CN104923544A - 重金属危废原位封存和地下水污染防治方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于重金属污染防治领域，公开了一种重金属危废原位封存和地下水污染防治方法，首先对山谷中原有重金属危废堆体进行封场覆盖；然后在山谷下游的谷口处设置垂直防渗帷幕，对封场后受污染的地下水进行初级阻隔；最后在垂直防渗帷幕的水流下方设置可渗透反应墙修复地下水污染；与现有技术相比，本发明的优势在于：对于历史遗留的重金属危废采用原位封存技术以及对污染地下水进行修复，既保护了环境，又便于以后条件成熟之后再对重金属进行提炼回收提供了资源。
Description
技术领域
本发明属于重金属污染防治领域，具体涉及重金属危废原位封存和地下水污染防治方法。
背景技术
由于历史原因，有很多重金属危废被堆积在陡峭山区的山谷中，根据现场调查，其危废主要来源于上世纪六十年代以来土法炼金、土法炼锌、土法炼钢等废渣，由于当时工艺条件差，有效开采率较低，导致废渣重金属含量高，经鉴定危废主要含有砷、锌、镉、铅、铬、铜、银、锰等。根据《危险废物填埋污染控制技术标准》(GB18598-2001)及《危险废物安全填埋处置工程建设技术要求》(环发[2004]75号)文件，必需对其进行治理。
若采用目前流行的稳定/固定化技术方案，在实施过程中存在着：1)危废填埋场场址选择困难；2)危废稳定/固定化安全处置工期长；3)渗滤液处理量大；4)安全隐患多；5)工程造价高等诸多问题。并且不利于这些危废的二次资源开发。此危废中含有很多有价值的金属，如铅、锌、铜、银等。据统计，土法炼锌废渣中锌的含量在5％、铅的含量在3％、银的含量在0.1％左右。未能回收主要原因有：1)提炼回收工艺相对落后，尤其是复合重金属提炼工艺；2)归属问题复杂；3)企业回收后二次污染治理难以落实。这些原因导致目前回收困难。但经历十年或以后回收工艺进步、历史遗留归属及二次污染问题解决后，有价值重金属二次回收将可变为现实。若目前对重金属危废进行稳定/固定化后，必将对有价值重金属二次开发带来极大困难。
但是，这些堆积在陡峭山区山谷之中的重金属危废若不治理，长期雨水冲刷对山谷下游和流域地表水及地下水造成污染。因此，采用一种方法既能防治重金属危废污染，又能确保有价值的重金属原位封存，为便于以后条件成熟之后再回收，同时能节省投资、缩短工期，减少安全隐患，是非常必要的。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种重金属危废原位封存和地下水污染防治方法，具有安全可靠、保护功能好、防治成本低、无二次污染，可以广泛应用于历史遗留重金属危废的原位封存，为今后的资源回收打下良好的基础。既保护了资源，又防治了地下水的污染。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种重金属危废原位封存和地下水污染防治方法，首先对山谷中原有重金属危废堆体进行封场覆盖；然后在山谷下游的谷口处设置垂直防渗帷幕，对封场后受污染的地下水进行初级阻隔；最后，按照水流方向，在垂直防渗帷幕的下方设置可渗透反应墙修复地下水污染；
所述对原有重金属危废进行封场覆盖是在裸露的重金属危废堆体上从下往上依次覆盖粘土屏障层、卵石排气层、长丝土工布I、HDPE土工膜、卵石排水层、长丝土工布II、自然土层、营养层和植被层；
所述垂直防渗帷幕的设置方法为：在原地貌钻若干个钻孔至基岩，若干个孔排列成一排，再在孔内灌浆，灌浆时先灌入奇数钻孔内，然后灌入偶数钻孔内；
所述可渗透反应墙包括墙壁和位于墙壁内的墙腔，所述墙壁由具有过滤功能的材料制成，所述墙腔内设置有用于修复污染地下水的混合填料。
优选方案：所述粘土屏障层为压实粘土，厚度为450-550mm；所述卵石排气层的厚度为350-450mm，粒径为16-32mm；所述长丝土工布I规格为200-300g/m2；所述HDPE土工膜的厚度为1-2mm；所述卵石排水层的厚度为250-350mm，粒径为8-16mm；所述长丝土工布II的规格为150-200g/m2；所述自然土层的厚度为400-500mm；所述营养层的厚度为200-300mm；所述植被层的厚度为200-300mm。
进一步优选方案：所述植被层选自东南景天和蜈蚣草，种植密度为5-7株/m2。
优选方案：所述钻孔的孔径为1.5-2m。
进一步优选：所述灌浆所用的浆液的质量配比为：水:水泥:膨润土:碳酸钠＝1:0.8-1.2:0.02-0.04:0.01-0.02，浆液相对密度为1.1-1.2。
优选方案：所述墙壁厚度为500-600mm，材料为粘土和石英砂，质量配比为粘土:石英砂＝1:1-1.2，粒径为0.9-1.3mm。
优选方案：所述混合填料由粒径为0.4-1mm的钢渣、粒径为0.4-1mm的铁渣、粒径为1.2-1.6mm的煤渣、粒径为1.8-2.4mm颗粒污泥、粒径为2.6-3.0mm的核桃壳粒组成，其质量配比比例钢渣:铁渣:煤渣:颗粒污泥:核桃壳粒＝1:1-1.5:1-1.5:0.5-1:0.5-1。
优选方案：所述可渗透反应墙的顶部设置有活动盖板。
本发明的技术原理为：首先对裸露的重金属堆体进行封场覆盖，以消除污染源；再对封场覆盖后受污染的地下水用垂直防渗帷幕进行初级阻隔，若有漏渗，最后用可渗透反应墙修复地下水污染。在可渗透墙腔内设置有以钢、铁粒为主的混合填料，能够对溶解的有机重金属、核素等污染起到降解、吸附、沉淀或去除作用。其中Fe0由于具有很强的还原性，并在地下水中可以起到催化剂的作用，其化学反应式为：
3Fe0+3H2O+R-Cl→3Fe2++3OH-+H2+R-H+Cl-
4Fe0+SO4 2-+9H+→4Fe2++HS-+4H2O
CrO4 2-+Fe0+8H+→Fe3++Cr3++4H2O
与现有技术相比，本发明的优势在于：对于历史遗留重金属危废采用原位封存技术以及对污染地下水进行修复，既保护了环境，又便于以后条件成熟之后再对重金属进行提炼回收提供了资源。
目前，国内仍有许多山谷型重金属危废堆场项目有待治理，若采用稳定/固化技术进行危废治理有许多不可实施性，而为了防止重金属污染和今后的资源化利用，本发明提供了可借鉴的参考，具有重要的工程价值和推广前景。
附图说明
图1是本发明实施例的平面示意图；
图2是图1的A-A剖面图；
在图中：
A-原有重金属危废堆体
1-封场覆盖系统
1-1—粘土屏障层；1-2—卵石排气层；1-3—长丝土工布I；1-4—HDPE土工膜；1-5—卵石排水层；1-6—长丝土工布II；1-7—自然土层；1-8—营养土层；1-9—植被层。
2-垂直防渗帷幕
2-1—奇数钻孔；2-2—偶数钻孔
3-可渗透反应墙
3-1—墙壁；3-2—混合填料；3-3—活动盖板。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明
实施例1
如图1、图2所示，本发明的一种重金属危废原位封存和地下水污染防治方法，首先对山谷中原有重金属危废堆体进行封场覆盖，形成封场覆盖系统1；然后在山谷下游的谷口处设置垂直防渗帷幕2，对封场后受污染的地下水进行初级阻隔；最后，按照水流方向，在垂直防渗帷幕的下方设置可渗透反应墙3修复地下水污染；
所述的封场覆盖系统1由原有重金属危废堆体A依次由下往上分别设置有：
粘土屏障层1-1为压实粘土，厚度为500mm。主要功能为防止降水渗入原有重金属危废堆体中，控制气体的迁移扩散。
卵石排气层1-2，厚度为400mm，粒径为16-32mm。主要功能为控制封场后的气体。
长丝土工布1-3，规格为300g/m2。
HDPE土工膜1-4，厚度为1mm。
以上两项组成防渗层。
卵石排水层1-5，厚度为300mm，粒径为8-16mm。主要功能为排泄入渗进来的降水，降低入渗水对下部防渗层的水压力。
长丝土工布1-6，规格为150g/m2。
自然土层1-7，厚度为450mm。主要功能为上部植物根系以及打洞动物对下层的破坏，保护防渗层不受干燥收缩、冻结解冻等的破坏，防止排水层的堵塞，维持稳定。
营养土层1-8，厚度为250mm。主要功能为能栽培植物并保证植物根系不破坏下面的自然土层和排水层。
植被层1-9，厚度为200mm。种植植物为东南景天和蜈蚣草，种植密度为5株/m2。
所述的垂直防渗帷幕2，设置在山谷下游的谷口，即在原地貌用钻机在一排造若干个孔至基岩，孔径均为1.6m，然后灌浆至孔内，灌浆时先灌入奇数钻孔2-1内，然后灌入偶数钻孔2-2内，浆液水泥采用525号普通硅酸盐水泥，浆液的配比为水:水泥:膨润土:碳酸钠＝1:1:0.03:0.01，制成的浆液相对密度为1.1-1.2。
垂直防渗帷幕2的功能是对封场覆盖后受污染的地下水进行初级阻隔。
对于山谷型填场而言，垂直防渗帷幕的优点是投资小，但对岩层裂隙较多的地方，灌浆难以将其堵严，必须还有后续的强化措施。
所述的可渗透反应墙3设置在垂直防渗帷幕的后面，可渗透反应墙壁3-1厚度为500mm，材料为颗粒粘土和石英砂，其配比比例为1:1，粒径为0.9-1.3mm，将粘土和石英砂搅拌均匀后用400×300mm的麻布袋装袋后整齐码放，以形成具有过滤功能的墙壁。墙腔内净空平面尺寸为2m，设置有混合填料3-2，混合填料种类为钢渣(0.6mm)、铁针(0.6mm)、煤渣(1.2-1.6mm)、颗粒污泥(1.8-2.4mm)、核桃壳粒(2.6-3.0mm)。其配比比例为钢渣:铁针:煤渣:颗粒污泥:核桃壳粒＝1:1:1:0.5:0.5。
在可渗透反应墙的顶部设置有活动盖板3-3，以便进行检测、观察和更换填料。
可渗透反应墙的功能是对垂直防渗帷幕所漏渗的地下水进行强化修复。
实施例2
某市历史遗留重金属危废堆放于山谷中，危废多年来寸草不生，区域年平均降水量在1200-1700mm之间，海拔高度接近1280m，方圆50km内为陡峭山区，山顶山底垂直落差大，落差最大垂直距离接近200m，山路崎岖。据实地考察结果，历史遗留重金属危废表面长宽深度约为280×130×12m，含量初步估算至少百万吨以上。
根据现场实地调查，危废其主要来源为六十年代以来土法炼金、土法炼锌、土法炼钢等废渣，经检测铅浓度为4.10mg/L，锌浓度为102.01mg/L，砷浓度为3.12mg/L，镉浓度为2.58mg/L，铜浓度为25.10mg/L。
此项目采用实施例1的技术进行中试研究，其锌的吸附率为75％，铅的吸附率为90％，砷的吸附率为92％，镉的吸附率为91％，铜的吸附率为80％。
Claims (8)
1.一种重金属危废原位封存和地下水污染防治方法，其特征是，首先对山谷中原有重金属危废堆体进行封场覆盖；然后在山谷下游的谷口处设置垂直防渗帷幕，对封场后受污染的地下水进行初级阻隔；最后，按照水流方向，在垂直防渗帷幕的下方设置可渗透反应墙修复地下水污染；
所述对原有重金属危废进行封场覆盖是在裸露的重金属危废堆体上从下往上依次覆盖粘土屏障层、卵石排气层、长丝土工布I、HDPE土工膜、卵石排水层、长丝土工布II、自然土层、营养层和植被层；
所述垂直防渗帷幕的设置方法为：在原地貌钻若干个钻孔至基岩，若干个孔排列成一排，再在孔内灌浆，灌浆时先灌入奇数钻孔内，然后灌入偶数钻孔内；
所述可渗透反应墙包括墙壁和位于墙壁内的墙腔，所述墙壁由具有过滤功能的材料制成，所述墙腔内设置有用于修复污染地下水的混合填料。
2.根据权利要求1所述重金属危废原位封存和地下水污染防治方法，其特征是，所述粘土屏障层为压实粘土，厚度为450-550mm；所述卵石排气层的厚度为350-450mm，粒径为16-32mm；所述长丝土工布I规格为200-300g/㎡；所述HDPE土工膜的厚度为1-2mm；所述卵石排水层的厚度为250-350mm，粒径为8-16mm；所述长丝土工布II的规格为150-200g/㎡；所述自然土层的厚度为400-500mm；所述营养层的厚度为200-300mm；所述植被层的厚度为200-300mm。
3.根据权利要求1或2所述重金属危废原位封存和地下水污染防治方法，其特征是，所述植被层选自东南景天和蜈蚣草，种植密度为5-7株/㎡。
4.根据权利要求1或2所述重金属危废原位封存和地下水污染防治方法，其特征是，所述钻孔的孔径为1.5-2m。
5.根据权利要求1或2所述重金属危废原位封存和地下水污染防治方法，其特征是，所述灌浆所用的浆液的质量配比为：水:水泥:膨润土:碳酸钠=1:0.8-1.2:0.02-0.04:0.01-0.02，浆液相对密度为1.1-1.2。
6.根据权利要求1或2所述重金属危废原位封存和地下水污染防治方法，其特征是，所述墙壁厚度为500-600mm，材料为粘土和石英砂，质量配比为粘土:石英砂=1:1-1.2，粒径为0.9-1.3mm。
7.根据权利要求1或2所述重金属危废原位封存和地下水污染防治方法，其特征是，所述混合填料由粒径为0.4-1mm的钢渣、粒径为0.4-1mm的铁渣、粒径为1.2-1.6mm的煤渣、粒径为1.8-2.4mm颗粒污泥、粒径为2.6-3.0mm的核桃壳粒组成，其质量配比比例钢渣:铁渣:煤渣:颗粒污泥:核桃壳粒=1:1-1.5:1-1.5:0.5-1:0.5-1。
8.根据权利要求1或2所述重金属危废原位封存和地下水污染防治方法，其特征是，所述可渗透反应墙的顶部设置有活动盖板。
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