濕地工程防滲系統(tǒng)技術(shù)研究

胡宏兵，楊志龍

（甘肅第二建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730050）

為深入貫徹黨的重要指示，將中央政府所頒布的《關(guān)于推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的意見》的文件落到實(shí)處，將全方位推動(dòng)國(guó)家生態(tài)安全屏障綜合試驗(yàn)區(qū)發(fā)展作為主導(dǎo)，將水環(huán)境質(zhì)保與提升作為中心，將經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式調(diào)整與低碳建設(shè)作為目標(biāo)，將水資源節(jié)省與有效保護(hù)作為基礎(chǔ)，將源頭管控作為關(guān)鍵，將執(zhí)法、科學(xué)技術(shù)、機(jī)制變革作為途徑，分環(huán)節(jié)、分地區(qū)、分流域增大鄉(xiāng)村、城市、工業(yè)等重要領(lǐng)域的治污力度，構(gòu)成政府主導(dǎo)、企業(yè)治理、市場(chǎng)推進(jìn)、群眾參與的新型防污體系，積極打造風(fēng)景優(yōu)美、群眾團(tuán)結(jié)、社會(huì)安定、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的幸福生活。為加大水污染防治力度，全面保持和改善水環(huán)境質(zhì)量，各地政府均在水污染防治工作方面做出了重要舉措，使生態(tài)環(huán)境質(zhì)量全面改善，生態(tài)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)良性循環(huán)。

1 人工濕地應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)

1.1 面源污染的控制

一直以來(lái)，鄉(xiāng)村的治污工作都沒(méi)有被高度重視。依據(jù)有關(guān)資料，百分之九十五以上的生活污水和人們的排泄物在沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的情況下便被排入湖海中，導(dǎo)致水污染治理工作面臨重重困難。為此應(yīng)當(dāng)增大人工濕地污水處理系統(tǒng)的運(yùn)用力度，以避免面源污染進(jìn)一步發(fā)展。該系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：（1）前期投入少，通常人工濕度系統(tǒng)的前期建設(shè)支出僅為一般性處理方式的一半或者三分之一；（2）出水質(zhì)量平穩(wěn)，通常出水能夠符合2級(jí)排放要求，另外出水能夠用來(lái)作為養(yǎng)殖、灌溉用水；（3）材料獲取容易，人工濕度所使用的煤渣、土壤、石塊等通常能夠從所在地區(qū)獲取，植被也能夠從所造地區(qū)獲得；（4）運(yùn)行費(fèi)用少，通常狀況下人工濕地系統(tǒng)依照地形情況建設(shè)，不用使用其他動(dòng)力，管理便捷，養(yǎng)護(hù)方便[1]。

1.2 城市污水處理的經(jīng)濟(jì)型模式

當(dāng)前我國(guó)以及其他國(guó)家在處理數(shù)量多、范圍廣的生活污水時(shí)通常運(yùn)用二級(jí)生化處理技術(shù)，一般要使用大規(guī)模的充氧曝氣設(shè)施，巨大的搜集管道，為此所需資金較多。另外，在磷污染物、氮污染物處理方面水平低下，容易導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題的產(chǎn)生。運(yùn)用人工濕地能夠?qū)⑽鬯稚⑻幚?，所需設(shè)施少，無(wú)需使用大規(guī)模收集管網(wǎng)。并且其支出能夠由業(yè)主、政府、開發(fā)企業(yè)一同擔(dān)負(fù)，從某個(gè)層面而言，這讓水污染不斷加重和政府資金不足的問(wèn)題得以有效緩解。

1.3 飲用水源和景觀用水的保護(hù)

人工濕地系統(tǒng)可以有效運(yùn)用大自然中的生長(zhǎng)的濕地植被和基質(zhì)所具有的凈化性能而且能夠在治污過(guò)程中加速植被的生長(zhǎng)，擴(kuò)大綠化規(guī)模，且為野生動(dòng)物創(chuàng)造生活場(chǎng)所，有助于生態(tài)環(huán)境治理工作開展，尤其是在目前我國(guó)很多城市積極打造生態(tài)城市的背景下，使用生態(tài)型的治污系統(tǒng)有利于對(duì)飲用水進(jìn)行保護(hù)。在運(yùn)用人工濕地處理技術(shù)對(duì)綠地、城市公園用水進(jìn)行處理的基礎(chǔ)上也讓環(huán)境得以優(yōu)化，為群眾、游覽者創(chuàng)造優(yōu)良的環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的共贏[2]。

1.4 人工濕地的資源化利用

人工濕地處理分散型生活污水的核心優(yōu)點(diǎn)是可以把凈化之后的水當(dāng)作中水運(yùn)用，進(jìn)而讓當(dāng)前日益嚴(yán)峻的水資源不足的形勢(shì)得以緩解。在鄉(xiāng)村凈化之后的水能夠用來(lái)養(yǎng)殖、灌溉；在城市，能夠把處理之后的污水當(dāng)作中水使用，還能夠用來(lái)澆灌綠地，提升小區(qū)環(huán)境質(zhì)量。另外，濕地的水生植被也可以成為物質(zhì)利益的獲取途徑。左芷能夠用來(lái)編制帽子、手提包等，席草能夠用來(lái)編席等。

2 防滲的重要性

人工濕地是一項(xiàng)有效的廢水處理方式，但在實(shí)際工程中仍存在著許多制約其推廣應(yīng)用的問(wèn)題。

在地下水高度集中的區(qū)域，人工濕地極易出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。一旦出現(xiàn)滲漏，未經(jīng)過(guò)充分處理的廢水向地下滲流，不僅會(huì)對(duì)地下水造成污染，而且還會(huì)增加廢水的處理量。

由于防滲作用極為重要，現(xiàn)有的人工濕地在修建時(shí)，均要按照《人工濕地污水處理技術(shù)導(dǎo)則》中的密封防滲技術(shù)要求，在基底、邊沿做好防滲處理。

若原土層的滲透率較大，則需要在土壤中添加一定的抗?jié)B材料，減小其滲透率。當(dāng)滲透率小于60cm 時(shí)，由于土體自身可用作人工濕地的隔水層，故無(wú)需采取其它防滲措施。在施工過(guò)程中，必須對(duì)濕地底部及坡面60cm 以上的土層進(jìn)行滲透試驗(yàn)[3]。

在構(gòu)建人工濕地時(shí)，要求其防滲層具有一定的強(qiáng)度和厚度，以避免被植物根系碰到或穿透。不管使用哪種類型的防滲材料，均需要確保底部平滑、層頂全部覆蓋。

3 現(xiàn)有的防滲工藝

3.1 塑料薄膜類密封防滲

應(yīng)用塑料薄膜類密封，其厚度應(yīng)超過(guò)1.0mm，有較好的抗刺穿、抗紫外線能力，并且具備較好的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。薄膜和土工布一起，可以構(gòu)成多種防滲層。因此，薄膜兩側(cè)用土工布進(jìn)行填充。

塑料薄膜防滲材料包括高低密度聚乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯、線性低密度聚乙烯、交聯(lián)聚乙烯等；防水膜的種類有PE 膜、HDPE 膜、LDPE 膜、線型LDPE 膜，其中HDPE 膜的應(yīng)用最多。聚酯纖維是目前市面上最常見的一種，也是最常見的土工布原料。

3.2 復(fù)合土工膜

復(fù)合土工膜由長(zhǎng)絲土工布或短纖土工布與土工膜、土工膜復(fù)合而成，具有較高的摩擦系數(shù)，可以避免覆蓋層移動(dòng)，和單一的土工膜比較，增添了保護(hù)層，復(fù)合土工膜所包含的無(wú)紡布有突出的摩擦性能，這種土工膜能夠讓坡比提高從而讓所占用土地的面積降低。這種土工膜在穿刺、撕裂、頂破、抗拉等方面均有很大力學(xué)強(qiáng)度，并且其能夠承受一定程度的變形，能夠用較短的時(shí)間傳輸?shù)讐|層的應(yīng)力，應(yīng)變性能卓越。這種土工膜和土地接觸位置的空隙壓力容易散出。復(fù)合土工膜能夠保持一定的溫度，降低土地凍脹對(duì)其所產(chǎn)生的負(fù)面作用，進(jìn)而降低土體形狀變化的程度。復(fù)合土工膜使用埋入的方式施工，抗老化功能顯著，能夠讓項(xiàng)目養(yǎng)護(hù)開支大大減少[4]。

3.3 高密度聚乙烯土工膜

高密度聚乙烯土工膜，主要成分為高密度聚乙烯，含有少量的碳黑、抗老化劑、抗氧劑、紫外線吸收劑、穩(wěn)定劑等輔料。防滲技術(shù)和防滲材料具有下述特征：防滲系數(shù)高，抗拉性能強(qiáng)，具有一定彈性，同時(shí)有一定變形空間，適合收縮抑或膨脹基面使用，能夠讓基面不勻稱下沉的問(wèn)題得以解決，具有較強(qiáng)的化學(xué)穩(wěn)定性，被普遍運(yùn)用到治污、垃圾填埋等領(lǐng)域；耐腐蝕，耐瀝青、焦油等；耐低溫的同時(shí)耐高溫；抗分解、抗紫外線、抗老化，能夠裸露運(yùn)用，材料壽命長(zhǎng)達(dá)五十到七十年；可以抵抗大部分植物根系的刺穿；機(jī)械強(qiáng)度高；成本低效益較耐。

3.4 低密度聚乙烯防滲膜

目前使用最多的是線性低密度聚乙烯，其在結(jié)構(gòu)方面和普通的低密度聚乙烯有很大差異，這是由于其不具有長(zhǎng)支鏈。并且，線性低密度聚乙烯具有良好的耐環(huán)境應(yīng)力開裂、耐低溫沖擊、耐翹曲等性能，更適合于用作薄膜。最近，其常被用作垃圾填埋場(chǎng)和垃圾池的襯里。

盡管塑料膜防滲技術(shù)已經(jīng)在工程中得到了廣泛的應(yīng)用，但是其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)卻存在著很大的爭(zhēng)議。圓明園的防滲問(wèn)題，正是由防水薄膜引起。用聚乙烯類材料做阻滲層，會(huì)使原始土層與土層間的聯(lián)系被割裂，破壞原本的生態(tài)結(jié)構(gòu)，并產(chǎn)生一定的生態(tài)隱患。同時(shí)，塑料膜的降解也是一個(gè)問(wèn)題。若使用不易降解的塑料膜，將造成二次污染。

3.4.1 水泥、混凝土或合成材料隔板

水泥、混凝土等作為防滲材料，也存在著與聚乙烯膠相似的問(wèn)題，即隔離了原始土層，破壞了原始生態(tài)結(jié)構(gòu)。此外就是施工過(guò)程繁瑣，成本也很高。

3.4.2 其他無(wú)機(jī)材料和粘土

其他無(wú)機(jī)材料在人工濕地中的應(yīng)用還沒(méi)有得到廣泛的研究。在個(gè)別工程中有使用過(guò)粘土層防滲，但效果并不理想，這主要是因?yàn)檎惩恋臐B透系數(shù)很大，不能有效地進(jìn)行防滲。

4 膨潤(rùn)土及其防滲技術(shù)

4.1 膨潤(rùn)土工藝特性

1.膨脹性：膨潤(rùn)土遇水體積增大后，晶層底面間隔距離增大，鈉基膨潤(rùn)土遇水后能夠擴(kuò)大為之前的10到30倍。遇水之后，膨潤(rùn)土表層陽(yáng)離子表現(xiàn)為水合形態(tài)，遇水后飽和，形成凝膠，具有優(yōu)良的防滲功能。

2.吸附性：蒙脫石自身是型層狀架構(gòu)，內(nèi)外比表面積比較大，為此表面能突出，進(jìn)而能夠吸附有機(jī)化合物、色素、水分以及氣體。

3.陽(yáng)離子交換性能：蒙脫石晶層間存在的永久性負(fù)電荷，以靜電引力的形式將水合陽(yáng)離子吸附于其間，并保持著交換狀態(tài)。

4.粘結(jié)性：膨潤(rùn)土遇水后能夠具有較強(qiáng)的粘結(jié)性，主要是因?yàn)椋壕w表面電荷多元化、顆粒較小并且不規(guī)則、有機(jī)物吸附、膨潤(rùn)土親水等。

5.穩(wěn)定性：膨潤(rùn)土擁有強(qiáng)大的熱穩(wěn)定性，和水不會(huì)融合，對(duì)于強(qiáng)堿與強(qiáng)酸有一定微溶性能，一般情況下不會(huì)受強(qiáng)還原劑、強(qiáng)強(qiáng)化劑的影響，和有機(jī)溶劑不溶，化學(xué)穩(wěn)定性顯著。

6.可塑性：膨潤(rùn)土具有極高的可塑性。與高嶺土、伊利石相比，它的可塑性水的百分?jǐn)?shù)要高得多，變形時(shí)所需的作用力也要少得多。同時(shí)，還具有一些其它的加工性能，如：潤(rùn)滑性，濕強(qiáng)度，干燥收縮等。

4.2 膨潤(rùn)土的防滲機(jī)理

膨潤(rùn)土特殊結(jié)構(gòu)體系，是由云母狀薄片層堆壘而成的單個(gè)顆粒。水化時(shí)，水分子結(jié)構(gòu)單元的表面被吸附起來(lái)，促使臨近架構(gòu)單元間距增大。膨潤(rùn)土一般遇水24 小時(shí)后發(fā)生水化反應(yīng)，體積增大4 到5 倍，48 小時(shí)后完成反應(yīng)，擴(kuò)大到之前的10 到15 乃至30 倍，形態(tài)成為凝膠體[5]。

4.3 防滲膨潤(rùn)土在工程中的應(yīng)用

膨潤(rùn)土運(yùn)用范圍很廣，在很早之前，人們便了解到其具有去油、除臭、脫色與漂白的性質(zhì)，所以人們經(jīng)常將其稱作皂土、漂白土。其具有優(yōu)良的膨脹性粘結(jié)性，能夠運(yùn)用到防滲，油污治理、凈化等領(lǐng)域，其具有優(yōu)良的吸附性、觸變性、膨脹性與粘結(jié)性。

在膨潤(rùn)土防滲工程中，采用了一種較為成熟的防滲技術(shù)，即膨潤(rùn)土防水毯。

膨潤(rùn)土防水毯是2 層土工合成材料的空隙填充膨潤(rùn)土抑或透水性能極差的物質(zhì)，使用粘接、縫合等形成的具有防滲功能的材料，部分膨潤(rùn)土防水毯僅包含1層土工膜，上面使用水溶性粘合劑敷上一層恰當(dāng)厚度的膨潤(rùn)土。膨潤(rùn)土防水毯最上面通常是無(wú)紡?fù)凉げ?，原材料通常使用滌綸和丙綸。

非織造布使用范圍非常廣泛，對(duì)于水利工程而言，基礎(chǔ)材料需要使用純滌綸針刺無(wú)紡布。膨潤(rùn)土防水毯最下面一層通常是聚酞胺織物，也就是我們所說(shuō)的尼龍，是用途很廣的覆蓋物，有紡織物適用，無(wú)紡織物也適用。土工織物通常是聚丙烯織物，上面一層是非織造布，下面一層是有機(jī)織物，發(fā)揮增固與保護(hù)功能。

部分膨潤(rùn)土防水毯會(huì)將土工膜添加到兩層材料中間的空隙，厚度通常是7mm 到10mm，和水融合后厚度能夠擴(kuò)大至之前的4 到5 倍。生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)的膨潤(rùn)土防水毯通常寬度為4m 到6m，長(zhǎng)度為25m 到60m，以卷的方式運(yùn)輸。

4.4 膨潤(rùn)土在人工濕地防滲中的應(yīng)用

當(dāng)前，人工濕地防滲工程以聚乙烯、無(wú)紡布等為主，采用膨潤(rùn)土或膨潤(rùn)土與土壤結(jié)合使用的相對(duì)較少。目前國(guó)內(nèi)已有單一利用膨潤(rùn)土做人工濕地防滲處理的實(shí)例，也有一些項(xiàng)目使用粘土層做防滲層。

5 結(jié)語(yǔ)

總之，當(dāng)前各種防滲工藝在可靠性、工程造價(jià)以及實(shí)際應(yīng)用的便利程度等方面都存在著不同的問(wèn)題，因此，人工濕地污水處理工程的防滲工藝仍在持續(xù)的發(fā)展中。盡管仍處于研究過(guò)程中，但將膨潤(rùn)土與多種土壤復(fù)合用于人工濕地，是一種具有良好滲透特性、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的新型人工濕地技術(shù)。