维普资讯 http://www.cqvip.com 环第l5卷第5期 境科学研究 Vo1.15,No.5,2002 Research of Environmental Sciences 垃圾填埋场防渗层渗漏检测方法的比较 王 斌。,王 琪 ,董 路 (1.北京工商大学化学与环境工程学院,北京 100037:2中国环境科学研究院,北京100012) 摘要:对目前国外几种垃圾填埋场防渗层渗漏检测方法(地下水检测法,扩散管法,电容传感法,追踪剂法,电化学感应电缆法,电学法)进行了 详细的叙述和比较,并指出电学法是较好的检测方法。 关键词:垃圾填埋场;渗漏;检测;渗滤液;电学法 中图分类号:X705 文献标识码:A 文章编号:11301—6929(2002)05—0047一O2 Comparison of Leakage Detection Methods for Landfill Liners WANG Bin ,WANG Qi ,DONG Lu (1.School of Chemical and Envionmentral Engineering,Beijing Technology and Business University,Beijing 100037,China; 2.Chinese Research Academy of Environmental Sciences,Beijing 100012,China) Abstract:The authors describe and compare in detail severl main metahods used in leakage detection for landfill liners,including groundwater monitoring method,difusion hoses method,capacitance sensors method, ̄acers method,electro-chemical sensing cables method and electrical method,etc.It is indicated that the electrical method is better than other methods. Key words:landfill;leak;detection;leachate;electrical method 过去人们普遍认为垃圾及其渗滤液可以通过粘土和地 1几种主要的垃圾填埋场防渗漏检测方法 1.1地下水监测法 下水得到降解(或净化),而不会污染地下水。从20世纪50 年始,西方国家一些机构的持续研究表明,垃圾填埋确 实污染地下水” 。因此,填埋场防渗衬层系统就成了填埋场 地下水监测法是利用检测填埋场的集水井中有无渗滤 液来实现的。如果没有渗漏,集水井中的水应是干净的地下 必不可少的设施之一,其作用是将填埋场内外隔绝,控制渗 滤液进入粘土及地下水和阻止外界水进入填埋场增大渗滤 液的产生量。这一系统的通用材料主要有粘土和人工合成 材料,人工合成材料最常用的是高密度聚乙烯(HDPE)。防 渗漏研究主要是以HDPE的渗漏来展开的。1978年,美国环 水;一旦发生渗漏并流到了地下水层,就有可能在集水井中 发现渗滤液。优点:利用填埋场自身的设施进行检测。缺 点:由于集水井数量一般较少,不能保证渗滤液一定会流入 集水井,如果增加集水井的数量,工程费用又太高。 1.2扩散管法 境总署就指出所有的填埋场都会渗漏;1990年美国一项最好 填埋场衬层的监测表明,在质量最好、费用最高的工程中, 扩散管系统是将汽体透过性管路网络埋在衬层下的土 壤中,一个运转周期后,由于渗滤液蒸汽进入管路,可以通过 抽出管内汽体、探测记录污染物浓度,从而达到检测漏洞的 目的。因为从漏洞扩散出的渗滤液蒸汽在土壤中按照一定 的体积比例进入管内,所以分析管内水蒸汽中污染物的浓度 可以近似得到漏洞大小。优点:系统可自行运行,操作费用 少。缺点:如果渗滤液不产生蒸汽,只有当渗滤液接触到管 路才能检测到漏洞。 1.3电容传感器法 HDPE的渗漏率是20 u(hrn2·d),该渗漏是由于制造时留下 的针眼和施工时留下的小洞造成的 。此外,由于在填埋时 产生的漏洞和HDPE容许一些化学物质通过(如:甲苯,二甲 苯,二氯甲烷,三氯乙烷等) ,渗漏率会更大,对地下水的污 染也就更大。因此,为了防止地下水污染,垃圾填埋场防渗 漏检测的研究也就格外重要了。 国外防渗漏检测的研究始于20世纪70年代末,应用始 于80年代,而国内的研究才刚刚起步。 电容传感器法是通过测量土壤绝缘常数的变化来检测 渗漏。干土的绝缘常数在5左右,水的绝缘常数在80左右, 当土壤因渗漏而变得潮湿,绝缘常数会增加。测试一个区域 收稿日期:2002—03—28 土壤绝缘常数的变化可知是否有漏洞出现。电容传感器是 作者简介:王斌(1977一),男,陕西榆林人,硕士研究生 利用频率控制技术来工作的,也就是说传感器会根据其探头 维普资讯 http://www.cqvip.com 48 环境科学研究 第l5卷 周围土壤绝缘常数在某一个谐波频率下共振,根据得到的频 率,由校准曲线可确定湿度。优点:已有电容传感器成品,不 需要另行研制。缺点:通过电容传感器测到的湿度并非专为 渗滤液的湿度。 1.4示踪剂法 。 示踪剂法是将采样收集探针插入填埋场周边近地面的 土壤中,并把一种挥发的化学示踪剂注人垃圾填埋坑中,如 果探针检测到示踪剂,则表明有漏洞。优点:可用于任何填 所绘制的电压分配图,可以判断漏洞的位置和数量。该法适 用于在没填垃圾前的衬层施工验收。 1.6.2电极格栅法 电极格栅法是利用渗滤液比地下水有更好的导电性来 实现的。施工时在土工膜下安装电极格栅(用导线做的格 栅,每根导线上都按一定的距离有若干电极),当有渗漏发生 时,被渗滤液浸湿的电极显示出比没有被浸湿的电极较高的 电压,有较多渗滤液的地区比渗滤液较少地区的电压高。根 据绘制的电压分配图可以判断漏洞的位置 大小和数量。优 点:组件简单、耐用,可监测衬层下的完整区域。缺点:不适 埋物和填埋场任何阶段的检测。缺点:大多数示踪系统不能 发现漏洞位置,只能确定是否存在漏洞。另外,系统自动收 集、分析样品的技术还未成熟,一些系统需要技术人员对土 用于已建好的垃圾填埋场,因为电极格栅必须在施工时放人 壤气体进行人工收集和分析。 1.5电化学感应电缆法 电化学感应电缆法主要是利用目标污染物引起了感应 电缆的物理和化学变化,这些变化引起或干扰光电信号,通 过测量由于与污染物接触导致的电压降来检测渗漏。优点: 特别适用于检测含有碳氢化合物的填埋场。电缆发生的反 应大多数是可逆的,所以电缆可以利用可逆反应再生而不需 要在出现渗漏后被替换。缺点:电缆只能检测一个狭窄范围 的污染物。每个填埋场必须安装特殊的电缆来检测产生渗 滤液的不同成分。 1.6电学法 1.6.1双电极法 双电极法是利用渗滤液或地下水的导电性和HDPE的 绝缘性来实现的。在填埋坑中放置一个发射电极,在填埋坑 以外的近地面的土壤中放置一个接受电极。当土工膜没有 漏洞时,给两个电极加一定的电压,不能形成回路,无电流; 当有漏洞时,电流就可以把渗滤液或地下水作为导体穿过漏 洞从而形成回路,显示一定的电流值。优点:不需要预先在 衬层下安装任何传感器。缺点:只能检测到有无漏洞,不能 检测到漏洞的大小、位置和数量。 美国学者Shulm O.W. 研究的电极一偶极子法(改良的 双电极法)如图1所示:在填埋场外放一回流电极,场内放一 发生电极和一移动检测电极对(偶极子)。给发生电极和回 远距离回漉电极 电流发生电撮 图1电极一偶极子法示意图 Fig.1 The scheme of pole—dipole electrical detection 流电极加一电压,当衬层有漏洞时,移动检测电极两端就会 有一定的电压显示。通过由移动检测电极测得的电压数据 填埋单元。 2 结论 以上几种方法的综合比较见表1。 表1几种主要检测方法的比较 Table 1 Comparison of several main methods used in leakage detection 由以上的比较和国外的一些评述 ,可以得出电学法 (许多情况下是将双电极法和电极格栅法结合使用)是较好 的一种。电学法的原理易懂,组件简单且耐用,适用范围也 较广。在美国内华达州的Elko金矿,电学法渗漏检测已使用 了17 a。1995年在英国兴建的Sandy Lane垃圾填埋场也用了 电学检测法,效果不错。 参考文献: [1] 国家环境保护总局污染控制司.城市固体废弃物管理与处理 处置技术[M].北京:中国石化出版社,2000. 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Zhang Ruihong,Zhang Zhiqin.Biogasiifcation of rice straw wih atn naeraobic—phased solids digester system[J].Bioresource Technology, 1999,68:235—245. 4 结语 根据现有的研究发现,固态厌氧消化的速度都很慢,需 要在对固体废物的预处理方法以及消化工艺等方面进行完 善和改进。 [8] 伍义泽.沼气干发酵工艺必需的条件:沼气新技术应用研究 [M].成都:四川科学技术出版社,1988.47—58. [9] Walter J Wujcik.Anaerobic dry fermentation【J J.Biotechnology& Bioengineering Symp,1980,(10):43—65. 由于有机固体废物中含有大量的纤维素、木质素等难降 解的成分。利用汽爆技术有望加速纤维素等难降解成分的降 [1O] Lissens G,Vandevivere P,De Baere L,et a1.Solid waste digester:pro— cess performance and practice for municipal solid waste digestionlJ]. Water Sci Tech,2001,44(8):91—102. Palmowski L M,Muller J A.Influence of the size reduction of organic 解。汽爆过程中,废物处在高温高压的蒸汽条件下,然后瞬 间蒸汽和废物急速膨胀。汽爆过的秸秆其纤维素本身的结 晶结构发生改变以及半纤维素和木质素对纤维素降解所起 的阻碍和屏障作用受到破坏 。可以预想,这样的预处理 措施能加速纤维素的降解,从而提高厌氧消化的效率。 waste on their anaerobic digestion[J].Water Sci Tech,2000,41(3): l55—162. [12] Ghosh S,Henry M P,Sajjad A,et a1.Pilot—scale gasiifcation ofmunic— ipal solid wasts by high—ratee and two-phase anaerobic digestion 由于固态厌氧消化中,通过外部刺激能加强消化过程中 的传质、传热、传动以及信息传递作用 。在固态厌氧消化 过程中,可以通过压力脉动这种外部刺激技术来加速消化速 度,提高沼气产率。压力脉动就是在反应过程中气体压力逐 渐升高到一定程度,然后迅速降低压力,如此反复。在这里, [13] (TPAD)[J].Water Sci Tech,2000,41(3):101—110. Hasegawa S,Shiota N,Katsura K,et a1.Solubilization of organic sludge by hertmophilic aerobic bacteria as a pretreatment for anaerobic digestion[J].Water Sci Tech,2000,41(3):163—169. [14] Kubler H.Full scale co—digestion of organic waste[J].Water Sci Tech,2000,41(3):263—274. 压力脉动起到了搅拌的作用,这样就克服了在总固体含量过 高的情况下难以搅拌的困难。 [15] 孙国朝,邵廷杰,郭学敏.沼气干发酵工艺必须的条件:沼气新 技术应用研究[M].成都:四川科学技术出版社,1988.47—58. [16] 张光明,王伟.厌氧消化处理生活垃圾工艺研究[J].中国沼 气,1997,15(2):14—16. 参考文献: [1]蔡振明,高爱忠,祁梦兰.固体废物的处理与处置[M].北京: 高等教育出版社,1993.248—250. [2]Liu Tuanchi,Sarnbhunath Ghosh.Phase separation during anaerobic fermentation of solid substrates in innovative plug-flow reactor[J]. Water Sci Tech,1997,36(6/7):303—310. 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