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咸阳土工膜双衬层填埋场电法渗漏检测影响因素分析

文章来源:    发布时间::2017-05-19     点击量:23635

填埋处理是目前固体废物最终处置最常采用的方法。建造填埋场的核心部分是安装防渗系统。根据我国有关规定,危险废物填埋场如果天然基础层饱和渗透系数>1.0×10-6cm/s,则必须安装双衬层防渗系统。高密度聚乙烯(HDPE)防渗系数可达1.0×10-14cm/s,是目前各类填埋场中最常采用的防渗材料。

但实践发现,HDPE 膜十分脆弱,在防渗层铺设期间,由于机械或人为的不规范操作,以及填埋场运营期间,由于地基不均匀下陷、机械挤压等原因都可能引起防渗层渗漏。

据报道,目前所有的填埋场防渗层都存在渗漏问题。如果这些漏洞不及时被发现修补,垃圾渗滤液将会透过孔隙进入土壤和地下水,对环境造成极大破坏。

目前对HDPE 膜渗漏进行检测最常采用的方法是高压直流电法。双衬层填埋场由于结构特殊,采用高压直流电法进行渗漏检测时,诸多因素会影响到检测效果。本文对主要影响因素进行了研究,并进行了仿真分析。


1 检测原理


高压直流电法的基本原理是利用HDPE 膜的高阻特性,对防渗层施加高压直流电,在膜上或膜下布置检测电极,通过采集检测电极的感应电势来定位漏洞。当膜完好无损时,总回路电流很小(可近似为零),检测层介质中的电势很小且分布均匀。当防渗层出现破损时,膜上下的供电电极通过漏洞形成回路,检测层介质电势分布会在漏洞附近产生突变,从而可以确定漏洞位置。对于双衬层填埋场,为对主次防渗层皆可进行渗漏检测,可将检测电极布置在两层人工衬层之间,基本原理框图如图1 所示。

土工膜双衬层填埋场电法渗漏检测影响因素分析(转)

在对主防渗层进行检测时,供电电极分别加在垃圾层和粘土层,通过采集膜下空间介质的电势分布来定位漏洞;在对次防渗层进行渗漏检测时,将供电电极分别加在粘土层和膜下土壤层,通过检测膜上空间的电势分布来定位漏洞。


以主防渗层的渗漏检测为例,通电后,检测层中的空间电势分布满足泊松方程。

土工膜双衬层填埋场电法渗漏检测影响因素分析(转)

由于粘土电阻率远小于HDPE 膜的电阻率,以上方程满足以下边界条件:

土工膜双衬层填埋场电法渗漏检测影响因素分析(转)

其中边界是指包围检测层的四周面,n 为面的外法向。若将漏洞电流源视作点电流源,则有:

土工膜双衬层填埋场电法渗漏检测影响因素分析(转)

其中,I0 为漏洞电流强度,(x0 ,y0 ,z0 )为漏洞点的位置坐标,(x ,y ,z )为检测层观测点的位置坐标,Is 为膜下供电电极电流强度,(xS ,yS ,zS ) 为供电电极所在点的位置坐标。由于分界面电流密度的法向分量为零,可认为IS=I0。

由以上分析可看出,可影响检测层介质电势分布的主要因素有:漏洞电流大小、检测电极与防渗层之间的距离、介质的电阻率以及供电电极的位置。


2 检测层电势分布的影响因素

为简化问题,假设防渗层上只有一个圆形漏洞。当漏洞电流大小、检测电极与防渗层之间的距离、介质的电阻率以及供电电极的位置分别发生变化时,对检测层的电势分布分别进行仿真研究。


2.1 漏洞电流大小对检测层电势分布的影响

将检测层电阻率设为50Ωm。在漏洞位置、供电电极位置、检测电极与防渗层之间的距离不变的情况下,改变漏洞电流大小,在经过漏洞正下方距上层膜5cm 处水平测线上的电势分布如图2 所示。由图2 可看出,电势的大小与漏洞电流的大小成正比,电流越大越有利于检测。此外,漏洞电流越大,漏洞电流影响的范围越大,越有利于在较大范围内检测漏洞。

土工膜双衬层填埋场电法渗漏检测影响因素分析(转)

2.2 检测层内不同高度处的电势分布

假设漏洞位于上层膜的正中间,固定膜下供电电极的位置,将漏洞电流设为80mA,检测层介质电阻率为50Ωm。过漏洞正下方距上层膜不同距离(用z 表示)水平测线上的电势分布如图3 所示。从图3 可以看出,检测电极距防渗层越近,漏洞附近的电势值越大,越有利于检测。

土工膜双衬层填埋场电法渗漏检测影响因素分析(转)


2.3 介质非均匀性对电势分布的影响

由于膜被破坏,渗滤液会经漏洞污染到膜下介质。膜下介质中被污染部分的电阻率低于未被污染区域的介质电阻率,从而引起膜下介质的非均匀性。将漏洞电流设为80mA,未被污染介质的电阻率设为50Ωm,污染区域电阻率设为5Ωm。改变污染区域范围(半径),经过漏洞正下方距上层膜5cm 处水平测线上的电势分布如图4 所示。由图4 可看出,被污染区的电阻率变小使该区域的电势降低,不利于检测。此外,电势只在污染区域内有差别,并且这种差别随着污染范围的增大而增大。在污染区以外,漏洞电流产生的电势与介质无污染时相同。

土工膜双衬层填埋场电法渗漏检测影响因素分析(转)


2.4 供电电极位置对电势分布的影响

将漏洞电流设为80mA,检测层介质电阻率设为50Ωm,漏洞位于上层膜的正中间,改变供电电极的位置,在漏洞正下方距上层膜5cm 处水平测线上电势分布如图5 所示。从图5 可看出,供电电极与漏洞的水平距离越远,漏洞周围的电势越高,越有利于检测。

土工膜双衬层填埋场电法渗漏检测影响因素分析(转)


3 结论

采用高压直流电法对双衬层填埋场进行渗漏检测时,漏洞电流大小、检测电极与防渗层之间的距离、介质的电阻率以及供电电极的位置皆可对检测结果

产生明显影响。仿真结果显示:

(1)检测层介质的电势大小与漏洞电流的大小成正比,电流越大越有利于检测。此外,漏洞电流越大,漏洞电流影响的范围越大,越有利于在较大范围内检测漏洞。

(2)检测电极距防渗层越近,漏洞附近的电势值越大,越有利于检测。

(3)渗滤液导致的污染区电阻率变小,使该区域的电势降低,不利于检测。此外,电势只在污染区域内有差别,这种差别随着污染范围的增大而增大。在污染区外,漏洞电流产生的电势与介质无污染时相同。

(4)供电电极与漏洞的水平距离越远,漏洞周围的电势越高,越有利于检测。
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