CN104353666A - 一种重金属污染土壤的原位搅拌固化修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重金属污染土壤的原位搅拌固化修复方法，该固化修复方法步骤如下：在任一施工点上布置搅拌桩施工机械，所述搅拌桩施工机械具有至少一根搅拌轴；启动所述搅拌轴并搅拌下沉至最大污染深度，之后所述搅拌轴反转提升，提升过程中所述搅拌轴边向污染土体喷射固化剂浆液边搅拌周围污染土体，直至地面；到达地面后，利用所述搅拌轴重复进行搅拌下沉和喷搅提升，使固化剂浆液与污染土体充分混合，从而形成固化剂浆液与污染土体混合的圆柱体固化区域；将所述搅拌桩施工机械移至下一个所述施工点，重复上述步骤，直至完成所有施工点处的修复。本发明的优点是，固化剂用量少，固化/稳定化效果好，修复后土体强度高，处置费用低，效率高。

Description

一种重金属污染土壤的原位搅拌固化修复方法

技术领域

本发明属于污染土壤修复治理技术领域，具体涉及一种重金属污染土壤的原位搅拌固化修复方法。

背景技术

随着城市化进程的加快，可利用土地资源逐渐减少，为了适应城市土地节约、集约化发展的需求，合理的开发利用建设用地，过去的污染场地有可能转变为居住用地、商业用地等，用地性质的变更越来越频繁，为避免变迁后的污染场地对人类健康和环境带来危害，需要对场地的环境状况进行调查评价，对存在污染的场地需要进行修复，调查表明我国存在大量的重金属污染场地，因此对重金属污染场地的调查和修复成为亟待解决的问题。

固化/稳定化是比较成熟的废物处置技术，经过几十年的研究，已成功应用于放射性废物、底泥和工业污泥的无害化和资源化。与其他技术相比，该技术具有处理时间短、适用范围广等优势，因此美国环保局曾将固化/稳定化技术称为处理有毒有害废物的最佳技术。英美等国家率先开始了污染土壤的固化/稳定化研究，并制定了相应的技术导则。在美国，已有180多个超级基金项目涉及污染土壤的固化/稳定化研究，与发达国家相比，我国的污染土壤固化/稳定化研究相对滞后，大型的处置工程相对缺乏。

目前我国大部分重金属污染场地都采用固化/稳定化技术，固化/稳定化的技术的处置工程操作中污染土壤与固化剂的充分混合是至关重要的步骤，按处置位置的不同，可以将固化/稳定化技术分为原位和异位处置。

其中异位固化/稳定化技术是将土壤从最初污染位置挖掘出来，运输至一个处理系统中实现与固化剂的混合和后续养护。挖掘污染土壤增加了运输成本，并且增大了污染物向周围扩散的可能性，但是异位处置能够很好控制加入量，能够保证污染土壤与固化剂的充分混合，比较适用于污染深度较浅的场地。

原位固化/稳定化技术不需要对污染土壤进行搬运，节省了挖掘、运输费用，减少了污染物扩散的可能性。为了实现土壤和固化剂的混匀，通常要利用各种挖掘、钻探和耕作设备，现场条件下需要根据不同的土壤深度选择合适的混合方式。

发明内容

本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种重金属污染土壤的原位搅拌固化修复方法，该固化修复方法通过利用搅拌轴在污染土体中搅拌下沉至最大污染深度，之后在搅拌轴反转提升的过程中，搅拌轴边喷射固化剂浆液边搅拌周围污染土体，以使固化剂浆液与污染土体混合后固化。

本发明目的实现由以下技术方案完成：

一种重金属污染土壤的原位搅拌固化修复方法，其特征在于所述固化修复方法包括如下步骤：在受污染区域内规划若干施工点，在任一施工点上布置搅拌桩施工机械，所述搅拌桩施工机械具有至少一根搅拌轴；启动所述搅拌轴并搅拌下沉至最大污染深度，之后所述搅拌轴反转提升，提升过程中所述搅拌轴边向周围污染土体喷射固化剂浆液边搅拌周围污染土体，直至地面；到达地面后，利用所述搅拌轴重复进行搅拌下沉和喷搅提升，使固化剂浆液与污染土体充分混合，从而形成固化剂浆液与污染土体混合的圆柱体固化区域；将所述搅拌桩施工机械移至下一个所述施工点，重复上述步骤，直至完成所有施工点处的修复。

所述搅拌桩施工机械具有两根或三根搅拌轴，各所述搅拌轴能达到不同的深度。

相邻的所述施工点之间的间距不大于固化后形成的所述圆柱体固化区域的直径。

所述固化剂浆液由水泥、生石灰、粉煤灰以及水混合构成。

所述固化剂浆液内的组分含量为：水泥5%～10%、生石灰2.5%～5%、粉煤灰2.5%～5%，其余为水。

本发明的优点是，

（1）和其他原位固化/稳定化修复技术相比，本固化修复方法可使固化剂与污染土充分混合，且固化剂用量少，固化/稳定化效果好，修复后土体强度高，处置费用低，效率高，在满足污染土壤治理的基础上也可以满足工程建设的需要，经济效益显著；

（2）固化剂能够充分水化，在施工中，能够充分发挥固化作用；搅拌固化桩体的质量易于控制和保证，且能保证工程用途；可以进行较深污染土壤的修复；

（3）本固化修复方法可用于污染较深，且含有淤泥、淤泥质土、粉土或含水率较高的粘性土的固化稳定化，并且可作污染隔离帷幕等施工。

附图说明

图1为本发明中搅拌桩施工机械结构示意图；

图2为本发明中在受污染区域内的施工点平面布置图；

图3为本发明中固化修复方法的流程图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施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：

如图1-3，图中标记1-7分别为：搅拌桩施工机械1、输浆管2、搅拌轴3、搅拌叶片4、施工点5、圆柱体固化区域6、受污染区域7。

实施例：如图1、2、3所示，本实施例具体涉及一种重金属污染土壤的原位搅拌固化修复方法，该方法是利用钻机搅拌土体把固化剂浆液注入污染土体中，并使污染土体与固化剂浆液搅拌混合，在土中形成若干个圆柱状的搅拌固化桩体，具体步骤如下：

（1）污染情况调查：对场地污染情况进行调查，确认受污染区域7的大小，经调查发现，本实施例中的重金属污染场地主要受Pb污染，最大污染浓度为1000mg/L，受污染区域7的大小约为120m×65m，深度约5m，土壤中Pb超过《展览会用地土壤环境质量评价标准》（HJ350-2007）中A级标准，需要进行修复；此外，受污染区域7的上部土体为粉质粘土、淤泥质粉质粘土、粘土，工程地质条件较差，厚度1.5-10m，具有含水量高、空隙比大、高压塑性等特点，地基承载力差，若作为工程用地需要采取相应的地基处理措施；

（2）平整场地：应先清除场地中的地上和地下障碍物，并通过开挖或回填将高处或低洼处整平；

（3）污染范围施工放样：根据污染情况调查所确定的受污染区域7的大小，用全站仪放出中心桩号和待处理场地的边桩，然后根据图纸要求标出需要进行搅拌固化桩施工的若干施工点5，根据搅拌固化桩能够固化的土体范围确定施工点5并标识，用竹片或下木桩固定桩位，图2中为场地施工点5的平面布置图，整个受污染区域7内可按此规律进行布点；需要说明的是，各施工点5之间的间距应小于圆柱体固化区域6的直径，也就是说，应保证先后施工的圆柱体固化区域6（即搅拌固化桩）之间能可靠搭接；

（4）布设搅拌桩施工机械和固化剂浆液配置：在前述所规划路线的起始施工点5处，安装搅拌桩施工机械1，其包括搅拌轴3和输浆管2，搅拌轴3可采用单轴、双轴、三轴或多轴，当搅拌轴3为多轴时，各搅拌轴3可以达到不同的搅拌深度，因此可根据污染深度的不同选取不同的搅拌轴3，各搅拌轴3也可同时钻进，提高搅拌作用范围和搅拌深度；在各搅拌轴3的头部设置有搅拌叶片4用于搅拌土体，输浆管2设置于搅拌轴3之间或固定于搅拌轴3上用于喷射固化剂浆液；根据污染物的特性确定固化剂各成分的掺入比以及水固化剂比配制固化剂浆液，固化剂掺入量为加固土重的10%～15%，固化剂浆液的组分质量百分比为：水泥5%、生石灰2.5%、粉煤灰2.5%，其余为水；固化剂浆液经过充分搅拌均匀后进入输浆管2待用，使固化剂与水在进入土体之前充分混合，固化效率更高； 

（5）预搅下沉与喷搅提升：开动搅拌桩施工机械1，待搅拌轴3运转正常后，以0.4～0.7m/min的速度边旋转、边切土、边下沉，直至达到土壤污染深度；搅拌轴3下沉到达污染物最大污染深度后，略停后将搅拌桩施工机械1换档，使搅拌轴3反转提升，同时开启输浆管2将固化剂浆液注入周围污染土体中，搅拌轴3以0.4～0.5m/min的速度提升，喷浆量控制在20～30L/min，喷浆压力控制在0.6～0.7MPa，边喷浆边搅拌，使固化剂浆液与污染土体充分拌合，直至地面，提升过程中始终保持固化剂浆液连续输送，中间不间断；

（6）复搅下沉与复喷搅提升：重复前次作业，可采用“两喷四搅”工艺，即两次提升喷浆，上下各搅拌两次，最后一次复搅拌速度限制在0.6～0.8m/min，转速大于50r/min，每根桩均要进行复搅复喷，到底后原位转1～2min，使固化剂浆液与污染土体充分拌合，形成圆柱体固化区域6；复搅复喷的目的在于持续向污染土体中补给固化剂浆液，同时加强混合效果；

（7）清洗搅拌桩施工机械并移位至下一施工点：清洗搅拌桩施工机械1；并将搅拌轴施工机械1移动至下一施工点5，按照图2中施工点5的路径重复上述施工步骤，施工路径可根据现场情况确定，可选择从外围到里施工，或者蛇形施工路径，直至受污染区域7所包涵的范围全部完成施工。

本实施例中的各圆柱体固化区域6（即搅拌固化桩）按照如图2所示的网格状密实分布，固化剂浆液的组分质量百分比为：水泥5%、生石灰2.5%、粉煤灰2.5%，其余为水，其中水泥采用Q425普通硅酸盐水泥；通常采用浸出液浓度和抗压强度来鉴定固化/稳定化产品的好坏程度，其中重金属污染土壤的浸出率应满足《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007），对于固化后固化体的强度要求，一般情况下如进行处置或装桶储存，控制在1～5Mpa即可，如要满足工程设计需要，应大于1.5Mpa，若作为建筑材料，应大于10Mpa。本实施例在施工结束后通过钻芯取样，室内测试确定固化/稳定化的效果。具体检测方法为：

①浸出浓度：采用美国的TCLP方法进行浸出试验，具体步骤如下：

将固化后土体中采集的试块压碎，取压碎后的试块一部分磨细，并过9.5mm筛以备用；取磨细的粉末50g和1000ml浸提液混合，利用溶出试验仪搅拌18个小时，其中浸出液是由5.7ml醋酸和64.3ml浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液混合后定容至1000ml得到的，其pH值应控制在4.93±0.05，浸出试验完毕后，由于溶液很浑浊，利用离心机提取得到纯净的浸出液，利用原子吸收分光光度计测出铅的浓度。

②抗压强度：按照要求取芯后按照下式计算固化后土的强度：

fcu=ε(4F/πd2)(fcu—芯样试件固化后的土强度值，单位为Mpa，精确至0.1Mpa；F—芯样试件抗压试验测得的最大压力，单位为N；d—芯样试件平均直径，单位为mm；ε—水泥土芯样试件抗压强度折算系数)。

③结论：

a.通过本修复技术的施工，证明该搅拌工艺适用于污染深度较深的淤泥、淤泥质土、粉土和含水量较高的粘性土的场地修复，可快速实现固化稳定化，且有利于固化剂与土壤的混合，大大缩短了施工周期；

b.通过试验检测证明，本修复技术实施后，铅离子的浸出浓度为0.015mg/L，远远低于《危险废物鉴别标准浸出毒性鉴别》（GB5085.3-2007）中浸出液中铅的浓度限值5mg/L，固化效果非常好，桩体28天无侧限抗压强度不低于1.5Mpa,满足工程设计要求；

常规固化剂浆液如5%水泥和5%生石灰固化后的铅离子浸出浓度为0.268mg/L,满足上述限值，但强度约为1.34Mpa,低于1.5Mpa；

采样相同固化剂浆液但百分比不同，即水泥5%，粉煤灰5%和生石灰5%时，铅离子的浸出浓度为0.571，强度为2.01Mpa；

c.搅拌桩固化技术在对污染场地的土体进行固化的过程中无振动、无噪音、对环境无污染；

d.和其他固化方法相比，搅拌桩可节约固化剂，搅拌均匀，强度高，固化后，重金属浸出液浓度可达标，形成的土体质量高，同时，该技术固化后的场地可用作后续工程用途，可达到工程设计要求，经济效益显著。

Claims (4)

1.一种重金属污染土壤的原位搅拌固化修复方法，其特征在于所述固化修复方法包括如下步骤：在受污染区域内规划若干施工点，在任一施工点上布置搅拌桩施工机械，所述搅拌桩施工机械具有至少一根搅拌轴；启动所述搅拌轴并搅拌下沉至最大污染深度，之后所述搅拌轴反转提升，提升过程中所述搅拌轴边向周围污染土体喷射固化剂浆液边搅拌周围污染土体，直至地面；到达地面后，利用所述搅拌轴重复进行搅拌下沉和喷搅提升，使固化剂浆液与污染土体充分混合，从而形成固化剂浆液与污染土体混合的圆柱体固化区域；将所述搅拌桩施工机械移至下一个所述施工点，重复上述步骤，直至完成所有施工点处的修复。

2.根据权利要求1所述的一种重金属污染土壤的原位搅拌固化修复方法，其特征在于所述搅拌桩施工机械具有两根或三根搅拌轴，各所述搅拌轴能达到不同的深度。

3.根据权利要求1所述的一种重金属污染土壤的原位搅拌固化修复方法，其特征在于相邻的所述施工点之间的间距不大于固化后形成的所述圆柱体固化区域的直径。

4.根据权利要求1所述的一种重金属污染土壤的原位搅拌固化修复方法，其特征在于所述固化剂浆液由水泥、生石灰、粉煤灰以及水混合构成。