CN107159698B

CN107159698B - 一种三维井淋洗联合稳定化原位修复重金属污染土壤的方法

Info

Publication number: CN107159698B
Application number: CN201710433174.0A
Authority: CN
Inventors: 刘晓月; 李娟�; 刘登彪; 史学峰; 邵乐; 韩凤
Original assignee: Aerospace Kaitian Environmental Technology Co Ltd
Current assignee: Aerospace Kaitian Environmental Technology Co Ltd
Priority date: 2017-06-09
Filing date: 2017-06-09
Publication date: 2020-07-28
Anticipated expiration: 2037-06-09
Also published as: CN107159698A

Abstract

本发明公开了一种三维井淋洗联合稳定化原位修复重金属污染土壤的方法，该方法包括以下步骤：在重金污染土壤层内部布设至少三层三维井，在重金属污染土壤层底部设置渗透吸附层；利用三维井对淋洗重金属污染土壤层由上至下逐层淋洗，通过各层三维井向重金污染土壤层内部注入稳定剂和灌入粘土水泥浆，该方法能够实现重金属污染土壤原位淋洗并稳定化固化处理，通过杜绝淋洗液对地下水二次污染，满足重金属污染土壤的快速修复。

Description

一种三维井淋洗联合稳定化原位修复重金属污染土壤的方法

技术领域

本发明涉及一种重金属污染土壤修复的方法，具体涉及一种三维井淋洗联合稳定化原位修复土壤重金属污染的方法，属于土壤重金属污染修复领域。

背景技术

近年来，土壤污染问题引起广泛关注，我国土壤污染状况已经影响到耕地质量、食品安全甚至人的身体健康，其中最严重的就是重金属污染。

土壤重金属污染主要是指在人类生产生活中，致使土壤中的重金属含量超过本底值，在土壤中不断积累而造成生态环境质量恶化。土壤重金属污染主要通过工程技术和生物技术进行修复。工程技术主要是淋洗法、电解法、换土法等。生物技术主要有微生物修复技术、植物修复技术以及联合技术等。污染土壤的修复一般分为异位和原位两种方式，通过降低土壤中重金属的含量或是降低土壤中重金属的活度，降低其毒性。异位修复重金属污染土壤，缺点多，大规模处理污染土壤成本太高，并且会破坏土壤结构，使土壤退化。因此，研究出对土壤重金属有效修复且对环境影响较小的方法及修复药剂是目前修复土壤重金属的急需解决的难题。

中国专利(CN102652956A)公开了一种铬污染土壤原位淋洗处理方法，在需要淋洗处理的土壤区域周边安装多个地下水抽提井，通过地表洒水淋洗污染土壤，含六价铬的淋洗水进入地下水，通过地下水流场控制将含六价铬的地下水抽到地表进行水处理后再回用地表洒水淋洗，该方法淋洗效率低，且仅能处理土壤中的游离铬。中国专利(CN103736722A)公开了一种污染土壤原位淋洗处理系统，包括污水处理装置，以及与污水处理装置相连的多层水平井，根据场地情况必要时可设垂直抽水井，该处理系统可以提高对土壤中重金属进行高效淋洗，但是其也仅能处理土壤中的游离金属，且其在淋洗过程中淋洗液很容易渗入地下水，对地下水造成污染。中国专利(CN103785680A)公开了一种步进式土壤原位淋洗及其稳定化/固化的方法，1)在场地中心A水井处，以需要的压力注水，1-6号水井进行抽水，并检测水质的变化；2)待到淋洗水质的重金属浓度达标并稳定后，将1、4、6号水井作为注水井，同时A水井继续注水，将2、3、5号水井继续作为抽水井；3)水质再次达标后将A、2、3、5号水井作为注水井，1、4、6号水井作为抽水井继续淋洗，直到水质达标；4)将A和1-6号水井都作为注水井，7-18号水井作为抽水井进行淋洗，直到水质达标；5)A和1-6号水井与7-18水号井间隔交替作为注水井或抽水井进行淋洗，直到水质达标；7)淋洗完成后，重复以上5个步骤，从场地中心A水井处开始往场地中注入稳定化药剂；将经步骤6)处理后的场地，以由场地外侧向场地内侧的方向，通过水井逐步注入固化剂。这种方法将原位淋洗技术与稳定化/固化技术结合，进一步降低污染物的溶出风险，但是其淋洗过程中主要是依靠水压对土壤进行横向淋洗，淋洗效率低，且淋洗过程中，淋洗液容易渗透污染地下水。

发明内容

针对现有技术中的重金属污染土壤修复技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种能够实现重金属污染土壤原位淋洗并稳定化固化处理，通过杜绝淋洗液对地下水二次污染的修复重金属污染土壤的方法，该方法操作简单、成本低，有利于推广应用。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种三维井淋洗联合稳定化原位修复重金属污染土壤的方法，该方法包括以下步骤：

1)在重金污染土壤层内部由上至下依次布设至少三层三维井；

2)在重金属污染土壤层底部设置渗透吸附层；

3)利用三维井对淋洗重金属污染土壤层由上至下逐层淋洗：

a)在重金属污染土壤层顶部喷淋淋洗剂，通过最上层三维井抽提回收淋洗滤液，经过反复淋洗直至淋洗滤液中重金属浓度稳定后，停止喷淋淋洗剂；

b)再从最上层三维井注入淋洗剂，通过第二层三维井抽提回收淋洗滤液，经过反复淋洗直至淋洗滤液中重金属浓度稳定，停止注入淋洗剂；

c)再依照b)操作利用三维井对更深层重金属污染土壤进行淋洗，直至整个重金属污染土壤层淋洗完成；

4)通过各层三维井向重金污染土壤层内部注入稳定剂；

5)通过各层三维井向重金污染土壤层内部灌入粘土水泥浆。

本发明的技术方案首次将石油开采技术中的三维井利用到重金属污染土壤原位修复中来，三维井与一般的水平井和垂直井设置不同，其整体上呈三维网络状结构(从图2中可以看出)分布在重金属污染土壤层中，且三维井在水平和垂直方向均具有一定的规律分布。在淋洗过程中，能够实现重金属污染土壤层的横向和纵向同时淋洗，大大提高了淋洗效率，同时采用逐层淋洗的方式，由最土壤的上层开始逐步向下层淋洗，三维井角色灵活转换，可以作为抽提井和注入井使用，同时还作为稳定化合固化试剂的注入井，不但实现了淋洗液以循环方式对土壤进行反复淋洗，大大提高了淋洗效率，又可以防止井管道堵塞，进而提高修复效率，而且实现了原位淋洗与稳定化固化结合修复重金属污染土壤，满足快速、高效修复重金属污染土壤的要求。本发明的技术方案在重金属污染层的底部设置了渗透吸附层，能够有效防止淋洗液渗漏进入地下水，有效防止对地下水的二次污染。

优选的方案，相邻两层三维井之间的间隔距离为0.5～2.5m，每层三维井包括若干口三维井，且各三维井的井间距为1～4米。所述三维井包括倾斜段和水平段，倾斜段与水平面的夹角为45°～75°，水平段与水平面平行。相邻两层三维井之间的间隔距离指的是上层三维井与下层三维井的水平段之间的垂直距离。本发明的技术方案中三维井的层数，根据重金属污染土壤的程度来确定，至少设置三层。

优选的方案，相邻两层三维井的各三维井错开布设，不在同一垂直平面上。

优选的方案，所述三维井的内部设有管径为DN100～300的滤管，所述滤管的一端密封，另一端与抽提收集一体化设备相连。滤管上分布可供液体通过的小孔。

较优选的方案，所述井管采用的材质为PE、HDPE或PVC。

较优选的方案，三维井的下游设有若干口用于抽提渗漏淋滤液的垂直井。

较优选的方案，所述垂直井的内径为0.2～0.5m，井深为6～12m，且垂直井最深处必须在地下水水位之上。

较优选的方案，所述渗透吸附层由吸附剂与土壤混合而成，所述吸附剂为聚氨基酸和/或聚丙烯酰胺，或者为含活性炭或黏土矿物夹层的土工布。由Geoprobe-7822DT设备在重金属污染土壤层底部注射吸附剂与土壤混合形成渗透吸收层。

较优选的方案，所述吸附层的厚度为10～15cm。

较优选的方案，连续两次抽提的淋洗滤液中重金属浓度变化小于3％时，停止注入淋洗剂。

本发明的淋洗剂为现有技术中常规的淋洗剂，如水或添加了有机金属螯合剂的水溶液，或者是添加了促进金属溶出助剂的溶液。

本发明的稳定化药剂包括硫化物，典型的如硫化钠等。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

1、本发明的技术方案实现了重金属污染场地的原位淋洗和固定化稳定化修复处理，避免了重金属污染土壤异位修复过程中需土方挖运，大面积破坏土壤结构、耗时秏力等缺陷。

2、本发明的技术方案采用三维井对重金属污染土壤层进行原位淋洗和稳定化固化处理，相对现有技术中的水平井和垂直井具有明显的技术优势，水平井主要实现土壤层的垂直方向的淋洗，垂直井偏重于水平方向的淋洗，而三维井整体上呈三维网络状结构分布，在土壤淋洗过程中，能够实现重金属污染土壤层的横向和纵向同时淋洗，大大提高了淋洗效率。

3、本发明的技术方案三维井上下各层之间在土壤淋洗过程中三维井角色灵活转换，可以作为抽提井和注入井使用，同时还作为稳定化合固化试剂的注入井，不但实现了淋洗液以循环方式对土壤进行反复淋洗，大大提高了淋洗效率，又可以防止井管道堵塞，进而提高修复效率，而且实现了原位淋洗与稳定化固化结合修复重金属污染土壤，满足快速、高效修复重金属污染土壤的要求。

4、本发明的技术方案在重金属污染层的底部设置了渗透吸附层，能够有效防止淋洗液渗漏进入地下水，为防止地下水污染提供保护和屏障。

5)本发明的技术方案实现了淋洗液循环使用，进行零排放，大大节约了使用药剂量，节约了修复成本。

附图说明

【图1】为本发明的工艺流程图；

【图2】三维井的剖面图；

【图3】为三维井的井口排布图；

1为三维井，2为土壤层，3为渗透吸附层，4为垂直井。

具体实施方式

以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求保护范围。

实施例1

1)考察实际场地：湖南某矿山区重金属污染土壤，主要为铬金属污染，铬含量超过1500mg/kg，重金属污染平均深度约为3.6米，选取面积为8m×8m重金属污染场地作为实验区；在场地表层沿试验区域四周砌筑高50～80cm的砖块围堰，防止淋洗剂外流。

2)设置渗透吸附层：在土壤层约8米深的位置作为吸附剂注射点，在实验区域内设计多个吸附剂注射点，根据污染场地孔隙率及吸附剂有效扩散距离，计算每个注射点需注射吸附剂量，按注射点位布置，由Geoprobe-7822DT设备在重金属污染土壤层底部注射聚丙烯酰胺，吸附层厚度约为12cm。

3)设计三维井：共设计四层维井，一共9口，每层3口，相邻两口井的井口间距为2米，井口大小满足DN200滤管布设，以地面为om，三层三维井的深度分别为-1.5m，-3m和-4.5m；其中，3口三维井以沿水平面45°夹角延伸至1.5米深度，再水平布设，3口三维井以沿水平面45°夹角延伸至3米深度，再水平布设，3口三维井以沿水平面45°夹角延伸至4.5米深度，再水平布设；各三维井尽量错开，且均匀分布在划定的实验区内；由打井队进场打井，并布设HDPE滤管，HDPE滤管一端堵塞密封，另一端与抽提收集一体化设备相连；具体打井过程为：地质钻机就位钻井作业，达到设计深度后，进行洗井，洗除大量泥浆后，安装井管和井筛，添加过滤填料，封井。9口三维井按层次依次编号：1-1，1-2，1-3，2-1，2-2，2-3，3-1，3-2，3-3(如图3所示)。

4)设置垂直井：在实验区域内沿三维井水流方向下游，设置4口垂直井，垂直井分布在实验区域的四周，垂直井内径0.4m，井深约7m，井最深处必须保证在地下水位之上，垂直井用于抽提出渗留下来的淋滤液(将淋洗液处理后再回用)，以防其扩散污染到地下水。

5)原位淋洗：第一层水平井兼有抽提和注入功能；当顶层通过旋喷桩机喷淋淋洗剂时，第一层水平井通过一体化设备收集淋滤液，经反复淋洗使土壤中污染物浓度达到目标值；然后第一层水平井转换功能为注入井，向土层内注入淋洗剂，第二层水平井作为抽提井，依前同样操作，最终达到修复目标值，淋洗剂采用浓度为3％的柠檬酸溶液，溶液分多批次加入，每次30～50立方米，每批次循环淋洗时间不少于36～48h，连续两次抽提的淋洗滤液中重金属浓度变化小于3％时，停止注入淋洗剂；最终的淋滤液经污水处理设备处理干净后回收再利用。回收处理方法采用化学还原、絮凝沉淀加物理吸附相结合的方式，由废水处理站处理。

6)稳定化：通过各层三维井向重金污染土壤层内部注入硫化钠溶液。

7)固化：通过各层三维井向重金污染土壤层内部灌入粘土水泥浆。

表1抽出淋洗液检测结果

检测指标	1.5m井	3m井	4.5m井
				pH	11.3	10.8	10.4
六价铬(mg/L)	33.4	12.6	2.61
				砷(μg/L)	86	91	102
镉(μg/L)	2.2	0.9	0.5
				铬(μg/L)	34180	8400	3660
铅(μg/L)	54	48	16
				汞(μg/L)	1.4	<1.0	<1.0

数据显示，浅层井中的Cr⁶⁺含量要比深层井高出6～10倍，因此Cr⁶⁺更多地集中在6m以内的上层土壤，同时从三层三维井中抽出淋洗液中Cr⁶⁺占总铬含量的比例分别为68.71％、25.92％和5.37％，浅层井中淋洗出来的铬接近100％都是Cr⁶⁺，含量高达33mg/L以上；铬污染土壤中总铬含量降低至60mg/kg，铬的淋洗率达到96％以上。

通过水平淋洗记录的相关数据和稳定剂与污染物反应质量比计算出需加入硫化钠的量，固定效果：

表2稳定化修复效果-浸出毒性分析(mg/L)

Claims

1.一种三维井淋洗联合稳定化原位修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：包括以下步骤：

1)在重金污染土壤层内部由上至下依次布设至少三层三维井；所述三维井包括倾斜段和水平段，倾斜段与水平面的夹角为45°～75°，水平段与水平面平行；相邻两层三维井的各三维井错开布设，不在同一垂直平面上；

2)在重金属污染土壤层底部设置渗透吸附层；所述渗透吸附层由吸附剂与土壤混合而成，所述吸附剂为聚氨基酸和/或聚丙烯酰胺，或者为含活性炭或黏土矿物夹层的土工布；所述吸附层的厚度为10～15cm。

3)利用三维井对淋洗重金属污染土壤层由上至下逐层淋洗：

4)通过各层三维井向重金污染土壤层内部注入稳定剂；

5)通过各层三维井向重金污染土壤层内部灌入粘土水泥浆。

2.根据权利要求1所述的三维井淋洗联合稳定化原位修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：相邻两层三维井之间的间隔距离为0.5～2.5m，每层三维井包括若干口三维井，且各三维井的井间距为1～4米。

3.根据权利要求1或2所述的三维井淋洗联合稳定化原位修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述三维井的内部设有管径为DN100～300的滤管，所述滤管的一端密封，另一端与抽提收集一体化设备相连。

4.根据权利要求3所述的三维井淋洗联合稳定化原位修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述井管采用的材质为PE、HDPE或PVC。

5.根据权利要求3所述的三维井淋洗联合稳定化原位修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：三维井的下游设有若干口用于抽提渗漏淋滤液的垂直井。

6.根据权利要求5所述的三维井淋洗联合稳定化原位修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：所述垂直井的内径为0.2～0.5m，井深为6～12m，且垂直井最深处必须在地下水水位之上。

7.根据权利要求1所述的三维井淋洗联合稳定化原位修复重金属污染土壤的方法，其特征在于：连续两次抽提的淋洗滤液中重金属浓度变化小于3％时，停止注入淋洗剂。