馬俊濤

(中鹽工程技術(shù)研究院有限公司,天津 300450)

1 防滲的重要性

在制鹽生產(chǎn)中,鹽田土壤的滲漏量直接關(guān)系著成鹵量和最終的原鹽產(chǎn)量。據(jù)統(tǒng)計(jì),在海湖鹽生產(chǎn)過程中因鹽田池板滲透鹵水損失量一般高達(dá)30%～40%,這種情況不僅是對資源的嚴(yán)重浪費(fèi),同時意味著生產(chǎn)成本的相對提高,生產(chǎn)效率的下降,防滲措施的重要性不言而喻。在農(nóng)田水利工程、制鹽工程等需要調(diào)動大量水體的領(lǐng)域,對防滲措施的研究和應(yīng)用一直沒有停止,而且隨著科技的發(fā)展,相關(guān)材料科學(xué)的進(jìn)步,新材料和新工藝也不斷涌現(xiàn),可供選擇性大大提高,但就具體工程項(xiàng)目而言,仍需多方對比和衡量,進(jìn)而選擇最合適的防滲措施。

2 目前常見的防滲措施

防滲措施可分為對土壤本身的處理和對覆蓋在土壤上的材料的選擇兩大類。對土壤本身的處理方式包括物理處理、化學(xué)處理、生物處理等;覆蓋材料包括為瀝青、混凝土、膜、砌石等。

2.1 物理處理

物理處理即物理上壓實(shí),此法適用于粘結(jié)性土壤(粘土、亞粘土),粘土本身具有較強(qiáng)可塑性,在新建鹽田蒸發(fā)池的修建工程中,采用此法能有效地破壞原狀土的結(jié)構(gòu),縮小土壤之間的空隙,使其更為緊實(shí),從而達(dá)到減少滲漏的目的,且對于防滲要求更高的結(jié)晶池等重點(diǎn)區(qū)域,還要根據(jù)具體的土質(zhì)情況分層壓實(shí)和6 t～8 t的壓路機(jī)壓若干遍,使表層20 cm土層達(dá)到密實(shí),使抗壓強(qiáng)度在0.2 MPa以上。而在粘粒含量過低,池板強(qiáng)度低的結(jié)晶池,還要在加固原狀土的基礎(chǔ)上,鋪墊硫酸鈣若干以提高池板的抗壓耐磨和面層的水穩(wěn)性,再在上面鋪墊海砂,找平后采用逐步加碼的方式從輕到重的設(shè)備壓實(shí),最后灌入鹵水在邊壓邊晾的過程中逐步提咸至25 °Be′。從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來說,粘土機(jī)械夯實(shí)防滲方法最為方便,成本也最低,但是要根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件情況,當(dāng)粘土層較厚(厚0.8 m以上時最為理想)時,對其施以足夠的壓力雖然會使粘土形成較為密實(shí)的防滲層。當(dāng)砂粒含量過多,滲透性較大時要采用粘土灌漿方式進(jìn)行處理,具體做法是:先壓好池基,然后加粘土5 cm(壓后約3 cm)鋪平晾干,放進(jìn)鹵水使土團(tuán)粒崩解,用工具或設(shè)備制成均勻泥漿,然后泄水晾曬,經(jīng)壓實(shí)后再上第二遍粘土,重復(fù)上述步驟,再在砂土池板表面鋪墊一層粘土護(hù)面,同樣壓實(shí),然而鹽湖地區(qū)普遍存在粘土層較薄、分布不均,處理起來難度較大。

2.2 化學(xué)處理

將化學(xué)漿料噴涂到土壤表面,使其滲透于土壤孔隙中,經(jīng)過拌合與壓實(shí),使池板固結(jié),形成一層防水層,可有效地阻止鹵水的滲漏?；瘜W(xué)防滲方法最常見的是利用灌漿技術(shù)將化學(xué)漿液注入漏失部位,漿液由最初的黏土和石灰的混合漿液以及水泥漿液,發(fā)展到現(xiàn)在各種化學(xué)材料漿,應(yīng)用規(guī)模也越來越廣泛,涉及到油田、水利水電工程、隧道、建筑工程等巖土和土木工程領(lǐng)域。也有直接在土壤表面噴涂乳化瀝青或者在筑建鹽田的池板接縫處噴涂乳化瀝青以形成防滲層的方法。江蘇省制鹽工業(yè)研究所的陳剛、韓善德等人試驗(yàn)研究了由含氧化鎂、氯化鎂、二氧化硅、三氧化二鋁等4種成分配成的防滲材料,其原理是氧化鎂與氯化鎂反應(yīng)生成氯氧鎂,其活性成分生成抗水性較強(qiáng)、抗壓強(qiáng)度較高的物質(zhì),提高了化學(xué)防滲層的抗水性和抗壓能力。這種防滲材料鋪抹在鹽田泥池板表層后析出水分,經(jīng)自然蒸發(fā)晾干后便固結(jié)在鹽田表面,形成一層堅(jiān)硬的隔離防滲層,從而有效地阻止鹵水滲透。灌入15 °Be′以上濃度的鹵水后,因鹵水中諸化學(xué)物質(zhì)不再與化學(xué)防滲層中的成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而起到化學(xué)防滲的作用。例如聚丙烯酰胺防滲劑,利用其絮凝性、粘合性、增稠性等特點(diǎn),與土壤反應(yīng)形成防滲層,可明顯提高土壤的防滲率。但化學(xué)防滲法也有其不足之處,如造價(jià)較高,施工技術(shù)不夠成熟,土壤防滲層機(jī)械強(qiáng)度較低,這些都影響了此技術(shù)的大面積推廣。

2.3 生物處理

生物防滲,是指在鹽田池板上養(yǎng)殖藻類和細(xì)菌墊層,利用鹽田藻類和細(xì)菌的新陳代謝,可為鹵水提供大量的有機(jī)質(zhì)和細(xì)小的微粒,無機(jī)礦物。這些細(xì)小的微粒隨著鹵水的滲透,填充到土壤孔隙中,使孔隙度減少,另外在池板表土上形成粘稠的藻類和細(xì)菌墊層,可阻止鹵水滲入到土壤中,減少土壤滲漏。在我國北方海鹽區(qū),由于受氣候條件限制,藻墊的生長期短,只有4個月(6月～9月),氣溫低,生長速度緩慢,墊層較薄,一般為2 mm～3 mm厚。隨著天氣的變冷,藻墊剛覆蓋整個池子就停止生長,其中一小部分藻類休眠,大部分藻類死亡。因此,在北方海鹽區(qū)培植藻墊防滲,初始階段主要靠細(xì)菌墊層分解有機(jī)體,產(chǎn)生大量有機(jī)質(zhì),增加土中粘粒,改變土壤理化性質(zhì)。所以,如何在鹽田中有計(jì)劃地在人工控制條件下加速藻墊的成長,連續(xù)培植和生長藻墊,使土壤向著粘性土方向發(fā)展,即可利于防滲。鹽田生物墊層需要長期的培育,適用于蒸發(fā)池,不適合產(chǎn)鹽的結(jié)晶池。

2.4 塑膜防滲

塑膜防滲實(shí)質(zhì)上就是在鹽田池板的土壤內(nèi)部或土壤表面鋪放塑料薄膜,利用塑料薄膜防滲,常用的塑料薄膜通常是PVC、PE成分的。防滲膜又稱土工膜,是20世紀(jì)80年代興起的合成土工防水隔阻材料,并具有以下特點(diǎn):

(1)防滲系數(shù)高。防滲膜具有普通防水材料無法比擬的防滲效果,優(yōu)良的彈性和變形能力,可有效克服基面的不均勻沉降所帶來的問題。

(2)化學(xué)穩(wěn)定性。防滲膜具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性,耐高低溫,耐酸、堿、鹽等化學(xué)介質(zhì)腐蝕。

(3)耐老化性能。防滲膜具有優(yōu)秀的抗老化、抗紫外線、抗分解能力,可裸露使用,為環(huán)境防滲提供很好的材料保證。

(4)抗植物根系。防滲膜具有優(yōu)異抗穿刺能力,可以抵抗大部分植物根系。

(5)高機(jī)械強(qiáng)度。防滲膜具有良好機(jī)械強(qiáng)度,斷裂拉伸強(qiáng)度和斷裂延伸率。

(6)成本低效益高。防滲膜產(chǎn)品低于傳統(tǒng)防水材料,可節(jié)約生產(chǎn)成本。

(7)施工速度快。防滲膜有很高的靈活性,有多種規(guī)格多種鋪設(shè)形式滿足不同工程防滲要求,施工方便、快速健康。

由于防滲膜的上述優(yōu)點(diǎn),使它廣泛應(yīng)用在環(huán)保、環(huán)衛(wèi)、水利工程、市政建筑、園林綠化、石油化工、礦業(yè)、道路、農(nóng)業(yè)、水產(chǎn)、鹽業(yè)等諸多方面。

而更加重要的是,防滲膜可用于大面積和超大面積的防滲工程,在農(nóng)業(yè)、水利、海湖鹽業(yè)方面,在青海湖鹽區(qū)的絕大部分灘曬池已有許多成功的典例。一般的海湖鹽生產(chǎn)企業(yè)會選擇高濃度的鹵水和結(jié)晶池進(jìn)行塑膜鋪底防滲,如山東羊口鹽場在改建過程中對高濃度鹵水和結(jié)晶池池底清淤泥,晾曬,找平、鋪膜、打沙防滲。福建莆田鹽場選擇石頭、缸瓦片做池底,塑料薄膜半鋪半蓋的方法防滲。塑膜防滲是我國鹽田生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛的技術(shù)。

2.5 其他防滲

在其他水利工程上應(yīng)用較多的瀝青涂層防滲,混凝土防滲,砌石防滲等由于建造成本的原因和其他因素在制鹽上應(yīng)用較少,在此不詳加敘述。

3 工程實(shí)例分析

3.1 項(xiàng)目概況

某項(xiàng)目位于柴達(dá)木盆地西側(cè)。由若干個小鹽湖組成。地面海拔2 690 m～2 700 m,整個礦田呈北西、南東延伸。屬典型內(nèi)陸沙漠性干旱氣候,主要表現(xiàn)為氣候干燥、常年多風(fēng)、雨量較少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、氣溫低寒、晝夜溫差大、紫外線強(qiáng)及缺氧等特征。多年平均降水量僅14.3 mm,而蒸發(fā)量達(dá)2 975.2 mm,是降水量的208倍,屬極度干旱區(qū)。降水主要集中在5月～8月,占全年降水量的86%,全年降水次數(shù)少,雨量集中。每年4月～9月為主要蒸發(fā)季節(jié),占全年蒸發(fā)量的80%,蒸發(fā)量隨氣溫升高顯著增加。多年平均氣溫3.7 ℃,月平均最高氣溫出現(xiàn)在7月份,為17.4 ℃;月平均最低氣溫出現(xiàn)在1月份,為-12.4 ℃,冬長夏短、冬季寒冷、夏季干燥炎熱。區(qū)域上盛行東北風(fēng),次為西北風(fēng),平均風(fēng)速3.7 m/s～4.2 m/s,最大風(fēng)速20 m/s～30 m/s,全年8級以上大風(fēng)可達(dá)25 d～30 d。

地下水主要是地質(zhì)歷史時期形成,其深層地下水及少量降水是地下水補(bǔ)給的有限來源,單一的平原地貌及極不發(fā)育的地表水逕流,使地下水逕流趨于停滯。由于強(qiáng)烈的毛細(xì)蒸發(fā)作用形成地下水排泄途徑,工作區(qū)成為地下水活動的最后歸宿。鉀礦床是一個固液鉀礦并存,以鹵水鉀礦為主,共(伴)生石鹽、芒硝、鎂鹽、硼等多種礦產(chǎn)資源。針對礦區(qū)鹵水進(jìn)行化驗(yàn),結(jié)果見表1。

表1 礦區(qū)鹵水化驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Mine brine test results %

區(qū)內(nèi)場地上部第四系地層具有以鹽類為主,鹽與粘性土相互混雜,交替成層堆積的特點(diǎn)。根據(jù)前人研究資料,鹽類以石鹽、鉀石鹽、芒硝、光鹵石等為主。由于這些礦物往往共生在一起,形成類似礫狀團(tuán)塊狀堆積在地層中,并有不同程度的膠結(jié),或混有部分粘性土,對于含有較多粘性土或粉砂者定名為含粘土粉砂的巖鹽。

3.2 產(chǎn)生的問題

在鹽田建設(shè)前期,其鹽田基本都布置在礦床之上,進(jìn)行鹵水灘曬,生產(chǎn)光鹵石等產(chǎn)品。部分鹽田由于沒有進(jìn)行鋪膜防滲處理,在生產(chǎn)中鹵水滲漏較大,半數(shù)以上鹵水滲入下游,影響了正常灘曬生產(chǎn),使成鹵量降低。

個別鋪膜鹽田,由于防滲膜損壞,產(chǎn)生裂口,池中鹵水通過裂口向下滲漏,溶解礦床,形成深洞,不但損失了鹵水,還造成了生產(chǎn)安全隱患。

3.3 選擇合適措施

項(xiàng)目中現(xiàn)有鹽田,都是在礦床上面建設(shè)的,即防滲膜下就是鹽類礦物層。當(dāng)防滲膜發(fā)生滲漏時,鹵水對礦物鹽類大多是不飽和的,故鹵水會溶解下部的礦床,形成孔洞,導(dǎo)致鹵水的大量損失。因此,對防滲膜下土層的要求最好是純土,或土壤加少許的礫石,因?yàn)橥梁偷[石為穩(wěn)定物,不會發(fā)生溶解過程。

但鹽湖表層為最優(yōu)土層的分布區(qū)域極少,土層中多含有不同厚度的礦層。從生產(chǎn)的可行性出發(fā),規(guī)定含有1.0 m～1.5 m左右厚度礦層的土層,作為防滲膜下土層的次優(yōu)選擇。這樣當(dāng)防滲膜發(fā)生滲漏時,膜下孔洞也只是1.5 m深,便于采取填埋等補(bǔ)救措施。

此外,在防滲膜的鋪設(shè)施工中,要求完全不漏,并加強(qiáng)施工的監(jiān)督、考核和驗(yàn)收,嚴(yán)把施工質(zhì)量。但與此同時對于普通工業(yè)性生產(chǎn)來說,塑料材料和鋪設(shè)施工中的小瑕疵,是不可避免的,從開始的微小滲漏到幾年后的較大滲漏,也很有可能發(fā)生。因此,除采用上述膜下良好土壤墊層方式外,還需另辟蹊徑,提高防滲效果。

在海鹽生產(chǎn)中,經(jīng)常使用鹽池板生產(chǎn)原鹽。鹽池板是在池底上結(jié)晶生長的一層死碴鹽面層,成分是氯化鈉,結(jié)構(gòu)致密堅(jiān)硬,且在各級鹵水中不會產(chǎn)生溶解現(xiàn)象。鹽池板除提供收鹽機(jī)械承重作用外,其鹵水滲漏率也較低。土基墊層上覆蓋鹽池板的鹽池結(jié)構(gòu),其總體鹵水滲漏量可達(dá)到1.0 mm/d以下。

3.4 具體施工建議

海鹽生產(chǎn)中的鹽池板,可移植到湖鹽灘曬池中,主要操作如下:

(1)對基礎(chǔ)土層進(jìn)行清理、整平、機(jī)械壓實(shí)。若土層太干可噴灑部分淡水,提高含水量利于碾壓。壓實(shí)層的厚度應(yīng)在30 cm以上。

(2)在土層上鋪設(shè)防滲膜,并檢驗(yàn)合格。

(3)在鋪膜池中灌入新鹵,結(jié)晶鹽類為氯化鈉。在氯化鈉結(jié)晶析出過程中,不得進(jìn)行活碴操作,保證形成死碴鹽池板。當(dāng)灘曬鹵水提高濃度,將要析出其他鹽類時,需將鹵水及時撤出,并更換新鹵。

(4)經(jīng)蒸發(fā)結(jié)晶,死碴鹽厚度達(dá)到10 cm左右,撤出鹵水,經(jīng)過足夠時間晾曬,使晶體間鹵水充分結(jié)晶,填充池板間空隙,致鹽池板達(dá)到較高密實(shí)度,然后再灌入鹵水。經(jīng)過上述操作3次～5次后,鈉鹽池、瀉利鹽池和鉀混鹽池要形成35 cm厚鹽池板,光鹵石池要形成50 cm厚鹽池板,達(dá)到要求厚度。

4 結(jié)語

做好鹽池板后,鹽池板對防滲膜形成較強(qiáng)的保護(hù)作用,并會極大地提高鹽田的抗壓強(qiáng)度,形成防滲膜和鹽池板雙層防滲結(jié)構(gòu),協(xié)同達(dá)到最優(yōu)的防滲效果?！兑环N防滲膜和鹽池板結(jié)合的防滲系統(tǒng)》專利已獲授權(quán)。