CN103951347A - 一种垃圾填埋场防渗浆材及配制方法 - Google Patents

一种垃圾填埋场防渗浆材及配制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种垃圾填埋场防渗浆材及配制方法，防渗浆材配方由聚乙烯醇有机化的膨润土、普通硅酸盐水泥、粉煤灰、聚羧酸减水剂、纯碱等组成。本发明的防渗浆材的结石率大于99.8%，固结体28d渗透系数为（0.15～3.5）×10-8cm/s，无侧限抗压强度为0.5～2.0MPa，竖向极限应变为3.68%～6.42%，弹性模量为100MPa左右；浆材固结体对CODCr、BOD5、NH4-N、TP、SS等阻滞率达到95%以上，对Hg、Pb等重金属离子阻滞率在99.9%以上。浆材结石体具有很好的耐久稳定性，抗压强度及弹性模量适宜，塑性和韧性好，与垃圾填埋场的地基变形相协调，确保防渗隔离墙在设计使用年限内不出现开裂与失效。

Description

一种垃圾填埋场防渗浆材及配制方法
技术领域
本发明属于城市生活垃圾处置及污染防治的地下工程领域，具体涉及一种垃圾填埋场防渗浆材及配制方法。
背景技术
城市生活垃圾是指在城市日常生活中或者为城市日常生活提供服务的活动中产生的固体废物以及垃圾渗滤液。我国每年产生2亿吨左右的生活垃圾，并以每年8%～10%的速度增加,据对中国近700座城市的生活垃圾状况进行调查，有230多座城市陷于垃圾包围之中。城市生活垃圾在填埋过程中，由于垃圾微生物的厌氧分解作用、降水的淋溶作用、地表径流和地下水渗入等形成了渗滤液（或称之为沥出液）。由于渗滤液的成分复杂（CODCr、BOD5与重金属离子浓度较高）、污染性强，一旦发生渗漏将造成对垃圾场周围水体、土壤等严重污染，因此城市垃圾的处置及污染防治已成为环境保护的突出问题之一。
对垃圾填埋场渗滤液渗漏污染最直接的控制方法是建立有效的防渗系统，将渗滤液，特别是其中的有害污染物严格控制在一定的水文地质单元体内，同时建立渗滤液处理设施进行处理，使其达到污水排放标准之后再排放，以避免污染周围地下水、地表水和土壤。工程实践证明，利用帷幕注浆等工艺技术在填埋场的四周建立防渗系统（即防渗墙）是有效阻止渗滤液中污染物向外迁移的最有效办法之一。垃圾填埋场防渗系统的有效性一方面取决于防渗系统是否能有效阻止渗滤液渗漏，另一方面取决于防渗系统能否有效阻止渗滤液中污染物向外迁移，同时还能有效阻止地下径流进入垃圾填埋场，避免在填埋库区产生更多渗滤液。因此选择渗透系数低，对垃圾场地渗滤液吸附阻滞作用好，成本低，便于现场使用的防渗浆材，是建立垃圾填埋场防渗墙的关键因素。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对垃圾场地渗滤液吸附阻滞作用好，成本低，便于现场使用的垃圾填埋场防渗浆材及配制方法。实现本发明目的的技术方案如下：
一种垃圾填埋场防渗浆材，其特征在于包括下述重量份组分：水泥160～240、有机化膨润土180.5～272、粉煤灰150～200、聚羧酸减水剂0.1～0.4、纯碱5～10、水680～780，所述有机化膨润土通过使用0.5～2.0重量份的聚乙烯醇对180～270重量份的膨润土进行改性得到。
所述垃圾填埋场防渗浆材的水泥优选42.5级的普通硅酸盐水泥；膨润土优选蒙脱石矿物含量为55%-95%的黏土；粉煤灰优选火力发电厂生产的Ⅱ级粉煤灰；聚乙烯醇优选1788或2788型；聚羧酸减水剂优选TOJ800-10A型。
本发明所述的垃圾填埋场隔离墙防渗浆材，28d渗透系数为（0.15～3.5）×10-8cm/s，无侧限抗压强度为0.5～2.0MPa，浆材固结体对CODCr、BOD5、NH4-N、TP、SS等阻滞率达到95%以上，对Hg、Pb等重金属离子阻滞率在99.9%以上。浆材结石体具有很好的耐久稳定性，其塑性和韧性好，与垃圾填埋场的地基变形相协调。
本发明还提供了一种垃圾填埋场防渗浆材的配制方法，按以下步骤实施：
按配制1m3浆材计算，
①取纯碱5kg～10kg，放入一定量水中常温下进行溶解；
②取聚乙烯醇0.5kg～2.0kg放入上述的纯碱溶液中常温下进行预水化侵泡，溶解浓度不超过10%，一般应往纯碱溶液中边散入聚乙烯醇，边进行搅拌，搅拌15min～30min后，静置5h～8h待用；
③取膨润土180kg～270kg，放入上述的聚乙烯醇碱性溶液中常温下进行有机化处理（即形成有机化膨润土），搅拌10min以后，静置待用；
④取聚羧酸减水剂0.1kg～0.4kg，溶解于常温下的水中，溶解浓度不超过20%，待用；
⑤取水泥160kg～240kg、粉煤灰150kg～200kg混合均匀后加水（余量水）进行搅拌，并将有机化的膨润土溶液加入其中一起搅拌，搅拌均匀后再加入聚羧酸减水剂溶液，边加入边搅拌，搅拌至均匀状态即可。
上述垃圾填埋场防渗浆材的水泥优选42.5级的普通硅酸盐水泥；膨润土优选蒙脱石矿物含量为55%-95%的黏土；粉煤灰优选火力发电厂生产的Ⅱ级粉煤灰；聚乙烯醇优选1788型或2788型；聚羧酸减水剂优选TOJ800-10A型。
现有技术下，垃圾填埋场防渗浆材多采用普通的膨润土和减水剂改善浆材性能，但是对磷、铵态氮、CODCr、BOD5、Hg、As、Pb、Cd等的阻滞作用相对有限，CODCr、BOD5的阻滞率很难达到90%以上，28d渗透系数多在10-7cm/s左右。申请号201310005195.4，名称为《一种垃圾填埋场隔离墙防渗浆材及制备方法》的中国专利申请公开了一种垃圾填埋场隔离墙防渗浆材及制备方法，防渗浆材配方由膨润土、普通硅酸盐水泥、粉煤灰、纯碱、奈系高浓型高效减水剂（或木质素磺酸盐）、聚丙烯纤维（或玻璃纤维）等组成。该防渗浆材的固结体28d渗透系数小于1×10-7cm/s，无侧限抗压强度小于2.0MPa；浆材固结体对CODCr、BOD5、NH4-N、TP、SS等阻滞率达到85%以上，对Hg、Pb等重金属离子阻滞率在99%以上。由于垃圾渗滤液成分复杂，现有技术下尚无一种浆材能够同时实现高阻滞率和低渗透系数。
本发明具有积极的效果：
（1）本发明的防渗浆材将改性的有机膨润土、粉煤灰和水泥等作为防渗浆材的主料，主要考虑了浆材结石体的低渗透性和对垃圾填埋场渗滤液中污染物的吸附阻滞作用的有效发挥；同时，选用纯碱作为浆材分散剂，选用聚乙烯醇，优选1788型或2788型作为膨润土的有机化改性剂，选用聚羧酸减水剂优选TOJ800-10A型作为浆材稀释剂（调整流动度与可泵期），使浆材的各项性能指标达到优良：其浆材的结石率大于99.8%，固结体28d渗透系数为（0.15～3.5）×10-8cm/s，无侧限抗压强度为0.5～2.0MPa，竖向极限应变为3.68%～6.42%，弹性模量为100MPa左右；浆材固结体对CODCr、BOD5、NH4-N、TP、SS等阻滞率达到95%以上，对Hg、Pb等重金属离子阻滞率在99.9%以上。浆材结石体具有很好的耐久稳定性，抗压强度及弹性模量适宜，塑性和韧性好，与垃圾填埋场的地基变形相协调，确保防渗隔离墙在设计使用年限内不出现开裂与失效，特别需要强调的是，与现有技术相比本发明浆材对CODCr、BOD5的阻滞率得到大幅提升，达到了96%以上，本发明浆材的28d渗透系数相对于现有技术降低了近10倍，具有极其优越的阻滞和防渗性能。
（2）本发明的防渗浆材成本低，按目前浆材原材料市场价格计算，配制1m3浆材成本仅为85元～180元，而配制1m3塑性混凝土防渗浆材成本在230元以上。
（3）本发明的垃圾填埋场防渗浆材无毒环保，凝结时间可控性强，便于施工现场配制和使用，市场潜力巨大，工程应用前景广阔。
具体实施方式
以下通过实施例说明本发明的具体步骤，但不受实施例限制。
在本发明中所使用的术语，除非另有说明，一般具有本领域普通技术人员通常理解的含义。
下面结合具体实施例并参照数据进一步详细描述本发明。应理解，这些实施例只是为了举例说明本发明，而非以任何方式限制本发明的范围。
在以下实施例中，未详细描述的各种过程和方法是本领域中公知的常规方法。
实施例1
本实施例的垃圾填埋场防渗浆材用各剂组分及含量为（单位kg/m3）：水泥160、有机化膨润土270.5（聚乙烯醇（1788型）0.5和膨润土270）、粉煤灰150、、聚羧酸减水剂（TOJ800-10A型）0.1、纯碱10、水680。
①取纯碱10kg倒入装有150kg水的容器中常温下进行溶解。
②取聚乙烯醇（1788型）0.5kg放入上述的纯碱溶液中常温下进行预水化侵泡，一般应往纯碱溶液中边散入聚乙烯醇，边进行搅拌，搅拌15min～30min后，静置5h待用。
③取膨润土（蒙脱石矿物含量为55%的黏土）270kg，放入上述的聚乙烯醇碱性溶液中常温下进行有机化处理（即形成有机化膨润土），搅拌10min以后，静置12h待用。
④取聚羧酸减水剂（TOJ800-10A型）0.1kg，加入10kg水中，常温下溶解后待用。
⑤取42.5级的普通硅酸盐水泥160kg、火力发电厂生产的Ⅱ级粉煤灰150kg混合均匀后倒入装有520kg水（余量水）的容器中进行搅拌，并将有机化的膨润土溶液加入其中一起搅拌，搅拌均匀后再加入聚羧酸减水剂（TOJ800-10A型）溶液，边加入边搅拌，搅拌至均匀状态即可。
实施例2
本实施例的垃圾填埋场防渗浆材用各剂组分及含量为（单位kg/m3）：水泥240、有机化膨润土182（聚乙烯醇（2788型）2.0和膨润土180）、粉煤灰200、、聚羧酸减水剂（TOJ800-10A型）0.4、纯碱5、水780。
①取纯碱5kg倒入装有150kg水的容器中常温下进行溶解。
②取聚乙烯醇（2788型）2.0kg放入上述的纯碱溶液中常温下进行预水化侵泡，一般应往纯碱溶液中边散入聚乙烯醇，边进行搅拌，搅拌15min～30min后，静置8h待用。
③取膨润土（蒙脱石矿物含量为70%的黏土）180kg，放入上述的聚乙烯醇碱性溶液中常温下进行有机化处理（即形成有机化膨润土），搅拌10min以后，静置12h待用。
④取聚羧酸减水剂（TOJ800-10A型）0.4kg，加入30kg水中，常温下溶解后待用。
⑤取42.5级的普通硅酸盐水泥240kg、火力发电厂生产的Ⅱ级粉煤灰200kg混合均匀后倒入装有600kg水（余量水）的容器中进行搅拌，并将有机化的膨润土溶液加入其中一起搅拌，搅拌均匀后再加入聚羧酸减水剂（TOJ800-10A型）溶液，边加入边搅拌，搅拌至均匀状态即可。
实施例3
本实施例的垃圾填埋场防渗浆材用各剂组分及含量为（单位kg/m3）：水泥200、有机化膨润土226.25（聚乙烯醇（1788型）1.25和膨润土225）、粉煤灰175、聚羧酸减水剂（TOJ800-10A型）0.25、纯碱7.5、水730。
取纯碱7.5kg倒入装有150kg水的容器中常温下进行溶解。
取聚乙烯醇（1788型）1.25kg放入上述的纯碱溶液中常温下进行预水化侵泡，一般应往纯碱溶液中边散入聚乙烯醇，边进行搅拌，搅拌15min～30min后，静置6h待用。
取膨润土（蒙脱石矿物含量为80%的黏土）225kg，放入上述的聚乙烯醇碱性溶液中常温下进行有机化处理（即形成有机化膨润土），搅拌10min以后，静置12h待用。
取聚羧酸减水剂（TOJ800-10A型）0.25kg，加入10kg水中，常温下溶解后待用。
取42.5级的普通硅酸盐水泥200kg、火力发电厂生产的Ⅱ级粉煤灰175kg混合均匀后倒入装有570kg水（余量水）的容器中进行搅拌，并将有机化的膨润土溶液加入其中一起搅拌，搅拌均匀后再加入聚羧酸减水剂（TOJ800-10A型）溶液，边加入边搅拌，搅拌至均匀状态即可。
实施例4
本实施例的垃圾填埋场防渗浆材用各剂组分及含量为（单位kg/m3）：水泥190、有机化膨润土241.5（聚乙烯醇（2788型）1.5和膨润土240）、、粉煤灰160、聚羧酸减水剂（TOJ800-10A型）0.2、纯碱8.7、水750。
取纯碱8.7kg倒入装有150kg水的容器中常温下进行溶解。
取聚乙烯醇（1788型）1.5kg放入上述的纯碱溶液中常温下进行预水化侵泡，一般应往纯碱溶液中边散入聚乙烯醇，边进行搅拌，搅拌15min～30min后，静置8h待用。
取膨润土（蒙脱石矿物含量为95%的黏土）240kg，放入上述的聚乙烯醇碱性溶液中常温下进行有机化处理（即形成有机化膨润土），搅拌10min以后，静置12h待用。
取聚羧酸减水剂（TOJ800-10A型）0.2kg，加入10kg水中，常温下溶解后待用。
取42.5级的普通硅酸盐水泥190kg、火力发电厂生产的Ⅱ级粉煤灰160kg混合均匀后倒入装有590kg水（余量水）的容器中进行搅拌，并将有机化的膨润土溶液加入其中一起搅拌，搅拌均匀后再加入聚羧酸减水剂（TOJ800-10A型）溶液，边加入边搅拌，搅拌至均匀状态即可。
采用本领域常规方法考察本发明实施例1-4制得的浆材各项性能参数详见下表1。
表1实施例的浆材配方及性能参数

Claims (6)

1.一种垃圾填埋场防渗浆材，其特征在于包括下述重量份组分：水泥160～240、有机化膨润土180.5～272、粉煤灰150～200、聚羧酸减水剂0.1～0.4、纯碱5～10、水680～780，所述有机化膨润土通过使用0.5～2.0重量份的聚乙烯醇对180～270重量份的膨润土进行改性得到。
2.根据权利要求1所述的垃圾填埋场防渗浆材，其特征在于：所述防渗浆材的水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥；膨润土为蒙脱石矿物含量为55%～95%的黏土；粉煤灰为火电厂生产的Ⅱ级粉煤灰；聚乙烯醇为1788型或2788型；聚羧酸减水剂为TOJ800-10A型；纯碱为碳酸钠。
3.根据权利要求1项所述的垃圾填埋场防渗浆材，其特征在于所述浆材28d渗透系数为（0.15～3.5）×10-8cm/s，无侧限抗压强度为0.5～2.0MPa，浆材固结体对CODCr、BOD5、NH4-N、TP、SS等阻滞率达到95%以上，对Hg、Pb等重金属离子阻滞率在99.9%以上。
4.一种如权利要求1-3之一项所述的垃圾填埋场防渗浆材的配制方法，其特征在于包括如下步骤：
按配制1m3浆材计算：
①取纯碱5kg～10kg，放入一定量水中常温下进行溶解；
②取聚乙烯醇0.5kg～2.0kg放入上述的纯碱溶液中常温下进行预水化侵泡，溶解浓度不超过10%，一般应往纯碱溶液中边散入聚乙烯醇，边进行搅拌，搅拌15min～30min后，静置5h～8h待用；
③取膨润土180kg～270kg，放入上述的聚乙烯醇碱性溶液中常温下进行有机化处理，即形成有机化膨润土，搅拌10min以后，静置待用；
④取聚羧酸减水剂0.1kg～0.4kg，溶解于常温下的水中，溶解浓度不超过20%，待用；
⑤取水泥160kg～240kg、粉煤灰150kg～200kg混合均匀后加水（余量水）进行搅拌，并将有机化的膨润土溶液加入其中一起搅拌，搅拌均匀后再加入聚羧酸减水剂溶液，边加入边搅拌，搅拌至均匀状态即可。
5.根据权利要求4所述的垃圾填埋场防渗浆材的配制方法，其特征在于：步骤③中的膨润土采用聚乙烯醇的碱性溶液进行有机化处理，充分搅拌后需要静置侵泡12h以上。
6.根据权利要求4所述的垃圾填埋场隔离墙防渗浆材的配制方法，其特征在于所述水泥为42.5级的普通硅酸盐水泥；膨润土为蒙脱石矿物含量55%～95%的黏土；粉煤灰为火电厂生产的Ⅱ级粉煤灰；聚乙烯醇为1788型或2788型；聚羧酸减水剂为TOJ800-10A型。
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