CN106734178A - 一种污染场地的综合修复系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污染场地的综合修复系统及方法，综合修复系统包括有钻机、喷射机、喷射管、高压泵、空压机和药剂系统，其中钻机和喷射机相连接，喷射机装配在喷射管上，喷射管设有两根，一根喷射管的上端通过管路与药剂系统相连接，高压泵设置在该喷射管与药剂系统的连接管路上，空压机通过管路连接在另一根喷射管的顶端。修复方法为：步骤一、施工前准备；步骤二、钻孔；步骤三、高压旋喷注射；步骤四、打设竖向排水板；步骤五、铺设主支滤管；步骤六、布设抽真空装置；步骤七、真空预压阶段。有益效果：修复深度较深，修复药剂能够充分反应，修复效率高，效果好；施工工艺、机具和设备简单，能耗低，修复费用低。

Description

一种污染场地的综合修复系统及方法

技术领域

本发明涉及一种综合修复系统及方法，特别涉及一种污染场地的综合修复系统及方法。

背景技术

1)土壤是人类赖以生存的自然资源之一，是生态环境的重要组成部分。随着工业化进程的加快，大量污染物通过各种来源渗入土壤介质并在土壤中累积，形成了大量的被污染场地，造成环境恶化和严重的土地资源浪费。另外，由于城市化建设的扩展，许多原本位于城市的污染企业从市中心迁出，留下大量待变更用途的污染场地(又称为“棕色地块”)。因此，修复污染场地的需求日益增长。

2)污染场地修复技术按照污染场地与修复场地的相对位置不同可以分为原位修复技术和异位修复技术两类。与异位修复技术相比，原位修复技术更为经济，不需要建设昂贵的地面环境工程设施，也不需要对污染物进行远程运输，就可以使污染物降解和减毒。并且，原位修复技术可以对深层土壤进行修复，且对土壤扰动小，适用于较大规模的土壤修复工程。但大多原位修复技术的缺点是受场地本身的特性影响较大，修复效果不易得到保证。因此，研发效果良好的原位修复技术尤为迫切。

3)目前，污染场地原位修复技术主要有：淋洗、气相抽提(SVE)、污染物固定法、原位化学氧化/还原修复技术。淋洗主要用于治理高渗透性土壤中的重金属和难挥发降解的有机物；土壤气相抽提适用于处理土壤中的易挥发的污染物，并常与加热技术联用；污染物固定法可直接加入药剂反应发生沉淀，也可制造合适条件使微生物生成可沉淀重金属的离子；原位化学氧化/还原修复技术是指通过向地下环境投加修复药剂(化学氧化剂、还原剂等)，使其与污染物质发生化学反应，降解为无毒或低毒物质，从而实现污染物去除、净化的目的，该类技术可同时处理多种污染物，处理效率较高。

4)现有的修复药剂原位投加方式主要有三种：直压式注射法、注射井法、土壤置换法。直压式注射法灵活性好，效率高，但是不适用于地下岩石较多或是管路复杂的区域。而且，药剂注射完毕拔出注射管道后，形成的管道孔需要用混凝土或膨润土填充；注射井法需要大量的辅助设施，费用较高，工艺相对复杂；土壤置换法的特殊性决定了该方式只适用于稳定药剂和污染较浅场地。

5)现有的高压喷射注浆技术是将高压水力喷射切割技术和化学注浆技术相结合用于地基加固的一种施工工艺。其原理是利用钻机等设备，把安装在注浆管最底部的特殊喷嘴，置于土层预定的深度，以高压的水流(或水泥浆)或压缩空气流在地下切碎软弱土体后，再以高压注入水泥浆体与切碎的土体混合形成加固柱体。根据施工过程中喷管旋转与提升方式的不同可以分为旋喷、摆喷和定向喷射，相应地可形成旋喷桩、成片的止水帷幕和挡土墙等地下结构。

6)用于污染场地修复的高压旋喷注射法是在高压旋喷注浆技术的基础上发展起来的一种药剂投加方法，将高压旋喷注浆工艺中的泥浆换成修复药剂，即为高压旋喷注射技术。根据喷射方式的不同，高压旋喷注射法可分为单管法、二重管法和三重管法。单管法仅注射药剂，影响半径较小(一般为0.3～0.8m)。二重管法在注射药剂的同时注射高压空气，可冲击破坏土体，加速药剂的扩散并加大药剂的作用范围，最大作用半径可达0.8～1.0m。三重管法同时喷射药剂、高压水和高压空气，可使药剂的影响半径达到最大。

7)申请号为201410600765.9的“用于污染场地修复的原位高压旋喷搅拌桩施工方法”和申请号为201610464626.7的“土壤及地下水原位注入—高压旋喷注射原位修复系统及方法”中国发明专利申请书中，均提出了高压旋喷修复污染场地技术，通过向污染场地旋喷修复药剂来达到去除污染物质的效果。以上两种专利所提出的方法均存在如下问题：其一，该方法对场地含水率存在影响，尤其是用三重管法处理过后的场地，含水率会大大上升，孔隙水压力随之提高，场地有效应力也随之下降，这就导致修复后土体的强度下降，承载力无法满足改变用途再利用的要求；其二，使用该方法容易造成场地的二次污染，药剂与污染物反应后的生成物以及残余药剂如果不排出场地就很可能会对场地再次造成污染，而该方法并未对修复后的场地进行后续处理。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的污染场地处理技术中所存在的修复效果不理想、可能产生二次污染、处理后地基土含水率过高等诸多问题，而提供的一种污染场地的综合修复系统及方法。

本发明提供的污染场地的综合修复系统包括有钻机、喷射机、喷射管、高压泵、空压机和药剂系统，其中钻机和喷射机相连接，喷射机装配在喷射管上，喷射管设有两根，一根喷射管的上端通过管路与药剂系统相连接，高压泵设置在该喷射管与药剂系统的连接管路上，空压机通过管路连接在另一根喷射管的顶端。

药剂系统是由加药罐、水箱和搅拌系统组成，加药罐和水箱通过管路与搅拌系统相连接，加药罐和水箱分别将药剂和水送入搅拌系统进行搅拌混合，药剂系统中的水箱通过管路与一根喷射管相连接，连接管路上设有高压水泵，药剂系统与高压泵的连接管路上设有阀门，搅拌系统通过管路连接有污水泵。

空压机与喷射管的连接管路、高压泵与喷射管的连接管路和高压水泵与喷射管的连接管路均与自动监测装置相连接。

本发明提供的污染场地的综合修复方法，其方法如下所述：

步骤一、施工前准备：在受污染区域内进行旋喷试验确定施工参数，复核受污染区的受污染平面范围和受污染深度，按照三角形法规划数个修复点，确保修复点能覆盖受污染区域，同时安排施工机具的行走路线，放线并标出各修复点的施工顺序；

步骤二、钻孔：在起始修复点布置施工机具，钻机停放在修复点处，喷射机安装在钻机上，喷射机连接有两根同轴喷射管，其中一根喷射管经高压泵与药剂系统连通，其中药剂系统由加药罐、水箱、搅拌系统组成，加药罐和水箱分别将药剂和水送入搅拌系统进行搅拌混合，以使药剂系统可以向外输出浓度均匀的修复药剂，修复药剂为氧化剂、还原剂、固化/稳定剂，具体视污染水土情况而定，另一根喷射管与空压机连通，空压机用于产生高压空气，之后启动钻机将两根喷射管组成的管组钻入污染土体中的预定深度，喷头的预定深度等于修复深度；

步骤三、高压旋喷注射：待喷射管钻入预定深度后，利用空压机产生高压空气进入其中一根喷射管中，空压机的空气压力为0.7MPa-0.8MPa，通过高压泵将药剂系统中的修复药剂溶液泵送入另一根喷射管中，高压泵的注射压力为25MPa-30MPa，这两根喷射管同时将高压空气和修复药剂通过一个同轴双重喷嘴均匀注入到管体周围污染土体中，与此同时，通过钻机自带的自动提升机构自下而上边提升边旋转钻杆，直至地面，在完成一个修复点的旋喷之后，将施工机具移至下一修复点重复上述步骤，直至完成整个受污染区所有修复点的旋喷工作；

步骤四、打设竖向排水板：完成高压旋喷后，即可以开始真空预压施工阶段，先在表面铺设砂垫层，垫层材料为中粗砂，含泥量要求小于5％，作业要求表面平整，不得存有石块及其他尖锐杂物，厚度均匀，然后根据修复点的位置铺设竖向排水板，作为真空预压的竖向排水通道，竖向排水板的材料选用塑料排水板，排水板打设间距依据修复点间距而定，打设深度要低于旋喷修复深度，塑料排水板在砂垫层上需要有外露长度，严格控制回带长度，塑料排水板打完并验收合格后，仔细的用粘土把打设时在每根塑料排水板周围形成的孔洞回填好；

步骤五、铺设主支滤管：将水平向分布的滤水管和排水总管相连接并埋置在砂垫层中，保证上覆盖厚度，铺设完毕后，滤管周围用砂填实，并清除砂料中的石块、瓦砾等尖锐物，以免扎破密封膜；

步骤六、布设抽真空装置：根据预压面积的面积大小、形状和真空泵的效率，结合工程经验确定真空泵的配置，之后将真空泵与排水总管连接，然后选用抗老化性好、韧度高、抗穿刺能力强的不透气材料作为密封膜，准备将至少两层密封膜铺设在砂垫层上并在砂垫层和密封膜之间铺设一层土工布，在铺膜之前先将密封沟挖好，密封沟开挖结束后开始铺第一层膜，第一层膜修补后开始铺设第二层膜，两层膜的接缝错开500mm以上，严禁焊缝重叠，铺膜后应立即填密封沟，以防遇大风将膜掀翻；

步骤七、真空预压阶段：同时打开所有真空泵，观察真空度的变化，同时安排人员检查密封膜有无漏气，在正常抽气一段时间后，沿密封沟的外缘，在场地四周填筑挡水梗，以利抽真空时场地覆水，加固达到以下两个指标后可以停止抽气：第一、累计沉降量达到设计要求；第二、在确保真空度不低于一定值的情况下，连续10d的日均沉降量不大于1mm，停止抽气后即可拆除设施。

上述方法中的氧化剂为高锰酸钾、过硫酸盐、Fenton试剂或过氧化氢等。

上述方法中的还原剂为连二亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫酸亚铁、零价铁等。

上述方法中的固化剂/稳定剂有水泥、磷酸盐等。

上述修复药剂的掺入量与具体的污染物类型和污染程度有关，根据具体情况具体确定。

上述方法中的真空度保持在80kPa以上。

本发明所述的钻机、喷射机、空压机、污水泵、高压水泵、自动监测装置和真空泵均为现有设备，因此具体型号和规格没有进一步进行赘述。

本发明的有益效果：

修复深度较深，修复药剂能够充分反应，修复效率高，效果好；施工工艺、机具和设备简单，能耗低，修复费用低，适用于大规模污染场地修复；由于结合了真空预压技术，药剂的扩散范围得以增大，修复范围得以增大；真空预压抽出未被反应的残余药剂以及反应过后的生成物(水化物、气体)，能有效防止二次污染的产生；处理过后场地含水率得到控制，地基的有效应力由于两方面原因会增大：真空负压作用直接产生的有效应力增量；地下水位下降导致的有效应力增量。

附图说明

图1为本发明所述修复系统结构示意图。

图2为环形修复施工路线示意图。

图3为真空预压工艺示意图。

图4为真空井点降水工艺示意图。

1、钻机 2、喷射机 3、喷射管 4、高压泵 5、空压机

6、药剂系统 7、加药罐 8、水箱 9、搅拌系统 10、高压水泵

11、阀门 12、污水泵 13、自动监测装置 14、修复点

15、圆柱体区域 16、受污染区域 18、塑料排水板

19、水平排水主管 20、水平排水支管 22、土工布

23、密封膜 24、排水总管 25、出膜器 26、真空泵 27、井点管。

具体实施方式

请参阅图1、图2、图3和图4所示：

本发明提供的污染场地的综合修复系统包括有钻1、喷射机2、喷射管3、高压泵4、空压机5和药剂系统6，其中钻机1和喷射机2相连接，喷射机2装配在喷射管3上，喷射管3设有两根，一根喷射管3的上端通过管路与药剂系统6相连接，高压泵4设置在该喷射管3与药剂系统6的连接管路上，空压机5通过管路连接在另一根喷射管3的顶端。

药剂系统6是由加药罐7、水箱8和搅拌系统9组成，加药罐7和水箱8通过管路与搅拌系统9相连接，加药罐7和水箱8分别将药剂和水送入搅拌系统9进行搅拌混合，药剂系统6中的水箱8通过管路与一根喷射管3相连接，连接管路上设有高压水泵10，药剂系统6与高压泵4的连接管路上设有阀门11，搅拌系统9通过管路连接有污水泵12。

空压机5与喷射管3的连接管路、高压泵4与喷射管3的连接管路和高压水泵10与喷射管3的连接管路均与自动监测装置13相连接。

本发明提供的污染场地的综合修复方法，其方法如下所述：

实施例一：

(1)现场采取土壤试验进行勘察，对其含水率、颗粒组成、矿物成分、PH值、比重等特别物理、化学性质、污染物的成份、种类及含量进行测试，选择合适的修复试剂。

(2)在受污染区域16内进行定向喷射试验确定喷射半径、喷射流量、提管速度和药剂种类及用量等施工参数，修复药剂可以是氧化剂、还原剂、固化/稳定剂等，具体视受污染水土情况而定，以一定浓度在搅拌系统中配制成液体。

(3)确定喷射点位布置，采用三角形布置，合理安排高压旋喷钻机行进路线。

(4)钻机1就位并启动，将喷射管3钻入污染土体中的预定深度，预定深度等于修复深度，钻入污染土体的过程中不喷射。

(5)到预定深度后开启高压泵4，将搅拌系统9中配制好的修复药剂泵入喷射管3，并通过喷射管3底部的喷嘴射到污染土中，同时提拔喷射管3，按照预先确定的旋转速度与提拔速度，边提拔钻管、边旋转边喷射，喷射时采用旋喷法，将修复药剂均匀地喷射到污染土体中，直至喷射管到达地面以下0.3m，与污染土体混合形成近似圆柱体区域15。

(6)完成前一个修复点14的喷射后将施工机具移到下一个修复点14，相邻修复点14之间所形成的喷射圆柱体区域15应搭接0.2m以上，重复上述步骤(4)和(5)，直至完成整个受污染区域16的药剂喷射工作，喷射结束后静置一段时间使药剂与污染物充分反应，将原污染物降至设计要求的范围之内。

(7)在污染场地表面按照一定间距、三角形排列打设塑料排水板18。

(8)铺设水平排水主管19和水平排水支管20，水平排水支管20间距与塑料排水板18间距相等，塑料排水板18顶部与水平排水支管20相连接，水平排水主管19与水平排水支管20铺设方向垂直布置，水平排水主管19间距为6-10m。

(9)在表面铺设土工布22、密封膜23等，并将水平排水主管19与排水总管24相连，排水总管24通过出膜器25与真空泵26相连，完成布置后进行真空预压，降低污染土含水率，同时将溶入地下水中的残留修复药剂和可能造成二次污染的生成物随着真空抽水排出。

(10)预压过程中打开密封膜23测定污染土含水率、修复药剂及生成物含量，直至含水率降到一定程度，地基承载力满足一定要求为止。

(11)经过高压旋喷结合真空预压的综合修复之后，污染土地层不仅得到修复，而且地基承载力也满足了工程需求。

实施例二：

本实施例具体涉及一种用于污染场地修复的双重管法原位高压旋喷搅拌-井点降水施工方法，该施工方法主要包括如下步骤：

(1)-(6)同实施例一。

(7)由于该场地土体的渗透性很好，因此，用井点降水代替真空预压，在污染场地表面按照一定间距、正方形排列打设井点管27。

(8)铺设水平排水主管19和水平排水支管20，水平排水支管20间距与井点管27间距相等，井点管27顶部与水平排水支管20相连接，水平排水主管19与水平排水支管20铺设方向垂直布置，水平排水主管20间距为20-50m。

(9)将水平排水主管19与排水总管24相连，排水总管24与真空泵26直接相连，完成布置后开启真空泵26进行真空抽水，降低污染土含水率，同时将溶入地下水中的残留修复药剂和可能造成二次污染的生成物随着真空抽水排出。

(10)降水过程中在地层中取样测定污染土的含水率、修复药剂及生成物含量，直至含水率降到一定程度，地基承载力满足一定要求为止。

(11)经过高压旋喷结合井点降水的综合修复之后，污染土地层不仅得到修复，而且地基承载力也满足了工程需求。

Claims (4)

1.一种污染场地的综合修复系统，其特征在于：包括有钻机、喷射机、喷射管、高压泵、空压机和药剂系统，其中钻机和喷射机相连接，喷射机装配在喷射管上，喷射管设有两根，一根喷射管的上端通过管路与药剂系统相连接，高压泵设置在该喷射管与药剂系统的连接管路上，空压机通过管路连接在另一根喷射管的顶端。

2.根据权利要求1所述的一种污染场地的综合修复系统，其特征在于：所述的药剂系统是由加药罐、水箱和搅拌系统组成，加药罐和水箱通过管路与搅拌系统相连接，加药罐和水箱分别将药剂和水送入搅拌系统进行搅拌混合，药剂系统中的水箱通过管路与一根喷射管相连接，连接管路上设有高压水泵，药剂系统与高压泵的连接管路上设有阀门，搅拌系统通过管路连接有污水泵。

3.根据权利要求1所述的一种污染场地的综合修复系统，其特征在于：所述的空压机与喷射管的连接管路、高压泵与喷射管的连接管路和高压水泵与喷射管的连接管路均与自动监测装置相连接。

4.一种污染场地的综合修复方法，其特征在于：其方法如下所述：

步骤一、施工前准备：在受污染区域内进行旋喷试验确定施工参数，复核受污染区的受污染平面范围和受污染深度，按照三角形法规划数个修复点，确保修复点能覆盖受污染区域，同时安排施工机具的行走路线，放线并标出各修复点的施工顺序；

步骤二、钻孔：在起始修复点布置施工机具，钻机停放在修复点处，喷射机安装在钻机上，喷射机连接有两根同轴喷射管，其中一根喷射管经高压泵与药剂系统连通，其中药剂系统由加药罐、水箱、搅拌系统组成，加药罐和水箱分别将药剂和水送入搅拌系统进行搅拌混合，以使药剂系统可以向外输出浓度均匀的修复药剂，修复药剂为氧化剂、固化剂或生物菌剂，具体视污染水土情况而定，另一根喷射管与空压机连通，空压机用于产生高压空气，之后启动钻机将两根喷射管组成的管组钻入污染土体中的预定深度，喷头的预定深度等于修复深度；

步骤三、高压旋喷注射：待喷射管钻入预定深度后，利用空压机产生高压空气进入其中一根喷射管中，空压机的空气压力为0.7MPa-0.8MPa，通过高压泵将药剂系统中的修复药剂溶液泵送入另一根喷射管中，高压泵的注射压力为25MPa-30MPa，这两根喷射管同时将高压空气和修复药剂通过一个同轴双重喷嘴均匀注入到管体周围污染土体中，与此同时，通过钻机自带的自动提升机构自下而上边提升边旋转钻杆，直至地面，在完成一个修复点的旋喷之后，将施工机具移至下一修复点重复上述步骤，直至完成整个受污染区所有修复点的旋喷工作；

步骤四、打设竖向排水板：完成高压旋喷后，即可以开始真空预压施工阶段，先在表面铺设砂垫层，垫层材料为中粗砂，含泥量要求小于5％，作业要求表面平整，不得存有石块及其他尖锐杂物，厚度均匀，然后根据修复点的位置铺设竖向排水板，作为真空预压的竖向排水通道，竖向排水板的材料选用塑料排水板，排水板打设间距依据修复点间距而定，打设深度要低于旋喷修复深度，塑料排水板在砂垫层上需要有外露长度，严格控制回带长度，塑料排水板打完并验收合格后，仔细的用粘土把打设时在每根塑料排水板周围形成的孔洞回填好；

步骤五、铺设主支滤管：将水平向分布的滤水管和排水总管相连接并埋置在砂垫层中，保证上覆盖厚度，铺设完毕后，滤管周围用砂填实，并清除砂料中的石块、瓦砾等尖锐物，以免扎破密封膜；

步骤六、布设抽真空装置：根据预压面积的面积大小、形状和真空泵的效率，结合工程经验确定真空泵的配置，之后将真空泵与排水总管连接，然后选用抗老化性好、韧度高、抗穿刺能力强的不透气材料作为密封膜，准备将至少两层密封膜铺设在砂垫层上并在砂垫层和密封膜之间铺设一层土工布，在铺膜之前先将密封沟挖好，密封沟开挖结束后开始铺第一层膜，第一层膜修补后开始铺设第二层膜，两层膜的接缝错开500mm以上，严禁焊缝重叠，铺膜后应立即填密封沟，以防遇大风将膜掀翻；

步骤七、真空预压阶段：同时打开所有真空泵，观察真空度的变化，同时安排人员检查密封膜有无漏气，在正常抽气一段时间后，沿密封沟的外缘，在场地四周填筑挡水梗，以利抽真空时场地覆水，加固达到以下两个指标后可以停止抽气：第一、累计沉降量达到设计要求；第二、在确保真空度不低于一定值的情况下，连续10d的日均沉降量不大于1mm，停止抽气后即可拆除设施。