تاریخچه ژئوممبران‌ها

پیشینۀ تاریخی ژئوممبران

یکی از بزرگترین مزایای مواد پلیمری، در مقایسه با مواد آلی طبیعی، دوام بالقوۀ آنهاست و این همان کلید موفقیت در مواد ژئوسنتزی است. سلولز نیترات اولین پلیمری بود که در مقیاس تجاری در سال ۱۸۷۰در ایالات متحده آمریکا به تولید در آمد. بر خلاف تولید پلیمرهای امروزه، که تا حد زیادی از نفت خام تولید می شوند، این پلیمرها با اصلاح سلولز که یک ماده گیاهی طبیعی است، تولید می شدند.

پلیمرهایی اصلی در بحث ژئوسنتتیک تا سی سال بعد از شروع تولید پلی وینیل کلرید (PVC) در سال ۱۹۳۳، پلی اتیلن با چگالی کم (LDPE) و پلی آمید یا نایلون (PA) در سال ۱۹۳۹، پلی استرها (PES) در ۱۹۵۳، پلی اتیلن با چگالی بالا و پلی پروپیلن (PP) در سال ۱۹۵۵، وارد بازار تجاری نشدند. تولید ژئوتکستایل تحت سلطه پلی پروپیلنی است که حدود دو سوم از کل محصولات پارچه های ژئوتکستایل را پوشش می دهد. باقی تولید ورق ژئوتکستایل ها عمدتاً با پلی استر و درصد کمی از تولیدات جهانی نیز با پلی آمید و پلی اتیلن پویشش داده می شود. اگرچه PVC و پلی اتیلن در بازار ژئوممبران امروزی حاکم هستند، اما هنوز هم مقداری از محصولات لاستیک مصنوعی نیز در آن استفاده می شود که به عنوان الاستومرها نیز شناخته می شوند.

 اگرچه ورق ژئوممبران، ژئوتکستایل و ژئونت، که غالبا در کنار هم استفاده می شوند، در حال حاضر به عنوان معروفترین انواع محصولات ژئوسنتتیک در نظر گرفته می شوند، اما در اوایل توسعه، ژئوممبران ها کاملاً جدا از مواد ژئوتکستایل بود. PVC یکی از اولین مواد پلیمری است که برای آسترکشی استفاده شد. اگرچه گزارش شده است که ورق پی وی سی در اواخر دهه سی و اوایل دهه چهل برای استخرهای شنا مورد استفاده قرار می گرفت، اما با این حال، آزمایش استفاده از ژئوممبران ها برای ذخیره سازی آّب و کاربردهای انتقال آن به طور جدی تا اوایل دهه ۵۰ آغاز نشد. کار پیشگامانه برای استفاده از آسترهای پی وی سی در استخرهای ذخیرۀ آب و لاستیک بوتیل برای آسترکشی کانال توسط دانشگاه ایالتی یوتا در سال ۱۹۵۳ انجام گرفت. در حدود همان سال ۱۹۵۳، دفتر احیای اراضی ایالات متحده برای اولین بار از یک ژئوممبران پلی اتیلنی برای پوشش کانالی در مونتانا و چهار سال بعد نیز از ژئوممبران PVC برای یک پروژۀ آبیاری در وایومینگ استفاده کرد. در سال ۱۹۶۰ نیز از ژئومبران PVC در قسمت بالادستی سد «تِرزاقی» برای جبران ترک خوردگی پیش بینی شده در لایۀ زیرین خاک رس استفاده شد.

بیشتر بخوانید: همه چیز درباره ژئوممبران پی وی سی  

در آلمان نیز پیش از جنگ جهانی، کاربردهایی از ژئوممبران های پلی اتیلن با چگالی کم برای حفاظت از زیرساخت ها وجود داشته است، اما، تقریباً مانند آمریکا، کاربردهای اولیۀ ژئوممبران تا اوایل دهۀ شصت توسعۀ خاصی پیدا نکرد. در این زمان در هلند، قیر تقویت شده با پارچۀ پلی آمید بافته شده برای پوشش کانال مورد استفاده در حالی که از PVC برای روکش تونل ها، سدها و تأسیسات ذخیرۀ آب استفاده می شد.

اواخر دهۀ شصت و اوایل دهۀ هفتاد، شاهد یک افزایش انفجاری در تعداد پلیمرهای موجود در بازار بود و این وضعیت با جریان پیدا کردن فناوری های پلیمری بین اروپا و آمریکای شمالی بزرگتر شد. در حالی که فناوری تولید پلی اتیلن، به ویژه پلی اتیلن با چگالی متوسط ​​و سنگین، از اروپا توسعه پیدا کرد، اما روش های پلیمریزاسیون اقتصادی‌تر، که در ایالات متحده آمریکا بدست آمد، در اروپا نیز مورد استفاده قرار گرفت. بعدها، تکنیک های آلیاژی که امروزه نیز مورد استفاده قرار می گیرد، به ویژه برای پلی اتیلن با چگالی بالا، در کشور آفریقای جنوبی توسعه پیدا کرد.

در این زمان مهمترین کاربرد ژئوممبران، ذخیره سازی و انتقال آب بود و اگرچه از ژئوممبران برای مهار زباله های خطرناک استفاده می شد، اما این میزان، از سطح استفاده ای که در سال های بعدی اعلام شد، بسیار فاصله دارد. کشورهای غربی در اواخر دهه هفتاد، با افزایش نگرانی های محیط زیستی، به ویژه در مورد آلودگی منابع آب توسط پسماندهای صنعتی، کشاورزی و خانگی، مواجه شدند. یک نگرانی ویژه هم در اروپا و هم در آمریکای شمالی، مربوط به شیوۀ اقدام کلی در مورد دفع زباله در محل های دفن زباله (لندفیل) بود. مهمترین اشکال در این روش دفع، که شامل ریختن زباله در چاله های رو باز و بزرگ است، این است که شیرابه ها و آب های مخلوط شده با زباله ها باعث تولید یک ترکیب از مواد شیمیایی مضر می شوند. این شیرابۀ سمی به دلیل مایع بودن می تواند از طریق کف یا دیواره های یک گودال به داخل زمین نفوذ کرده و آب های زیرزمینی و منابع آبی را آلوده کند.

بیشتر بخوانید : عمر ورق ژئوممبران در لندفیل‌‌ ها

این نگرانی در ایالات متحده آمریکا به تصویب قانون حفاظت منابع و بازیابی (RCRA) در سال ۱۹۷۶ منجر شد؛ که طی آن آژانس حفاظت از محیط زیست آمریکا (EPA) را ملزم به ایجاد استانداردهای مناسب برای دفع زباله می کند. در سال ۱۹۸۲ الزام سازمان حفاظت از محیط زیست بر پیشگیری از آلودگی ناشی از زباله های خطرناک، استفاده از ژئوممبران پلیمری را به طور موثر به یک دستور اجباری تبدیل می کند. در اواخر سال ۱۹۸۴، RCRA با ضمیمۀ زباله های جامد و خطرناک اصلاح می شود؛ برطبق این ضمیمه حداقل الزامات فناوری برای سیستم جمع آوری شیرابه، استفاده از دو یا چند آستر تعیین می شود. علاوه بر این، الزام ماندگاری طولانی ژئوممبران، بسیاری از پلیمرهای معرفی شده در دهۀ هفتاد را از استفاده برای تولید ژئوممبران حذف کرد. از آنجا که ژئوتکستایل و ژئونت مواد پیشین سیستم های جمع آوری شیرابه بودند، حقوقدانان EPA در ایالات متحده، مهر تأییدی بر به هم پیوستگی ژئوتکستایل ها و ژئوممبران ها می زنند.

به عنوان یک نکته بایستی توجه داشت که واژۀ ژئوممبران در ایالات متحده آمریکا به طور گسترده مورد استفاده قرار نمی گیرد اما در عوض از واژه هایی به عنوان آستر مخزن، یا آستر به صورت تنها و یا، در مورد زباله های خطرناک از واژۀ «آسترهای غشایی منعطف» FML) Flexible Membrane Liners )استفاده می شود.

ژئوممبران HDPE در اوایل دهۀ ۱۹۸۰ به دلیل مقاومت در برابر طیف گسترده مواد شیمیایی و توانایی اتصال حرارتی به جای استفاده از حلال های پیونددهنده و چسب ها، محبوبیت بیشتری نسبت به ژئوممبران سنتی PVC به دست آورد. در آن روزها درزهای ژئوممبران PVC قابلیت جدا شدن داشتند در حالی که درزهای جوش حرارتی شدۀ HDPE کاملاً پیوسته و یکنواخت بودند.

در صنایع زباله های شهری و خطرناک در دورۀ سال های ۱۹۸۵تا ۱۹۹۵، به دلیل داشتن خواص مقاومت عالی شیمیایی، مقاومت مکانیکی بالا و کم هزینه بودن ورق HDPE، تمایل بالایی برای تغییر آسترهای لاستیکی (به عنوان مثال بوتیل، نیتریل و CSPE) به ژئوممبران های HDPE ایجاد شد. هزینۀ کم مواد HDPE باعث می شود تا بتوان مقاطع ضخیم تری از ژئوممبران در مقایسه با سایر مواد گران تهیه کرد؛ بدین ترتیب مقاومت بیشتری نیز در برابر ایجاد سوراخ و سایش ورق بدست می آید.

HDPE {در کاربرد ژئوممبرانی} به طور معمول به شکل یک فیلم بادی یا ورق مسطح اکسترودی تولید می شود. این ماده (با در نظر گرفتن نسبت ضخامت آن به هر میلی متر) ارزانترین ماده برای تولید صنعتی ژئوممبران است، بنابراین به طور کلی HDPE به عنوان اولین انتخاب در بحث ژئوممبران در نظر گرفته می شود و فقط در مواردی که دلایل علمی صحیحی برای عدم استفاده از آن وجود دارد، مواد دیگر به آن ترجیح داده خواهند شد. در حال حاضر در عمل نیز، HDPE پرمصرف ترین ماده برای تولید ژئوممبران است (در حدود ۹۵٪ ژئوممبران ها از HDPE ساخته شده اند). شکل زیر یک ژئوممبران HDPE را نشان می دهد که برای ذخیره سازی در یک منبع بزرگ آب در حال نصب است.

برای اطلاع از قیمت ورق ژئوممبران می توانید به صفحه محصول مربوطه مراجعه کنید.