纯碱蒸氨废液自然蒸发池的防渗

    赵吉祥　张守斌

    摘要：每生产1吨纯碱就产生10吨的蒸氨废液，利用柴达木盆地蒸发量大的气候特点，用自然蒸发池蒸发析出蒸氨废液中的氯化钠和氯化钙，这样既利于环保又有利于经济。自然蒸发池防渗效果是蒸发过程的关键，越来越多的防渗实践证明，卷材防渗是蒸氨废液蒸发池工程理想的防渗方式。确保卷材防渗效果的关键之一是根据工程特性优选防渗卷材以及正确的施工方法。

    关键词：蒸氨废液；自然蒸发池；防渗卷材料；优选；施工

    1 引言

    我国是纯碱生产大国，年产量居世界第三，其中近60%为氨碱法所生产。而氨碱法每生产1吨纯碱约排放废液量达10米3 。其主要成分为氯化钙和氯化钠，pH值为l0～12.5。若不加利用，不仅将造成资源浪费，更严重的是污染环境。尤其是内地碱厂，偿试强制蒸发析出氯化钙和氯化钠，但耗能高都失败了，随着我国环保力度的加大，我国提出了“东碱西移”的政策。柴达木盆地有丰富的氯化钠、石灰石和煤炭资源，地域辽阔，发展纯碱得天独厚，特别是蒸发量大的气候条件，可以解决蒸氨废液综合利用工程瓶颈问题。青海省在制定柴达木循环经济发展中，纯碱生产是主要内容之一，到2015年柴达木盆地年产纯碱量达到600万吨，产量位居全国第一，与此同时，每年有6000万米3蒸氨废液产生，其中得到氯化钙约600万吨，氯化钠约300万t，将蒸氨废液中氯化钙、氯化钠回收利用，不但可以减少对环境的污染，还可以获得一定的经济效益。利用柴达木盆地蒸发量特别大的气候条件（柴达木盆地年平均蒸发量为3529.32mm/a，年平均降水量为23.17mm/a），采用自然蒸发池蒸发析出氯化钠和氯化钙。自然蒸发池防渗效果是蒸发过程的关键，越来越多的防渗实践证明，卷材防渗是蒸氨废液蒸发池工程理想的防渗方式，它们的有效防渗不仅是为了减少渗漏危害，提高经济效益和资源利用率，而且涉及工程的稳定性和环境保护等问题。因此，自然蒸发池的防渗十分重要。甚至成为整个项目能否实施、有无经济效益的关键。越来越多的工程防渗实践证明卷材防渗具有防渗效果好、施工简便、造价较低、使用寿命长等优点，是自然蒸发池防渗的有效途径。确保卷材防渗效果和降低防渗投资关键之一就是如何根据自然蒸发池的特殊性优选防渗卷材。卷材防渗在自然蒸发池工程中的应用尚处于起步阶段，如何优选防渗卷材和正确的施工方法值得研究和探讨。

    2 防滲卷材的选择

    2.1 防渗卷材现状及分类

    国外防渗卷材的应用已有70年的历史，而国内只有30年，但发展速度迅猛。目前国内有几百个厂家生产几十个品种的防渗卷材。各品种防渗卷材之间存在较大的性能差异和价格差异。常用的仅按卷材主要组份分类已不能完全体现它们之间的差异。为了便于选择，我们可对防渗卷材进行下列分类：(1)按卷材主要组份可分为塑料类、合成橡胶类、塑料橡胶混合类、沥青类和树脂类等。(2)按卷材结构可分为复合(加筋)型与单(不加筋)型。筋材多为土工织物．包括机织有纺型和无纺型。加筋位置有在卷材内部、单表面和双表面三种。加筋在卷材内部可提高卷材强度。加筋在卷材表面除提高卷材强度，还可起保护、排水、增大摩擦系数等综合作用。(3)按卷材幅宽可分为窄幅(1m左右)和宽幅(2m 及以上)。按卷材厚度可分为0.2～2.5mm多级(4)按卷材表面状况可分为光面、花纹和加砂型(5)按加工工艺过程可分为挤出型、压延型和加涂型。

    2.2 自然蒸发池的防渗特性

    自然蒸发池的防渗工程，与水利、建筑等其它防渗工程相比，具有下列特殊性：(I)防渗对象为蒸氨废液。蒸氨废液的渗透会引起周围环境的污染和破坏。因此防渗要求高(渗透率≤1．0×109m/s)；另一方面蒸氨废液具有严重的腐蚀性，要求防渗材质具有强抗腐能力；(2)柴达木盆地地一般气候环境特殊，如高温时高、低温时低、温差大、紫外线幅射强度大等，要求防渗材质具有良好的温度性能(耐高温、抗冻和抗冻融)和抗老化性能。(3)在堆浸场、蒸发池等工程中，工程机械设备要在防渗层上进行铲装运作业，防渗卷材及其保护层必须具有足够的强度和适应变形能力。(4)蒸发池的堤坝边坡坡度较大，且防渗卷村采用空铺，并加盖土、盐等保护层，因此要求防渗材料具有较大的摩擦系数或抗剪强度，以确边坡的稳定。(5)蒸发池的防渗面积大，防渗投资在工程总投资中所占比例高，因此，要求防渗工程造价低和施工简便速度快，以降低工程投资、缩短建设周期和提高工程经济效益。

    2.3 盐湖开采工程防渗卷材的选择

    2.3.1 基本要求

    根据蒸氨废液的特殊性，选择防渗卷材的基本要求为：(1)具有优良的防渗性能。卷材及其接缝的渗透率均应≤渗透率1．0×109m/s；(2)满足柴达木盆地的特殊气候环境要求，具有良好的抗冻、抗腐及抗老化性能；(3)应有足够的强度和稳定性，不易破损与失稳；(4)价格较低，以降低工程投资；(5)施工简单、快捷．以缩短建设周期；(6)应耐久性好，使用寿命长(服务年限≥0～30a)。根据上述基本要求，主要从材质、结构、规格等方面来选择卷材。

    2.3.2 材质的选择

    沥青及改性沥青类最低温抗冻性能达到-10℃ ～-20℃ 、抗老化性较差，一般不适宜蒸发池的防渗；橡胶类卷材具有良好的性能，但其价格偏高，规格较单一(目前没有宽幅和复合型)，大面积的应用也受到限制；树脂类要(在现场)进行涂刷施工，要求有较坚实的基础，且施工速度慢，施工质量也难以保证，不宜用于蒸发池的大面积防渗；塑料类卷材具有性能良好，价格低廉，规格齐全等优势，是蒸发池防渗主要选用的材料。塑料类卷材目前主要生产品种有聚氯乙烯(PVC)和聚乙烯(PE)。聚氯乙烯(P型)与聚乙烯许多性能相近。它们之间主要的差别体现在：聚乙烯比聚氯乙烯比重轻、单价低、耐老化和耐低温；但聚乙烯没有聚氯乙烯柔软，与土、砂等摩擦系数小，不利于斜坡稳定，聚氯乙烯按其主要组份不同叉分为P型和S型。S型虽然价格较低，但力学性能和温度性能较差，尤其是抗低温只能达一10℃～一15℃，且幅宽多为lm，因此不宜在蒸发池防渗工程中使用；卷材中的无纺布层主要起增强及增加尺寸稳定性的作用，目前国产无纺布主要有聚丙烯、聚酯、玻璃纤维无纺布等，其中聚酯无纺布具有强度高、耐老化性能好、尺寸稳定性好等优点， 所以选用聚酯无纺布。

    2.3.3结构的选择

    聚乙烯和聚氯乙烯卷材均有带土工织物与不带土工织物两类。土工织物有许多品种 从抗老化出发，以选用聚脂型和聚丙烯脯型为宜。如工程无特殊要求，其规格可选用100～200g/nl 。有土工织物复合时虽然卷材价格一般要增加3～7元／m2，但具有许多优越性：(1)对防渗卷材(膜)起加筋作用．机械强度高；(2)对防渗膜起保护作用，防止施工及生产时砾石等尖锐物对其刺破和人、机构对其损坏；(3)可起排水排气作用，加速卷材下面的软土排水固结，防止卷材被水和气抬起失稳，增大摩擦系数，有利于边坡稳定；(4)当防渗膜发生破损时，由于土工织物的水力阻力，能够限制大量漏水。因此，蒸发池防渗以选用土工织物复合型为宜，一般选用单面复合型(即一布一膜)。综上所述，根据我们对全国几十个卷材生产厂家的资料对比分析和在许多工程的实践证明。蒸发池防渗以选用宽幅聚乙烯或聚氯乙烯土工织物复合防渗卷材为宜。

    3施工方法

    3.1堤坡整治原则

    根据整治原则，首先将堤坡整形，然后按拟定的防渗结构铺设复合土工膜。选定适合的复合土工膜及膜厚。然后进行稳定复核。由于复合土工膜与土石介质间的摩擦系数及土石介质间的摩擦系数将影响防渗体的稳定，必须复核复合土工膜与堤坡、复合土工膜与保护层的抗滑稳定性。

    3.2复合土工膜的焊接

    先用长100cm，宽20cm的复合土工膜料进行试焊，目测缝合格后方可正式施焊，并把目测合格的试焊样品进行拉伸强度检测。采用符合复合土工膜形式的相应焊法，搭接缝采用专用焊缝机焊接合格，焊缝搭接宽约lOcm。

    3.3复合土工膜的施工要点

    复合土工膜铺设应力求平顺，松紧适度，不得绷拉过紧；复合土工膜应与土面密贴，不留空隙。相邻复合土工膜块拼接可用搭接或缝接。搭接宽度可取30cm。回填时，不得破坏复合土工膜，不得使用重型机械或振动压实。

    3.4施工现场的整治

    堤坡及池底的清理、平整场地，清除一切尖角杂物，欠方回填夯实、富坡削坡挖平后，方能为复合土工膜铺设提供工作面，在施工面上喷适当的水份，消除未除去的尖角杂物。

    3.5土工膜场内拼接

    为了施工方便，保证拼接质量，复合土工膜应尽量采用宽幅，减少现场拼接量，聚氯乙烯卷材幅宽有lm、2m 和4m。聚乙烯卷材幅宽较大，可达8～10m，但有土工织物复合的目前最大幅宽为4米。随着幅宽增大卷材搭接次数减少，相应施工材料消耗和施工费用降低，施工进度加快；卷材搭接处是卷材整体防渗的薄弱环节，减少搭接次数相应提高了卷材的整体防渗效果。因此卷材幅面越宽对防渗越有利。防渗卷材(膜)的厚度一般为0.2～2.5mm。由于蒸发池防渗承受水压较小，从降低工程造价考虑，卷材厚度不必太厚。一般防渗卷材厚度(膜厚)可选0．4～1．Omm。施工前应根据复合土工膜幅宽、现场长度需要，卷在钢管上，人工搬运到工作面铺设。

    3.6注意事项

    复合土工膜的铺设技术要求铺设应在干燥和暖天气进行，为了便于拼接，防止应力集中，复合土工膜铺设采用波浪形松驰方式，富余度约为1.5%，摊开后及时拉平，拉开，要求复合土工膜与坡面吻合平整，无突起褶皱，施工人员应穿平底布鞋或软胶鞋，严禁穿钉鞋，以免踩坏土工膜，施工时如发现土工膜损坏，应及时修补。复合土工膜的膜面朝上，并加盖土、盐等保护层，保护层的厚度为30cm。

    3.7焊接

    3.7.1焊接采用热熔焊法施工，拼接包括土工布的缝接、土工膜的焊接，为了确保焊接质量，焊接应尽量在厂内进行，但为了施工方便，复合土工膜幅宽又不应太宽，必须在施工现场拼接。

    3.7.2焊接工艺：第一幅土工膜铺好后，将需焊接的边翻叠(约60cm宽)，第二幅反向铺在第一幅膜上，调整两幅膜焊接边缘走向，使之搭接10cm。

    3.7.3焊接前用电吹风吹去膜面上的砂子、泥土等脏物，保证膜面干净，在焊接部分的底下垫一条长木板，以便焊机在平整的基面上行走，保证焊接质量，正式焊接前，根据施工气温进行试焊，确定行走速度和施焊温度，一般掌握行走速度1.5-2.5m/s，施焊温度为220～240℃。拼接焊缝两条，每条宽10mm，两条焊缝问留有10mm的空腔，用此空腔检查其焊缝质量。

    3.8土工膜防渗检测

    可以通过肉眼检查熔焊效果，同时，由于蒸发池中承水压比较小,也可以直接在土工膜上喷水观察膜下渗漏水状况。

    参考文献

    [1]王惠忠等，化学建材，中国建材工业出版社，1995．

    [2] 土工合成材料工程應用手册，中国建筑工业出版社，1994．

    [3] 童阳春等，化工矿山技术，1998．