,因此,采用H DPE 膜与2m 厚粘土层形成复合衬层作为防渗层。场底及边坡防渗衬层的结构见图1

。

图1　防渗衬层结构图

Fig.1　Impervious Layer S tructure

老虎冲垃圾卫生填埋场场区清场后粘土土质

较好,没有大的石块、碎石等尖锐物体。因此,H DPE 膜直接铺在碾压平整后的粘土层上,与粘土层形成复合衬层。用粘土与H DPE 膜组成的复

合衬层的防渗效果明显优于同样组成的双衬层。对于双衬层,当上层膜出现局部损坏而渗漏时,其渗漏液会均匀地分布于粘土层上,粘土层的渗透总面积仍然很大。而当复合衬层的上层膜出现局部损坏而渗漏时,由于膜与粘土层表面紧贴在一起,渗漏液不会在整个粘土表面扩散开来,因此粘土层的渗透面积远小于双衬层的渗透面积。根据达西定律:

q =K ・

(H ΠL )・A (1)

式中:　q —渗透量,m 3Πm 2・h ;

K —渗透系数,m 3Πh ;

H —

水头损失,mH 2O ;L —

水力流程,m ;A —

渗透面积,m 2。可知复合衬层的渗透流量要远小于双衬层。

H DPE 膜上无纺布对H DPE 膜起保护作用。无纺布层上加铺500mm 厚的粘土,作为防渗垫层。之上再铺一层无纺布及400mm 厚碎石做导流层。

2　HDPE 膜的选材

H DPE 膜原材料的控制指标主要有密度、熔

体指数和炭黑比例。H DPE 的最佳密度值是

0.95g Πcm 3

,一般用于填埋场的H DPE 膜的密度在

0.932～0.940g Πcm 3

。最佳熔体指数为0.22g Π10min ,一般的熔体指数范围在0.05～0.30g Π10min 之间。一般炭黑添加量为2%～3%,不加炭黑的H DPE 膜不能用于露天填埋场的建设。膜厚度的制约因素主要有:耐紫外线辐射的能力;耐穿透能力;耐不均匀沉降的能力。虽然膜越厚越容易满足这些条件,但膜的价格会成倍增加。因此,视不同情况膜厚定为1.0～2.0mm 是

比较适宜的[1]

。

H DPE 膜有粗糙面与光面两种,粗糙面用于坡面以增加稳定性,防止滑坡。光面用于填埋场底部,经济适用。

3　HDPE 膜的铺设要求

(1)装卸、贮存和放置H DPE 膜时要小心,每

一步都要仔细检查可能产生的损坏或缺陷。

(2)场底基础必须是具有承载能力的自然土层或经过碾压夯实的平稳层,且不会因填埋垃圾的沉陷而使场底变形。

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