Estudo experimental da impermeabilidade do liner Loess misturado com bentonita

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 8740 (2023) Citar este artigo

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Uma correção do autor a este artigo foi publicada em 27 de junho de 2023

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Os testes de permeabilidade são realizados usando o permeâmetro de parede flexível para estudar a influência da bentonita-HDTMA (brometo de hexadecil trimetil amônio) no desempenho de permeabilidade do Loess como material de revestimento no aterro de resíduos sólidos. Os resultados mostram que a impermeabilidade do Loess compactado no curso médio e inferior do Rio Amarelo, na China, não atende aos requisitos padrão do revestimento do aterro. A permeabilidade do Loess misturado com mais de 10% de proporção de bentonita é inferior a 1,0 × 10−7 cm·s−1. A permeabilidade do Loess aumenta ligeiramente após a mistura de uma pequena quantidade de HDTMA. A impermeabilidade do Loess misturado com alguma proporção de bentonita-HDTMA ainda atende aos requisitos padrão. O HDTMA pode destruir a estrutura agregada do solo e aumentar o canal de permeado do solo. Os SEMs mostram que a partícula de argila bentonita pode preencher os poros entre as partículas grossas de Loess e melhorar o desempenho de impermeabilidade do material. As fotos digitais mostram que o HDTMA pode resistir eficazmente ao desenvolvimento de macrofissuras no solo induzidas pelos ciclos de umedecimento-secagem, melhor para o revestimento manter uma boa impermeabilidade. Nesta base, a relação entre a condutividade hidráulica do Loess modificado com bentonita-HDTMA e a densidade seca é construída. A partir deste estudo, o Loess pode ser utilizado como material de revestimento para aterros sanitários, quando misturado com bentonita/HDTMA nas proporções de 10%/0% ou 14%/2%.

O aterro sanitário é um dos métodos de disposição final dos resíduos sólidos (resíduos sólidos industriais em geral e resíduos domésticos). O aterro precisa ser revestido para interceptar poluentes, incluindo metais pesados ​​e compostos orgânicos, do ambiente de vida. Tradicionalmente, a argila é utilizada como material de revestimento para descarte de resíduos1,2. O Loess está amplamente distribuído em várias regiões, como o curso médio e inferior do Rio Amarelo na China, as grandes planícies e planícies centrais ao longo do rio Missouri-Mississippi na América e as áreas próximas ao sopé e ao cinturão montanhoso inferior dos Alpes e os Montes Cárpatos, na Europa, onde ao mesmo tempo falta argila. Contudo, a condutividade hidráulica do Loess após a compactação pode exceder o limite superior especificado na norma1,3.

A permeabilidade do Loess é influenciada por vários fatores, como densidade seca, concentração de íons, temperatura e assim por diante. Amostras com densidade seca de 1,45 g·cm−3 ou superior apresentam aumento de poros durante a infiltração devido a reações químicas4,5. A permeabilidade do Loess é sensível às concentrações das soluções de CaCl2. A concentração de CaCl2 afeta a floculação das partículas e o desenvolvimento da estrutura dos poros, causando a desintegração das partículas6. A permeabilidade aumenta com a temperatura a 10 °C e 20 °C, mas diminui a 30 °C5. E os resultados do teste mostram que a permeabilidade de Loess é superior a 1,0 × 10−7 cm·s−1.

Estudos exploraram o uso de Loess modificado com bentonita como material de revestimento para aterros sanitários. Zhang et al.7 e Xi8 misturaram o Loess no curso médio e inferior do Rio Amarelo com proporções de bentonita de 14% e 4%, e a condutividade hidráulica do loess modificado é inferior ou na ordem de 1,0 × 10−7 cm·s−1. Liu et al.9 misturam 6% a 7% de bentonita no Loess no norte da China, e a condutividade hidráulica da mistura é 9,0 × 10−8 cm·s−1. A maioria dos resultados dos testes mostra que a condutividade hidráulica do solo modificado em outros países é inferior a 10−7 cm·s−1 quando a proporção de bentonita está em torno de 15%10,11,12. Ou seja, Loess modificado por bentonita pode atender ao requisito de impermeabilidade.

No entanto, o Loess puro ou o Loess modificado com bentonita têm capacidade de adsorção limitada para certos poluentes. O teste em lote mostra que o HDTMA (brometo de hexadeciltrimetil amônio) pode melhorar significativamente o desempenho de adsorção de alguns metais pesados ​​​​e poluentes orgânicos , sua estrutura química é mostrada na Fig. 1. O HDTMA é um surfactante catiônico, que é carregado positivamente quando dissolvido em água. O HDTMA pode ser adsorvido na superfície do argilomineral e reagir com o poluente por meio de adsorção de troca e adsorção sem troca , de modo a obter o efeito de adsorver ou imobilizar o poluente. Do ponto de vista da ciência ambiental, é possível usar Loess modificado com bentonita-HDTMA como material de revestimento para aterros de resíduos sólidos. Enquanto isso, o fenômeno do ciclo de umedecimento-secagem no liner ocorre comumente, o que pode levar ao aumento de fissuras relacionadas ao desempenho de impermeabilidade .