木質(zhì)素在防滲材料中的應(yīng)用前景

摘要：衛(wèi)生填埋是我國目前處理固體廢棄物的主要方式之一，垃圾填埋時會產(chǎn)生大量垃圾滲濾液及填埋氣體。垃圾滲濾液不作處理使其直接進入環(huán)境，將會嚴重污染地下水及土壤；垃圾堆放時產(chǎn)生的惡臭氣體嚴重影響場地周邊的空氣質(zhì)量。提高垃圾填埋防滲技術(shù)，加強對防滲材料的研究具有重要的現(xiàn)實意義。本文對現(xiàn)有垃圾填埋場防滲材料作了簡要介紹及總結(jié)。同時，本文介紹了木質(zhì)素的基本特征及應(yīng)用，對木質(zhì)素在垃圾填埋場防滲材料中的應(yīng)用前景作了簡要分析。

關(guān)鍵詞：木質(zhì)素；防滲材料；應(yīng)用前景

1.概述

中國是人口大國，每天都會產(chǎn)生大量生活垃圾及工業(yè)垃圾。衛(wèi)生填埋是我國目前處理固體廢棄物的主要方式之一。衛(wèi)生填埋法是利用工程手段，采取有效技術(shù)措施，防止?jié)B濾液及有害氣體對水體、大氣和土壤的污染，使整個填埋作業(yè)及廢物穩(wěn)定過程對公共衛(wèi)生安全及環(huán)境均無危害的一種土地處置廢物方法。

垃圾填埋時會產(chǎn)生大量垃圾滲濾液及填埋氣體。垃圾滲濾液總有機碳濃度很高，如果對垃圾滲濾液不作處理使其直接進入環(huán)境，將會嚴重污染地下水及土壤；垃圾堆放時產(chǎn)生的惡臭氣體嚴重影響場地周邊的空氣質(zhì)量。故而垃圾填埋場防滲是現(xiàn)代填埋場區(qū)別于簡易填埋場和堆放場的重要標志之一。

提高垃圾填埋防滲技術(shù)，加強對防滲材料的研究具有重要的現(xiàn)實意義。就目前而言，我國在這方面的技術(shù)落后于許多國家，更需要加強對垃圾填埋防滲技術(shù)的不斷地研究和探索。本文對現(xiàn)有的垃圾填埋場防滲材料作一些簡要介紹，并且對木質(zhì)素在防滲材料中的應(yīng)用前景作一些說明。

2.現(xiàn)有防滲材料的分類及要求

現(xiàn)有垃圾填埋場防滲材料可以分為三類：天然防滲材料、人工合成防滲材料及復合防滲材料。大量資料表面，絕大多數(shù)國家和地區(qū)對填埋場襯里材料的防滲性能要求基本一致。我國批準頒布的《城市生活垃圾衛(wèi)生填埋技術(shù)規(guī)范》（CJJ 17-2004）中規(guī)定，天然黏土類防滲襯里，其場底及四壁襯里厚度要大于2m，滲透系數(shù)小于1×10-7cm/s；改良土襯里的防滲性能應(yīng)達到黏土類防滲性能。

2.1天然防滲材料

天然防滲材料主要有黏土、亞黏土、膨潤土等。因其滲透性第且較為經(jīng)濟，過去曾被視為填埋場唯一可供選擇的防滲材料，目前仍為一些國家或地區(qū)所廣泛采用。在天然防滲材料中，黏土使用最多，可分為天然黏土襯里和人工壓實襯里。但是滲濾液中部分有機物會使黏土在吸附過程中產(chǎn)生絮凝和收縮，出現(xiàn)裂縫，吸附有機污染物的能力迅速下降，從而使?jié)B透系數(shù)急劇增加。因此，通過人工添加物質(zhì)對天然黏土層進行改性，可提高天然防滲材料的防滲能力。主要改性填料有膨潤土、石灰、粉煤灰、沸石等具有吸濕膨脹性的材料，使黏土層滲透系數(shù)降低并具有自我修復能力。

2.2人工合成防滲材料

（1） 土工膜防滲材料

土工膜是由透水很低的聚合物、瀝青和合成纖維等制成。另外，還加有一定的填充料、外加劑、抗老化劑、抗菌劑以及各種穩(wěn)定劑等。土工膜防滲材料有乙丙橡膠（EPDM）、高密度聚乙烯（HDPE）等。其中高密度聚乙烯（HDPE）因其耐化學腐蝕能力強，制造工藝成熟，易于現(xiàn)場焊接，工程施工經(jīng)驗比較成熟，因而被廣泛采用于填埋場的水平防滲中。

（2） 灌漿有機材料

灌漿有機材料早期采用硅酸鈉和丙烯酰胺凝膠，近年來，使用了比硅酸鈉和丙烯酰胺凝膠性能更好的膠態(tài)硅、氫氧化鐵、褐煤蠟等材料。這些材料具有比水小的粘滯性，在大范圍內(nèi)能長期保持穩(wěn)定。

2.3復合防滲材料

土工合成材料膨潤土墊（GCL）是高科技綠色復合防水材料，是由兩層土工合成材料之間加封優(yōu)質(zhì)納基膨潤土粒，并通過特殊針刺方法制成。上下兩層的土工織物主要起加固和保護作用，中間的納基膨潤土是由天然的粘土礦無機材料加工而成，具有高膨脹性和高吸水能力，濕潤時透水性能低，主要起防滲的作用。

3.木質(zhì)素的基本簡介及應(yīng)用

3.1木質(zhì)素的基本簡介

木質(zhì)素是由聚合的芳香醇構(gòu)成的一類物質(zhì)，存在于木質(zhì)組織中，主要作用是通過形成交織網(wǎng)來硬化細胞壁。木質(zhì)素主要位于纖維素纖維之間， 起抗壓作用。在木本植物中，木質(zhì)素占25%，是世界上第二位最豐富的有機物（纖維素是第一位）。

3.2木質(zhì)素的主要特性

木質(zhì)素是在酸作用下難以水解的相對分子質(zhì)量較高的物質(zhì)，主要存在于木質(zhì)化植物的細胞中，強化植物組織。其化學結(jié)構(gòu)是苯丙烷類結(jié)構(gòu)單元組成的復雜化合物，共有三種基本結(jié)構(gòu)（非縮合型結(jié)構(gòu)），即愈創(chuàng)木基結(jié)構(gòu)、紫丁香基結(jié)構(gòu)和對羥苯基結(jié)構(gòu)。木質(zhì)素成本較低，木質(zhì)素及其衍生物具有多種功能性，可作為分散劑、吸附劑/解吸劑、石油回收助劑、瀝青乳化劑等。

3.3木質(zhì)素在混凝土方面的應(yīng)用

3.3.1混凝土減水劑

混凝土施工時加入少許減水劑即可明顯改善其操作性能，用很少的水即可明顯改善混凝土結(jié)構(gòu)。通過運用化學改性法、復配法、聯(lián)合法等方法對木質(zhì)素進行一定程度的改性，可制得具有較高減水性及良好透氣度的減水劑。且該種減水劑對水泥的凝固無不良影響。

3.3.2化學灌漿材料

亞硫酸紙漿廢液內(nèi)含有木質(zhì)素磺酸鹽，與鉻鹽反應(yīng)生成穩(wěn)定的木質(zhì)素凝膠體，這種凝膠體可用于軟弱地基的加固和防滲堵漏。木質(zhì)素漿對固沙和控制流沙具有獨特的能力，經(jīng)木質(zhì)素漿材處理后的基礎(chǔ)和斷層帷幕不但能增強其耐水性和不透水性，同時還起到了加固補強的作用，從而可提高大壩和建筑物基礎(chǔ)的抗?jié)B、抗形變和抗破壞力的能力。

4.木質(zhì)素在垃圾填埋場防滲材料中的應(yīng)用前景分析

在自然界中 ，木質(zhì)素的儲量僅次于纖維素 ，而且每年都以500 億噸的速度再生。制漿造紙工業(yè)每年要從植物中分離出大約 1.4 億噸纖維素 ，同時得到 5000萬噸左右的木質(zhì)素副產(chǎn)品，但迄今為止 ，超過95 %的木質(zhì)素仍以“黑液”直接排入江河或濃縮后燒掉 ，很少得到有效利用。化石能源的日益枯竭、木質(zhì)素的豐富儲量、木質(zhì)素科學的飛速發(fā)展決定木質(zhì)素的經(jīng)濟效益的可持續(xù)發(fā)展性。木質(zhì)素對人類可持續(xù)發(fā)展最為重大貢獻就在于提供穩(wěn)定、持續(xù)的有機物質(zhì)來源，其應(yīng)用前景十分廣闊。

由于木質(zhì)素及其衍生物可作為減水劑且木質(zhì)素纖維對防止涂層開裂、提高保水性、提高生產(chǎn)的穩(wěn)定性和施工的合宜性、增加強度、增強對表面的附著力等有良好的效果，且通過查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)木質(zhì)素可以在一定程度上提高混凝土防滲性能，故而可以考慮將木質(zhì)素應(yīng)用于垃圾場防滲材料中，以提高天然防滲材料的防滲性能。

通過人工添加物質(zhì)對天然黏土層進行改性，可提高天然防滲材料的防滲能力。主要改性填料有膨潤土、石灰、粉煤灰、沸石等具有吸濕膨脹性的材料。由于木質(zhì)素及其衍生物可提高材料的保水性且可作為減水劑使用，在一定程度上提高混凝土的防滲性能，相類比而言，將木質(zhì)素作為垃圾填埋場天然防滲材料的添加劑很有可能提高材料的防滲性能。

綜上分析可以看出，將木質(zhì)素應(yīng)用于垃圾填埋場天然防滲材料在未來有著很大的應(yīng)用前景。（作者單位：西南交通大學）

參考文獻

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