Плавающие покрытия для водохранилищ и лагун: геомембранные решения для контроля испарения

Нехватка воды — это проблема развивающихся стран, и для таких отраслей, как сельское хозяйство, муниципальное водоснабжение и горнодобывающая промышленность, испарение из водохранилищ и лагун представляет собой значительную потерю ценных водных ресурсов. Плавающие покрытия стали одним из наиболее эффективных инженерных решений для борьбы с испарением, а геомембраны лежат в основе этих систем. В этой статье рассматривается принцип работы плавающих защитных конструкций, доступные типы геомембран и ключевые проектные соображения. В ходе исследования мы рассмотрим роль полиэтиленовой пленки высокой плотности (HDPE) для облицовки прудов, геомембраны для полигонов твердых бытовых отходов и усиленной полипропиленовой геомембраны в более широком контексте сдерживания загрязнения и контроля испарения.

Зачем использовать плавающие покрытия для контроля испарения?
Открытые водоемы и лагуны теряют значительные объемы воды из-за испарения, главным образом в засушливых и полузасушливых регионах. Плавающее покрытие сразу же располагается на поверхности воды, образуя физический барьер, блокирующий солнечное излучение и ветер — два наиболее важных фактора испарения. В отличие от постоянных негибких покрытий, плавающие покрытия поднимаются и опускаются вместе с уровнем воды, что делает их оптимальными для водоемов с переменным объемом воды, лагун для очистки сточных вод и ирригационных водохранилищ. Помимо контроля испарения, плавающие покрытия также препятствуют росту водорослей, ограничивают доступ кур и других животных, нейтрализуют запахи и ограничивают накопление частиц.

Успех плавающего капота почти полностью зависит от выбранной геомембранной ткани. Для небольших прудов или сельскохозяйственного применения хорошо спроектированная облицовка из полиэтилена высокой плотности может быть адаптирована к конфигурации с плавающим колпаком. Однако механические и химические потребности плавучего поставщика уникальны по сравнению с потребностями облицованного дна пруда. Именно здесь в игру вступают специализированные варианты геомембран. Интересно, что идентичная прочность и химическая стойкость, необходимая для геомембраны для применения на свалках, где долгосрочное сдерживание агрессивных фильтратов имеет решающее значение, также дает преимущество плавающим покрытиям, не подверженным воздействию УФ-излучения, перепадов температуры и органических загрязнений.

Ключевые геомембранные материалы для плавающих покрытий
В плавучих защитных системах используются три основных класса геомембран: полиэтилен высокой плотности (HDPE), армированный полипропилен (PP) и иногда низколегированный полиэтилен низкой плотности (LLDPE) или ПВХ. Каждый из них обладает замечательными свойствами в зависимости от химического состава воды, климата и механических нагрузок.

Геомембраны из полиэтилена высокой плотности (HDPE) для плавающих покрытий
Полиэтилен высокой плотности (ПЭВП) является одним из наиболее часто используемых геомембранных материалов в системах защиты окружающей среды. При использовании в качестве плавающего покрытия ПЭВП демонстрирует исключительную устойчивость к УФ-излучению (благодаря стабилизации сажей), чрезмерную прочность на разрыв и превосходную химическую стойкость. Правильно изготовленное покрытие из ПЭВП для прудов, выполненное в виде плавающего кожуха, обычно имеет толщину от 0,75 мм до 2 мм. Низкая проницаемость материала (10⁻¹² см/с или менее) обеспечивает незначительную передачу водяного пара. Плавающие покрытия из полиэтилена высокой плотности (HDPE) часто изготавливаются в виде гигантских заводских панелей со сварными швами, а затем устанавливаются на дне с помощью плавучих элементов, таких как пенопластовые бревна или воздушные трубки.

Однако полиэтилен высокой плотности (HDPE) довольно жесткий, что делает его гораздо менее устойчивым к волновым колебаниям или общим изменениям уровня воды. Кроме того, он имеет более высокий коэффициент теплового расширения, что требует осторожного контроля за провисанием. Несмотря на эти проблемы, HDPE остается популярным материалом для крупных водохранилищ и промышленных лагун, где химическая стойкость имеет первостепенное значение. Та же прочность, которая делает HDPE популярным геомембраном для облицовки оснований полигонов твердых бытовых отходов — устойчивость к проколам острыми предметами и агрессивным фильтратам — также делает его подходящим для плавающих покрытий в суровых условиях, таких как хвостохранилища горнодобывающих предприятий или хранилища сточных вод.

Армированная полипропиленовая геомембрана
Все более популярным вариантом для плавающих покрытий является армированная полипропиленовая геомембрана. Эта ткань состоит из тканого или нетканого полипропиленового материала, заключенного между слоями полипропиленовой смолы, образуя гибкий, но устойчивый к разрывам композит. Армированные полипропиленовые геомембраны легче, чем полиэтилен высокой плотности (HDPE), более гибкие и обладают высокой устойчивостью к УФ-излучению, за исключением необходимости использования технического углерода (в них применяются другие УФ-стабилизаторы). Армирование обеспечивает повышенную прочность на растяжение и сопротивление проколам, сохраняя при этом эластичность, что позволяет оболочке более естественно, чем полиэтилен высокой плотности (HDPE), адаптироваться к волновому движению и воздействию водной поверхности.

Одним из главных преимуществ армированной полипропиленовой геомембраны являются ее плавучие свойства. Поскольку плотность полипропилена ниже плотности воды (приблизительно 0,91 г/см³), ткань естественным образом стремится плыть по течению, не требуя дополнительных плавучих устройств. Это упрощает установку и снижает затраты. Армированный полипропилен также обладает превосходной устойчивостью к широкому спектру химических веществ, включая кислоты, щелочи и многие растворители, хотя он гораздо менее устойчив к углеводородам и высокотемпературным маслам по сравнению с полиэтиленом высокой плотности (HDPE). Для муниципальных водохранилищ и очистных сооружений предпочтительным вариантом стали усиленные плавающие покрытия из полипропилена благодаря простоте в обращении и долговечности.

Сравнение свойств материалов для плавучих систем
При выборе между полиэтиленом высокой плотности (HDPE) и армированным полипропиленом для плавающего покрытия следует учитывать следующие факторы: HDPE обладает наиболее надежной химической стойкостью, главным образом к углеводородам, и более длительным сроком службы в условиях открытого грунта. Геомембрана для полигонов твердых бытовых отходов доказала свою долговечность (более 50 лет) благодаря использованию HDPE. Однако для задач, где приоритетами являются простота монтажа, гибкость и снижение требований к плавучести, геомембрана из армированного полипропилена часто превосходит HDPE. Кроме того, в то время как типичная облицовка из полиэтилена высокой плотности (HDPE) для прудов, используемая в качестве задней облицовки, зависит от поддержки основания, плавающий кожух подвергается динамическим нагрузкам от ветра, волн и льда. Удлинение армированного полипропилена (PP) при сжатии (часто >200%) включает в себя эти изменения, которые выше, чем большее ограниченное удлинение полиэтилена высокой плотности (HDPE).

Иногда используются и другие материалы, такие как линейный полиэтилен низкой плотности (ЛПНП) и ПВХ, однако ЛПНП более подвержен воздействию УФ-излучения, за исключением случаев использования тяжелых стабилизаторов, а ПВХ плотнее воды (требует плавучести) и может быть значительно менее химически стойким. Для большинства стационарных плавающих защитных кожухов предпочтение отдается полиэтилену высокой плотности (ПЭВП) или усиленному полипропилену.

Вопросы проектирования и монтажа плавающих покрытий
Плавающий кожух больше не является, по сути, листом геомембраны, брошенным на воду. Успешные системы включают в себя различные элементы: периметральное анкерование, целостность швов, балласт или плавучесть, а также доступ к люкам для обслуживания. Кожух должен быть закреплен по периметру водохранилища с помощью бетонных траншей, грунтовых анкеров или тросовых систем. Это предотвращает смещение кожуха под действием ветровой нагрузки. Необходимый запас длины для компенсации колебаний уровня воды обеспечивается путем складывания ткани в «складки» или использования натяжной тросовой системы.

Швы имеют решающее значение. Для плавающих покрытий из полиэтилена высокой плотности (HDPE) стыковая сварка выполняется с помощью двухдорожечных сварочных аппаратов, аналогично геомембранам, используемым на полигонах твердых бытовых отходов. Для геомембран из упрочненного полипропилена стыковая сварка обычно выполняется методом термоплавления или диэлектрической сварки, иногда с использованием клейкой ленты. Контроль качества включает неразрушающий контроль (вакуумный или искровой контроль) всех стыковых швов.

Еще одна необходимая характеристика — отвод дождевой воды с поверхности кожуха. Плавающие покрытия проектируются с небольшим уклоном в сторону периметральных дренажных каналов или центральных водосборников, чтобы предотвратить застой воды. Застой воды создает вес и может создавать нагрузку на геомембрану. Для поддержания контакта кожуха с поверхностью воды могут также использоваться балластные элементы (небольшие мешки с песком или заполненные водой трубки), устраняющие воздушные зазоры, которые могут привести к подъему ветром.

Для плавающего покрытия, изготовленного из модного полиэтилена высокой плотности (ПЭВП) для прудов, необходимы дополнительные плавучие элементы, поскольку ПЭВП плотнее воды (0,94–0,96 г/см³). В качестве таких элементов могут использоваться пенополиэтиленовые блоки с закрытыми ячейками, прикрепленные к нижней стороне геомембраны через равные промежутки. Без плавучести лист ПЭВП утонет. В отличие от этого, усиленная полипропиленовая геомембрана часто требует лишь минимальной плавучести по периметру, поскольку сама ткань обладает плавучестью.

Области применения: водохранилища, лагуны и многое другое.
Плавающие покрытия используются в самых разных условиях. В муниципальных водохранилищах питьевой воды их применяют для минимизации испарения и предотвращения заболеваний, вызываемых птицами и переносимым по воздуху мусором. Сельскохозяйственные ирригационные пруды используют плавающие покрытия для сохранения дефицитной воды в засушливые сезоны. В промышленных лагунах, например, в горнодобывающей промышленности или на предприятиях по добыче нефти и топлива, плавающие покрытия используются для регулирования испарения технологической воды и минимизации выбросов нестабильных природных соединений.

Идентичные дома, которые делают геомембрану для свалки жизненно важной для защиты окружающей среды - непроницаемость, химическая стойкость и долговечность, - сразу же можно перенести на плавающие покрытия для опасных жидкостей. Например, для лагуны, содержащей кислые шахтные дренажи, требуется кожух, способный выдерживать низкий уровень pH и соли металлов. В таких случаях предпочтение отдается полиэтилену высокой плотности. И наоборот, массивный муниципальный резервуар с водой с нейтральным pH и потребность в легком доступе к нему также может выбрать усиленную полипропиленовую геомембрану из-за ее более легкого веса и менее сложного развертывания.

Даже модная облицовка прудов из полиэтилена высокой плотности (HDPE) может быть адаптирована в плавучий кожух для небольших объектов, при условии обеспечения плавучести и периметрального крепления. Однако для масштабных задач или задач с агрессивным химическим составом воды рекомендуется использовать конструкции плавучих кожухов, изготовленные из полиэтилена высокой плотности (HDPE) или усиленного полипропилена (PP).

Техническое обслуживание и долговечность
Плавающие покрытия требуют периодического осмотра. Необходимо обращать внимание на повреждения швов, проколы или воздействие УФ-излучения (растрескивание или образование мелового налета). Покрытия из полиэтилена высокой плотности (HDPE) очень устойчивы к УФ-излучению, однако со временем они могут стать хрупкими, если содержание технического углерода недостаточно. Усиленные полипропиленовые геомембранные покрытия также обладают превосходной устойчивостью к УФ-излучению, однако армирующий материал может впитывать влагу, если внешние слои смолы повреждены, поэтому при осмотре необходимо уделять особое внимание целостности пола.

Хорошо обслуживаемый плавающий защитный кожух из полиэтилена высокой плотности (HDPE) или армированного полипропилена (PP) может прослужить 20-30 лет и более. Долговечность геомембран, используемых на полигонах твердых бытовых отходов (некоторые из них служат более сорока лет), подтверждается многолетним опытом эксплуатации HDPE. Армированный полипропилен имеет более короткий срок службы в качестве плавающего покрытия, однако во многих случаях демонстрирует превосходные общие эксплуатационные характеристики в течение 15-20 лет.

Экологические и экономические преимущества
С помощью хорошо спроектированного плавающего покрытия обычно удается снизить испарение на 80–95%. Сэкономленная вода имеет прямую экономическую выгоду. Для водохранилища площадью 10 гектаров в засушливом климате ежегодная экономия на испарении может достигать сотен тысяч кубических метров. Кроме того, плавающие покрытия снижают потребность в химической обработке (за счет блокирования солнечного света, способствующего росту водорослей) и снижают затраты на перекачку (за счет сохранения более низкой температуры воды и снижения ее вязкости). Предварительные затраты на строительство плавучего геомембранного покрытия часто полностью окупаются в течение трех-семи лет за счет экономии воды.

С экологической точки зрения, плавающие покрытия минимизируют водопотребление в сельском хозяйстве и промышленности. Кроме того, они предотвращают гибель животных, удерживая их над поверхностью воды — фактор, из-за которого в некоторых юрисдикциях использование плавающих покрытий стало обязательным для положительных видов лагун.

Заключение
Плавающие покрытия символизируют зрелую, чрезвычайно эффективную науку управления испарением из водохранилищ и лагун. Выбор геомембранного полотна является наиболее важным решением при проектировании устройств. Полиэтилен высокой плотности (HDPE) обеспечивает непревзойденную химическую стойкость и долговечность, обладая теми же подтвержденными характеристиками, что и геомембраны для полигонов твердых бытовых отходов. Для проектов, где монтажная бригада уже знакома с обычным покрытием из HDPE для прудов, адаптация HDPE в плавающее покрытие (с дополнительной плавучестью) является практичным вариантом. Однако для многих применений усиленная полипропиленовая геомембрана обеспечивает наиболее подходящую гибкость, естественную плавучесть и простоту развертывания, что делает ее все более популярным выбором для прудов-отстойников питьевой воды и сточных вод.

Независимо от выбранной ткани, правильная конструкция, включающая крепление по периметру, контроль качества швов и отвод дождевой воды, имеет решающее значение для долгосрочной эксплуатации. Плавающие покрытия не только сохраняют воду, но и минимизируют использование химикатов, снижают эксплуатационные расходы и обеспечивают защиту окружающей среды. Поскольку вода будет становиться все более ценным ресурсом, плавающие покрытия из геомембран будут и впредь играть важную роль в устойчивом управлении водными ресурсами. Для получения конкретных рекомендаций по выполнению задачи обратитесь за консультацией к сертифицированному инженеру-геосинтетическому специалисту, чтобы учесть размер вашего водохранилища, химический состав воды и местные погодные условия.

Связаться с нами

Название компании: Шаньдунская компания новых материалов Chuangwei, LTD.

Контактное лицо :Джейден Сильван

Контактный номер:+86 19305485668

Ватсап:+86 19305485668

Корпоративная электронная почта: cggeosynthetics@gmail.com

Адрес предприятия: Парк предпринимательства, район Даюэ, город Тайан, 

                                Провинция Шаньдун