CN106915796B - 一种在地下含水层进行prb原位修复系统施工的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在地下含水层进行PRB原位修复系统施工的方法，其特征在于：是垂直于地下含水层的流向，呈插位状态设置两排PRB材料井，构成可渗透性反应墙，且墙体两端朝来水方向弯转；在两排PRB材料井中，位于同排的任意两相邻PRB材料井之间的圆心距离相等，且不大于PRB材料井半径的1.5倍；两排PRB材料井之间的垂直距离不大于PRB材料井的半径。本发明的方法施工难度小、施工费用较低，深度可随污染羽的深度而变化；PRB材料井之间有自然的地层间隔，能有效避免井间串孔坍塌现象发生；两排PRB材料井交错互补，能保证污染的水体全部经过PRB渗透墙。

Description

一种在地下含水层进行PRB原位修复系统施工的方法
技术领域
本发明属于水利工程施工技术领域，具体涉及一种在地下含水层进行PRB原位修复系统施工的方法。
背景技术
地下水是一种重要的饮用水源。随着经济社会不断发展，工农业生产及人类生活等产生了大量污染物，引起了地表水污染、土壤污染，地表水和土壤与地下水密切相关，从而导致了地下水污染。我国地下水污染日益严重，深入开展地下水原位修复技术的研究，对保护水资源和治理地下水污染具有重要意义。可渗透反应墙(Permeable ReactiveBarrier，简称PRB)技术是近年来广泛应用的一种地下水污染原位修复技术，因其能够长时间持续原位处理，可同时处理多种污染物、处理时效长、无外加动力、无二次污染、处理效果好等优点受到广泛关注。国外大量研究表明，此技术可以有效去除地下水中的三氮和有机污染物。
PRB技术是在受污染地下水流经的方向，将混合介质(在反应墙中可以依据实际情况填加不同的材料)以一定深度和厚度填到地下水水位以下含水层，形成多孔墙体。该墙体与地下水水流垂直，污染物流经处理PRB墙时，通过反应材料的吸附、沉淀、化学降解或生物降解等作用去除地下水中的污染物。该技术的关键在于依据目标污染物的污染羽特征，结合修复场地的水文地质特征，选择合适的填充材料、墙体结构形式和安装施工。
目前已报道的PRB原位修复技术主要有两种施工工艺。第一种是连续反应墙式的施工工艺，其缺点是只能深入到浅层非饱和带土层内施工，连续墙体施工难度大。例如李圣品等在《环境科学学报》(2015年第35卷第8期，p:2471-2480)报道了“傍河型水源井氨氮阻断与去除工程设计案例分析”，其设计的PRB示范工程，总长15m、深度达40m，采用了高压旋喷水泥帷幕固定包气带，结合深层连续钻探的反应墙构筑技术及井填式的反应介质安装技术，认为45°弧度的连续型PRB方案更具优势。该技术反应墙的类型属于隔水漏斗-导水门式。虽然获取了相对较大的截获宽度，但因其持有的反应墙是连续填充的墙体，存在的问题是墙体填充所需的PRB材料消耗量很大，费用高，且易渗水、坍塌。第二种是PRB材料井的施工工艺，如专利文献CN102757104B(授权公告日2014.01.01)记载的中粗砂地层进行原位修复系统施工的工艺，这种工艺需要先建设防渗墙，再建设PRB材料井和在相邻的两PRB材料井之间建设防渗桩。其缺点是PRB材料井中间的隔断及两边的防渗墙影响水流通道，防渗桩密集，增加了施工难度，两种井(防渗状桩井和PRB材料井)紧密相接，井孔密度大，建设成本高；而专利文献CN101880087A(申请公布日2010.11.10)记载的多排柱状环形结构PRB地下水污染修复技术，用不连续分布的贯穿于含水层的填料柱组成PRB反应区，其缺点是单环填料柱之间的距离大于柱直径，因距离过大，容易造成水从单柱间的预反应区绕流，不能保证水体从PRB墙流过，影响对污染物的修复效果。
综上所述，由于现有的PRB原位修复工程项目的成本投入大、技术不成熟、PRB技术的墙体开挖成本高、PRB填充材料消耗多和施工难度大、不连续PRB材料井柱间距离过大易导致污染物原位处理效果差等不足，目前利用PRB技术修复含水层污染在我国仍处于实验性研究阶段，工程应用性研究较少。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种施工简单、易于操作、PRB填充材料用量少、经济性好、适合平原区的在地下含水层进行PRB原位修复系统施工的方法，旨在有效避免地层含水层坍塌及两个PRB井间串孔坍塌现象发生、同时避免污染物不流经PRB材料。
本发明为实现发明目的，采用如下技术方案：
一种在地下含水层进行PRB原位修复系统施工的方法，其特点在于：是沿污染羽在地下含水层的流向的垂直方向，呈插位状态设置两排半径皆相同的PRB材料井，构成可渗透性反应墙，且墙体两端朝来水方向弯转；
所述PRB材料井的深度到达地下含水层的污染羽深度以下；
在两排PRB材料井中，位于同排的任意两相邻PRB材料井之间的圆心距离相等，且不大于PRB材料井半径的1.5倍；两排PRB材料井之间的垂直距离(最小距离)不大于PRB材料井的半径。
两排PRB材料井可以皆呈直线设置，两端朝来水方向弯转形成折边段，使可渗透性反应墙呈平底漏斗状；在直线段内，任意一排的PRB材料井与另一排距离其最近的两PRB材料井两两等间距，呈正三角形排列。其中弯转角度为30-40°。
或者，两排PRB材料井也可以皆呈弧形设置，两端朝来水方向弯转；任意一排的PRB材料井与另一排距离其最近的两PRB材料井两两等间距，呈正三角形排列。其中两排呈弧形设置的PRB材料井的圆弧角度为80-90°。
其中：
PRB井深由具体施工地区的污染羽的埋深决定，比污染羽的深度深30-50厘米，按测量好的间隔距离在垂直于污染羽的来向上打井。
两排PRB材料井的打井数量及井的直径大小，需事先根据监测的污染羽在含水层分布的宽度、结合修复场地的水文地质特征来确定；再根据污染物种类及浓度选择合适的PRB填充材料。
本发明的有益效果体现在：
(1)施工工艺难度小，PRB材料井之间有自然的地层间隔，且间隔较宽，能有效避免地层中含水层坍塌及两个井间串孔坍塌现象发生；
(2)用易于施工的PRB材料井代替开挖墙体，挖填土方量少、施工费用较低；
(3)两排PRB材料井交错呈正三角形排列，利用了自然地层，比连续墙体减少了PRB填充材料的用量，经济合理；
(4)与隔水漏斗-导水门式相比，无需建防渗墙；
(5)呈平底漏斗状时两端的折边角度设置为30-40°，呈弧形时圆心角度设置为80-90°，可以使获取的截获宽度较大，可确保污染羽的水流进PRB设置范围内；
(6)PRB材料井内的填充材料与未开挖地层相比，空隙率大、渗透性好，在抽水状态下，两排PRB材料井交错互补，能保证水体全部经过PRB渗透墙而不会绕流，从而达到物理吸附或生物降解、化学反应去除污染物的目的，迅速恢复地下水的良好生态环境，具有良好的经济效益；
(7)对该施工工艺进行现场中试试验研究，结果表明，本发明施工工艺的PRB反应墙去除硝酸盐的效果显著、高效，过水后水质的色度及“三氮”均达到饮用水标准。
附图说明
图1为本发明的施工方案图；
图2为相邻PRB材料井的排列方式图；
图3为施工剖面图；
图中标号：1为污染羽，2为监测井，3为PRB材料井，4为抽水井，5为地表土层，6为含水层。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
本实施例选择安徽省阜阳市浅层地下水硝酸盐污染地区做工程试验区场地，根据本发明的施工工艺，进行了野外中试工程试验。工程试验区域占地长10m、宽5m，永久占地50m2。
在地下含水层进行PRB原位修复系统施工的工艺，工程量主要包括：监测井2、PRB材料井3和抽水井4。监测井2和抽水井4的直径均为200mm，PRB材料井3的开孔直径600mm，具体施工方案图见图1，步骤如下：
在垂直于污染羽1来向上，呈插位状态设置两排PRB材料井3，构成可渗透性反应墙；两排PRB材料井3皆呈直线设置，两端朝来水方向弯转形成折边段，使可渗透性反应墙呈平底漏斗状。
如图1所示，内排直线段的PRB材料井共6口，外排直线段共7口，两排皆是以两端边缘井的中心为转折点，向污染羽的来向转折，折边与底边延长线的夹角为30°，沿着折边方向各打井2口，井间距与直线部分的间距相同。在两排PRB材料井中，位于同排的任意两相邻PRB材料井之间的井壁间距为300mm(即圆心距离为900mm)。
如图2所示，在直线段内，任意一排的PRB材料井与另一排距离其最近的两PRB材料井两两等间距，呈正三角形排列。在折线段内，两排的PRB材料井一一对应。
如图3所示，PRB材料井深度均穿过弱透水层7，到达含水层6以下；在污染羽1的来向、沿平底漏斗的中心线，在反应墙中点的内侧和外侧分别打一口井，为监测井2和抽水井4。
施工时，打完全部的PRB材料井之后，向井内装填PRB材料，PRB材料井内的填料上端到含水层6上方30-50cm的位置即可，填料的上方回填覆盖土壤与地表土层5齐平。然后再沿平底漏斗的中心线，在PRB材料井中点内侧距离2m的位置打一口监测井2，在距外侧1.6m的位置打一个抽水井4，井深均与PRB材料井相同。
因PRB材料井的填充材料疏松，渗透性比土壤层和含水层好，在抽水状态下，能保证进入平底漏斗内部的水体全部经过PRB墙处理，达到降解、去除或固定污染物的目的，达到地下水污染原位修复的目的。通过抽水井4的取样检测，能够随时检测经过PRB原位修复的地下水水质情况。
以上所述仅为本发明的示例性实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种在地下含水层进行PRB原位修复系统施工的方法，其特征在于：是沿污染羽在地下含水层的流向的垂直方向，呈插位状态设置两排半径皆相同的PRB材料井，构成可渗透性反应墙，且墙体两端朝来水方向弯转；
所述PRB材料井的深度到达地下含水层的污染羽深度以下；
在两排PRB材料井中，位于同排的任意两相邻PRB材料井之间的圆心距离相等，且不大于PRB材料井半径的1.5倍；
两排PRB材料井之间的垂直距离不大于PRB材料井的半径；
两排PRB材料井皆呈直线设置，或皆呈弧形设置；
当两排PRB材料井皆呈直线设置时，两端朝来水方向弯转形成折边段，使可渗透性反应墙呈平底漏斗状；在直线段内，任意一排的某一PRB材料井与另一排距离其最近的两PRB材料井两两等间距，呈正三角形排列；在折边段内，两排的PRB材料井一一对应；
当两排PRB材料井皆呈弧形设置时，任意一排的某一PRB材料井与另一排距离其最近的两PRB材料井两两等间距，呈正三角形排列。
2.根据权利要求1所述的在地下含水层进行PRB原位修复系统施工的方法，其特征在于：当两排PRB材料井皆呈直线设置时，两端朝来水方向的弯转角度为30-40°。
3.根据权利要求1所述的在地下含水层进行PRB原位修复系统施工的方法，其特征在于：当两排PRB材料井皆呈弧形设置时，两排呈弧形设置的PRB材料井的圆弧角度为80-90°。
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