一种垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层及其应用
【技术领域】
[0001]本发明属于填埋场防渗领域，涉及一种粘土垫层，具体涉及一种垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层及其应用。
【背景技术】
[0002]我国是人口大国，同时也是垃圾产量大国。目前常用的垃圾处理方式有三种，焚烧、填埋和堆肥。在各种处置方法中，卫生填埋因其安全卫生、处置量大、效率高的优点而被广泛的采用，我国80%以上的生活垃圾均采用填埋处置，越来越多的垃圾填埋场得到建设。
[0003]针对垃圾填埋场中的垃圾随着时间不断降解，会产生大量高浓度、成份复杂的污染物，这些污染物可以通过对流和扩散的方式穿过垫层，从而对地下环境造成污染。为了防止污染物对地下环境的污染，需要在垃圾填埋场底部施工形成粘土垫层，使其渗透系数k ( 10-7cm/s,以确保污染物不会通过粘土垫层。
【发明内容】
[0004]本发明目的是为了克服现有技术的不足而提供一种垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层及其应用。
[0005]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:一种垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层，它为高岭石粘土、伊利石粘土和水混合后经碾压而成，它的孔隙率< 40% ;所述高岭石粘土的质量与所述高岭石粘土和所述伊利石粘土总量的百分比为X，10 < X < 70% ;所述伊利石粘土的质量与所述高岭石粘土和所述伊利石粘土总量的百分比为Y，30 < Y < 90%。
[0006]优化地，所述水的质量与所述高岭石粘土和所述伊利石粘土总量的百分比为20~25%ο
[0007]优化地，所述高岭石粘土中包含以下质量分数的矿物成分:
高岭石 70~75% ；
伊利石5~10% ；
蒙脱石5~10% ；
石英 10~20%。
[0008]进一步地，所述伊利石粘土中包含以下质量分数的矿物成分:
高岭石 10~15% ；
伊利石 50~60% ；
蒙脱石10~15% ；
石英 15~20%。
[0009]优化地，所述高岭石粘土和所述伊利石粘土为粒径在Imm以下的粘土颗粒。
[0010]优化地，所述X为10~30%，所述Y为70~90%。
[0011 ] 优化地，所述X为30%，所述Y为70%,所述水的质量与所述高岭石粘土和所述伊利石粘土总量的百分比为22%。
[0012]优化地，它的有效孔隙率彡8.5%。
[0013]优化地，当渗沥液水位彡12m时，所述粘土垫层的厚度彡20cm。
[0014]本发明还特别涉及一种上述的垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层在垃圾填埋中的应用，预先在垃圾填埋场底部施工形成厚度大于等于20cm的所述粘土垫层，再填埋垃圾。
[0015]由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点:本发明垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层，为高岭石粘土、伊利石粘土和水混合后经碾压而成，通过严格控制粘土垫层的孔隙率以及高岭石粘土与伊利石粘土的比例，取得了意想不到的效果:粘土垫层开始出现起始水力梯度(1)，从而可以阻挡污染物渗沥液的渗透。
【附图说明】
[0016]附图1为本发明垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层中含有不同比例的伊利石粘土时具备的不同起始水力梯度和渗透系数。
【具体实施方式】
[0017]本发明垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层，它为高岭石粘土、伊利石粘土和水混合后经碾压而成，它的孔隙率< 40% ;所述高岭石粘土的质量与所述高岭石粘土和所述伊利石粘土总量的百分比为X，10 < X < 70% ;所述伊利石粘土的质量与所述高岭石粘土和所述伊利石粘土总量的百分比为Y，30 < Y < 90%。通过严格控制粘土垫层的孔隙率以及高岭石粘土、伊利石粘土的比例，这样产生了意想不到的效果:粘土垫层开始出现起始水力梯度
(1)，从而可以阻挡污染物渗沥液的渗透；而垃圾填埋场粘土垫层的水力梯度i小于其起始水力梯度1时，可完全阻挡水污染物渗沥液的渗透。其中，水的质量与所述高岭石粘土和所述伊利石粘土总量的百分比为20~25%。所述高岭石粘土中优选包含以下质量分数的矿物成分:尚岭石70~75% ;伊利石5~10% ;家脱石5~10% ;石英10~20%。所述伊利石粘土中优选包含以下质量分数的矿物成分:高岭石10~15% ;伊利石50~60% ;蒙脱石10~15% ;石英15~20%。采用上述高岭石粘土和伊利石粘土制得的粘土垫层阻挡污染物渗沥液渗透的效果最好。所述高岭石粘土和所述伊利石粘土优选为经过晒干、粉碎和筛选处理后获得的粒径小于Imm的粘土颗粒，这样的粘土经过碾压后具备更小的渗透系数。
[0018]其中，所述X优选为10~30%，所述Y优选为70~90%，此时的起始水力梯度iQ大于45 ;而当X优选为30%，Y优选为70%时，垃圾填埋场粘土垫层的起始水力梯度可达60，垃圾填埋场粘土垫层渗透系数基本达到最小，起始水力梯度L基本达到最大(如图1所示)，此时当垃圾填埋场粘土垫层的水力梯度i小于^时，可完全阻挡水的渗入。垃圾填埋场粘土垫层的有效孔隙率< 8.5% (且大于0)，由于粘土中具有一定的结合水，因此有效孔隙率为总孔隙率减去结合水对应的孔隙率。而考虑到我国最高渗沥液水位一般< 12m，上述垃圾填埋场粘土垫层的厚度需要确保多20cm，这样才能确保完全阻挡水的渗入。
[0019]下面将结合附图对本发明优选实施方案进行详细说明:
实施例1
本实施例提供一种垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层，由高岭石粘土和伊利石粘土两种粘土加适量的水混合搅拌均匀，并压实而成。高岭石粘土是以高岭石为主的粘土，具体矿物成份为:71wt%高岭石、7wt%伊利石、6wt%蒙脱石和16wt%石英，该粘土经过晒干、粉碎、筛选处理而获得粒径小于Imm的颗粒(测得该粘土最优含水率为19.70wt%)o伊利石粘土是以伊利石为主的粘土，具体矿物成份为:11wt%高岭石、58wt%伊利石、12wt%蒙脱石和19wt%石英，该粘土经过晒干、粉碎、筛选处理而获得粒径小于Imm的颗粒(测得该粘土最优含水率为18.80wt%)。将高岭石粘土与伊利石粘土按照不同质量比例进行混合(定义伊利石粘土的质量占所述高岭石粘土和所述伊利石粘土总量的百分比为Y)，具体伊利石粘土的添加量分别为 0%、10%、30%、50%、70%、90%。
[0020]在本实施例中，采用上述比例的粘土加水混合后经过普通压实形成厚度为4cm的粘土实验垫层，并置于柔性壁渗透仪中进行渗透试验，渗透液采用去离子水，假定实验条件为:填埋场底部垫层上方垃圾体为20m、垃圾密度为lg/cm3、则围压设置为200kPa，测得的渗透系数、起始水力梯度1如图1所示(图1中横坐标指伊利石粘土的添加量，即伊利石粘土的质量占所述高岭石粘土和所述伊利石粘土总量的百分比；纵坐标分别为粘土垫层的渗透系数和起始水力梯度)；而其中加入水的质量占干配料质量(干配料质量为高岭石粘土和伊利石粘土的质量之和)的22%。图1中，随着伊利石粘土添加量的增加，渗透系数逐渐减小，但都满足《生活垃圾卫生填埋场防渗系统工程技术规范》(CJ113-2007)规定的k 1.0 X 10 7cm/s ；
当混合粘土中伊利石粘土添加量多30%时，粘土矿物中伊利石和蒙脱石矿石成分总含量多27%，孔隙率< 40%，起始水力梯度iQ开始出现，并且起始水力梯度i。随着伊利石粘土添加量的增加而增大，当伊利石粘土添加量达到70%时，渗透系数基本达到最小，起始水力梯度基本达到最大，此时，孔隙率为40%，有效孔隙率为8.5% (由于结合水很难发生渗透，因此，用总孔隙率减去结合水对应的孔隙率，即为有效孔隙率)。
[0021]由于我国真实填埋场导排层容易发生堵塞，导致渗沥液水位壅高，即最高渗沥液水位可达10~12m的情况，可以采用本实施例中混合比例为70wt%伊利石粘土和30wt%高岭石粘土组成的防渗垫层，对应粘土层中伊利石和蒙脱石总质量占高岭石粘土和伊利石粘土的质量之和的百分比为53% (占高岭石粘土和伊利石粘土的质量之和)，铺设厚度为20cm时即可形成完全不透水的防渗垫层。
[0022]上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层，其特征在于:它为高岭石粘土、伊利石粘土和水混合后经碾压而成，它的孔隙率< 40% ;所述高岭石粘土的质量与所述高岭石粘土和所述伊利石粘土总量的百分比为X，10% < X < 70% ;所述伊利石粘土的质量与所述高岭石粘土和所述伊利石粘土总量的百分比为Y，30% < 90%。2.根据权利要求1所述的垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层，其特征在于:所述水的质量与所述高岭石粘土和所述伊利石粘土总量的百分比为20~25%。3.根据权利要求1所述的垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层，其特征在于，所述高岭石粘土中包含以下质量分数的矿物成分: 高岭石 70~75% ； 伊利石5~10% ； 蒙脱石5~10% ； 石英 10~20%。4.根据权利要求1或3所述的垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层，其特征在于，所述伊利石粘土中包含以下质量分数的矿物成分: 高岭石 10~15% ； 伊利石 50~60% ； 蒙脱石10~15% ； 石英 15~20%。5.根据权利要求1所述的垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层，其特征在于:所述高岭石粘土和所述伊利石粘土为粒径在Imm以下的粘土颗粒。6.根据权利要求1所述的垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层，其特征在于:所述X为10-30%,所述 Y 为 70~90%。7.根据权利要求1所述的垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层，其特征在于:所述X为30%，所述Y为70%，所述水的质量与所述高岭石粘土和所述伊利石粘土总量的百分比为22%。8.根据权利要求1或7所述的垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层，其特征在于:所述粘土垫层的有效孔隙率彡8.5%。9.根据权利要求7所述的垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层，其特征在于:当渗沥液水位彡12m时，所述粘土垫层的厚度彡20cm。10.一种如权利要求1-9中任一项权利要求所述的垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层在垃圾填埋中的应用，其特征在于:预先在垃圾填埋场底部施工形成厚度大于等于20cm的所述粘土垫层，再填埋垃圾。
【专利摘要】本发明涉及一种垃圾填埋场底部的不透水粘土垫层及其应用，粘土垫层为高岭石粘土、伊利石粘土和水混合后经碾压而成，孔隙率≤40%；所述高岭石粘土的质量与所述高岭石粘土和所述伊利石粘土总量的百分比为X，10≤X＜70%；所述伊利石粘土的质量与所述高岭石粘土和所述伊利石粘土总量的百分比为Y，30＜Y≤90%。通过严格控制粘土垫层的孔隙率以及高岭石粘土与伊利石粘土的比例，这样产生了意想不到的效果：粘土垫层开始出现起始水力梯度（i0），从而可以阻挡污染物渗沥液的渗透。
【IPC分类】E02D31/00
【公开号】CN104963365
【申请号】CN201510385808
【发明人】朱伟, 王升位, 舒实, 徐浩青, 范惜辉, 邵燕华
【申请人】河海大学
【公开日】2015年10月7日
【申请日】2015年6月30日