طول عمر ورق ژئوممبران

مهمترین پارامتر تعیین کننده طول عمر ورق ژئوممبران تخریب اکسیداسیون در طولانی مدت می باشد. با شروع و پیشرفت واکنش اکسیداسیون، خواص فیزیکی و مکانیکی کاهش یافته و نهایتاً منجر به خرابی و عدم کارایی ژئوممبران می شود. واکنش اکسیداسیون از طریق حذف اتم هیدروژن از زنجیره پلیمری، تشکیل رادیکال آزاد، واکنش با اکسیژن و تشکیل گروه هیدروپروکسید رخ می دهد. گروه هیدروکسید ناپایدار بوده و به راحتی تجزیه شده و منجر به تشکیل رادیکال های آزاد بیشتر می شود و به این ترتیب فرایند تخریب پلیمر با سرعت بیشتری ادامه می یابد. واکنش اسیداسیون شامل سه مرحله شروع، رشد و پایان می باشد. تخریب اکسیداسیون ژئوممبران بر این اساس در سه مرحله رخ می دهد که در شکل  نیزقابل مشاهده است.
۱. خروج آنتی اکسیدان ها
۲. زمان القای اکسیداسیون
۳. تخریب و کاهش خواص مکانیکی

کاهش خواص مکانیکی با کاهش میزان افزایش طول در شکست، تنش در نقطه شکست، افزایش جزئی تنش تسلیم و کاهش افزایش طول در نقطه تسلیم می باشد. مدت زمانی که طول می کشد تا خواص مکانیکی به ۵۰ درصد مقدار اولیه برسد را به عنوان طول عمر ورق ژئوممبران لحاظ می کنند.
فرایند اکسیداسیون، واکنش خود شتاب دهنده است. با شروع این واکنش، با گذشت زمان، سرعت آن افزایش یافته و کاهش جرم ملکولی و خواص مکانیکی سریعتر رخ می دهد. به این ترتیب با گذشت زمان رفتار پلیمر به سمت رفتار شکننده سوق یافته و حساسیت ژئوممبران به ترک و تنش های محیطی افزایش می یابد.

عوامل موثر بر اکسیداسیون ژئوممبران

1-شرایط محیطی

عواملی چون محیط و دمای کاربرد بر سرعت این فرآیند مؤثر می باشند . حضور آب، یون های فلزی چون مس و محلول های قلیایی سرعت این فرایند را به دلیل کاهش انرژی اکتیواسیون افزایش می دهند. به این ترتیب که مثلاً محلول های قلیایی، به عنوان کاتالیزور عمل کرده و سبب هیدرولیز گروه های استری آنتی اکسیدان های فنولی می شوند و به این ترتیب سرعت فرایند اکسیداسیون را افزایش می دهند. به عنوان مثال سرعت خروج آنتی اکسیدان ها در تماس باشیرابه زباله ها ۴ برابر مقدار آن درهوا و ۱.۵ تا ۳ برابر مقدار آن در آب می باشد.

بررسی اثر سرفکتانت نیز نشان می دهد افزایش غلظت سرفکتانت در leachate از ۰.۰۵ به ۱ میلی لیترسبب افزایش شدید سرعت خروج آنتی اکسیدان شده و پس از آن با افزایش غلظت، تقریباً سرعت ثابت می ماند .بنابراین مقدار اندکی سرفکتانت برای تسریع فرایند خروج آنتی اکسیدان کافی است

2- دمای کاربرد

افزایش دما به دلیل تأمین انرژی اکتیواسیون، سرعت فرایند اکسیداسیون را افزایش می دهد. به طوری که هر ۱۰ درجه افزایش دما، سرعت این فرایند را دو برابر می کند.

مطالعات Needham وهمکارانش بر روی طول عمر ورق در دماهای مختلف در جدول زیر نشان داده شده است

طبق نتایج تحقیقات BAM آلمان روی ورق های ژئوممبران از طریق تست ورق در  هوا و آب در دمای ۸۰ درجه برای مدت ۱۳ و ۶ سال، طول عمر ورق ۳۰۰ سال تخمین زده شده است.

3-جنس ورق ژئوممبران

پارامتر دیگری که روی زمان اکسیداسیون مؤثر می باشد، جنس ژئوممبران می باشد . به عنوان مثال ژئوممبران HDPE نسبت به LLDPE طول عمر بیشتری دارد و این به دلیل درصد بلورینگی بالاتر HDPE به عنوان مانعی بر سر نفوذ اکسیژن به می باشد. حضور لایه های بلوری در ژئوممبران HDPEداخل ژئوممبران و خروج آنتی اکسیدان ها عمل کرده و سرعت این فرآیند را کاهش می دهد.
خروج آنتی اکسیدان ها از ژئوممبران نسبت به زمان تابعیت نمایی دارد.

OITt=OIT0e-st

با گرفتن لگاریتم از رابطه بالا رابطه زیر حاصل می شود:

Ln OITt=-st+Ln OIT0

بنابراین از روی شیب منحنی لگاریتمیOIT بر حسب زمان، سرعت خروج آنتی اکسیدان به دست می آید. با محاسبه سرعت خروج آنتی اکسیدان میتوان انرژی اکتیواسیون را محاسبه کرد.

با توجه به مطالب مذکور به نظر می رسد بایستی انتخاب ژئوممبران مناسب بر اساس طول عمر مورد نیاز، دما و شرایط محیط  صورت پذیرد.