CN108130921B - 智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层及其自修复防渗方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层及其自修复防渗方法，包括若干个自修复杆、防渗基层；所述自修复杆分布在防渗基层中；所述自修复杆包括若干智能驱动开关、同心的第一空心杆和第二空心杆，所述第二空心杆位于第一空心杆内部，第一空心杆和第二空心杆间隔的空间内充满修复溶液，第二空心杆内部充满激发修复溶液凝固的液体，所述智能驱动开关位于第一空心杆侧壁上。本发明可以堵住微小裂缝引起的新填埋场渗沥液渗漏，又可以堵住因地震大变形引起的防渗层错动大裂缝从而防止渗沥液污染。
Description
技术领域
本发明属于岩土工程中的环境岩土领域，尤其涉及一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层。
背景技术
随着城市规模的扩大，如何处理越来越多的生活垃圾成为了一项非常重要的任务。建造垃圾填埋场在国内被广泛应用。《生活垃圾填埋场控制标准》GB 16889-2008规定了垃圾填埋场水污染物特别排放限值，例如化学需氧量、生化需氧量和重金属含量限值等，同时指出需要安装污染物排放自动监控设备，对生活垃圾填埋场污染物排放进行监测的频次和采样时间需要按规范进行，另外需要监测井进行地下水质的监测，对污染扩散井和污染监测井的水质监测频率不少于每两周一次，应每6个月进行一次防渗衬层完整性检验。为有效解决垃圾场渗滤液的渗漏问题，在垃圾填埋场竖向还设置类似水泥土的防渗墙。新填埋场渗沥液呈弱酸性PH值小于6.5，而老填埋场渗沥液的PH值大于7.5。基于防渗衬层和防渗墙可以防止地下水被垃圾填埋场的渗沥液污染。但防渗衬层和防渗墙建成后如果有微小裂缝造成渗沥液渗漏时，目前难以自动堵漏，另外如果发生地震引起防渗衬层和防渗墙产生错动则会造成垃圾填埋场防渗严重失效，因此需要一种防渗层既可以堵住微小裂缝引起的新填埋场渗沥液渗漏，又可以堵住因地震大变形引起防渗层错动大裂缝从而防止渗沥液污染。
发明内容
本发明为了克服现有垃圾填埋场的防渗衬层和防渗墙因有裂缝渗漏而无法自行修复堵住新填埋场酸性渗沥液的问题，以及克服地震大变形引起防渗衬层和防渗墙错动大裂缝从而造成酸性渗沥液污染的问题，本发明提供了一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层。
本发明的技术方案：一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层，包括若干个自修复杆、防渗基层；所述自修复杆分布在防渗基层中；所述自修复杆包括若干智能驱动开关、同心的第一空心杆和第二空心杆，所述第二空心杆位于第一空心杆内部，第一空心杆和第二空心杆的两端密封，第一空心杆和第二空心杆间隔的空间内充满修复溶液，第二空心杆内部充满激发修复溶液凝固的液体，所述智能驱动开关位于第一空心杆侧壁上；
所述智能驱动开关包括第一水凝胶块、第二水凝胶块、第一弹簧、第二弹簧、连接杆、封闭塞、第一平板和第二平板，所述第一平板位于第一空心杆外侧，第二平板位于第一空心杆和第二空心杆间隔的空间内，第一平板和第一空心杆侧壁外侧之间通过平行的第一水凝胶块和第二水凝胶块连接，第二平板和第一空心杆侧壁内侧之间通过平行的第一弹簧和第二弹簧连接，第一平板、连接杆、封闭塞和第二平板依次固定连接，封闭塞可以嵌入第一空心杆侧壁上的开孔且可防止第一空心杆内的液体从开孔处流出，连接杆的横截面面积小于第一空心杆侧壁上的开孔面积且可在开孔内自由穿梭。
优选的，所述第一水凝胶块和第二水凝胶块为遇酸收缩水凝胶，例如遇酸收缩的聚氨酯水凝胶。
优选的，所述第二平板的材料为可磁化的陶瓷，可磁化陶瓷制成的第二平板可以防止酸性和碱性腐蚀；所述第二空心杆的材料为磁性橡胶，即橡胶中填充磁铁粉；这样第二平板和第二空心杆有磁致吸引力，从而在第一弹簧和第二弹簧失效的情况下仍然有使第二平板向第二空心杆移动的作用力。
优选的，所述自修复杆平行分布于防渗基层中。
优选的，所述修复溶液为硅溶胶溶液，所述硅溶胶溶液为纳米级的二氧化硅颗粒分布在碱性溶液中，当溶液转为酸性时这些纳米颗粒先逐渐凝聚成链状结构进而形成三维网状结构的凝胶从而可以封堵渗漏。
优选的，所述激发修复溶液凝固的液体为醋酸溶液且PH值在5到6之间。
优选的，用压力控制泵向自修复杆中注入修复溶液，压力控制泵与第一空心杆侧壁连接，且压力控制泵注入的修复溶液进入第一空心杆和第二空心杆间隔的空间，压力控制泵可以精准控制注入修复溶液的压力。
优选的，所述防渗基层为硅溶胶固化砂土得到，即纳米级的二氧化硅颗粒分布在碱性溶液中形成硅溶胶，将此硅溶胶、醋酸溶液和砂土搅拌在一起形成纳米凝胶和砂土复合的固体。
所述防渗基层为水平放置和/或竖直放置。
一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层的自修复防渗方法，包括下述步骤：
步骤1：自修复杆的第一空心杆和第二空心杆间隔的空间内充满修复溶液，修复溶液遇酸可以形成固态凝结，修复溶液可选为碱性硅溶胶溶液，通过压力控制泵控制第一空心杆和第二空心杆间隔的空间内修复溶液的压力，第二空心杆内部充满激发修复溶液凝固的液体，激发修复溶液凝固的液体可以选为PH值在5到6之间的醋酸溶液，第一弹簧和第二弹簧处于受压状态；
步骤2：分别对于无错动裂缝的渗漏和错动裂缝引起渗漏两种情况说明自修复防渗方法：
（1）对于无错动裂缝渗漏的自修复防渗方法：当防渗基层出现无错动裂缝渗漏时，这种情况为基层出现微小裂缝引起渗漏，同时第一空心管和第二空心管仍然完好且没有断裂，这时智能驱动开关的第一水凝胶块和第二水凝胶块接触到垃圾填埋场渗漏的酸性渗沥液，这时第一水凝胶块和第二水凝胶块遇酸收缩从而拉动第一平板向第二空心杆移动，同时第一弹簧和第二弹簧推动第二平板向第二空心杆移动，这样依次固定连接的第一平板、连接杆、封闭塞和第二平板都向第二空心杆移动，最终封闭塞离开第一空心杆侧壁上的开孔，从而让修复溶液从开孔流入防渗基层中，且修复溶液遇到酸性渗沥液时形成凝胶从而堵住渗漏；
（2）对于错动裂缝引起渗漏的自修复防渗方法：当地震引起防渗层错动裂缝时，这时第一空心杆和第二空心杆都沿错动缝断裂，第一空心杆和第二空心杆间隔空间中的修复溶液与第二空心杆中的激发修复溶液凝固的液体混合，这样修复溶液在激发修复溶液凝固的液体作用下形成凝胶从而堵住渗漏。
本发明的有益效果是克服克服现有垃圾填埋场的防渗层因有裂缝渗漏而无法自行修复堵住新填埋场渗沥液的问题，以及克服地震大变形引起防渗层错动大裂缝从而造成渗滤液污染的问题，本发明提供了一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层。
附图说明
图1为本发明的整体组装结构示意图；
图2为本发明的单个自修复杆和防渗基层示意图；
图3为本发明的自修复杆上的智能驱动开关示意图；
图4位本发明的智能驱动开关打开过程的示意图；
图5为本发明的压力控制泵与第一空心杆连接示意图；
图中1. 自修复杆，2. 防渗基层，3. 智能驱动开关，4. 第一空心杆，5. 第二空心杆，6. 修复溶液，7. 激发修复溶液凝固的液体，8. 第一水凝胶块，9. 第二水凝胶块，10.第一弹簧，11. 第二弹簧，12. 连接杆，13. 封闭塞，14. 第一平板，15. 第二平板，16. 开孔，17. 压力控制泵。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
如图1-5中一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层，包括若干个自修复杆1、防渗基层2；所述自修复杆1分布在防渗基层2中；所述自修复杆1包括若干智能驱动开关3、同心的第一空心杆4和第二空心杆5，所述第二空心杆5位于第一空心杆4内部，第一空心杆4和第二空心杆5的两端密封，第一空心杆4和第二空心杆5间隔的空间内充满修复溶液6，修复溶液6可选为碱性硅溶胶，第二空心杆5内部充满激发修复溶液凝固的液体7，激发修复溶液凝固的液体7可选为PH值为5至6之间的醋酸溶液，所述智能驱动开关3位于第一空心杆4侧壁上；
所述智能驱动开关3包括第一水凝胶块8、第二水凝胶块9、第一弹簧10、第二弹簧11、连接杆12、封闭塞13、第一平板14和第二平板15，所述第一平板14位于第一空心杆4外侧，第二平板15位于第一空心杆4和第二空心杆5间隔的空间内，第一平板14和第一空心杆4侧壁外侧之间通过平行的第一水凝胶块8和第二水凝胶块9连接，第二平板15和第一空心杆4侧壁内侧之间通过平行的第一弹簧10和第二弹簧22连接，第一平板14、连接杆12、封闭塞13和第二平板15依次固定连接，封闭塞13可以嵌入第一空心杆4侧壁上的开孔16且可防止第一空心杆4内的液体从开孔16处流出，连接杆12的横截面面积小于第一空心杆4侧壁上的开孔16面积且可在开孔16内自由穿梭；
所述第一水凝胶块8和第二水凝胶块9为遇酸收缩水凝胶，例如第一水凝胶块8和第二水凝胶块9可选为遇酸收缩的聚氨酯水凝胶；
所述自修复杆1平行分布于防渗基层中；
如图5所示用压力控制泵17向自修复杆1中注入修复溶液6，压力控制泵17与第一空心杆4侧壁连接，且压力控制泵17注入的修复溶液6进入第一空心杆4和第二空心杆5间隔的空间，压力控制泵17可以精准控制注入修复溶液6的压力；
所述防渗基层2为硅溶胶固化砂土得到，即纳米级的二氧化硅颗粒分布在碱性溶液中形成硅溶胶，将此硅溶胶、醋酸溶液和砂土搅拌在一起形成纳米凝胶和砂土复合的固体。
所述防渗基层为水平放置和/或竖直放置。
本发明一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层的自修复防渗方法，包括下述步骤：
步骤1：如图5所示自修复杆1的第一空心杆4和第二空心杆5间隔的空间内充满修复溶液6，修复溶液6遇到酸性渗沥液可变为固体凝胶，通过压力控制泵1控制第一空心杆4和第二空心杆5间隔的空间内修复溶液6的压力，第二空心杆5内部充满激发修复溶液凝固的液体7；
步骤2：分别对于小裂缝引起的渗漏和错动大裂缝两种情况说明自修复防渗方法：
（1）对于小裂缝引起渗漏的自修复防渗方法：当防渗基层2出现小裂缝时，同时第一空心管4和第二空心管5仍然完好且没有断裂，这时智能驱动开关3的第一水凝胶块8和第二水凝胶块9接触到垃圾填埋场渗漏的酸性渗沥液，如图4(a)至图4(b)的变化所示这时第一水凝胶块8和第二水凝胶块9遇酸收缩从而拉动第一平板14向第二空心杆5移动，同时第一弹簧10和第二弹簧11推动第二平板15向第二空心杆5移动，这样依次固定连接的第一平板14、连接杆12、封闭塞13和第二平板15都向第二空心杆5移动，最终封闭塞13离开第一空心杆4侧壁上的开孔16，从而让修复溶液6从开孔16流入防渗基层2中，且修复溶液6遇到酸性渗沥液时形成凝胶从而堵住渗漏；
（2）对于错动大裂缝的自修复防渗方法：当地震引起防渗层错动大裂缝，这时第一空心杆4和第二空心杆5都沿错动大裂缝断裂，第一空心杆4和第二空心杆5间隔空间中的修复溶液6与第二空心杆5中的激发修复溶液凝固的液体7混合，这样修复溶液6在激发修复溶液凝固的液体7作用下形成凝胶从而堵住渗漏。
Claims (8)
1.一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层，其特征在于：其包括若干个自修复杆、防渗基层；所述自修复杆分布在防渗基层中；所述自修复杆包括若干智能驱动开关、同心的第一空心杆和第二空心杆，所述第二空心杆位于第一空心杆内部，第一空心杆和第二空心杆的两端密封，第一空心杆和第二空心杆间隔的空间内充满修复溶液，第二空心杆内部充满激发修复溶液凝固的液体，所述智能驱动开关位于第一空心杆侧壁上；
所述智能驱动开关包括第一水凝胶块、第二水凝胶块、第一弹簧、第二弹簧、连接杆、封闭塞、第一平板和第二平板，所述第一平板位于第一空心杆外侧，第二平板位于第一空心杆和第二空心杆间隔的空间内，第一平板和第一空心杆侧壁外侧之间通过平行的第一水凝胶块和第二水凝胶块连接，所述第一水凝胶块和第二水凝胶块为遇酸收缩水凝胶，第二平板和第一空心杆侧壁内侧之间通过平行的第一弹簧和第二弹簧连接，第一平板、连接杆、封闭塞和第二平板依次固定连接，封闭塞可以嵌入第一空心杆侧壁上的开孔且可防止第一空心杆内的液体从开孔处流出，连接杆的横截面面积小于第一空心杆侧壁上的开孔面积且可在开孔内自由穿梭。
2.根据权利要求1所述的一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层，其特征在于：所述自修复杆平行分布于防渗基层中。
3.根据权利要求1所述的一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层，其特征在于：所述修复溶液为碱性硅溶胶溶液。
4.根据权利要求1所述的一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层，其特征在于：所述激发修复溶液凝固的液体为醋酸溶液且PH值在5到6之间。
5.根据权利要求1所述的一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层，其特征在于：用压力控制泵向自修复杆中注入修复溶液，压力控制泵与第一空心杆侧壁连接，且压力控制泵注入的修复溶液进入第一空心杆和第二空心杆间隔的空间。
6.根据权利要求1所述的一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层，其特征在于：所述防渗基层为硅溶胶固化砂土得到，即纳米级的二氧化硅颗粒分布在碱性溶液中形成硅溶胶，将此硅溶胶、醋酸溶液和砂土搅拌在一起形成纳米凝胶和砂土复合的固体。
7.根据权利要求1所述的一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层，其特征在于：所述防渗基层为水平放置和/或竖直放置。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种智能驱动自修复的垃圾填埋场防渗层的自修复防渗方法，其特征在于：其包括下述步骤：
步骤1：自修复杆的第一空心杆和第二空心杆间隔的空间内充满修复溶液，修复溶液遇酸形成凝胶，通过压力控制泵控制第一空心杆和第二空心杆间隔的空间内修复溶液的压力，第二空心杆内部充满激发修复溶液凝固的液体；
步骤2：分别对于无错动裂缝的渗漏和错动裂缝引起渗漏两种情况说明自修复防渗方法：
（1）对于无错动裂缝渗漏的自修复防渗方法：当防渗基层出现无错动裂缝渗漏时，这种情况为基层出现微小裂缝引起渗漏，同时第一空心管和第二空心管仍然完好且没有断裂，这时智能驱动开关的第一水凝胶块和第二水凝胶块接触到垃圾填埋场渗漏的酸性渗沥液，这时第一水凝胶块和第二水凝胶块遇酸收缩从而拉动第一平板向第二空心杆移动，同时第一弹簧和第二弹簧推动第二平板向第二空心杆移动，这样依次固定连接的第一平板、连接杆、封闭塞和第二平板都向第二空心杆移动，最终封闭塞离开第一空心杆侧壁上的开孔，从而让修复溶液从开孔流入防渗基层中，且修复溶液遇到酸性渗沥液时形成凝胶从而堵住渗漏；
（2）对于错动裂缝引起渗漏的自修复防渗方法：当地震引起防渗层错动裂缝时，这时第一空心杆和第二空心杆都沿错动裂缝断裂，第一空心杆和第二空心杆间隔空间中的修复溶液与第二空心杆中的激发修复溶液凝固的液体混合，这样修复溶液在激发修复溶液凝固的液体作用下形成凝胶从而堵住渗漏。
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