خلاصه ای بر این مقاله:

در اواخر دهه ۱۹۷۰ و اوایل دهه ۱۹۸۰، مقررات زیست محیطی در یک جنبش ملی در ایالات متحده ارتقاء یافت تا مدیریت ایمن پسماندهای جامد شهری و باقیمانده آنها انجام شود. مقررات جدید الزام به استفاده از ترکیبی از ورق‌های عایق و زهکشی طبیعی و / یا مصنوعی برای جلوگیری از انتشار غیرقابل کنترل آلاینده ها دارد.

عایق های قابل قبول شامل ممبران های منعطف مصنوعی FML) Flexible Membrane Liners)از انواع مختلف است. یکی از موادی که بیشتر مورد استفاده قرار گرفته ژئوممبران پلی اتیلن با چگالی بالا  (HDPE) است. در میان دیگر مواد، HDPE به دلیل ویژگی های خوب مقاومت شیمیایی انتخاب شده است. آزمایش سازگاری نشان داده است که ژئوممبران HDPE در برابر نشتی هایی که توسط محل های دفع زباله جامد شهری و باقیمانده آنها تولید می شوند، بسیار مقاوم است. آزمون های پیش زمینه ای برای طراحی به طور کلی براساس تست های نسبتاً کوتاه مدت انجام شده است که تحت شرایط شدید برای «پیش بینی» عمر محصول انجام می شوند.

سیستم دفع زباله جامد شهری که در سال ۱۹۸۸ ساخته شده، مورد بررسی مجدد قرار گرفت. آستر ژئوممبران HDPE این سیستم از سال ۱۹۸۹ در معرض درجات مختلفی از شیرابه ها قرار گرفته بود. نمونه های HDPE از سیستم آستر موجود در محل استخراج شده آزمایش شده اند. مجموعه منتخب آزمون ها، پروتکل آزمون انجام شده در سال ۱۹۸۸ را به عنوان بخشی از برنامه تضمین کیفیت ساخت سیستم آستری CQA  مجدد به کار گرفت.

نتایج حاصل از این آزمایش نشان می دهد که خصوصیات HDPE هنوز در محدوده داده های بدست آمده توسط آزمایش اصلی در ۱۹۸۸ هستند. HDPE به مدت تقریبی ۸ سال در معرض شیرابه، متان و فشارهای استاتیکی و دینامیکی قرار داشت. نتایج این آزمون، استفاده از طراحی HDPE را به عنوان ماده اصلی این عایق مصنوعی در سیستم آستر محل دفن زباله مورد حمایت قرار داد. (منشر شده توسط شرکت Elsevier Science – ۱۹۹۸).

مقدمه مقاله ارزیابی عملکرد ژئوممبران:

ورق ژئوممبران از اواخر دهه ۱۹۷۰ تقریباً برای تأسیسات مدیریت پسماند جامد در سیستم های آستری گنجانیده شده اند. این مواد مصنوعی به عنوان اجزای عایق در سیستم های آستری استفاده شده است. برخلاف مواد مانع طبیعی مواد معدنی (خاک)، استفاده از این نوع آسترها به دلیل برتری آن ها درمقاومت شیمیایی افزایش یافته است.

برای بررسی انچه در اینجا خلاصه شده، چندین بخش از سیستم دو آستری در یک مرکز دفع زباله جامد شهری واقع در منطقه میانه اقیانوس اطلس ایالات متحده مجددا بررسی شده است. سیستم آستر شامل لایه های ژئوممبران اولیه و ثانویه از پلی اتیلن با چگالی بالا (HDPE)، با ضخامت ۱٫۵ میلی متری می باشد که  توسط سیستم آستر دهی GUNDLE  (که اکنون با نام GSL شناخته می شود) تولید و نصب شده است. این سیستم آستری در ابتدا در سال ۱۹۸۸ ساخته شد و منطقه پوشش داده شده برای دفع زباله در اواخر سال ۱۹۸۸ مورد بهره برداری قرار گرفت. این ناحیه متعاقباً در اواخر سال ۱۹۸۸ به دلیل نمرات نهایی طراحی نامطلوب رد شد. بر اساس این گزارش سیستم جمع اوری شیرابه ها به برداشتن و حذف کردن شیرابه هایی که بر روی آستر جمع شده بودند، از طریق پمپاژ کردن از طریق چاهکی که در پایین یک حفره ساخته شده بود ادامه پیدا کرد.  بررسی مجدد سیستم آستر دهی به عنوان بخشی از بازسازی چندین حوضچه برای گسترش تسهیلات جانبی سیستم آستر دهی انجام شد. اینها به عنوان چاهک های شماره های ۱ و ۳ شناخته می شوند.

ساخت اولیه این سیستم آستر دو لایه ای، پروتکل های کنترل کیفیت دقیق تولید کننده   QCو تضمین کیفیت ساخت و ساز CQA  را شدیداً درگیر کرد. نظارت، آزمایش و صدور گواهینامه مهندسی شخص ثالث برای کلیه مراحل ساخت و ساخت محصولات ژئوسنتتیک مورد نیاز بود. پرسنل CQA در  محل ساخت مستقر بودند تا پروتکل های مورد تایید QC را مستندسازی کنند. در این زمینه، پرسنل CQA تست سازگاری زمین و فعالیت های ساخت و ساز ورق ژئوسنتتیک را ترتیب داده اند. گواهینامه مهندسی نهایی تأیید کرد که کلیه ساخت و سازهای نهایی الزامات مشخصات پروژه را برآورده می کند.

مناطق آستر داده  شده از سال ۱۹۸۸ در حال کار هستند. مانیتورینگ جریان سیستم جمع آوری ثانویه در طول عمر عملیاتی، داده های جریان را ارائه می دهد که نشان می دهد سیستم آستر دوتایی به درستی کار کرده است. در طی برنامه بازسازی فعلی، نمونه هایی از ژئوممبران HDPE اولیه و ثانویه استخراج شده است که می توان مواد آن را برای بررسی مجدد خواصی که در ابتدا توسط برنامه های QC و CQA در سال ۱۹۸۸ مورد ارزیابی قرار گرفته اند، آزمایش کرد. این آزمایش مجدداً داده هایی را برای مستندسازی هرگونه تغییر در خواص HPDE در طی دوره عمر ۸ ساله آن ارائه می دهد. جزئیات این ارزیابی در بخش های بعدی این مقاله ارائه شده است.

خلاصه طراحی سیستم آستر دهی دو لایه ای:

دفن زباله با آستر دو لایه ای به عنوان تأسیسات دفع زباله جامد و شیرابه های آن طراحی و اجرا شد. مساحت آستر شده  تقریباً ۵۱ هکتار را شامل می شود و شامل ۱۴ واحد دفع جداگانه (حفره) است. هر حفره دارای یک مجموعه آستر جداگانه اولیه و ثانویه، استخراج (پمپاژ) و سیستم ثبت و ضبط جریان است به طوری که عملکرد هر حفره جداگانه کنترل می شود. شیرابه در داخل حفره جمع می شود و با پمپاژ از بالای هر یک از ژئوممبران ها به طوری که در نقاط پایینی هر حفره نفوذی در سیستم آستر دهی وجود نداشته باشد برداشته می شود. شکل ۱ طرح تسهیلات کلی را با سیستم حفره های مجزای آن نشان می دهد.

خلاصه طراحی سیستم آستر دهی دو لایه ای:

دفن زباله با آستر دو لایه ای به عنوان تأسیسات دفع زباله جامد و شیرابه های آن طراحی و اجرا شد. مساحت آستر شده  تقریباً ۵۱ هکتار را شامل می شود و شامل ۱۴ واحد دفع جداگانه (حفره) است. هر حفره دارای یک مجموعه آستر جداگانه اولیه و ثانویه، استخراج (پمپاژ) و سیستم ثبت و ضبط جریان است به طوری که عملکرد هر حفره جداگانه کنترل می شود. شیرابه در داخل حفره جمع می شود و با پمپاژ از بالای هر یک از ژئوممبران ها به طوری که در نقاط پایینی هر حفره نفوذی در سیستم آستر دهی وجود نداشته باشد برداشته می شود. شکل ۱ طرح تسهیلات کلی را با سیستم حفره های مجزای آن نشان می دهد.

اجزای سیستم آستر دهی:

اجزای سیستم آستر دو لایه ای شامل ورق صاف HDPE با ضخامت ۱٫۵ میلی متر به عنوان هر دو لایه عایق مصنوعی اولیه و ثانویه است. بلافاصله زیر HDPE اولیه یک آستر ژئوسنتتیک خاک رس (کامپوزیت بنتونیت) برای تامین یک سیستم آستر اولیه کامپوزیت وجود دارد. لایه های جمع آوری اولیه و ثانویه از سنگ های معدنی با نفوذپذیری بالای برای ایجاد کلوخه های غیر کربناتی فرایند شده با حداکثر قطر ذرات ۱۰ میلی متر (۳/۸ اینچ) ساخته شده است. زهکشی های لوله ای در این لایه ها برای تأمین ظرفیت سیستم اضافی و برای پاسخگویی به الزامات طراحی نظارتی دولتی ساخته شدند. لایه های مختلف ژئوتکستایل نیز برای عملکرد زیرسازی و جداسازی در سیستم آستری قرار گرفتند.

حفره ها به گونه ای طراحی شده اند که کانتورهای سیستم آستری مایعات را با حداقل شیب ۲٪ به یک چاهک در هر حفره منتقل می کنند. لایه های جمع آوری اولیه و ثانویه به گونه ای طراحی شده اند که حداکثر شیرابه، به جز در منطقه چاهک ها از ۳۰۵ میلی متر (۱۲٫۰ اینچ) تجاوز نکند. در محدودیت های چاهک یک واریانس ایجاد می شود تا بتوان یک چاهک با ظرفیت بالا را طراحی و اجرا کرد. چاهک شیرابه ها را در درون یک تو رفتگی مستطیل شکل در کف حفره جمع آوری می کند. شیرابه داخل حفره تقریباً ۰٫۷۵ متر زیر شرایط عادی آن است.  چنین طرحی کارآمد بوده و به دلیل کمبود سنسورهای کنترل سطح پمپ، پمپ ها را کمتر درگیر می کند. بنابراین، میزان متوسط سطح شیرابه تقریباً ۰٫۷۵ متر می تواند بین سیکل های حفره برای لایه اصلی جمع آوری به دست آید.

شکل ۲ طرح کانتور حفره ای معمولی را برای انتقال شیرابه به هر چاهک مجزا نشان می دهد. شکل ۳ یک سطح مقطع معمولی از سیستم آستری را نشان می دهد که برای این حفره ها ساخته شده است. شکل ۴ و شکل ۵ عکسهایی هستند که عملیات ساختمان برداشت شیرابه از چاهک را نشان می دهند.

شکل ۱٫ نمای طرح از حفره های ۱ و ۳ که نشانگر نقشه تاسیسات است

مشخصات طراحی ژئوممبران

مشخصات تولید کننده منتشر شده برای HDPE با ضخامت ۱٫۵ میلی متر تولید شده در سال ۱۹۸۸ مطابق با الزامات طراحی پروژه بود. بنابراین، از این استانداردها برای تعیین معیارهای تست QC سازنده و پروتکل های مشاور CQA که برای ساخت و ساز استفاده شده است، استفاده شده است.

پروتکل های QC و CQA در فرکانس های زیر اجرا شده اند

شکل ۲٫ کانتورهای سیستم جمع آوری اولیه و طرح لوله کشی مجموعه

• آزمایش QC تولید کننده در ۱ به ۲۸۰۰ m^۲ از ژئوممبران تولید شده.
• آزمایش انطباق CQA در ۱ به ۹۳۰۰ مترمربع ژئوممبران نصب شده است.

ارزیابی عملکرد سیستم آستر دهی

جریانهای اولیه و ثانویه

همانطور که در الزامات نظارتی حاکم مشخص شده است، جریانهای سیستمهای جمع آوری اولیه روزانه ثبت شده و جریان های سیستم ثانویه از زمان بهره برداری از این حفره ها، هفتگی ثبت شده است.

شکل ۳٫ (الف) مقطع مناطق دفن زباله سیستم آستر دو لایه ای

مانیتورینگ جریان تا زمانی که چاهک های دو حفره به عنوان بخشی از ساخت و ساز گسترش فعلی حذف شدند، ادامه داشت. مجموعه جریان سیستمهای در جدول ۲ خلاصه می شود.

حداقل مقادیر ثبت شده برای دو سیستم ثانویه از داده های ارزیابی عملکرد سیستم  آسترها و عایقهای اولیه مطابق با فرضیات طراحی پشتیبانی می کند.

شکل ۳٫ (ب) مناطق مقاطع شیب دار سیستم دفن زباله دو لایه ای

آزمایش ژئوممبران اولیه و ثانویه

تقریباً ۰٫۰۲ هکتار از ژئوممبران هایHDPE از هر یک از این دو حفره برای پروژه بازسازی استخراج شدند. دو نوع نمونه مشخص شد. ژئوممبران HDPE که کاملاً (حقیقی یا بالقوه) در معرض شیرابه قرار داشت، با اصطلاح “در معرض” شناخته شد. ژئوممبران HDPE که در معرض شیرابه قرار نگرفته بود با اصطلاح “محافظت شده” شناخته شد. در محوطه تعمیر نوار بزرگ درپوش چاهک شماره ۳ با وضعیت محافظت شده رو به رو شد. ژئوممبران زیرین توسط سر پوش ژئوممبران HDPE که بر رو محوطه چاهک به هم پیوسته بودند آب بند شده بود. این ماده همچنین توسط خطوط خاک رس ژئوسنتتیک (GCL) نیز تحت آستر قرار گرفت.

شکل ۴٫ عکس کلی از استخراج کاوشگرهای چاهک های حفره های ۱ و ۳ نشان دهنده ی خطوط جدید شیرابه “

شکل ۵: عکس نزدیک از کاوشگرهای استخراج چاهک های حفره شماره ۳ ژئوسنتتیکهای خارج شده را نشان می دهد “

درپوش پس از برداشتن دست نخورده بود و ژئوممبران زیرزمینی در طول عمر عملیاتی آن کاملاً از تماس شیرابه ها در امان بود. بنابراین، به نظر می رسید که ماده “محافظت شده” بهترین نمونه از ژئوممبران اصلی نصب شده در سال ۱۹۸۸ است. ژئوممبران ‘محافظت شده’ تنش های مشابه ژئوممبران “در معرض” را تجربه کرده اما هرگز با شیرابه ارتباط مستقیمی نداشت.

نمونه های ژئوممبران تحت پروتکل یکسان آزمایش شدند که در طی برنامه های QC و QA ساخت و ساز اجرا شد. علاوه بر این، سه آزمایش القایی اکسیداتیو استاندارد (OUT) در هر روش ASTM D3895 انجام شد. در جدول ۱ پروتکل آزمون ۱۹۹۶ و مشخصات اصلی پروژه خلاصه شده است.

جدول شماره ۲

جدول شماره (۳)

خلاصه تست ۱۹۹۶

جدول ۳ نتایج آزمون ۱۹۹۶ را برای نمونه های “در معرض” در مقابل “محافظت” خلاصه می کند.

جدول ۴ حداقل، حداکثر و میانگین مقادیر آزمون را خلاصه می کند. نتایج پروتکل های آزمون QC 1988، CQA 1988 و ۱۹۹۶٫ دامنه مقادیر آزمون نسبت به تفسیر داده های مهم آزمون ۱۹۹۶ مورد ارزیابی قرار می گیرد.

خلاصه ونتیجه گیری

نمونه های ژئوممبران HDPE 1.5 میلی متر که از سال ۱۹۸۸ به عنوان لایه های عایق در محل های دفع زباله جامد شهری عمل می کنند، در اکتبر ۱۹۹۶ استخراج شدند. سپس این نمونه ها برای اندازه گیری آزمایشگاهی تخریب احتمالی خواص فیزیکی، مکانیکی یا استقامت آزمایش شدند. پروتکل های آزمایش ویژگی برای منعکس کردن سازنده QC و برنامه های شخص ثالث CQA که در طول ساخت و ساز در سال ۱۹۸۸ دنبال شده بودند، طراحی شده است.

مشاهدات زیر را می توان بر اساس پایگاه داده اصلی ۱۹۸۸ و نتایج آزمون HDPE 1996 انجام داد:

• تمام آزمایشات، ۱۹۸۸ و ۱۹۹۶، نشان می دهند که حداقل مقادیر مشخصات پروژه برای کلیه خواص اندازه گیری شده؛
• تفاوت قابل ملاحظه ای در نتایج آزمایش بین نمونه های HDPE که در معرض قرار گرفته اند و نمونه های دیگر که در معرض شیرابه دفن زباله نیستند وجود ندارد.
• تفاوت در مقادیر تست گزارش شده بین تولیدکننده، آزمایشگاه CQA و آزمایشگاه قانونی ناشی از تغییرات آزمایشگاه به آزمایشگاه است.
• کاهش جزئی در OIT بین نمونه های “در معرض” و “محافظت شده” آزمایش شده در سال ۱۹۹۶ مشاهده شد. هیچ داده ای از ۱۹۸۸ یا از برنامه های QC یا CQA در دسترس نبود تا امکان ارزیابی بیشتر این داده ها فراهم شود.
• نتایج آزمون ۱۹۹۶ در تغییرات ۱۹۸۸ (حداکثر و حداقل نتایج آزمون) مستند شده در برنامه های QC و QA بود. نتایج تست ۱۹۹۶ هیچگونه ناهنجاری را نشان نداد.

در نتیجه احساس می شود که، بر اساس نتایج این برنامه تست ۱۹۹۶، ژئوممبران با ضخامت HDPE 1.5 میلی متری در حال حاضر دارای خواصی است که کلیه الزامات طراحی را برآورده می کند. داده ها حاکی از آن است که HDPE هنوز کاملاً مناسب است و از زمان نصب آن در سال ۱۹۸۸ تاکنون به هیچ وجه قابل اندازه گیری نیست. این توسط برنامه آزمایش قانونی انجام شده و توسط مانیتورینگ جریان اولیه و ثانویه از سال ۱۹۸۸ در این مناطق آستر داده شده با سند و مدرک مورد تایید قرار گرفته است. انتخاب HDPE به عنوان یکی از اجزای آستر مصنوعی با توجه به نتایج به دست امده از آزمایش ها از لحاظ تکنیکی صحیح است.