CN104261505B - 一种地下水污染修复系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地下水原位修复系统，其特征在于该系统包括沿污染区域周边布置的垂直防渗墙，所述垂直防渗墙呈半封闭结构设置，在所述垂直防渗墙的开口处设置多处理单元反应格栅，所述多处理单元反应格栅设置在地下水污染羽流的下游前沿处，并垂直于地下水流方向设置，多处理单元反应格栅的上游及下游分别设置地下水监测井，用于测定地下水修复前后水位及水质的变化情况。本发明将避免传统连续反应墙在工程应用中修复范围小、容易淤堵、处理污染组分单一等缺点，可以有效处理污染物组分多、地下水流场复杂的地下水污染羽流的修复，且可以实时监测地下水的水位与水质的动态变化，据此对各处理单元反应格栅内的反应介质进行定期清理与更换。

Description

一种地下水污染修复系统及其施工方法

技术领域

本发明属污染场地地下水污染修复防治领域，具体地涉及一种地下水污染修复系统及其施工方法。

背景技术

随着人类工业的发展，地下水污染日益严重。在我国绝大部分城市地下水不同程度遭受有机和无机有毒有害污染物的污染，已呈现有点向面、由浅到深、由城市到农村不断扩展和污染程度日益严重的趋势。据有关部门对118个城市2~7年的连续监测统计，约有64%和33%的城市地下水遭受了重度和轻度的污染，基本清洁的城市地下水只有3%。特别是城市工业搬迁遗留污染场地，表层污染土壤在降雨及地表径流的作用下，使得浅层地下水受到严重污染，并有向深层地下水污染的趋势。由于地下水对污染源的敏感性，脆弱性及其与土地污染的相关行，地下含水层，特别是深部含水层一旦受到污染，治理修复相当困难，不仅经济投入大，而且技术难度高，风险大，治理周期长。

可渗透反应墙是近年来迅速发展的一种有效的地下水污染原位修复技术。可渗透反应墙是一个被动的填充有活性反应介质的原位处理区，当地下水中的污染组分流经该活性介质时能够被降解或固定，从而达到去除污染物的目的。其修复机理分为生物和非生物两种，主要包括吸附、沉淀、氧化还原和生物降解。按反应性质可分为吸附反应墙、沉淀反应墙、氧化还原墙以及降解反应墙。该修复技术具有如下优点：（1）就地修复，工程设施较简单，不需要任何外加动力装置，以及地面处理设施；（2）能够达到对多数污染物的去除作用，且活性反应介质消耗很慢，可长期有效地发挥修复效能；（3）经济成本低，除初期安装和长期监测以便观察修复效果外，几乎不需要任何费用；（4）可根据含水层的类型；含水层的水力学参数、污染物种类、污染物浓度高低等选择合适的反应装置。

常规连续反应墙虽然对地下水流场干扰小，结构简单，易于设计施工，但却存在如下缺点：（1）只适合含水层埋藏浅且污染物羽流规模较小的情况，如果含水层厚度或污染区域比较大，那么连续反应墙的面积会很大，工程成本将大幅度增加；（2）实际污染场地地下水流场复杂，可能存在多方向的优势流，且随着反应墙反应的进行，反应产物沉淀析出导致孔隙率减少，渗透系数降低，反应墙可能存在结垢淤堵，污染物可能随水流从反应墙两侧渗漏。（3）当地下水污染组分复杂多样，单层反应格栅将无法处理多污染组分。上述缺点极大的限制了连续反应墙的原位工程应用。

发明内容

本发明的一个目的在于克服上述现有连续反应墙技术中的缺点，提供一种新颖、高效、经济可行的地下水原位修复系统。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种地下水原位修复系统，其特征在于该系统包括沿污染区域周边布置的垂直防渗墙，所述垂直防渗墙呈半封闭结构设置，在所述垂直防渗墙的开口处设置多处理单元反应格栅，所述多处理单元反应格栅设置在地下水污染羽流的下游前沿处，并垂直于地下水流方向设置，多处理单元反应格栅的上游及下游分别设置地下水监测井，用于测定地下水修复前后水位及水质的变化情况。垂直防渗墙开口处开设有沟槽，沟槽两端嵌入垂直防渗墙内，所述多处理单元反应格栅的两端嵌固于所述垂直防渗墙的沟槽内。支撑框架分别安装于垂直防渗墙沟槽内，支撑框架内设置袋装反应介质，支撑框架外侧安装土工复合排水网，土工复合排水网与沟槽槽壁之间填充透水滤料。在支撑框架的顶部加顶盖，顶盖上部覆盖压实粘土。各处理单元沿地下水流方向间隔一定距离串联布置。各处理单元的之间设置地下水监测井。

本发明的另一目的在于克服上述现有连续反应墙技术中的缺点，提供一种新颖、高效、经济可行的地下水原位修复系统的施工方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：一种地下水原位修复系统的施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）根据污染区域范围施工垂直防渗墙，并根据多处理单元反应格栅安装位置设置开口区域；

（2）根据处理单元的数量，在预定的位置在垂直防渗墙开口处上开挖相应数量的沟槽，沟槽两端嵌入垂直防渗墙内，两个相邻沟槽之间间隔2~4m；

（3）在支撑框架的上下游两侧铺设土工复合排水网；

（4）将支撑框架分别安装于沟槽内，在支撑框架与沟槽上下游槽壁之间填充透水滤料；

（5）将装有反应介质的土工管袋依次填入支撑框架内，填至高于地下最高水位线后，在支撑框架的顶部加顶盖，并在顶盖上部覆盖压实粘土，完成单个单元反应格栅的安装；

（6）在单元反应格栅之间以及上下游区域安装地下水监测井。

本发明采用半封闭结构的垂直防渗墙，开口处设置多处理单元反应格栅，形成漏斗—导水门结构，利用半封闭结构的垂直防渗墙将被污染的地下水带入开口处的多处理单元反应格栅中，将污染物从地下水中去除，地下水经处理后流出。本发明将避免传统连续反应墙在工程应用中修复范围小、容易淤堵、处理污染组分单一等缺点，可以有效处理污染物组分多、地下水流场复杂的地下水污染羽流的修复，且可以实时监测地下水的水位与水质的动态变化，据此对各处理单元反应格栅内的反应介质进行定期清理与更换。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的截面图。

具体实施方式

以下结合附图通过实例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解。

本发明的一种地下水原位修复系统由垂直防渗墙1、多处理单元反应格栅2、地下水监测井3三大部分组成。垂直防渗墙1底部需进入隔水层5内1~2m，垂直防渗墙1结构一般为塑性混凝土墙、水泥搅拌桩、混凝土—膨润土等结构形式。垂直防渗墙1为半封闭结构，开口处与多处理单元反应格栅2两端密闭连接，形成多处理单元反应格栅2串联漏斗—导水门系统。多处理单元反应格栅2设置在地下水污染羽体4的下游，即尚未被污染的地下水区域，并垂直于地下水流方向。垂直防渗墙开口处开设有沟槽，沟槽两端嵌入垂直防渗墙内，所述多处理单元反应格栅的两端嵌固于所述垂直防渗墙的沟槽内。多处理单元反应格栅根据需要修复的污染物种类数设置处理单元的数量，各处理单元沿地下水流方向间隔一定距离串联布置。各处理单元的上下游设置地下水监测井，既可用于测量地下水位，也可用于地下水取样，测定其通过处理单元前后地下水位、水质的变化。

多处理单元反应格栅由支撑框架6、透水滤料7、土工复合排水网8、反应介质9、顶盖10组成。支撑框架为钢架结构，根据反应单元的宽度、厚度和深度进行预制。支撑框架分别安装于沟槽内，支撑框架内设置袋装反应介质，支撑框架上下游外侧安装土工复合排水网。土工复合排水网与上下游沟槽槽壁之间填充透水滤料7。所述多处理单元反应格栅顶部设置顶盖10，顶盖上部覆盖压实粘土11。

反应介质根据每个处理单元处理污染物的种类选择填充不同活性的材料，活性材料装入透水性能良好的土工管袋内，以便于吊装填充于支撑框架内和运行过程中更换。充满反应介质的土工管袋的顶面需高于该位置处的最高地下水位。反应介质一般为具有吸附、沉淀、氧化还原和生物降解作用的材料，比如零价铁粉、铁的氧化物和氢氧化物、活性碳、沸石、离子交换树脂、硅酸盐、高锰酸钾晶粒、石灰石等材料。

在具体实施工程中，通过污染土现状调查与分析，圈定污染区域，其范围应大于污染物羽流。垂直防渗墙范围沿污染区域布置，通过现场水文地质勘察，得出地下水位、地下水流场以及隔水层的埋深，确定垂直防渗墙的施工深度，防止污染物随水流从垂直防渗墙底部及两侧渗漏。根据地下水动力特征、污染物的迁移方式和范围，在污染物可能扩散的最前沿处划定多处理单元反应格栅的安装位置。根据污染场地主要污染物的种类数量，确定单元反应格栅串联的数量。单元反应格栅的宽度、厚度和深度主要取决与污染物的空间分布和地下水特征。

反应介质的厚度B主要由地下水流速和水力停留时间来确定。地下水流速由反应介质的渗透系数和含水层的渗透系数决定。一般情况下，反应介质的渗透系数为含水层渗透系数的2倍，由反应介质的孔隙率决定。停留时间即为修复污染物所需的反应时间，主要由污染物的半存留期和流入反应墙时的初始浓度决定。反应介质可根据地下水修复的需要及自身渗透系数的减少的程度定期清理、检查更换。

B=vt

式中，v为地下水流速，单位cm/s；t为修复污染物所需的反应时间，即污染羽流在单元反应格栅的停留时间，对应混合污染物采用修复其中污染物的最长时间，单位s。

污染羽流在单元反应格栅的停留时间（t）主要由半存留期和流入反应墙的初始浓度决定。污染物的半存留期（t_0.5）由室内试验确定。此外，还要考虑稳定、反应介质密度和工程安全等因素。具体计算公式为：

t=nt_0.5u₁u₂R

式中，n为修复污染物达到环境标准所需的半存留期的次数；t_0.5为半存留期；u₁为温度校正因子，可取2.0~2.5；u₂为密度校正因子，可取1.5~2.0；R为安全系数，可取2.0~3.0。

各处理单元反应格栅需贯穿土壤不饱和区和饱和区，直至进入隔水层，单元反应格栅的高度主要由不透水层或弱透水层的埋深和厚度决定。一般单元反应格栅的底段嵌入不透水层至少0.6m，以防止污染羽流发生底渗作用流向下流地区。为防止地下水溢出反应墙，加上地下水季节性波动，单元反应格栅顶端需高于地下水最高水位。

单元反应格栅的宽度主要由污染羽流的尺寸和地下水流场决定，多处理单元反应格栅宽度一般不小于污染羽流，考虑到地下水流向的不稳定和污染羽尺寸进一步扩大的可能，反应墙的宽度一般为污染羽流宽度的1.5倍。如果污染羽流宽度较大，可根据实际工程安装条件，将多处理单元反应格栅并联。

多处理单元反应格栅串联漏斗—导水门系统的施工安装：

（1）根据污染区域范围施工垂直防渗墙，并根据多处理单元反应格栅安装位置设置开口区域；

（2）根据处理单元的数量，在预定的开口区域开挖相应数量的沟槽，沟槽两端嵌入垂直防渗墙内，两个相邻沟槽之间间隔2~4m；

（3）根据单元反应格栅的宽度、厚度和深度预制支撑框架，并支撑框架的上下游两侧铺设土工复合排水网。根据支撑框架的厚度确定沟槽的开挖宽度、厚度和深度。

（4）将支撑框架分别安装于沟槽内，在支撑框架与与上下游沟槽槽壁之间填充透水滤料。

（5）将装有反应介质的土工管袋按次序依次填入支撑框架内，填至高于地下最高水位线后，在支撑框架的顶部加顶盖，并在顶盖两侧覆盖压实粘土，完成单个单元反应格栅的安装。依次完成其余单元反应格栅的安装。

（6）在单元反应格栅之间以及上下游区域安装地下水监测井。

单元反应格栅安装运行过程中，应监测地下水水位与水质。根据上游地下水监测井确定初始地下水质和水位。根据中间地下水监测井和下游地下水监测井确定经过单元反应格栅后地下水质的修复情况及地下水位的变化情况。根据地下水修复后地下水质的变化情况，可以确定地下水的最终修复效果。根据地下水位的变化情况，可以确定单元反应格栅的淤堵情况。如果地下水位长时间低于修复初期水位，说明随着地下水修复的进行，反应产物沉淀析出导致单元反应格栅孔隙率减少，渗透系数降低，造成淤堵，可以根据最终地下水修复目标确定是否要更换反应介质。

Claims (7)

1.一种地下水原位修复系统，其特征在于该系统包括沿污染区域周边布置的垂直防渗墙，所述垂直防渗墙呈半封闭结构设置，在所述垂直防渗墙的开口处设置多处理单元反应格栅，所述多处理单元反应格栅设置在地下水污染羽流的下游前沿处，并垂直于地下水流方向设置，多处理单元反应格栅的上游及下游分别设置地下水监测井，用于测定地下水修复前后水位及水质的变化情况，多处理单元反应格栅包括支撑框架，支撑框架内设置袋装反应介质，支撑框架外侧安装土工复合排水网，土工复合排水网与沟槽槽壁之间填充透水滤料，反应介质装入透水性能良好的土工管袋内，吊装填充于支撑框架内。

2.根据权利要求1所述的一种地下水原位修复系统，其特征在于垂直防渗墙开口处上开设有沟槽，沟槽两端嵌入垂直防渗墙内，所述多处理单元反应格栅的两端嵌固于所述垂直防渗墙的沟槽内。

3.根据权利要求2所述的一种地下水原位修复系统，其特征在于支撑框架分别安装于垂直防渗墙沟槽内。

4.根据权利要求2所述的一种地下水原位修复系统，其特征在于在支撑框架的顶部加顶盖。

5.根据权利要求2所述的一种地下水原位修复系统，其特征在于各处理单元沿地下水流方向间隔一定距离串联布置。

6.根据权利要求2所述的一种地下水原位修复系统，其特征在于垂直防渗墙底部进入隔水层1~2m，垂直防渗墙结构为塑性混凝土墙、水泥搅拌桩或混凝土—膨润土。

7.根据权利要求1~6中任一项所述的一种地下水原位修复系统的施工方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

（1）根据污染区域范围施工垂直防渗墙，并根据多处理单元反应格栅安装位置设置开口区域；

（2）根据处理单元的数量，在预定的位置在垂直防渗墙上开挖处相应数量的沟槽，两个相邻沟槽之间间隔2~4m；

（3）在支撑框架的上下游两侧铺设土工复合排水网；

（4）将支撑框架分别安装于垂直防渗墙开口处的沟槽内，在支撑框架与垂直防渗墙沟槽上下游槽壁之间填充透水滤料；

（5）将装有反应介质的土工管袋依次填入支撑框架内，填至高于地下最高水位线后，在支撑框架的顶部加顶盖，并在顶盖上部覆盖压实粘土，完成单个单元反应格栅的安装；

（6）在单元反应格栅之间以及上下游区域安装地下水监测井。