CN109912045B - 一种可渗透反应墙 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可渗透反应墙，应用于地下水污染修复，包括插设在地下介质中的不透水漏斗墙,所述不透水漏斗墙中间开设有导流门,所述导流门后端设有介质填料单元；所述介质填料单元包括至少两层反应区，每层反应区的入口均与导流门的出口相对接；每层反应区均设有多个反应间隔；相邻两层反应区的反应间隔交错排布；同一反应区的相邻反应间隔内填充有粒径不同的固体颗粒。污染羽流经交错排布的反应间隔时，流线呈螺旋形，可增大非反应性污染物的稀释以及反应性污染物与地下水中化合物的反应，因此该反应墙对地下水的修复效果更好，也更经济，更高效。
Description
技术领域
本发明属于地下水污染修复与治理领域，特别是一种可渗透反应墙。
背景技术
地下水作为重要的供水水源和生态环境资源，是国民经济发展的重要支撑，在社会可持续发展和生态文明建设中具有突出地位。近年来，由于我国农业化、工业化和城市化的快速发展，不仅地下水污染程度不断增大，而且污染范围也持续扩大，给人类的发展和社会的进步带来了严重的挑战。
与地表水污染不同，一旦污染物进入地下含水层，将很难修复和治理。目前，常用的地下水污染修复技术有抽出——处理——回灌、原位曝气、生物修复、检测自然衰减等，然而，这些方法往往操作都很复杂，并且成本高、效率低，还可能造成二次污染。与此相比，可渗透反应墙不涉及地下水的抽提回灌和地面防渗处理，对修复区干扰少，可避免二次污染，而且其介质选择性较强，对多数污染物的去除效果较好。
但是传统的可渗透反应墙利用活性反应介质填料构筑物形成一个竖向的反应屏障区，考虑到经济问题，可渗透反应墙往往不会太厚，这就不能保证污染羽在填充介质中充分反应，从而导致修复不完全。
发明内容
本发明提供一种可渗透反应墙，能够提高反应效率，应用于地下水污染修复能够显著提高修复效果，且具有造价低的优点。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
一种可渗透反应墙，包括插设在地下介质中的不透水漏斗墙，所述不透水漏斗墙中间开设有导流门，所述导流门后端设有介质填料单元；所述介质填料单元包括至少两层反应区，每层反应区的入口均与导流门的出口相对接；每层反应区均设有多个反应间隔；相邻两层反应区的反应间隔交错排布；同一反应区的相邻反应间隔内填充有粒径不同的固体颗粒，相邻反应区中相交错的两个反应间隔呈反方向倾斜设置。
优选的，相邻反应区中相交错的两个反应间隔的夹角为0-180度。
优选的，反应间隔的轴向长度为可渗透反应墙轴向总长度的0.25%-25%倍，且反应间隔的轴向长度>10cm。
优选的，固体颗粒粒径分别为0.4-0.6mm和4-6mm。
优选的，固体颗粒中同时填充能促使反应进行的微生物。
优选的，漏斗墙由膨润土或板桩组成，并嵌入黏土层或隔水层中。
优选的，漏斗墙与导流门的导流方向相垂直，每层反应区均沿导流方向铺设。
优选的，导流门内填充有砂砾石，渗透率大于可渗透反应墙所在地下含水层的渗透率。
本发明的优点在于：本发明能够应用于地下水污染修复，通过漏斗墙和导流门改变地下水流场分布，迫使污染羽流入反应区，污染羽流经交错排布的反应间隔时，流线呈螺旋形，可增大与周围地下水中化合物的反应，亦可增大非反应性污染物的稀释，对地下水的修复效果更好，更高效，更经济。
附图说明
下面结合附图对本发明具体实施方式作进一步详细的说明。
图1为本发明的纵剖面图；
图2为本发明中介质填料单元的三维图；
图3是本发明实施例在空间场中的位置及结构；
图4为本发明对比例在空间场中的位置及结构；
其中：1-污染羽；2-导流门；3-漏斗墙；4-反应间隔（粗颗粒填充物）；5-反应间隔（细颗粒填充物）；6-被修复后的地下水；7-地表；8-不透水岩层。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合具体实施例对本发明作进一步的阐述。
如图1所示的可渗透反应墙，包括插设在地下介质中的不透水漏斗墙，不透水漏斗墙中间开设有导流门，导流门后端设有介质填料单元；介质填料单元包括两层反应区，每层反应区的入口均与导流门的出口相对接；每层反应区均设有多个反应间隔；相邻两层反应区的反应间隔交错排布；同一反应区的相邻反应间隔内填充有粒径不同的固体颗粒。
本发明适用于地下水污染处理，具体的：漏斗墙由膨润土或板桩组成，漏斗墙可根据场地的水力边界条件和施工条件做出调整，该实施例选用与导流门的导流方向相垂直，插设在地下介质并嵌入黏土层或隔水层中。每层反应区均沿导流方向铺设。导流门由砂砾石构成，其断面为矩形结构。导流门的渗透率大于可渗透反应墙所在地下含水层的渗透率。
可依据场地污染羽的特征选择可渗透反应墙中固体颗粒以及微生物的种类。
应用于实际工程中的可渗透反应墙的反应区层数以及反应间隔的长度等需结合地下水流动数值模型确定最优参数。本实施例采用两层反应区。
如图2所示，本实施例置于x×y×z=32m×21m×21m的地下含水层中，含水层土体颗粒粒径为0.4-0.6mm；介质填料单元的尺寸为x×y×z=10m×2m×2.5m ；导流门入口距离污染源的长度为5m，反应墙在横截面上处于中心位置。
其中，反应墙共两层反应区，每层高度为1.25m，且每层均由粒径为0.4-0.6mm和4-6mm的两种多孔颗粒交替填充而成，其每层反应间隔的长度为1m，上下两层中相交错的两个反应间隔呈反方向倾斜设置，其夹角为45°，以形成双层鱼骨交叉结构。
如图3所示，本实施例中介质填料单元在空间场中呈双层交叉鱼骨结构。
本实施例采用数值模拟对其反应过程进行说明，为更好表现双层交叉鱼骨结构介质填料单元的修复效果，选用与实施例体积相同的传统可渗透反应墙（介质填料单元为均质长方体结构）作为对比例，该传统可渗透反应墙中介质填料单元的尺寸为x×y×z=2m×5m×5m，介质填料单元中的固体颗粒粒径均为4-6mm，其余参数均与实施例相同。
如图4所示，对比例介质填料单元在空间场中与实施例位于同一地下含水层。
模拟中，假设污染源的横向尺寸为y×z= 5m×5m，且污染源处于横截面中心位置，地下水平均流速为1m/day,污染物浓度为1mol/m3。反应物的扩散系数均为10-9m2/s，弥散系数采用Chiogna等人2010年在Evidence of Compound-Dependent Hydrodynamic andMechanical Transverse Dispersion by Multitracer Laboratory Experiments论文中推导的公式：
D
t
=D
p
+vd/(Pe+123)
0.5
为量化非反应性污染羽的稀释程度，引入基于流量的稀释指数E Q ，单位为m3/s，
其中
为垂直于流动方向的横截面，
为主水流方向的达西速度，
为基于流量的概率密度函数。该参数值表征羽流稀释程
度的大小，其值越大，稀释程度越大，表明稀释效果越好。
为量化反应性污染羽的反应程度，引入反应指数M reac ，表示单位时间内反应物（污染物）流出反应墙横截面的物质量，单位为mol/s。其值越小，反应程度越大，表明反应效果越好。
对于非反应性化合物，污染羽分别经过体积相等的传统可渗透反应墙以及双层鱼骨交叉结构可渗透反应墙后，其稀释指数分别为1.2×10-4m3/s和1.5×10-4 m3/s，双层鱼骨交叉结构反应墙较传统结构反应墙其稀释指数增加了25%。
对于瞬时反应的化合物（例如A+B→C，其中A为污染物，B为周围地下水中可与A反应的化合物，C为无污染的反应产物），污染羽分别经过体积相等的传统可渗透反应墙以及双层鱼骨交叉结构可渗透反应墙后，其反应指数分别为1.14×10-4 mol/ s以及0.878×10-4 mol/s，可以发现，流经双层鱼骨交叉结构可渗透反应墙后单位时间流出物质的量约为传统反应墙的77%，减少了23%。因此，本发明稀释以及反应效果均较为明显，相比传统反应墙有很大的优势。
稀释、反应结果比较表
应当指出，虽然通过上述事实方式对本发明进行了描述，然而本发明还可以有其他多种实施方式。在不脱离本发明精神和范围的前提下，熟悉本领域技术人员显然可以对本发明做出各种相应的改变和变形，但这些改变和变形都应当属于本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.一种可渗透反应墙，其特征在于：包括插设在地下介质中的不透水漏斗墙，所述不透水漏斗墙中间开设有导流门,所述导流门后端设有介质填料单元；所述介质填料单元包括至少两层反应区，每层反应区的入口均与导流门的出口相对接；每层反应区均设有多个反应间隔；相邻两层反应区的反应间隔交错排布；同一反应区的相邻反应间隔内填充有粒径不同的固体颗粒，相邻反应区中相交错的两个反应间隔呈反方向倾斜设置；所述固体颗粒粒径分别为0.4-0.6mm和4-6mm。
2.根据权利要求1所述可渗透反应墙，其特征在于：所述反应间隔的轴向长度为可渗透反应墙轴向总长度的0.25%-25%倍，且反应间隔的轴向长度>10cm。
3.根据权利要求1所述可渗透反应墙，其特征在于：所述固体颗粒中同时填充能促使反应进行的微生物。
4.根据权利要求1所述可渗透反应墙，其特征在于：所述漏斗墙由膨润土或板桩组成，并嵌入黏土层或隔水层中。
5.根据权利要求1所述可渗透反应墙，其特征在于：所述漏斗墙与导流门的导流方向相垂直，每层反应区均沿导流方向铺设。
6.根据权利要求1所述可渗透反应墙，其特征在于：所述导流门内填充有砂砾石，渗透率大于可渗透反应墙所在地下含水层的渗透率。
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