渗沥液防渗导排系统特性研究及设计

#细小粒径、级配良好的导渗层易于堵塞；
#在垃圾与导渗层之间的分隔层可能堵塞；
#堵塞物是黑色沥青状的物质，主要成分有有机物、碳酸钙，部分铁硫化物。
*不同分隔材料的研究，通过研究导渗层在近4年使用时间条件下孔隙率的变
化，判断分隔处理性能：
#轻型无纺聚丙烯针刺土工布(235g/m2）；
#重型无纺聚丙烯烯针刺土工布(475g/m2）；
#有纺缝合土工布（140g/m2）；
#级配砾石和级配砂过滤层。
研究结果表明，有纺土工布分隔防止导渗层堵塞性能明显低于无纺土工布；由砾石过滤层保护的导渗层的堵塞率大大低于没有过滤层的情况；级配砾石过滤层的堵塞十分严重，而级配砂过滤层完全胶接，导渗层功能基本丧失。
在导渗层与垃圾层之间设置过滤层有利于减少渗沥液携带进入导渗层的颗粒、减少导渗层的有机物和无机物的负荷。
2.3在垃圾层与导渗层之间设置分隔层的堵塞情况研究
土工布广泛应用与作为垃圾层与导渗层的分隔。它具有的过滤和分隔作用可以减少颗粒进入导渗层而占据导渗层材料的孔隙率。设计中根据需要分隔的材料粒径以及分隔材料自身的孔隙率进行选择。
国外学者根据试验和现场挖掘研究，提出了考虑导渗层基本尺寸和构造、导渗层材料的空隙率、渗滤液钙离子初始浓度、渗滤液通过量等因素的计算公式，推测导渗层的堵塞时间。
研究表明，在较短时间内，微生物不可能分解利用土工布纤维以获得C和其他营养元素。在实际工程应用中尽量采用大孔隙率的土工布（轻型针刺无纺土工布），可以缓解垃圾中细小颗粒的堵塞。土工布分隔层的敷设位置也是十分重要的。国外研究人员将土工布的堵塞情况量化，假设整个导渗层满铺土工布的导排系统效率影响系数DCF为1，而将盲沟用土工布包裹的DCF为500-1000，而用土工布包裹穿孔管的DFC为24000，因此后两种敷设方法都严重影响导渗层的正常发挥作用，工程中不宜采用。

图3
当然上述研究仅限于颗粒的扩散、截留、沉淀和范德华力作用的物理堵塞，未考虑生物和化学作用。不少学者认为，导渗层的堵塞是包括物理、化学和生物共同作用的结果，如果设计只考虑颗粒直径和土工布孔隙率的物理分隔作用显然不够全面。研究结果表明，由于土工布的巨大表面积，易于微生物的生长，生物膜会在土工布的表面积聚，形成泥饼，使得渗沥液难以进入导渗层。
生物膜在土工布纤维表面和整个土工布表面形成见图4。
垃圾中有机物在降解过程中，会产生大量的挥发性脂肪酸VFAs，微生物在厌氧条件下分解挥发性脂肪酸VFAs，使丙酸和丁酸分解为乙酸，导致导渗层中的环境发生变化：
(1)微生物自身繁殖积聚，导致在导渗层材料表面生成生物膜，形成生物堵塞；
(2)生物降解的过程使得渗沥液的pH值发生变化，特别是碳酸平衡变化，产生碳酸钙和硫化物的沉淀物，形成化学堵塞。
导渗层堵塞的影响包括：堵塞导致导渗层空隙率减少，渗透率下降，渗沥液积聚导致水位升高，向防渗系统外部渗透作用水头的增加，增加了外渗的可能性；渗沥液积聚使得导渗层的温度上升，一般可以达到50℃-60℃，使得渗沥液的扩散系数增大2-3倍，也增加了渗滤液外渗的可能性；环境温度的上升使得防渗材料的使用寿命减少(15℃条件下，HDPE膜的使用寿命为200年，在33℃时，其使用寿命下降到70年）。
因此国内外的防渗系统的导排系统设计要求按照渗滤液的深度不超过0.3m。

图4

图5
图5表示了导渗层滤料周边和颗粒空隙中生物膜的生长过程。滤料颗粒周边的生物膜最终会彼此联系进而是导渗层的空隙率下降到无法顺利排除渗滤液，渗滤液在填埋场库底大量聚集，一方面增加透过防渗层外漏的可能性，改变填埋场库底即垃圾坝的初始设计条件，可能导致库底超设计的沉降、垃圾坝的稳定性和安全性也受到威胁。
国外学者在2004年进行了大量试验，将渗滤液通过模拟的导渗层，研究导渗层堵塞的过程之中主要物理参数和化学成分的变化规律。
2.3.1导渗层滤料颗粒的空隙率变化
在开始试验的前50天，导渗层的空隙率变化很小。随着试验持续时间的延长，导渗层开始发生堵塞，8个月后，表层空隙率由初始的0.35-0.4下降到0.02，下降了90%以上，底层的空隙率下降了37%。见表2。
表2空隙率下降情况

2.3.2无机物沉淀物在滤料表面厚度变化
由于无机物沉淀物在滤料表面的聚集，导渗层滤料的空隙率减少。导渗层表层建料无机物厚度增长39倍，说明固体颗粒的机械堵塞是导渗层堵塞的主要原因之一。导渗层底层滤料无机物厚度增长29倍。从表层与底层的沉淀物厚度的比较分析，无机物堵塞主要发生在滤料表面。见表3。
表3滤料无机物厚度变化情况