ژئوممبرین چیست؟
ژئوممبرین دقیقا چیست و چرا مفید هستند؟
موانع ژئوسنتتیک پلیمری (به طور محاوره ای "ژئوممبرین") طبق تعریف عبارتند از: ساختارهای مونتاژ شده در کارخانه از مواد مصنوعی کم نفوذپذیری به شکل یک ورق که به عنوان مانعی برای کنترل یا کاهش مهاجرت سیال یا گاز به محیط عمل می کند. آنها اغلب در محل های دفن زباله، حوضچه ها، نگهداری زباله زغال سنگ و سایر کاربردها برای ایجاد مانعی بین خاک و آلاینده های احتمالی استفاده می شوند ( 1 ، 2 ).
ژئوممبرین ها به دلیل دوام، انعطاف پذیری و مقاومت در برابر مواد شیمیایی و تغییرات دما شناخته شده اند که آنها را برای بسیاری از محیط ها ایده آل می کند. ژئوممبرین ها با توانایی جلوگیری از آلودگی خاک و آب های زیرزمینی و ایجاد سدی در برابر بخارات مضر، نقش اساسی در حفاظت از محیط زیست و سلامت انسان ایفا می کنند.
در این راهنما، ژئوممبرین ها، خواص، کاربردها و آینده آنها را بررسی خواهیم کرد.
مزایای ژئوممبرین چیست؟
ژئوممبرین ها معمولا از رزین های پلیمری خام مانند پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و پلی اتیلن با چگالی کم خطی (LLDPE) ساخته می شوند. آنها توسط اکستروژن به ورق هایی با عرض و ضخامت های مختلف تبدیل می شوند ( 1 ).
ژئوممبرین ها بسیاری از خواص خود را از رزین خود می گیرند. رزین های HDPE و LLDPE اغلب با افزودنی های مختلفی مانند آنتی اکسیدان ها، نرم کننده ها، پرکننده ها، کربن سیاه و روان کننده ها مخلوط می شوند تا عملکرد آنها را در شرایط مختلف تغییر دهند. به عنوان مثال، کربن سیاه به بهبود مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش (UV) کمک می کند و آنتی اکسیدان ها به بهبود توانایی مواد برای مقاومت در برابر فرآیندهای شیمیایی که در طول زمان آن را تخریب می کنند، کمک می کند ( 3-5 ).
ژئوممبرین HDPE یکی از ارزان‌ترین و پرمصرف‌ترین ژئوممبرین‌های ساخته شده از ترکیبی از رزین‌های پلی اتیلن و سایر مواد افزودنی است. آنها به دلیل استحکام بالا، هزینه کم و مقاومت شیمیایی بالا شناخته شده اند که آنها را برای استفاده در محل های دفن زباله مختلف و نگهداری مواد خطرناک مناسب می کند.
یکی از مزایای ژئوممبرین‌های HDPE قابلیت سفارشی‌سازی آنها در عین داشتن سفتی و استحکام کافی است که آنها را قادر می‌سازد تا با سطوح نامنظم مطابقت داشته باشند و یکپارچگی خود را حتی زمانی که تحت فشار یا حرکت قرار می‌گیرند حفظ کنند. به دلیل استحکام و دوام بالایی که دارند، برای کاربردهایی که نیاز به عملکرد طولانی مدت دارند، مانند ساخت سایت های مدیریت پسماند یا استخرهای باطله در صنعت معدن، مناسب هستند.
واقعیت مهم دیگر این است که HDPE "ایمن برای مواد غذایی" و بدون PFAS است و آن را به ژئوممبرین ایده آل برای انتقال آب تمیز به جوامع و مزارع تبدیل می کند . در نهایت، ژئوممبرین های HDPE به دلیل کارایی هزینه و مزایای عملیاتی اغلب نسبت به انواع دیگر توصیه می شوند ( 6 ).
ژئوممبرین ها دارای استحکام کششی، دوام و مقاومت شیمیایی بالایی هستند که آنها را به یک راه حل ایده آل برای بسیاری از کاربردهای زیست محیطی و ژئوتکنیکی تبدیل می کند. علاوه بر این، آنها سبک وزن، انعطاف پذیر و آسان برای نصب هستند که به کاهش زمان و هزینه ساخت کمک می کند.
خصوصیات عمومی ژئوممبرین .
ویژگی شرح
مقاومت شیمیایی ژئوممبرین ها در برابر اکثر مواد شیمیایی و اسیدها مقاوم هستند و برای استفاده در کاربردهای مهاری مناسب هستند.
قابلیت جوشکاری ژئوممبرین ها را می توان به راحتی به یکدیگر جوش داد، که این امکان ایجاد پوشش ها و آسترهای بزرگ و بدون درز را فراهم می کند.
مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش ژئوممبرین ها را می توان برای مقاومت در برابر اشعه ماوراء بنفش فرموله کرد که به آنها کمک می کند خواص فیزیکی و یکپارچگی خود را در طول زمان حفظ کنند.
نفوذپذیری ژئوممبرین ها بسیار نفوذناپذیر هستند که از حرکت مایعات و گازها جلوگیری می کند. این یک ویژگی حیاتی برای کاربردهایی است که در آن نگهداری مایعات، مانند محل دفن زباله، ضروری است.
ماندگاری ژئوممبرین ها قوی و بادوام هستند و می توانند وزن خاک و سایر مواد و همچنین خم شدن و سوراخ شدن مکرر را تحمل کنند.
پایداری و مقاومت حرارتی ژئوممبرین ها پایداری حرارتی بالایی دارند و برای استفاده در محیط های گرم مانند نیروگاه ها مناسب هستند. محدوده دمای عملیاتی بالای آنها همچنین به آنها اجازه می دهد تا در محیط هایی با نوسانات مکرر دمای محیط استفاده شوند.
انعطاف پذیری ژئوممبرین ها دارای انعطاف پذیری خوبی هستند که به آنها اجازه می دهد تا با خطوط زمین و سایر سطوح مطابقت داشته باشند و نصب آنها را آسان می کند. آنها همچنین به کرنش های محیطی مانند نشست دیفرانسیل به خوبی پاسخ می دهند.
سبک وزن ژئوممبرین ها وزن سبکی دارند و حمل و نقل آن ها را آسان می کند.
سهولت در تعمیر هنگامی که سوراخ یا پارگی رخ می دهد، ژئوممبرین ها را می توان به سادگی با استفاده از تکنیک های جوشکاری تعمیر کرد و زمان خرابی را به حداقل رساند و هزینه ها را کاهش داد.
دوستدار محیط زیست ژئوممبرین ها از مواد غیر سمی ساخته شده اند که آنها را دوستدار محیط زیست و برای استفاده در مناطق حساس بی خطر می کند.
ماندگاری
در حالی که ژئوممبرین با پلی اتیلن (PE) دارای آنتی اکسیدان هستند، این مواد شیمیایی در طول زمان مصرف می شوند. بنابراین، به استثنای همه عوامل دیگر، نرخ اکسیداسیون لاینر حداکثر عمر مفید ژئوممبرین را تعیین می کند. اکسیداسیون به از دست دادن الکترون ها اشاره دارد و نرخ اکسیداسیون توسط عوامل محیطی مانند دما، فشار جزئی اکسیژن و ترکیب شیمیایی محیط اطراف تعیین می شود.
دما بیشترین تأثیر را بر اکسیداسیون دارد زیرا بر حلالیت و نفوذپذیری اکسیژن تأثیر می گذارد. غلظت اکسیژن نیز حیاتی است، زیرا در اکثر واکنش های اکسیداسیون ژئوممبرین ضروری است. در نهایت، یون های فلزی مانند کبالت منگنز، مس و آهن در محیط در تماس با ژئوممبرین می توانند اکسیداسیون را تسریع کنند ( 4، 7 ).
در اصل، دوام یک ژئوممبرین نه تنها به استحکام فیزیکی ماده بلکه به تمام روش‌هایی که محصول برای کاهش نرخ اکسیداسیون ایجاد شده است، اشاره دارد. در شرایط مناسب، ژئوممبرین ها نیمه عمری بیش از 400 سال دارند ( 8 ).
مقرون به صرفه بودن و نگهداری کم
ژئوممبرین دارای مزیت اقتصادی این است که نصب نسبتاً آسان، سبک وزن برای حمل و نقل، بادوام در بسیاری از شرایط، و همه کاره بودن برای پشتیبانی از شرایط مختلف نصب و پروژه است. این در تضاد کامل با مواد سنتی مانند موانع رسی است.
برای بسته شدن محل دفن زباله و پروژه های مهار، هزینه های مستقیم و غیرمستقیم باید هنگام تهیه برآورد هزینه لاینر HDPE در نظر گرفته شود. هزینه ها شامل قیمت خرید و هزینه حمل، نصب و نگهداری لاینر می باشد. نظارت و نگهداری لاینر یکی از جنبه هایی است که اغلب نادیده گرفته می شود اما هنگام محاسبه هزینه کل لاینر در طول عمر مورد انتظار پروژه ضروری است. اطلاعات بیشتر در مورد هزینه های لاینر HDPE را اینجا بخوانید .
ژئوممبرین ها قابل جوش هستند و نگهداری آنها آسان است. با ابزار مناسب، پیاده سازی یک سیستم تشخیص نشت آسان است. ژئوممبرین ها همچنین می توانند به صورت رول های عریض تر، تا 23 فوت (7 متر) هسته تولید شوند که به طور قابل توجهی فرآیند نصب را ساده می کند.
ژئوممبرین های LLDPE مشابه ژئوممبرین های HDPE هستند اما مزایای فنی متفاوتی دارند. LLDPE نسبت به HDPE انعطاف پذیرتر است و خواص کششی و کشیدگی آن افزایش یافته است ( 6 ).
انعطاف پذیری
ژئوممبرین ها موانع انعطاف پذیری هستند که از کاربردهایی مانند دفن زباله، حوضچه های مهار و تاسیسات تصفیه فاضلاب پشتیبانی می کنند. آنها همچنین از نظر حرارتی پایدار هستند و برای استفاده در محیط های با دمای بالا مناسب هستند و خواص خود را حفظ می کنند و در دماهای پایین انعطاف پذیر می مانند. ژئوممبرین ها انعطاف پذیر، سبک و ساده برای تعمیر هستند و آنها را به گزینه ای عالی برای ضایعات تبدیل می کند . علاوه بر این، آنها از مواد غیر سمی ساخته شده اند و سازگار با محیط زیست هستند.
در نهایت، ژئوممبرین ها را می توان با سایر ژئوسنتتیک ها، مانند ژئوتکستایل ها، ژئوممبرین های رسانا، یا ژئوممبرین های بافت دار برای عملکرد بیشتر ترکیب کرد.
کاربردهای ژئوممبرین
ژئوممبرینها به دلیل تطبیق پذیری و توانایی آنها در ارائه یک راه حل مهار موثر، در بسیاری از صنایع مورد استفاده گسترده قرار گرفته اند.
پسماندهای احتراق زغال سنگ (CCR)
زغال سنگ هنوز هم منبع قابل توجهی از برق در ایالات متحده است و بیش از 20 درصد از برق این کشور را تامین می کند – در رتبه دوم پس از گاز طبیعی. سوزاندن زغال سنگ برای گرم کردن آبی که به توربین‌های بخار نیرو می‌دهد، باقیمانده‌های احتراق زغال سنگ (CCR) تولید می‌کند، یک محصول جانبی که معمولاً دفع می‌شود یا به طور مفید استفاده می‌شود . در سال 2014، حداقل 46 میلیون تن خاکستر زغال سنگ به طور مفید مورد استفاده قرار گرفت که حدود 40 درصد از کل CCR تولید شده را تشکیل می دهد. بقیه برای دفع به محل های دفن زباله یا حوضچه های تخصصی فرستاده می شود.
ژئوممبرین ها می توانند به ایجاد مناطق ذخیره سازی ایمن برای CCR کمک کنند. امروزه، با توجه به اصلاحیه مقرراتی توسط آژانس حفاظت از محیط زیست ایالات متحده (EPA) در سال 2015، فرصت های بیشتری برای استفاده مجدد از CCR وجود دارد. مراجعه کنید . به صفحه درخواست CCR برای اطلاعات بیشتر
بسته شدن دفن زباله
مهار دفن زباله یک تجارت پیچیده است. مقررات، تولید شیرابه و گاز، دماهای بالا، واکنش های شیمیایی و تخریب لاینر ملاحظاتی هستند که مهندسان باید هنگام طراحی سیستم مهار دفن زباله رعایت کنند. پیچیدگی مراقبت از بسته شدن و پس از بسته شدن را به آن اضافه کنید، روشن می شود که چرا به راه حل های جدید و بهتر نیاز است.
یکی از مهمترین مراحل در هنگام نصب یک لندفیل جدید یا سیستم پوشش نهایی، انتخاب سازنده ژئوممبرین است. سازنده همچنین باید به بهترین شیوه ها یا هنجارهای صنعتی که پس از سال ها آزمون و خطا وجود دارد، پایبند باشد. این شیوه‌ها می‌توانند موفقیت پروژه شما را تضمین کنند و بر نتیجه شما تأثیر بگذارند. ژئوممبرین ها در مدیریت پسماند به عنوان آستر در محل دفن زباله استفاده می شوند. آنها همچنین در بسته شدن محل دفن زباله برای کنترل بو و انتشار گاز استفاده می شوند. مراجعه کنید . به صفحه درخواست بسته شدن دفن زباله برای اطلاعات بیشتر
معدن و حوضچه ها
فناوری مدرن به استخراج عناصر ارزشمندی مانند لیتیوم، منیزیم و کبالت از معدن بستگی دارد. فلزات گرانبها مانند طلا، نقره و مس به همان اندازه مهم هستند. اعم از بهره برداری از حوضچه تبخیر یا سنگ معدن شسته شدن پشته، ژئوممبرین ضروری است.
ژئوممبرینها و سایر ژئوسنتتیک‌ها در بسیاری از عملیات‌های معدنی مورد استفاده قرار می‌گیرند و به‌عنوان سیستم لاینر پایه در تأسیسات ذخیره‌سازی باطله (TSF)، پدهای شسته‌شوی پشته (HLP)، حوضچه‌ها و کانال‌ها و برای HLP، TSF، و بسته‌های سنگ‌های باطله ( 9، 10) استفاده می‌شوند . ). مراجعه کنید . به صفحه اپلیکیشن ماینینگ برای اطلاعات بیشتر
مدنی
پروژه های عمرانی از ژئوممبرین، از تونل ها و سیستم های آبی گرفته تا سدها و محل های دفن زباله استفاده می کنند. ژئوممبرین ها در این پروژه ها به کنترل هزینه ها و سرعت بخشیدن به زمان نصب و محافظت از سازه های موجود یا محیط اطراف کمک می کنند. ژئوممبرین ها به دیگر محصولات ژئوسنتتیک می پیوندند تا چالش های پروژه را حل کنند.
علاوه بر این، ژئوممبرین ها در بخش ژئوتکنیک برای غلبه بر بار شکست، تغییر شکل، و مسائل جریان استفاده می شوند ( 9، 11 ). مراجعه کنید . به صفحه درخواست مدنی برای اطلاعات بیشتر
نصب و نگهداری
نصب ژئوممبرین بستگی به کاربرد دارد. هر نصب دارای مقررات و الزامات مرتبط با نصب آن خواهد بود.
نصب دفن زباله
به عنوان مثال، هنگام برنامه ریزی برای نصب یک محل دفن زباله جامد شهری جدید (MSWLF)، سه الزام مهم فدرال باید برآورده شود: نظارت بر آب های زیرزمینی، مراقبت از بسته شدن و پس از بسته شدن، و تضمین مالی. این الزامات علاوه بر مقررات ایالتی تحت قانون حفاظت و بازیابی منابع (RCRA) است. پیمایش این مقررات می تواند زمان بر باشد، اما لازم نیست پیچیده باشد. همه مقررات به یک عملکرد اساسی خلاصه می شود که باید در همه محل های دفن زباله گنجانده شود: مهار.
الزامات فدرال برای نظارت بر آب های زیرزمینی اهمیت حصول اطمینان از اینکه شیرابه های دفن زباله منابع آب زیرزمینی را آلوده نمی کنند، برجسته می کند. ژئوممبرین ها یکی از بهترین ابزارهایی هستند که مهندسان می توانند برای اطمینان از مهار دفن زباله استفاده کنند. لطفاً دستورالعمل های ما را برای اطلاعات بیشتر در مورد تاسیسات دفن زباله مرور کنید. همچنین، نظرات ما را در مورد ضخامت لاینر محل دفن زباله در نظر بگیرید.
نصب حوض
حوض ها یک نوع ساخت و ساز رایج هستند که همه چیز از نیازهای زیست محیطی گرفته تا عملکردهای تزئینی را برآورده می کنند. آنها همچنین در تصفیه آب، ذخیره سازی حرارتی و کشاورزی استفاده می شوند. یکی از مهم ترین ملاحظات در طراحی حوضچه، اطمینان از مهار با افزودن یک ژئوممبرین است.
از آنجایی که شرایط محل استخر می تواند به طور قابل توجهی متفاوت باشد، آماده سازی محل اولین قدمی است که باید هنگام نصب ژئوممبرین برداشته شود. آماده سازی سایت شامل اطمینان از عدم مواجهه با سیل یا فشار بالای آب زیرزمینی در صورت امکان است. کف حوض نیز باید بالای سطح آب باشد. علاوه بر این، شرایط خاک باید برای پیش بینی تجمع گاز و تعیین اینکه آیا یک سیستم تهویه باید نصب شود، بررسی شود.
هنگامی که محل مناسب برای ساخت حوض در نظر گرفته شد، منطقه باید پاکسازی و تسطیح شود. یک مرحله ضروری، حذف سنگ های تیز و سایر اشیاء، مانند پوشش گیاهی و کلش، از بستر است. هدف اطمینان از تماس صمیمی بین ژئوممبرین HDPE و بستر است که به بهبود عملکرد بلندمدت آستر حوض کمک می کند. بیشتر بخوانید . درباره نصب آستر حوضچه HDPE
چالش ها
ژئوممبرین ها مصالح ساختمانی در فضای باز هستند که به عنوان پوششی در برابر نفوذ عناصر نامطلوب استفاده می شوند. اما حتی این ماده مصنوعی نیز در طول چرخه روز و شب دچار انبساط و انقباض قابل توجهی می شود. به همین دلیل، بحث‌های زیادی پیرامون امواج متمایزی است که در سراسر صفحه یک لاینر ژئوممبرین گذاشته شده به دلیل انبساط حرارتی رخ می‌دهند.
EPA فقط کارایی لاینرهای کامپوزیت را در " تماس مستقیم و یکنواخت " با خاک فشرده زیرین تشخیص می دهد. راه های مختلفی برای مقابله با انبساط حرارتی و دستیابی به تماس صمیمی وجود دارد. برخی از استراتژی ها با انبساط حرارتی سازگار هستند، در حالی که برخی دیگر به طور کلی از آن اجتناب می کنند.
یکی از رایج ترین استراتژی های تطبیقی ??فشار دادن، انباشته کردن، برش و درز زدن است. با این روش، بالابر خاک پس انداز با استفاده از بولدوزر به جلو رانده می شود. ارتفاع موج با رانده شدن موج افزایش می یابد. در نهایت، موج این لایه ها به قدری بزرگ می شود که فرآیند پس پر کردن نمی تواند ادامه یابد. در این مرحله، امواج در امتداد تاج خود بریده می شوند. سپس مواد اضافی با استفاده از جوشکاری فیله اکستروژن روی آن تا می شود و درز می گیرد ( 12 ).
تکنیک های دیگر شامل استفاده از یک ورق صاف بین برم های ثابت می شود. جایگزینی پوشش های ژئوممبرین سیاه با پوشش سفید بازتابنده؛ استفاده از چادر موقت در محل قرارگیری؛ و کار با طبیعت ( ??1 2 ). سه گزینه آخر نمونه هایی از استراتژی هایی برای جلوگیری از انبساط حرارتی هستند. بیشتر بدانید.
آینده ژئوممبرین
ژئوممبرین ها به طور مداوم در حال تکامل هستند، از پیشرفت های طراحی جدید تا بهبود کنترل کیفیت ساخت و ساز. یک مثال است ® یک فیلم رهاسازی ژئوسنتتیک یکپارچه که با محافظت از لبه‌های جوش ژئوممبرین در برابر قرار گرفتن در معرض شرایط مزرعه، خطر تجمع ذرات را کاهش می‌دهد.
اثرات منفی گرد و غبار و زباله بر روی درزهای ژئوممبرین به خوبی درک شده است. هنگامی که ذرات ریز در مناطق درز ژئوممبرین در حین ذخیره سازی در محل در حین استقرار ایجاد می شوند، لازم است قبل از جوشکاری منطقه از آلاینده ها تمیز شود. کاهش آلودگی در کاربردهایی که شامل غلظت‌های بالاتر ذرات ریز می‌شود، مانند باقیمانده‌های خاکستر زغال سنگ برای خاک‌های زیربنایی ریز، چالش برانگیز است. ، یک فیلم رهاسازی ژئوسنتتیک یکپارچه، خطر تجمع ذرات را با محافظت از لبه‌های جوش ژئوممبرین از قرار گرفتن در معرض شرایط مزرعه کاهش می‌دهد. نوار محافظ مستقیماً قبل از درز برداشته می شود و هیچ اثری باقی نمی گذارد، فقط یک ژئوممبرین تمیز است.
خلاصه
ژئوممبرین ها سدهای مصنوعی و ضد آب هستند که برای کنترل مهاجرت سیال یا گاز در محیط استفاده می شوند و معمولاً از رزین های پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE) و پلی اتیلن با چگالی کم (LLDPE) ساخته می شوند.
آنها معمولاً در کاربردهای زیست محیطی مانند مهار زباله های خطرناک، جداسازی خاک و آب های زیرزمینی آلوده، حفاظت از منابع آب و تقویت در دیوارهای حائل، شیب ها و خاکریزها استفاده می شوند.
ژئوممبرین ها دارای استحکام کششی، دوام و مقاومت شیمیایی بالایی هستند که آنها را به یک راه حل ایده آل برای بسیاری از کاربردهای زیست محیطی و ژئوتکنیکی تبدیل می کند. علاوه بر این، آنها سبک وزن، انعطاف پذیر و آسان برای نصب هستند که به کاهش زمان و هزینه ساخت کمک می کند.
دوام ژئوممبرین ها نه تنها به استحکام فیزیکی مواد بلکه به سرعت اکسیداسیون نیز اشاره دارد که تحت تأثیر دما، غلظت اکسیژن و ترکیب شیمیایی محیط اطراف است.
ژئوممبرین ها در مقایسه با مواد سنتی مانند موانع رسی مقرون به صرفه و کم نگهداری هستند و می توان آنها را جوش داد و به راحتی با ابزار مناسب نگهداری کرد.
//////////////////////////////////////
