CN108380657B - 适用于污染场地化学氧化修复的药剂投加方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于污染场地化学氧化修复的药剂投加方法，包括以下步骤：将施工区域在平面上划分为若干修复单元并在深度上划分为上、下污染土层；在修复单元表面开沟槽投加表面活性剂；挖除修复单元内的上污染土层，并利用浅层原位搅拌设备上的搅拌喷射头在下污染土层中依次投加碱性激发剂和氧化修复药剂；之后利用挖机回填上污染土层，依下污染土层中的方法，在上污染土层中进行碱性激发剂和氧化修复药剂的投加和搅拌；依次完成各修复单元的注药搅拌工作；在养护期间，根据PH监测数据分若干次向土体中添加碱性激发剂。本发明的优点是：将化学氧化修复药剂在污染土体中进行分单元、分层进行投加并原位搅拌，从而可保证搅拌混合的均匀性。
Description
技术领域
本发明属于土壤污染治理技术领域，具体涉及一种适用于污染场地化学氧化修复的药剂投加方法。
背景技术
随着我国工业化的快速发展，土壤环境不断遭到各种污染的危害。工业生产中有毒有害物质的跑冒滴漏、污水偷排、生活垃圾堆放和倾倒、农业化肥使用及农药残留是造成土壤污染的主因。土壤污染不仅危害生态环境安全，还可能通过多种途径影响人体健康。伴随着城镇的开发建设以及各项法规的颁布落实，污染土壤修复治理的需求将越来越大。
目前污染土壤的修复治理技术根据修复原理主要分为物理法、化学法、生物法和联合法，具体的修复技术种类较多，包括固化稳定化、土壤淋洗、气相抽提、热脱附、氧化原位和微生物降解修复等。化学氧化修复具有所需周期短、见效快、成本低和处理效果好等优点，正发展成为土壤和地下水污染修复最具潜力的方法之一。根据处置场所可分为原位化学氧化修复与异位化学养护修复。原位化学氧化技术采取特定的技术手段将氧化剂注入土壤中，或者直接加入氧化剂借助机械进行搅拌。化学氧化法采用的氧化剂包括高锰酸钾（K2MNO4）、Fenton试剂、O3和过硫酸盐（S2O8 2-）。过硫酸钠是化学氧化修复技术中常用的氧化剂，具有较好的水溶性和稳定性，经活化（碱活化、热活化、过渡金属活化）后可与大多数有机污染物以达到降解去除的目的。
大多数原位化学氧化的工程案例多是一次性投加氢氧化钠调节土壤pH达到10～12后，再输送过硫酸钠进行原位搅拌，实现药剂与污染土壤接触以进行氧化修复。较大方量的土体原位搅拌常存在土体搅拌均匀性差、药剂未充分反应等问题。同时，过硫酸钠活化后产生的自由基与有机污染物反应较快，且活化过程中，土壤介质中的OH-不断被消耗，环境中的pH条件趋于中性，氧化反应趋于停止，可能存在土体中有部分过硫酸钠未完全反应，或对污染物的去除率低等问题。
发明内容
本发明的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供一种适用于污染场地化学氧化修复的药剂投加方法，该药剂投加方法将碱性激发剂和氧化修复药剂在污染土体中进行分单元、分层投加进行修复，并在养护过程中，实时监测污染土体的pH值，了解氧化反应的进程，对于碱性激发剂采取“少量多次”的投加，提高土体和各药剂混合的均匀性，提高药剂的利用率。
本发明目的实现由以下技术方案完成：
一种适用于污染场地化学氧化修复的药剂投加方法，其特征在于所述药剂投加方法包括以下步骤：（1）将施工区域在平面上划分为若干呈网格状的修复单元、在深度上划分为上污染土层和下污染土层；（2）在所述修复单元表面开沟槽，并沿所述沟槽进行表面活性剂溶液的灌淋洗土壤，以渗入深部污染土中增溶；（3）利用挖机挖除所述修复单元内的所述上污染土层，并利用浅层原位搅拌设备上的搅拌喷射头在所述下污染土层中边旋转搅拌污染土边喷射碱性激发剂以将pH值调节至10-12之间；（4）利用所述搅拌喷射头在所述下污染土层中边旋转搅拌污染土边喷射氧化修复药剂以对污染土进行修复；（5）利用所述挖机回填所述上污染土层，重复步骤（3）和（4），完成所述上污染土层中的碱性激发剂和氧化修复药剂的投加和搅拌；（6）依照步骤（3）-（5），依次完成各所述修复单元的注药搅拌工作，并进行养护；（7）在养护期间，根据所述施工区域内的pH监测数据分若干次向土体中添加碱性激发剂。
所述步骤（1）中，所述上污染土层、所述下污染土层的厚度均为0.5-1.0m。
所述步骤（2）中，所述沟槽的开挖深度为25-35cm；所述表面活性剂为阴非离子表面活性剂，浓度为18-22g/L，其在所述施工区域内的投加量为所述氧化修复药剂在所述施工区域内投加质量的8%-15%。
所述步骤（3）中，所述碱性激发剂为氢氧化钠溶液，浓度为500g/L，所述碱性激发剂在所述上污染土层中的投加量为所述氧化修复药剂在所述上污染土层中投加质量的8%-15%。
所述步骤（4）中，所述氧化修复药剂为过硫酸钠溶液，浓度为400g/L，其投加量为待修复污染土体质量的1%-3%。
所述步骤（7）中，在养护期间，对所述施工区域内的土体进行pH值监测，pH值监测点分别布置在各所述修复单元的中心位置；根据pH值的监测数据，进行碱性激发剂的少量多次投加，使土体的pH值控制在11；其中，所述碱性激发剂的总投加量为所述氧化修复药剂质量的5%-15%，所述多次是指2-3次，所述少量是指每次投加量为所述碱性激发剂总投加量/投加次数。
所述浅层原位搅拌设备包括具有机械臂的车体，所述机械臂的前端安装有所述搅拌喷射头，所述搅拌喷射头经注药管路与一注药存储泵送装置相连接。
所述机械臂包括第一机械臂、第二机械臂以及第三机械臂，所述第一机械臂的一端固定于所述车体上、另一端与所述第二机械臂转动连接，所述第二机械臂经一前端连接件与所述第三机械臂同轴设置；所述第一机械臂上安装有第一液压伸缩杆用于驱动所述第二机械臂进行转动；所述第二机械臂上安装有第二液压伸缩杆用于驱动所述前端连接件和所述第三机械臂作伸缩；所述注药管路包括沿所述第一机械臂、所述第二机械臂以及前端连接件布置的柔性管路以及位于所述第三机械臂内的注药管腔，所述柔性管路与所述注药管腔相连通。
所述搅拌喷射头由一位于中心的药剂喷射头以及分设于所述药剂喷射头外侧的三组旋耕切土刀盘组成，三组所述旋耕切土刀盘在平面上呈 “Y”型设置，所述药剂喷射头与所述注药管路端部连通；所述药剂喷射头的喷射方向指向外侧的所述旋耕切土刀盘。
所述注药存储泵送装置包括两个药剂储仓，各所述药剂储仓分别连接有一所述注药管路；所述药剂储仓与所述注药管路的连接位置处依次设置有高压泵、注剂计量传感器、压力控制器以及流量控制阀。
本发明的优点是：（1）将化学氧化修复药剂在污染土体中进行分单元、分层进行投加并原位搅拌，从而可保证搅拌混合的均匀性；（2）同时通过在养护过程中根据pH值监测结果将碱性激发剂以少量多次的方式添加进入土体中，保证氧化修复药剂的充分反应，提高污染物的去除效率；（3）浅层原位搅拌设备，结构简单，能够实现多种修复药剂的添加，且呈“Y”型分布的旋耕切土刀盘内置药剂喷射头，有助于搅拌喷射头切削搅拌土体顺利下沉，提高了设备在不同场地条件的适宜性，特别是在杂填土较厚场地的适用性。
附图说明
图1为本发明中浅层原位搅拌设备的结构示意图；
图2为本发明中浅层原位搅拌设备的正视图；
图3为本发明中旋耕切土刀盘的结构示意图；
图4为本发明中三组旋耕切土刀盘在平面上呈“Y”型分布的示意图；
图5为本发明中施工区域内各修复单元的划分平面示意图；
图6为本发明中原位修复养护方法的施工步骤示意图。
具体实施方式
以下结合附图通过实施例对本发明的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：
如图1-6，图中标记1-6分别为：
车体1、履带式走行底座11、车架12、动力装置13、第一机械臂14、第一液压伸缩杆15、第二机械臂16、第二液压伸缩杆17、前端连接件18、第三机械臂19；注药存储泵送装置2、药剂储仓21、药剂储仓22、履带式走行底座23、注剂计量传感器24、流量控制阀25、压力控制器26、高压泵27；注药管路3、柔性管路31、注药管腔32；搅拌喷射头4、旋耕切土刀盘41、药剂喷射头42、药剂加热装置43、加压装置44、旋转装置45、刀盘46、切削刀片47、紧固螺栓48；施工区域5、注药管安插点51、监测点52、修复单元53、上污染土层54、下污染土层55；挖机6。
【实施例】如图1-6所示，本实施例具体涉及一种适用于污染场地化学氧化修复的药剂投加方法，该药剂投加方法具体包括以下步骤：
（1）在原位搅拌前，利用挖机6对场地的施工区域5进行清表，同时对表层土进行疏松，为浅层原位搅拌设备下沉创造适宜的土质条件。
（2）如图5所示，将施工区域5的范围内划分为若干呈网格状的修复单元53，在本实施例中，各修复单元53的规格为4m * 4m，用木桩或白灰作为各修复单元53之间的划分标识。
（3）在待施工的修复单元53内纵横开挖30cm深的沟槽后灌溉表面活性剂，并下渗土壤进行增溶，此处的表面活性剂具体采用的是浓度为20g/L的阴非离子表面活性剂，表面活性剂的投加量根据之后所使用的氧化修复药剂的用量进行确定，在本实施例中，表面活性剂的投加量取氧化修复药剂用量的10%（质量百分比）；在增溶一定时间后，如图5所示，将修复单元53内的污染土体划分为上、下两层，即上污染土层54以及下污染土层55，两者的厚度均为0.5-1.0m之间，利用挖机6开挖并移除上污染土层54。
（4）之后将安装完成的浅层原位搅拌设备移动至待施工的修复单元53位置处；本实施例中的浅层原位搅拌设备主体为具有机械臂的车体1，在机械臂的前端部安装有搅拌喷射头4，沿机械臂延伸方向布置有注药管路3，注药管路3的一端部连接注药存储泵送装置2用于泵送修复药剂，注药管路3的另一端部连接搅拌喷射头4，搅拌喷射头4能够在其压入污染土体进行搅拌的过程中向外喷射修复药剂，以使修复药剂与污染土壤能够充分接触以修复污染土。
如图1、2所示，车体1由履带式走行底座11、车架12、机械臂以及动力装置13这四部分所组成，其中：（a）履带式走行底座11用于驱动整个车体1移动走行，便于在不同的地形以及环境中行走，从而提高工作效率；（b）车架12与履带式走行底座11之间通过旋转机构连接，在旋转机构的驱动下，车架12能够进行360°的旋转；（c）机械臂具体包括第一机械臂14、第二机械臂16以及第三机械臂19，第一机械臂14的一端铰接固定在车架12上、另一端与第二机械臂16转动连接，而第二机械臂16则经前端连接件18与第三机械臂19构成同轴设置；在第一机械臂14上安装有第一液压伸缩杆15用于驱动第二机械臂16进行转动，此外，在第二机械臂16上安装有第二液压伸缩杆17用于驱动前端连接件18以及第三机械臂19作伸缩运动；（d）动力装置13安装固定于车架12上，用于将柴油机的机械能转化为液压能并提供给车体1上的各部件，包括履带式走行底座11、车架12下的旋转机构、第一液压伸缩杆15、第二液压伸缩杆17以及搅拌喷射头4。
如图1、2所示，注药存储泵送装置2包括履带式走行底座23以及设置在履带式走行底座23上的药剂储仓21和药剂储仓22；其中，药剂储仓21和药剂储仓22通过注药管路3连接于车体1上，在药剂储仓21和药剂储仓22中可存储不同类型的修复药剂并向外泵送，其形状可以是呈圆筒形或是呈长方形，容积的大小根据工程实际情况确定；各药剂储仓分别对应连接有一注药管路3，在注药管路3同药剂储仓21/药剂储仓22的接口位置处，依次安装有注剂计量传感器24、流量控制阀25、高压泵27、压力控制器26，在这之中，注剂计量传感器24用于检测和控制向外输出的药剂流量，高压泵27用于抽取药剂储仓21/药剂储仓22中的药剂溶液并向外泵送，为药剂提供一定的喷射压力，而流量控制阀25以及压力控制器26则调节药剂的传输速度。
如图1、2所示，注药管路3由柔性管路31、注药管腔32组成，其中，柔性管路31采用耐腐蚀的软管材质并沿第一机械臂14以及第二机械臂16的延展方向布置，为使柔性管路31可随第一机械臂14以及第二机械臂16作转动，其长度选定上具有一定的冗余；而注药管腔32则沿第三机械臂19的轴向开设，柔性管路31的一端部连接注药存储泵送装置2、另一端部则同注药管腔32相连通，由于本实施例中注药存储泵送装置2具有药剂储仓21和药剂储仓22，因此柔性管路31的数量为两条，各药剂储仓上所连接的柔性管路31交汇合流至注药管腔32中，柔性管路31将注药存储泵送装置2内的修复药剂输送至注药管腔32内并经其端部的搅拌喷射头4向外喷射。
如图1、2、3、4所示，搅拌喷射头4设置在第三机械臂19的前端部，由位于中心的药剂喷射头42以及位于其外侧的三组旋耕切土刀盘41所组成，三组旋耕切土刀盘41在平面上呈“Y”型分布；其中，位于中心的药剂喷射头42与第三机械臂19内的注药管腔32相连通，在连接处设置有药剂加热装置43以及加压装置44，药剂加热装置43能够在药剂注入土体之前提高药剂注入温度以提高反应效率；药剂喷射头42的药剂射流方向分别指向位于其外侧的三组旋耕切土刀盘41方向；如图3所示，本实施例中的旋耕切土刀盘41包括刀盘46以及沿其外缘部间隔分布的若干切削刀片47，切削刀片47经紧固螺栓48固定在刀盘46上，刀盘46的旋转驱动由旋转装置45完成。在旋耕切土刀盘41切削搅拌土体的过程中，药剂喷射头42将会同步喷射修复药剂，从而使修复药剂与污染土体能够充分混合。
（5）如图1、5所示，在将浅层原位搅拌设备移动至待施工的修复单元53位置处之后，使第二机械臂16、第三机械臂19及其上的搅拌喷射头4保持竖向垂直于地面的状态。
（6）根据施工区域5内的污染物类型、污染程度配置氧化修复药剂和碱性激发剂，并分别加入上述浅层原位搅拌设备内的药剂储仓21和药剂储仓22中；其中：
氧化修复药剂采用的是过硫酸钠溶液（浓度为400g/L），其用量为待修复土壤质量的1%-3%，具体的，在土壤重污染区域的用量为待修复土壤质量的3%，而在土壤较轻污染区域的用量为待修复土壤质量的1-2%；
碱性激发剂采用的是氢氧化钠溶液（浓度为500g/L)，其设计用量取氧化修复药剂溶液用量的20%（质量百分比）。
（7）如图1-6所示，控制第二机械臂16上的第二液压伸缩杆17驱动第三机械臂19伸长，从而驱动搅拌喷射头4边旋转搅拌边压入下污染土层55中，压入的过程中，搅拌喷射头4同时以一定的压力向外喷射氢氧化钠溶液对下污染土层55进行碱性调节；此外，在搅拌喷射头4逐渐上提的过程中，通过搅拌喷射头4高速的旋转使氢氧化钠溶液与土壤充分接触，实现充分的混匀；重复搅拌下沉，边搅拌边提升，搅拌均匀，直至完成16㎡的修复单元53的作业面积；取样测试修复单元53内的下污染土层55的pH值，使其达到10-12的pH值；针对整个修复单元53内（包括上污染土层54和下污染土层55）的氢氧化钠溶液的首次投加量应为氢氧化钠溶液设计用量的一半，即在对整个修复单元53内的污染土体进行首次修复时，氢氧化钠溶液的投加量占过硫酸钠溶液用量的10%；
在药剂喷射的过程中，高压泵27将氢氧化钠溶液从药剂储仓22中抽出，经注药管路3泵送至搅拌喷射头4的药剂喷射头42处，在压力作用下，药剂溶液从药剂喷射头42处以一定的压力喷射至土体中，对土体进行碱性调节；在输送药剂的过程中，实时调节注剂计量传感器24以控制氢氧化钠溶液的注入量，同时通过调节流量控制阀25以及压力控制器26从而控制药剂的传输速度。
（8）如图1-6所示，关闭氢氧化钠溶液的注药管路3，开启过硫酸钠溶液的注药管路3；重复步骤（7）中的步骤向该修复单元53内的下污染土层55中注入过硫酸钠溶液，并利用搅拌喷射头4将其同土体混合均匀，过硫酸钠溶液同受污染土体发生化学反应对其进行修复。
（9）如图6所示，待完成该修复单元53内的下污染土层55的修复之后，利用挖机6向修复单元53内回填上污染土层54，重复上述步骤（7）、（8），完成上污染土层54的修复，即完成整个修复单元53的修复工作；
（10）待完成修复单元53的修复之后，关闭高压泵27停止向注药管路3内泵送药剂；之后控制第二机械臂16上的第二液压伸缩杆17收缩从而带动第三机械臂19及其上的搅拌喷射头4提离土体；
（11）如图1-6所示，按照步骤（7）-（10），如此往复，依次完成各修复单元53的注药搅拌工作，搅拌完成后的污染土原位进行养护。
（12）养护过程中对各修复单元53内的土体进行pH值的实时监测，首次pH值的测试在污染土加药搅拌后的24H后进行，pH监测点52按照如图5所示的进行布设，在表层、1m、2m...污染深度处分别取土样进行pH值的测试。
（13）根据pH值得监测数据，进行“少量多次”添加氢氧化钠溶液，在各修复单元53内插注药管进行注药，注药管安插点51按照如图5所示的进行布设，确保过硫酸钠溶液在和污染物的反应过程中，各修复单元53内的污染土体的pH值能够控制在11；此处的多次是值添加次数以2-3次为宜，少量是指每次的投加量为氢氧化钠的剩余设计用量/投加次数。
（14）养护期满后，取样测试，对未达到修复目标的修复单元53进行二次加药原位复搅，直至污染区域范围内土壤环境质量达标后，修复结束。
Claims (2)
1.一种适用于污染场地化学氧化修复的药剂投加方法，其特征在于所述药剂投加方法包括以下步骤：（1）将施工区域在平面上划分为若干呈网格状的修复单元、在深度上划分为上污染土层和下污染土层，所述上污染土层、所述下污染土层的厚度均为0.5-1.0m；（2）在所述修复单元表面开沟槽，并沿所述沟槽进行表面活性剂溶液的灌溉土壤，以渗入深部污染土中增溶；所述沟槽的开挖深度为25-35cm；所述表面活性剂为阴非离子表面活性剂，浓度为18-22g/L，其在所述施工区域内的投加量为氧化修复药剂在所述施工区域内投加质量的8%-15%；（3）利用挖机挖除所述修复单元内的所述上污染土层，并利用浅层原位搅拌设备上的搅拌喷射头在所述下污染土层中边旋转搅拌污染土边喷射碱性激发剂以将pH值调节至10-12之间；所述碱性激发剂为氢氧化钠溶液，浓度为500g/L，所述碱性激发剂在所述上污染土层中的投加量为所述氧化修复药剂在所述上污染土层中投加质量的8%-15%；所述浅层原位搅拌设备包括具有机械臂的车体，所述机械臂的前端安装有所述搅拌喷射头，所述搅拌喷射头经注药管路与一注药存储泵送装置相连接；所述机械臂包括第一机械臂、第二机械臂以及第三机械臂，所述第一机械臂的一端固定于所述车体上、另一端与所述第二机械臂转动连接，所述第二机械臂经一前端连接件与所述第三机械臂同轴设置；所述第一机械臂上安装有第一液压伸缩杆用于驱动所述第二机械臂进行转动；所述第二机械臂上安装有第二液压伸缩杆用于驱动所述前端连接件和所述第三机械臂作伸缩；所述注药管路包括沿所述第一机械臂、所述第二机械臂以及前端连接件布置的柔性管路以及位于所述第三机械臂内的注药管腔，所述柔性管路与所述注药管腔相连通；所述搅拌喷射头由一位于中心的药剂喷射头以及分设于所述药剂喷射头外侧的三组旋耕切土刀盘组成，三组所述旋耕切土刀盘在平面上呈“Y”型设置，所述药剂喷射头与所述注药管路端部连通；所述药剂喷射头的喷射方向指向外侧的所述旋耕切土刀盘；（4）利用所述搅拌喷射头在所述下污染土层中边旋转搅拌污染土边喷射氧化修复药剂以对污染土进行修复；所述氧化修复药剂为过硫酸钠溶液，浓度为400g/L，其投加量为待修复污染土体质量的1%-3%；（5）利用所述挖机回填所述上污染土层，利用所述浅层原位搅拌设备上的所述搅拌喷射头在所述上污染土层中边旋转搅拌污染土边喷射碱性激发剂以将pH值调节至10-12之间；利用所述搅拌喷射头在所述上污染土层中边旋转搅拌污染土边喷射氧化修复药剂以对污染土进行修复，完成所述上污染土层中的碱性激发剂和氧化修复药剂的投加和搅拌；（6）依照步骤（3）-（5），依次完成各所述修复单元的注药搅拌工作，并进行养护；（7）在养护期间，对所述施工区域内的土体进行pH值监测，pH值监测点分别布置在各所述修复单元的中心位置；根据pH值的监测数据，进行碱性激发剂的少量多次投加，使土体的pH值控制在11；其中，所述碱性激发剂的总投加量为所述氧化修复药剂质量的8%-15%，所述多次是指2-3次，所述少量是指每次投加量为所述碱性激发剂总投加量/投加次数。
2.根据权利要求1所述的一种适用于污染场地化学氧化修复的药剂投加方法，其特征在于所述注药存储泵送装置包括两个药剂储仓，各所述药剂储仓分别连接有一所述注药管路；所述药剂储仓与所述注药管路的连接位置处依次设置有高压泵、注剂计量传感器、压力控制器以及流量控制阀。
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