Экспериментальное исследование непроницаемости лёсса, смешанного с бентонитом.

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 8740 (2023) Цитировать эту статью

168 Доступов

Подробности о метриках

Авторская поправка к этой статье была опубликована 27 июня 2023 г.

Эта статья обновлена

Испытания на проницаемость проводятся с использованием пермеометра с гибкой стенкой для изучения влияния бентонита-HDTMA (бромида гексадецилтриметиламмония) на проницаемость лёсса в качестве облицовочного материала на свалке твердых отходов. Результаты показывают, что непроницаемость уплотненного лёсса в среднем и нижнем течении Желтой реки в Китае не соответствует стандартным требованиям, предъявляемым к облицовке свалки. Проницаемость лёсса, смешанного с содержанием бентонита более 10%, составляет менее 1,0 × 10–7 см·с–1. Проницаемость лёсса немного увеличивается после смешивания небольшого количества HDTMA. Непроницаемость лёсса, смешанного с некоторым соотношением бентонита и HDTMA, по-прежнему соответствует стандартным требованиям. HDTMA может разрушить структуру почвенных агрегатов и увеличить канал проникновения почвенной жидкости. СЭМ показывает, что частицы бентонитовой глины могут заполнять поры между крупными частицами лёсса и улучшать характеристики непроницаемости материала. Цифровые фотографии показывают, что HDTMA может эффективно противостоять развитию макротрещин в почве, вызванных циклами увлажнения и высыхания, что лучше для футеровки, поскольку она сохраняет хорошую непроницаемость. На этом основании построена зависимость между гидравлической проводимостью бентонита-HDTMA-модифицированного лёсса и сухой плотностью. Согласно этому исследованию, лесс можно использовать в качестве облицовочного материала для свалок при смешивании с бентонитом/HDTMA в соотношении 10%/0% или 14%/2%.

Санитарный полигон является одним из методов окончательного захоронения твердых отходов (общепромышленных твердых отходов и бытовых отходов). Свалка должна быть облицована таким образом, чтобы улавливать загрязняющие вещества, в том числе тяжелые металлы и органические соединения, из среды обитания. Традиционно глина используется в качестве облицовочного материала при вывозе мусора1,2. Лёсс широко распространен в различных регионах, таких как среднее и нижнее течение Желтой реки в Китае, великие равнины и центральные низменности вдоль рек Миссури-Миссисипи в Америке, а также районы у предгорий и нижнего горного пояса Альп. и Карпаты в Европе, где одновременно не хватает глины. Однако гидравлическая проводимость лёсса после уплотнения может превышать верхний предел, указанный в стандарте1,3.

На проницаемость лёсса влияют различные факторы, такие как плотность сухого вещества, концентрация ионов, температура и так далее. Образцы с сухой плотностью 1,45 г·см-3 или выше испытывают увеличение пор во время просачивания из-за химических реакций4,5. Проницаемость лёсса чувствительна к концентрации растворов CaCl2. Концентрация CaCl2 влияет на флокуляцию частиц и развитие пористой структуры, вызывая дезинтеграцию частиц6. Проницаемость увеличивается с повышением температуры при 10°С и 20°С, но снижается при 30°С5. А результаты испытаний показывают, что проницаемость лёсса составляет более 1,0 × 10-7 см·с-1.

В исследованиях изучалось использование модифицированного бентонитом лёсса в качестве облицовочного материала для свалок. Чжан и др.7 и Си8 смешали лесс в среднем и нижнем течении Желтой реки с содержанием бентонита 14% и 4%, а гидравлическая проводимость модифицированного лёсса ниже или порядка 1,0 × 10-7. см·с−1. Лю и др.9 добавляют от 6% до 7% бентонита в Лёсс в Северном Китае, и гидравлическая проводимость смеси составляет 9,0 × 10-8 см·с-1. Большинство результатов испытаний показывают, что гидравлическая проводимость модифицированного грунта в других странах составляет менее 10-7 см·с-1 при содержании бентонита около 15%10,11,12. То есть лесс, модифицированный бентонитом, может удовлетворить требованиям непроницаемости.

Однако чистый лесс или модифицированный бентонитом лесс имеет ограниченную адсорбционную способность для некоторых загрязняющих веществ. Пакетные испытания показывают, что HDTMA (гексадецилтриметиламмоний бромид) может значительно улучшить эффективность адсорбции некоторых тяжелых металлов и органических загрязнителей13,14,15, его химическая структура показана на рис. 1. HDTMA представляет собой катионное поверхностно-активное вещество, которое заряжено положительно. при растворении в воде. HDTMA может адсорбироваться на поверхности глинистого минерала и реагировать с загрязнителем посредством обменной и необменной адсорбции16,17, чтобы достичь эффекта адсорбции или иммобилизации загрязнителя. С точки зрения науки об окружающей среде, можно использовать бентонит-HDTMA-модифицированный лёсс в качестве облицовочного материала для свалок твердых отходов. Между тем, явление цикла смачивания-высыхания в лейнере происходит часто, что может привести к увеличению трещин, связанных с характеристиками непроницаемости18.