Геомембраны, преимущественно из полиэтилена высокой плотности (ПЭВП), использовались в качестве нижнего слоя на свалках почти 30 лет.

Мембраны использовались на свалках в течение десятилетий, но выбор мембраны и метода ее использования может иметь далеко идущие последствия для стабильности и безопасности свалок. используются в качестве нижнего слоя на свалках уже почти 30 лет. Их также использовали в качестве колпачков, а в последнее время – для плавучих покрытий в прудах с фильтратом. 

Как правило, они работали очень хорошо, но неудивительно, что было несколько исключений, которые помогли нам разработать еще более совершенные системы. Определение терминов Прежде чем приступить к подробному обзору того, что происходит в этой области, давайте начнем с определения терминов: Облицовка барьерным слоем на полу и по бокам резервуара Накройте барьерный слой поверх резервуара для твердых отходов Плавающая крышка геомембрана, плавающая на содержащейся жидкости, которая прилегает к нижней облицовке по краям пруда и поднимается и падает вместе с уровнем жидкости. Следовательно, вкладыш из геомембраны содержит ценный продукт и/или защищает грунтовые воды, колпачок из геомембраны содержит свалочный газ и предотвращает превращение осадков в фильтрат, а плавающее покрытие предотвращает выделение запахов и предотвращает испарение/загрязнение ценного ресурса, такого как питьевая вода. 

Эволюция использования ПЭВП В начале 1980-х годов ПЭВП по существу вытеснил ПВХ в качестве предпочтительной геомембраны из-за его широкой химической стойкости, высокой прочности, относительной присущей ему гибкости, достигаемой без добавок, его устойчивость к атмосферным воздействиям, которая позволяет оставлять его открытым, и его способность полностью сваривать плавлением термическими методами, а не с использованием растворителей и клеев. В то время швы из ПВХ можно было разъединить, а швы из полиэтилена высокой плотности — нет. Установка геомембранной облицовки из ПЭВП на полигоне твердых бытовых отходов Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение Вскоре было обнаружено, особенно в холодных условиях, что при усадке ПЭВП при низких температурах растягивающие напряжения, возникающие в футеровке, могут вызывать хрупкое растрескивание под напряжением (ХН), явление, которое ранее применялись и изучались в газораспределительных трубах из полиэтилена высокой плотности. Растрескивание под напряжением – это хрупкое растрескивание, которое происходит при постоянном напряжении ниже, чем предел текучести при растяжении или напряжение разрушения материала. Было обнаружено, что SC зависит от состава смолы и, следовательно, может сильно различаться в полиэтиленах высокой плотности от разных производителей геомембран. Однако с годами составы были улучшены до такой степени, что SC теперь редко встречается в материалах известных международных производителей смол HDPE и геомембран. Из-за этой восприимчивости к SC стандартная цель проектирования состоит в том, чтобы геомембраны функционировали только как барьер, а не как несущий элемент системы облицовки, поэтому требуется, чтобы облицовка геомембраной была полностью опорной. В то время как это может быть легко достигнуто на чертеже, это очень трудно сделать на практике из-за высокого коэффициента теплового расширения ПЭВП. Возникают морщины, которые очень трудно устранить на практике. Поэтому геомембраны HDPE неизбежно испытывают напряжение при покрытии. Отчасти из-за этого были разработаны системы двойной облицовки с использованием вторичной (нижней) облицовки в качестве резервной. Это работало очень хорошо при условии, что система обнаружения фильтрата (LDS) между двумя геомембранами не могла заполниться просочившейся жидкостью. Отсутствие гидравлического напора на вторичном футеровке приведет к отсутствию утечек в системе футеровки. Как первичная, так и вторичная геомембраны имеют одинаковое количество неустранимых дефектов, но при условии, что жидкость, просачивающаяся через первичную (верхнюю) облицовку, не скапливается над несколькими дефектами вторичной облицовки, двойная система не просачивается в земляное полотно. Обнаружение утечек Сбор просачивающейся жидкости позволил определить скорость утечки через первичный футеровщик. В то же время, в конце 1980-х годов были внедрены электрические методы для обнаружения утечек в геомембранах, покрытых жидкостями и почвой. Приблизительно 25 % утечек возникает во время установки самой геомембраны, а 75 % — при покрытии геомембраны. Количество утечек на единицу площади уменьшается с увеличением площади футеровки и уменьшением относительного количества деталей при установке. Частота утечек снижается с примерно 12/га до примерно 2/га при площади свыше 2 га. Электрические обследования показали, что большинство установок футеровки имеют разную степень течи, в основном в зависимости от эффективности проведенного контроля качества строительства (CQA). В попытке свести к минимуму утечку геомембраны были объединены с прокладками из уплотненной глины, а затем с прокладками из геосинтетической глины (GCL) для изготовления композитных прокладок. С GCL, обычно два слоя геотекстиля с гранулами бентонита между ними и проколоты вместе, принцип заключается в том, что утечка в геомембране будет гидратировать бентонит, заставляя его набухать и герметизировать утечку. «Близкий» контакт между GCL и геомембраной исключает латеральную передачу жидкости вдоль этой границы раздела, тем самым значительно уменьшая утечку отдельного основного хвостовика. Тем не менее, морщины в геомембране по-прежнему остаются потенциальной проблемой, образуя области, где геомембрана не контактирует с GCL, и области, где футеровка находится под напряжением и имеет более высокий потенциал разрушения. Также довольно часто бульдозеры, разбрасывая покровный грунт, соскребают верхушки со складок. Отсюда и разработка двойных композитных систем футеровки. Однако, хотя теоретически это желательно, реальная практика заключается в том, что на морщинистых вторичных вкладышах размещаются морщинистые геосетки/геотекстиль из композита LDS, которые, в свою очередь, покрыты морщинистыми первичными геомембранами. стрессов не избежать; тесный контакт не достигается, а складки на вторичном вкладыше приводят к скоплению воды на вторичном вкладыше. Тем не менее, большинство систем облицовки работают удовлетворительно. Достижима ли нулевая утечка? «Удовлетворительно» не означает отсутствие утечек через первичный лайнер. Электрические обследования статистически показали, что отсутствие утечек является необоснованным ожиданием. Непротекающие первичные вкладыши существуют, но они, конечно, не могут быть гарантированы. Было много систем с двойной облицовкой, из которых из LDS выходили только капли, но владельцы не были удовлетворены. Требования по ремонту хвостовика привели только к увеличению дебита течи. В Соединенных Штатах допустимая максимально допустимая скорость утечки через первичную геомембрану с гидростатическим напором 300 мм (регулируемый максимум), при превышении которой утечки должны быть обнаружены и устранены, обычно составляет 200 литров/га в день. На городских очистных сооружениях при напоре 2 м она составляет 5000 л/га в сутки. Это слишком много, и более разумно было бы составить около 2000 литров/га в день. Таким образом, разумные конструкции облицовки должны предполагать максимально допустимую скорость потока утечки и включать систему подземного дренажа, которая будет выдерживать эту скорость потока без дальнейшего повреждения грунтового основания и облицовки. Важность хорошего дренажа Нигде в настоящее время это не является более важным, чем на очистных сооружениях, где бактериальная активность в просачивающейся воде может продолжаться и где дополнительная реакция с растительным веществом грунтового основания приводит к образованию больших объемов метана и других газов. При стоячей воде под футеровкой эти газы не могут выйти к газоотводным отверстиям, расположенным на вершинах откосов. Газы скапливаются, и лайнер поднимается вверх, пока не разбивается о поверхность воды и не становится «китом». Киты обычно содержат газ выше уровня воды, а уровень воды под лайнером такой же, как и над лайнером. Под облицовкой должна быть хорошая дренажная система, из которой можно было бы удалять воду, и она должна иметь достаточную пропускную способность, чтобы любые образующиеся газы могли отводиться вверх к вентиляционным отверстиям на склоне. Обычная подушка из нетканого геотекстиля не подходит. В связи с важностью выявления утечек до того, как возникнут серьезные проблемы, становится регламентированным требованием проводить исследования целостности геоэлектрического хвостовика на всех первичных геомембранных вкладышах в качестве заключительного этапа CQA после того, как вкладыш был покрыт на глубину от 600 мм до 1 метра. На данном этапе дальнейшая деятельность на поверхности почвенного покрова вряд ли приведет к дальнейшему повреждению геомембраны, но все еще может быть легко подвержена ремонту. Фактически, Департамент охраны окружающей среды штата Нью-Йорк, увидев практические преимущества проведения обследований первичной геомембраны, вводит требование о проведении обследований площади пола вторичных геомембран. Закрытие свалки геомембраны также были установлены для покрытия свалок как для предотвращения попадания осадков, так и для улавливания и удаления свалочного газа (свалочного газа). В то время как ПЭВП также используется в колпачках, предпочтительным материалом часто является линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПЭНП) или другой более гибкий материал, такой как ПВХ или гибкий полипропилен (fPP), который лучше выдерживает деформации и результирующие напряжения, связанные с дифференциальной осадкой. внутри отходов. Таким образом, геомембрана должна соответствовать профилю дифференциальной осадки, не вызывая напряжений, которые могли бы, например, инициировать растрескивание под напряжением. Менее кристаллические материалы, такие как LLDPE и fPP, не подвержены SC в состоянии после изготовления. Это требование также ясно демонстрирует, что пластичность геомембраны гораздо важнее, чем ее прочность в отношении долгосрочных характеристик. Прочность важна только для того, чтобы выдержать суровые условия установки. Крышка BGM на свалке промышленных отходов с открытым верхом и склонами с растительностью Нажмите здесь, чтобы увеличить изображение. Чтобы предотвратить скольжение вкладышей и крышек вниз по склонам, они часто имеют текстуру или структуру для увеличения трения с подстилающим грунтом или нетканым геотекстилем на GCL и геокомпозитах. . Текстурирование — это случайный профиль «бурного моря», а структурированные профили — это инженерные профили, разработанные для оптимального взаимодействия с различными сопрягаемыми поверхностями. Для предотвращения скольжения покровного грунта поверх геомембраны верхняя поверхность также может быть текстурирована или структурирована. Однако, если предел прочности при сдвиге верхней границы раздела выше, чем у нижней границы раздела, в геомембране возникает растягивающее напряжение, которое может быть повреждающим в долгосрочной перспективе, особенно для ПЭВП. Отсюда еще одна причина для использования материала колпачка, не подверженного SC. Было много случаев обрушения боковых откосов крышек свалок, когда покровные почвы оползали, в основном из-за того, что при проектировании не учитывались условия насыщения почвы. В одних случаях покровный грунт скользит по геомембране, оставляя геомембрану неповрежденной, а в других случаях покровный грунт захватывает с собой геомембрану и разрывает геомембрану. Это функция увеличения трения на двойной или одинарной поверхности. Как следствие, в настоящее время наблюдается тенденция к использованию открытых колпачков из геомембраны (EGC). Что могут предложить открытые колпачки из геомембраны? Открытые колпаки устраняют проблемы с почвенным покровом, сокращаются стоимость и время строительства колпака, увеличивается воздушное пространство. И наоборот, конструкция должна учитывать возможность подъема ветром, повышения давления свалочного газа, воздействия УФ-излучения и более высоких температур, а также больших объемов и скоростей стока осадков. Приблизительно восемь открытых колпачков из геомембраны (EGC) были построены в США с использованием армированного fPP, HDPE и сплава интерполимера этилена (EIA). Один из EGC HDPE во Флориде успешно пережил два урагана. Крышка fPP-R очень хорошо зарекомендовала себя в течение 10 лет и будет разрешена еще на 10 лет. Полипропилен хорошо себя зарекомендовал благодаря низкому коэффициенту теплового расширения и отсутствию складок. Складки в ПЭВП имеют тенденцию мигрировать вниз по склону, но не будут подниматься вверх по склону при более низких температурах. Это требует тщательно продуманной схемы анкерных траншей. LLDPE не используется для EGC из-за его более низкой устойчивости к атмосферным воздействиям. Новым кандидатом на использование ЭГК, особенно в холодных регионах, является сборная битумная геомембрана (БГМ). BGM представляют собой специально спроектированные геомембраны, состоящие из стекловолокна и нетканого геотекстиля, пропитанного вспененным окисленным или эластомерно модифицированным битумом. Их можно развертывать и сваривать при температурах значительно ниже 0°C, они имеют очень низкий коэффициент расширения, обладают большой устойчивостью к ветру и подъему бытового газа, а сварные швы могут быть на 100 % проверены ультразвуком. Они могут переносить грубые основания и покровные почвы. Плавающие крышки Усиленный ПП, ПЭВП, и хлорсульфированный полиэтилен (CSPE Hypalon) использовались для плавающих покрытий в прудах-фильтраторах, чтобы уменьшить запахи и предотвратить превращение выпадающих осадков в фильтрат, который нуждается в очистке. В некоторых других случаях, особенно в резервуарах с питьевой водой, плавающие покрытия и вкладыши из полипропилена терпели разрушение из-за напряжения вдоль вершин складок и в других местах, подверженных напряжению. Это, по-видимому, синергизм между стрессом и жидкой средой, стрессом и термическим окислением, а также стрессом и УФ-излучением, ускоряющим потерю добавок. Тем не менее, тот же материал, который растрескался в плавающей крышке, очень хорошо показал себя в открытой крышке. Есть еще что понять о ПП, но это ничем не отличается от проблем SC в первые годы существования HDPE. Плавающая крышка из армированного полипропилена на резервуаре для питьевой воды Щелкните здесь, чтобы увеличить изображение.

Заглядывая вперед Что мы можем увидеть в будущем? Однокомпонентные композитные вкладыши, пяти- и семислойные геомембраны с возможностью самовосстановления, инфракрасная термография для неразрушающего измерения прочности соединения шва более 100% ширины и длины сварного шва и обратная связь для управления сварочным аппаратом, более широкое использование электроразведки (и других) для обнаружения утечек, напыляемых бесшовных футеровок на GCL и геокомпозитах, а также открытых геомембран с нанофотогальваническими поверхностными слоями для выработки электроэнергии. Технология футеровки только начинает развиваться. Д-р Ян Д. Пеггс является президентом I-CORP INTERNATIONAL, Inc., консалтинговой компании по производству геосинтетических материалов с клиентами по всему миру, расположенной в Оушен-Ридж, Флорида, США.