CN104499509A - 阻隔地下水层污染物水平扩散与迁移的复合屏障及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种阻隔地下水层污染物水平扩散与迁移的复合屏障及其应用,其由水溶性高分子膜封装膨胀性粘土构成。应用中,将该复合屏障放入槽底为不透水层的垂直开槽中,复合屏障在垂直开槽中的填充高度不低于所述的地下水层的上平面,移除护壁泥浆,然后向所述垂直开槽中回填土,至将所述垂直开槽填平。本发明具有施工简单、工程造价低、防渗效果好等优点,可以较好的阻隔污染物在地下水层的水平迁移。
Description
技术领域
本发明属于污染物控制技术领域,具体涉及一种阻隔地下水层污染物水平扩散与迁移的复合屏障。
背景技术
随着我国工业化和城镇化的快速发展,地下水环境正遭受着越来越严重的污染。在一些化工、矿山园区的周围,由于泄露和废水排放等途径,已经使得包括重金属和有机物在内的污染物进入土壤及地下水环境中,对人类的健康和生态环境造成危害。
污染物在土壤和水体中的环境行为十分复杂,主要包括吸附、淋溶、富集、纵向和横向迁移等等。当污染物在土壤中通过纵向迁移达到地下水层后,便会随着地下水层水体的流动发生横向迁移;污染物的水平迁移会进一步扩大污染区域,从而增加环境修复的难度。对污染区域建立物理屏蔽,将受污染的地下水体圈闭起来,是阻止污染物进一步扩散的一种有效途径。通常采用的帷幕灌浆法,即用压力将灰浆注入,在受污染的水体周围形成一道帷幕,将受污染的水体阻隔起来,阻止污染物迁移。常用的灌浆技术有水泥灌浆和化学灌浆,但都存在一些问题,限制了其应用范围。针对水泥灌浆,由于水泥粒径的限制,使其难以注入不透水层的岩石裂隙,同时在含高硫酸盐或游离碳酸的环境中,水泥常常无法凝固。化学灌浆也存在化学材料贵且部分浆液有毒害的缺点,不能广泛应用,且大量使用也不经济。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供一种阻隔地下水层污染物水平扩散与迁移的复合屏障。
本发明的阻隔地下水层污染物水平扩散与迁移的复合屏障,由水溶性高分子膜封装膨胀性粘土构成。
作为优选技术方案,所述膨胀性粘土为钠基膨润土或凹凸棒石粘土的一种或其组合。
优选地,所述水溶性高分子膜包括聚丙烯酸、聚环氧乙烷或聚乙烯醇中的一种或其组合。
优选地,所述水溶性高分子膜的厚度为0.025-0.2mm。
优选地,所述水溶性高分子膜在5min后开始溶解。
进一步优选地,所述水溶性高分子膜的主要成分为聚乙烯醇1788和聚丙烯酸。更优选地,所述水溶性高分子膜中聚乙烯醇1788与聚丙烯酸的质量比为9:1。
具体地,所述水溶性高分子膜采用如下方法制备:醇解度88%、中聚合物的聚乙烯醇1788和聚丙烯酸(质量比9:1)共混树脂80-85份,水3-4份、增塑剂10-14、稳定剂0.5-1、速溶剂0.5-1、脱模剂0.5-1,采用熔融挤出吹塑成膜工艺获得。
优选地,所述水溶性高分子膜的厚度为0.05mm。
本发明还提供应用上述的复合屏障阻隔地下水层污染物水平扩散与迁移的方法,包括如下步骤:
1)开槽:在需阻隔地下水层污染物水平迁移的位置垂直开槽,至槽底部为地质结构中的不透水层,开槽过程中采用泥浆护壁;
2)制备阻隔地下水层污染物水平扩散与迁移的复合屏障: a.制备水溶性高分子膜;b.以所述水溶性高分子膜封装膨胀性粘土;
3)将所述复合屏障在所述垂直开槽的护壁泥浆中放入到所述垂直开槽中,同时确保在放入的过程中所述复合屏障保持完好;所述复合屏障在所述垂直开槽中的填充高度不低于所述的地下水层的上平面;
4)移除护壁泥浆,然后向所述垂直开槽中回填土,至将所述垂直开槽填平。
其中,所述复合屏障为长方体形,其宽与所述垂直开槽的槽底相同,其高度不低于槽底至地下水层上平面的高度;或者,所述复合屏障为横截面宽度小于槽底宽度的柱形、球形或多边体形;所述垂直开槽中填充多个所述复合屏障,至所述复合屏障在所述垂直开槽中的填充高度不低于所述的地下水层的上平面。
与传统的方法相比,如利用帷幕灌浆法对污染物在地下水层的水平迁移进行阻隔,本发明具有如下优点:
本发明的复合屏障,由水溶性高分子膜封装膨胀性粘土构成,其制备方法简单,原料成本低。
本发明的复合屏障在应用中,直接填充至垂直开槽的地下水层上方,地下水通过后将外层水溶性高分子膜溶解后,使得膨胀性粘土遇水发生膨胀作用,在垂直开槽中形成一道坚固的粘土防渗墙,防渗效果好,可以较好的阻隔污染物在地下水层的水平迁移,施工简单、工程造价低。
附图说明
图1为本发明的一种用于阻隔地下水层污染物水平迁移的复合屏障的剖面结构图。
图2本发明的一种用于阻隔地下水层污染物水平迁移的复合屏障的立体结构图。
图3为本发明的一种用于阻隔地下水层污染物水平迁移的复合屏障一实施例使用效果剖面示意图一。
图4为本发明的一种用于阻隔地下水层污染物水平迁移的复合屏障一实施例使用效果剖面示意图二。
图5为本发明的一种用于阻隔地下水层污染物水平迁移的复合屏障另一实施例使用效果剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
如图1和2所示,本发明的阻隔地下水层污染物水平迁移的复合屏障1,其由水溶性高分子膜11封装膨胀性粘土10构成。
本发明对膨胀性粘土10的要求为当水溶性高分子膜11溶解后,膨胀性粘土10与水作用会发生膨胀,其膨胀系数≥10倍。膨胀之后的粘土可形成渗透系数≤0.5×10-8cm/sec的防渗墙,用于阻隔地下水层污染物的水平迁移。经实验筛选,本发明的膨胀性粘土10为钠基膨润土或凹凸棒石粘土的一种或其组合。
本发明中,水溶性高分子膜11的种类和厚度可依实际需要的水溶时间选择和调节,其可为一层也可为多层组合。由于在本发明中要求复合屏障1在护壁泥浆中放入到垂直开槽的过程中,复合屏障1结构完好(即水溶性高分子膜11不能溶解而导致膨胀性粘土10与水发生接触),而在放入到垂直开槽槽底并回填土后,水溶性高分子膜11在一定时间完全溶解使得膨胀性粘土10与水作用发生膨胀,使得垂直开槽中槽底至地下水层的上平面处形成一层粘土防渗墙,阻隔污染物在地下水层的水平迁移。为此,高分子聚合物膜最好具有如下性质:高分子聚合物膜在水中,5min后开始发生溶解。
水溶性高分子膜11包括聚丙烯酸、聚环氧乙烷或聚乙烯醇中的一种或其组合。膜厚在0.025~ 0.2mm。优选地,水溶性高分子膜11主要由醇解度88%、中聚合物的聚乙烯醇1788和聚丙烯酸构成。更优选地,所述水溶性高分子膜11采用如下方法制备:醇解度88%、中聚合物的聚乙烯醇1788和聚丙烯酸(质量比9:1)共混树脂80-85份,水3-4份、增塑剂10-14份、稳定剂0.5-1、速溶剂0.5-1、脱模剂0.5-1. 采用熔融挤出吹塑成膜工艺获得。水溶性高分子膜11的膜厚为0.05mm。以此方法制得的高分子聚合物膜具有如下性质:温水溶性;在20-25°C的水中,5min后开始发生溶解。
以下,以应用上述复合屏障1阻隔地下水层污染物水平扩散与迁移的方法对本发明进行说明,该方法包括如下步骤:
1)开槽:在需阻隔地下水层污染物水平迁移的位置垂直开槽2(开槽过程中使用泥浆护壁),至槽底部为地质结构中的不透水层400(如图2所示,垂直开槽2贯穿地层中的土壤层100,中间层200和地下水层300,并可选择地深入不透水层400一部分),不透水层400多为岩石层。
2)制备阻隔地下水层300污染物水平扩散与迁移的复合屏障1:
a.制备水溶性高分子膜11;
采用如下方法制备:醇解度88%、中聚合物的聚乙烯醇1788和聚丙烯酸(质量比9:1)共混树脂80-85份,水3-4份、增塑剂10-14份、稳定剂0.5-1份、速溶剂0.5-1份、脱模剂0.5-1份。 采用熔融挤出吹塑成膜工艺获得。水溶性高分子膜11的膜厚为 0.05mm。
b.以上述制得的水溶性高分子膜11封装钠基膨润土;
3)将复合屏障1在垂直开槽2的护壁泥浆中放入到垂直开槽2中,同时确保在放入的过程中复合屏障1保持完好;复合屏障1在垂直开槽2中的填充高度不低于的地下水层的上平面;
如图3所示,在本发明的一实施方式中,复合屏障1为长方体形,其长、宽与所述垂直开槽2的槽底相同,其高度不低于槽底至地下水层上平面的高度;垂直开槽2中填充一个复合屏障1。如图5所示,在本发明的另一实施方式中,复合屏障1为横截面宽度小于槽底宽度的柱形、球形或多边体形;垂直开槽2中填充多个复合屏障1,至复合屏障1在垂直开槽2中的填充高度不低于所述的地下水层300的上平面。
以此,如图4所示,待该复合屏障1的外层水溶性高分子膜11发生水溶后,其内部钠基膨润土会与水接触发生膨胀,形成一道粘土防渗墙,可以阻隔污染物在地下水层300的水平迁移,有效的保护未污染的地下水体。并且,膨胀性粘土会渗入不透水层400的岩石缝隙中,进一步阻挡污染物从槽底部的扩散。
4)移除护壁泥浆,向垂直开槽2中回填土,至将垂直开槽2填平。
在污染区域的下游或环绕污染区域一周,可将该复合屏障1放置于垂直开槽的地下水层。
本发明利用粘土防渗特性对污染区域建立物理屏蔽,具有造价低、防渗效果好等优点,同时能承受一定的静水压,且对高硫酸盐或游离碳酸盐的环境具有较强的适应性,可以克服水泥灌浆和化学灌浆等技术的缺陷。此外,由于粘土矿物的不断吸水膨胀,使得粘土不怕地下水的稀释、冲刷,也不受可溶性盐或酸类的溶蚀。利用本发明的复合屏障1可广泛用于对地下水层污染物的阻隔和屏蔽,具有较好的技术和经济可行性。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例,本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换,均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种阻隔地下水层污染物水平扩散与迁移的复合屏障,其特征在于,由水溶性高分子膜封装膨胀性粘土构成。
2.根据权利要求1所述的阻隔地下水层污染物水平扩散与迁移的复合屏障,其特征在于,所述膨胀性粘土为钠基膨润土或凹凸棒石粘土的一种或其组合。
3.根据权利要求1所述的复合屏障,其特征在于,所述水溶性高分子膜包括聚丙烯酸、聚环氧乙烷或聚乙烯醇中的一种或其组合。
4.根据权利要求3所述的复合屏障,其特征在于,所述水溶性高分子膜的厚度为0.025-0.2mm。
5.根据权利要求4所述的复合屏障,其特征在于,所述水溶性高分子膜在水中,5min后开始溶解。
6.根据权利要求5所述的复合屏障,其特征在于,所述水溶性高分子膜的主要成分为聚乙烯醇1788和聚丙烯酸。
7.根据权利要求6所述的复合屏障,其特征在于,所述水溶性高分子膜中聚乙烯醇1788与聚丙烯酸的质量比为9:1。
8.根据权利要求7所述的复合屏障,其特征在于,所述水溶性高分子膜的厚度为0.05mm。
9.应用权利要求1~8任一项所述的复合屏障阻隔地下水层污染物水平扩散与迁移的方法,包括如下步骤:
1)开槽:在需阻隔地下水层污染物水平迁移的位置垂直开槽,至槽底部为地质结构中的不透水层,开槽过程中采用泥浆护壁;
2)制备阻隔地下水层污染物水平扩散与迁移的复合屏障: a.制备水溶性高分子膜;b.以所述水溶性高分子膜封装膨胀性粘土;
3)将所述复合屏障在所述垂直开槽的护壁泥浆中放入到所述垂直开槽中,同时确保在放入的过程中所述复合屏障保持完好;所述复合屏障在所述垂直开槽中的填充高度不低于所述的地下水层的上平面;
4)移除护壁泥浆,然后向所述垂直开槽中回填土,至将所述垂直开槽填平。
10.根据权利要求9所述的方法,其特征在于,所述复合屏障为长方体形,其宽与所述垂直开槽的槽底相同,其高度不低于槽底至地下水层上平面的高度;或者,所述复合屏障为横截面宽度小于槽底宽度的柱形、球形或多边体形;所述垂直开槽中填充多个所述复合屏障,至所述复合屏障在所述垂直开槽中的填充高度不低于所述的地下水层的上平面。
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