CN104624629A - 一种采用双向搅拌注入法修复有机物污染场地的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用双向搅拌注入法修复有机物污染场地的方法，步骤1）平整污染场地；步骤2）进行浅层地表固化；步骤3）测量放样；步骤4）双向搅拌设备就位；步骤5）移动搅拌设备的钻杆；步骤6）预搅拌钻进；步骤7）钻杆钻进，注入药剂并双向搅拌：将药剂从输料管道的内管注入，将催化剂和缓冲药剂的混合溶液从输料管道内管和外管之间的通道注入，对药剂、催化剂、缓冲药剂和土壤在输料管道的底部进行混合搅拌；步骤8）反转搅拌提升钻杆；步骤9）将钻杆移至下一桩位，重复步骤5）~步骤8），直至所有桩位中的土壤均被修复。该方法可减少地表混合药剂的损失、有效控制反应速率和时间，有效治理地表冒浆翻浆问题，提高修复效率。<b/>
Description
技术领域
本发明属土木工程、环境岩土工程技术领域，具体说来，涉及一种采用双向搅拌注入法修复有机物污染场地的方法，尤其适用处理土壤污染深度不超过20m的有机污染物场地的原位修复。
背景技术
现阶段对有机污染场地土壤最为常见的处理方法是挖掘填埋法(又称客土法)，作为一种广泛应用的物理治理技术，该方法通过人工、机械挖掘的方式将受有机物污染的土壤从原场地开挖分离出来，再经过简单处理(如异位焚烧或固化稳定化)，将处理后的污染土壤整体搬运并填埋到指定地点，以达到清除污染物的目的，然后再回填未受污染的新鲜干净土壤，从而实现对原场地的重新开发利用。挖掘填埋法对于污染重、面积小的土壤具有非常明显的修复效果，治理效果好且彻底。然而该方法显然未能从真正意义上达到清除污染物的目的，只不过是将污染物进行了整体转移；同时，对于修复面积较大的污染场地，人力物力耗费巨大，成本较高，而且处理深度浅、大量的洁净土壤其来源也难以保障。另外，挖掘填埋法也容易破坏土壤结构，导致土壤肥力下降，而且转移到异处的重金属污染土壤也需要隔离密封或固化稳定化处理，这进一步增加了成本，且很容易导致有机污染物的释放、转移，造成新的土壤、地下水污染。针对挖掘填埋法处理有机物污染场地存在的上述缺陷，开发一种治理效果好，成本低廉，易于施工的创新性修复方法成为岩土工程业内人士日益关注的焦点。
发明内容
技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种采用双向搅拌注入法修复有机物污染场地的方法，该方法可减少地表混合药剂的损失、有效控制反应速率和时间，有效治理地表冒浆翻浆问题，无需反复施工，提高修复效率，降低修复成本。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种采用双向搅拌注入法修复有机物污染场地的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1)平整待修复的污染场地；
步骤2)进行浅层地表固化处理：采用由碱性材料和吸附性材料组成的固化材料，对地表以下深度2m～3m范围内土壤进行固化处理；
步骤3)测量放样：设双向搅拌设备的钻杆直径为a cm，在同一排桩位中，相邻两个桩位中心的间距为(a-b)cm，其中b＝10～20cm；在相邻两排桩位中，两排桩位交叉错位布设，且两排桩位中相邻两桩位中点距离为a cm；
步骤4)双向搅拌设备就位；
步骤5)移动双向搅拌设备的钻杆，使得钻杆对准一个桩位；
步骤6)预搅拌钻进：将钻杆钻进地表，同时喷出药剂，直至钻杆上的喷浆口完全进入地表以下；
步骤7)钻杆钻进，注入药剂并双向搅拌：将钻杆继续向地表以下钻进，同时，将药剂从输料管道的内管注入，将催化剂和缓冲药剂的混合溶液从输料管道内管和外管之间的通道注入，对药剂、催化剂、缓冲药剂和土壤在输料管道的底部进行混合搅拌；药剂对土壤中的有机物污染物进行修复；
步骤8)反转搅拌提升钻杆：搅拌钻进至最大深度后，搅拌钻杆在桩底喷浆搅拌10～30s后，开始反向搅拌提升，且提升过程中，继续喷出药剂，直至钻杆提升至地表上方；
步骤9)将钻杆移至下一桩位，重复步骤5)～步骤8)，直至所有桩位中的土壤均被修复。
进一步，所述的步骤6)中，喷出药剂的速度为0.5～2L/min；步骤8)中，提升过程中，喷出药剂速度为：0.5～2L/min。
进一步，所述的步骤7)中，钻杆的钻进速度小于或等于0.8m/min，药剂注入速度为：30～40L/min；混合溶液注入速度为：30～40L/min。
进一步，所述的步骤8)中，钻杆的提升速度小于或等于1m/min。
进一步，所述的步骤9)中，钻杆移动到桩位的顺序为：每两排桩位顺序交叉进行，从第一排的第一个桩位，到第二排的第一个桩位，再到第一排的第二个桩位，然后第二排第二个桩位，直到所有桩位都进行了修复。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)由于地下水位较高、浅层地表土质较软，在钻进双向搅拌注入药剂前，采用固化材料对地表以下2—3米范围内土体进行处理，可提高施工作业面强度，同时可消除土壤中的刺激性异味。
(2)使用双向搅拌机械，可同时将药剂、催化剂与缓冲药剂混合液独立地注入地层土壤，减少地表混合药剂的损失，提高药剂利用效率，提高经济效益，降低修复成本。传统工法修复污染土壤时，往往在地表进行药剂的混合，在药剂未达到土体内部时，反应往往已经开始，造成了药剂不必要的损失，且难以控制反应速度。因此，将药剂、催化剂与缓冲药剂混合液独立地注入地层土壤，将药剂、催化剂、缓冲药剂和土壤在输料管道的底部进行混合搅拌，可减少地表混合药剂的损失，提高药剂利用效率，提高经济效益，降低修复成本。
(3)双向搅拌机械原位拌合时由于双向搅拌叶片搅拌方向相反，可抑制泥浆上升，避免和减轻翻浆问题。此外，双向搅拌机械不需要反复搅拌施工，工作效率高，速度快，造价相对低，搅拌均匀性好，经济效益高。双向搅拌机械原位拌合时由于双向搅拌叶片搅拌方向相反，内管钻杆顺时针旋转，造成泥浆向上流动，外管钻杆逆时针旋转，泥浆向下流动，对泥浆起到压制作用。因此，可避免和减轻翻浆问题。此外，双向搅拌机械具有一次施工成型的特点，无需反复搅拌施工，工作效率高，效率快，造价相对低，搅拌均匀性好，经济效益高。
(4)本发明尤其适用于点(或井)注入等通过渗透扩散难以修复的有机污染粘土，粉土等难透水性地层。对于采用点注入或井注入法等通过渗透扩散的原理修复污染场地的工艺，由于粘土、粉土地层，其渗透系数小，注入药剂后，药剂难以有效渗透、扩散到土壤各处，修复效果不佳。本发明直接将药剂和地表以下土壤进行搅拌，使其充分接触、反应，解决了采用点(或井)注入等通过渗透扩散难以修复有机污染粘土、粉土等低渗透性底层的难题。
(5)与挖掘填埋法不同，双向搅拌注入法施工对环境影响小，同时也没有高压旋喷法的引孔作业以及大量返浆造成的药剂成本增加的问题，避免了挖掘填埋法工程量大、费时费力、填埋二次污染以及造价比较高的问题，具有一定的社会效益。
附图说明
图1是本发明中所用双向搅拌机械的双向搅拌叶片示意图。
图2是本发明中双向搅拌注入法修复有机污染场地施工工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的技术方案做进一步详细的描述。
如图1所示，本发明的一种采用双向搅拌注入法修复有机物污染场地的方法，该方法包括以下步骤：
步骤1)平整待修复的污染场地。
步骤2)进行浅层地表固化处理：采用由碱性材料和吸附性材料组成的固化材料，对地表以下深度2m～3m范围内土壤进行固化处理。对浅层地表进行预先固化，可提高地表土层强度，又可吸附土层中的有机污染物，消除土壤中的刺激性气味。
步骤3)测量放样：设双向搅拌设备的钻杆直径为a cm，在同一排桩位中，相邻两个桩位的间距为(a-b)cm，其中b＝10～20cm；在相邻两排桩位中，两排桩位交叉错位布设，且两排桩位中相邻两桩位中点距离为a cm。即两排桩位中相邻两桩搅拌区域为相切关系。这样的桩位设置，可以减小各桩之间未搅拌区域面积，提高土壤的修复面积。a为大于30的整数。如图2所示，为一种桩位的分布示意图，其中，钻杆直径为80cm，在同一排桩位中，相邻两个桩位的间距为70cm。
步骤4)双向搅拌设备就位。
步骤5)移动双向搅拌设备的钻杆，使得钻杆对准一个桩位。
步骤6)预搅拌钻进：将钻杆钻进地表，同时喷出药剂，直至钻杆上的喷浆口完全进入地表以下。喷出药剂的速度为0.5～2L/min。钻杆喷出药剂是为了防止钻杆上的喷口被土壤堵塞。
步骤7)钻杆钻进，注入药剂并双向搅拌：将钻杆继续向地表以下钻进，同时，将药剂从输料管道的内管注入，将催化剂和缓冲药剂的混合溶液从输料管道内管和外管之间的通道注入，对药剂、催化剂、缓冲药剂和土壤在输料管道的底部进行混合搅拌；药剂对土壤中的有机物污染物进行修复。
在步骤7)中，钻杆的钻进速度小于或等于0.8m/min，药剂注入速度为：30～40L/min；混合溶液注入速度为：30～40L/min。采用这些速度进行操作，可以达到最佳修复效果。
步骤8)反转搅拌提升钻杆：搅拌钻进至最大深度后，搅拌钻杆在桩底喷浆搅拌10～30s后，开始反向搅拌提升，且提升过程中，继续喷出药剂，直至钻杆提升至地表上方。钻杆在提升过程中喷出药剂，是为了防止钻杆上的喷口被土壤堵塞。喷出药剂不需要大量，优选喷出药剂的速度为0.5～2L/min。
在步骤8)中，钻杆的提升速度小于或等于1m/min。在反向搅拌提升钻杆过程中，可进一步对土体进行搅拌，使其充分发生反应，因此提升速度宜小于或等于1m/min，
步骤9)将钻杆移至下一桩位，重复步骤5)～步骤8)，直至所有桩位中的土壤均被修复。
在步骤9)中，钻杆移动到桩位的顺序为：每两排桩位顺序交叉进行，从第一排的第一个桩位，到第二排的第一个桩位，再到第一排的第二个桩位，然后第二排第二个桩位，直到所有桩位都进行了修复。如图2所示，将第一排的桩位标记为A1、A2、A3，第二排的桩位标记为B1、B2、B3，第三排的桩位标记为C1、C2、C3，第四排的桩位标记为D1、D2、D3，那么钻杆移动到桩位的顺序为A1、B1、A2、B2、A3、B3、C1、D1、C2、D2、C3、D3。这样的钻杆移动到桩位顺序，利用双向搅拌桩底盘行走装置，架设机械，可修复两排桩位区域。
本发明在钻井双向搅拌注入药剂修复前，针对地下水位高、浅层地表土质较软的情况，预先对浅层地表土壤进行固化处理，提高地基强度，吸附土壤中有机污染物，同时消除土壤中产生的刺激性气味。在机械就位、对中后，先进行预搅拌钻进，钻进钻杆，同时喷出少量药剂以防止土壤堵塞喷浆口，直至喷浆口完全进入地表以下。在双向搅拌钻进注入药剂时，药剂、催化剂和缓冲药剂的混合溶液分开注入，药剂从钻杆内管注入，催化剂和缓冲药剂的混合溶液从钻杆内外管之间的通道注入，避免二者在地表混合造成的损失，同时可控制反应速率，提高药剂利用率。传统工法修复污染土壤时，往往在地表进行药剂的混合，在药剂未达到土体内部时，反应往往已经开始，造成了药剂不必要的损失，且难以控制反应速度，因此将药剂、催化剂与缓冲药剂混合液独立地注入地层土壤，将药剂、催化剂、缓冲药剂和土壤在输料管道的底部进行混合搅拌，可减少地表混合药剂的损失，提高药剂利用效率，提高经济效益，降低修复成本。
在反向搅拌提升时，为避免喷浆口堵塞，边提升边喷出少量药剂。采用双向搅拌注入药剂修复有机污染物场地，由于内外钻杆旋转方向相反，药剂与土壤及地下水接触更充分、反应更充分，同时双向搅拌具有压浆作用，避免了传统搅拌注入施工中产生的冒浆翻浆问题，不需反复施工，搅拌均匀性好，经济效益高。本发明的方法尤其适用于通过渗透扩散难以修复的有机污染粘土，粉土等难透水性地层。
与挖掘填埋法不同，本发明的双向搅拌注入法施工对环境影响小，同时也没有高压旋喷法的引孔作业以及大量返浆造成的药剂成本增加的问题。本发明避免了挖掘填埋法工程量大、费时费力、填埋二次污染以及造价比较高的问题，具有一定的社会效益。
下面例举一实施例。
1.试验场地概况
试验场地为某一有机污染物场地修复中试工程现场。该场地污染物主要为苯胺类，二氯苯异构体，三氯苯，硝基氯化苯异构体，硝基苯，苯酚，多环芳烃(萘)，氯苯以及以苯，甲苯等单环芳烃类。修复面积为210平米、修复土方量为2100立方米。
其中氯苯，硝基氯苯异构体(邻硝基氯化苯和对硝基氯化苯)浓度较高，近1000mg/kg。根据地下水采样的分析结果，污染物基本与土壤污染物相同，其中氯苯，硝基氯苯异构体(邻硝基氯化苯和对硝基氯化苯)的浓度较高，氯苯浓度达到150,000ug/L，邻(对)硝基氯化苯浓度为144,000ug/L。
施工材料主要包括：处理污染土壤所需药剂，治理冒浆的固化材料。
施工设备主要包括：钻机及配套计量设备；搅拌机一台；水泵，根据场地大小选用，一般每十万平方米一台套；挖掘机一台；储浆桶一个；水准仪一台。
在施工前，所有设备必须进行调试，检查设备的运转情况，确保所有设备正常运转。
2.采用本发明的方法对上述污染场地进行修复，其中，钻杆直径为80cm，桩位布置采取交叉错位70cm×70cm梅花形布置，钻进搅拌修复顺序依次为：A1-B2-A2-B2-A3-B3-C1-D1-C2-D2-C3-D3。
3.质量要求及施工参数控制
双向搅拌注入法修复有机污染场地土质量要求满足消除有机物，同时达到强度要求的目的。依据《建筑地基处理技术规范》(JGJ79—2002)、《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)、《地下水环境质量标准》(GB/T 14848-93)、《场地土壤环境风险评价筛选值》(DB11/T 811-2011)进行检测，以场地双向搅拌注入法处理深度范围内土壤、地下水有机污染物浓度低于规定限值为准。
施工结束后，根据业主和质控方的要求，在规定的地点取土样，使用Geoprobe采取土样，共计9个地点，土壤分析结果汇总见表1。对于地下5米以内土壤，6个污染物中的修复达标率，4种达到100％，1种达到96％，1种达到56％。对于地下5米以下的土壤，污染物的修复达标率为78％。
表1土壤中关注污染物的修复目标值及达标情况
有机污染场地采用双向搅拌注入法修复后的检测表明，双向搅拌注入施工速度可高达到每台班250-300米/天，对深层土壤、地下水中的有机污染物修复达标率超过93％。有效避免了挖掘填埋法的作用深度浅，有机污染物无法去除，作业量大，填埋后二次污染，费时费力，成本高等缺点。
Claims (5)
1.一种采用双向搅拌注入法修复有机物污染场地的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1)平整待修复的污染场地；
步骤2)进行浅层地表固化处理：采用由碱性材料和吸附性材料组成的固化材料，对地表以下深度2m～3m范围内土壤进行固化处理；
步骤3)测量放样：设双向搅拌设备的钻杆直径为a cm，在同一排桩位中，相邻两个桩位中心的间距为(a-b)cm，其中b＝10～20cm；在相邻两排桩位中，两排桩位交叉错位布设，且两排桩位中相邻两桩位中点距离为a cm；
步骤4)双向搅拌设备就位；
步骤5)移动双向搅拌设备的钻杆，使得钻杆对准一个桩位；
步骤6)预搅拌钻进：将钻杆钻进地表，同时喷出药剂，直至钻杆上的喷浆口完全进入地表以下；
步骤7)钻杆钻进，注入药剂并双向搅拌：将钻杆继续向地表以下钻进，同时，将药剂从输料管道的内管注入，将催化剂和缓冲药剂的混合溶液从输料管道内管和外管之间的通道注入，对药剂、催化剂、缓冲药剂和土壤在输料管道的底部进行混合搅拌；药剂对土壤中的有机物污染物进行修复；
步骤8)反转搅拌提升钻杆：搅拌钻进至最大深度后，搅拌钻杆在桩底喷浆搅拌10～30s后，开始反向搅拌提升，且提升过程中，继续喷出药剂，直至钻杆提升至地表上方；
步骤9)将钻杆移至下一桩位，重复步骤5)～步骤8)，直至所有桩位中的土壤均被修复。
2.根据权利要求1所述的采用双向搅拌注入法修复有机物污染场地的方法，其特征在于，所述的步骤6)中，喷出药剂的速度为0.5～2L/min；步骤8)中，提升过程中，喷出药剂速度为：0.5～2L/min。
3.根据权利要求1所述的采用双向搅拌注入法修复有机物污染场地的方法，其特征在于，所述的步骤7)中，钻杆的钻进速度小于或等于0.8m/min，药剂注入速度为：30～40L/min；混合溶液注入速度为：30～40L/min。
4.根据权利要求1所述的采用双向搅拌注入法修复有机物污染场地的方法，其特征在于，所述的步骤8)中，钻杆的提升速度小于或等于1m/min。
5.根据权利要求1所述的采用双向搅拌注入法修复有机物污染场地的方法，其特征在于，所述的步骤9)中，钻杆移动到桩位的顺序为：每两排桩位顺序交叉进行，从第一排的第一个桩位，到第二排的第一个桩位，再到第一排的第二个桩位，然后第二排第二个桩位，直到所有桩位都进行了修复。
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