CN111620510B - 一种模块化地下水可渗透反应墙的实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种模块化地下水可渗透反应墙的实现方法，包括：在地下建造用来引导污染水体的地下水导墙；在地下水导墙之中安装预置的模块化地下水反应墙，模块化地下水反应墙包括一个或多个外腔体，多个外腔体相互连接，形成模块化地下水反应墙的永久性主体；在每个外腔体内装入预置的内腔体，从而形成反应墙单元装置；在每个外腔体与每个内腔体之间加装止水装置，以避免污染水体经由外腔体与内腔体之间的空隙流出；内腔体内装有用于去除污染水体污染物组分的反应介质，以便去除从外腔体和内腔体一侧流入的污染水体的污染物组分，并使经过反应介质处理后的地下水，经由在内腔体与外腔体另一侧间形成的渗水通道流出。

Description

一种模块化地下水可渗透反应墙的实现方法

技术领域

本发明涉及环境治理领域地下水和土壤污染修复治理等领域，具体涉及一种模块化地下水可渗透反应墙的实现方法。

背景技术

随着工业化、城市化和农业集约化的快速发展，包括大量工厂、矿山尾矿和农业用地的地下水和土壤都面临一种或多种重金属或有机物的污染，地下水和土壤污染修复治理已成为当前环保保护工作的重要课题。

地下水可渗透反应墙是一种能够在一定程度上实现上述地下水和土壤污染修复治理的原位处理系统，具体来说土壤中地下水经过可渗透反应墙后，地下水中的重金属或有机物与反应墙内修复反应介质产生通过降解、沉淀和吸附等一系列的物理或化学或生物作用，实现对地下水的修复，是一种利用自然的地下水水力梯度来实现的，但往往需要特定的水文地地质条件。

目前公开可见的关于地下水可渗透反应墙的做法都是集中在地表浅层地下水的处理，都是基于利用利用自然的地下水水力梯度来实现的，无法实现复杂地质条件、深层地下污染的修复应用。

目前通用地下水反应墙，由于反应介质的物理或化学或生物反应的沉淀，或地下水组份析出或微生物过度繁殖，都会出现地下水反应墙的修复功能降低，存在长期稳定性和有效性较差的问题。

当前地下水反应墙更换反应介质基本上需要重新安装反应墙系统，非常不方便；此外对失效的反应介质移除困难，常用用大开挖方式，不能进行规范处理，有二次污染的可能性。

发明内容

本发明的目的是提供一种模块化地下水可渗透反应墙的实现方法，以便可以快速地更换失效的反应介质。

本发明的上述目的是这样实现的，一种模块化地下水可渗透反应墙的实现方法，包括：

在地下建造用来引导污染水体的地下水导墙；

在地下水导墙之中安装预置的模块化地下水反应墙的多个外腔体，所述多个外腔体相互连接，形成模块化地下水反应墙的永久性主体；

在每个外腔体内装入一个预置的内腔体，形成多个反应墙单元装置；

在每个外腔体与每个内腔体之间加装止水装置，以避免污染水体经由外腔体与内腔体之间的空隙流出；

其中，内腔体内装有用于去除污染水体污染物组分的反应介质，以便去除从外腔体和内腔体一侧流入的污染水体的污染物组分，并使经过反应介质处理后的地下水，经由在内腔体与外腔体另一侧间形成的渗水通道流出。

本发明还包括监测从内腔体和外腔体另一侧流出地下水的水体修复特性，若检测结果表明反应介质失效，则进行：采用吊装设备将内腔体吊出；将失效填料移出进行工厂化处理；将新的反应介质安装在内腔体内；将装有新的反应介质的内腔体下设，并装入到所述外腔体内。

优选地，所述外腔体为刚性框体结构，包括：具有上渗水孔的上面板；具有下渗水孔的下面板；安装在上面板外表面的上土工布；安装在下面板外表面的下土工布；连接在上面板和下面之间的封闭侧板，以便形成封闭的外腔体；其中，在所述侧板上设有用来安装内腔体的开口以及闭合所述开口的盖板。

优选地，在所述内腔体装入所述外腔体之后，清洗所述外腔体的渗水孔。

优选地，所述内腔体具有与外腔体相配的结构，包括：具有渗水孔的上面板；具有渗水孔的下面板；连接所述上面板与下面板之间的封闭侧板，以便形成封闭的内腔体；用来限定内箱体在外腔体内的安装位置的至少两个限位块。

优选地，所述止水装置为水压氯丁橡胶胶管，用于实现外腔体与内腔体件的密封，防止污染水体经由外腔体与内腔体之间的间隙形成污染。

优选地，所述地下水导墙包括第一墙体和第二墙体；所述模块化地下水反应墙安装在第一墙体与第二墙体之间。

优选地，所述内腔体侧板包括上顶盖和下底板，在上顶盖与下底板之间设有空心连接管，所述空心连接管的一端具有伸出上顶盖的挂钩，用于在安装和拆卸内腔体时连接吊具。

优选地，所述装载在所述内腔体内的反应介质包括零价铁和沸石之一或组合。

优选地，所述装载在所述内腔体内的反应介质还包括用来生物降解水中污染物的微生物。

在本发明的内腔体的另一实施例中，所述每个内腔体由多个内腔单元构成；在相邻两个内腔单元间设置止水装置，形成污染水体从上层内腔单元流向下层单元的定向渗透通道。

优选地，所述多个内腔单元内分别装有处理污染水体中不同污染物质的不同反应介质。

优选地，每个内腔单元包括：具有内凹槽的上面板，其边缘为水平结构；具有外凸渗水孔的下面板，其边缘为水平结构；连接所述上面板与下面板之间的封闭侧板，以便形成封闭的内腔体；其中，所述止水装置为止水橡胶，并且设置在所述下面板的水平结构上。

优选地，多个内腔单元在垂直方向上由中空连接管连接；所述中空连接管上端具有挂钩，以便在更换内腔体单元时，连接吊具。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)反应墙单元模块化设计，批量工厂制造加工、装载单元结构统一，便于互换，便于工厂装载反应介质；

(2)本反应墙单元装置的适合更大深度范围内的反应墙的安装，施工设备先进，施工流程简便、高效，污染材料封闭处理，向公众暴露少；

(3)模块化设计的反应墙单元可以灵活组合，可以实现多级强化功能，满足不同规模的地下水修复需要设计；

(4)模块化的反应墙单元可以实现装载多重介质，满足修复多种污染物的需要；

(5)反应墙单元装置采用内外腔体结构设计，采用地下槽段垂直开挖安装，修复应用过程中，若内腔体反应填料介质功能退化后，可更换反应填料，并将已富集污染物的填料集中工厂化处理，有效避免二次污染；

(6)模块化的反应单元装置的灵活组合应用，可以拓宽应用于可以用于建造连续式、导门式以及循环式地下水反应墙，显著提升修复效率。

附图说明

图1是使用本发明方法构造的模块化地下水可渗透反应墙的示意图；

图2a至图2c分别是本发明模块化地下水可渗透反应墙的反应墙单元装置的外腔体与内腔体组合、外腔体以及内腔体的示意图；

图3是本发明的本发明模块化地下水可渗透反应墙的多个反应墙单元装置连接在一起的示意图；

图4是本发明的具有土工布的外腔体的示意图；

图5是显示本发明的内腔体的中空连接管的示意图；

图6是图5的上部的放大图；

图7是图5的下部的放大图；

图8是本发明的内腔体另一实施例的示意图；

图9是在图8的内腔体上安装止水装置的示意图；

图10是将图8的内腔体装入外腔体并在内腔体上安装止水装置的示意图；

图11是在图8的内腔体上安装空心连接管的示意图；

图12是本发明一种模块化地下水可渗透反应墙的实现方法的示意图。

附图标记说明：A01外腔体；A02止水装置；A03外腔体之间的连接装置；A04外腔体渗透孔；A05外腔体土工布；A07连接外腔体防护胶板；BO1内腔体；B011内腔体单元；B0110内腔体单元的上凹部；B0111内腔体单元下凸部；B02限位装置；B03空心连接管；B04反应介质装置区；B05顶盖；B08空心连接管加固件；B09内腔体底锥孔；B10内腔体顶盖渗漏孔；B11内腔体底盖渗漏孔；B12内腔体起吊环；C01地下水导墙；C02模块化地下水反应墙；C03反应介质；C04反滤沙填料。

具体实施方式

可渗透反应墙技术是一种利用特定反应介质通过物理、化学及生物降解等方法去除地下水中污染物组份的原位修复处理技术，其原理是使地下水污染羽状体重污染组份转换为环境可以接受的形式，从而实现地下水污染治理的目的。

在受污染地下水流经的方向上，设计建造装载有反应介质的模块化反应墙，使得受污染地下水流经反应墙之后，水体中的重金属、有机物等污染物得到治理，流出水体满足相应的环保标准。反应墙单元的装载的反应介质包括零价铁、沸石和微生物等反应介质材料，通过反应介质材料的吸附、沉淀、化学降解或生物降解等作用去除地下水中的污染物。

通常的地下水反应墙是在自然水力梯度下，地下水渗流通过反应介质，污染物通过与介质发生物理、化学或生物作用得到处理，处理后的地下水从反应墙的另一侧流出。

参见图1和图8，本发明的一种模块化地下水可渗透反应墙的实现方法包括以下步骤：

在地下建造用来引导污染水体的地下水导墙C01；

在地下水导墙之中安装预置的模块化地下水反应墙C02，所述模块化地下水反应墙包括多个外腔体AO1，多个外腔体相互连接，形成模块化地下水反应墙的永久性主体；

在每个外腔体AO1内装入一个预置的内腔体，由此形成多个反应墙单元装置；

在每个外腔体A01与每个内腔体B01之间加装止水装置A02，以避免污染水体经由外腔体A01与内腔体B01之间的空隙流出；

其中，内腔体B01中装有用于去除污染水体污染物组分的反应介质C03，以便去除从外腔体A01和内腔体B01一侧流入的污染水体的污染物组分，并使经过反应介质C03处理后的地下水从内腔体B01和外腔体A01另一侧流出；

其中，所述模块化地下水反应墙被安装在位于地下不透水层的槽孔中。

此外，本发明还包括监测从内腔体B01和外腔体A01另一侧流出的水体修复特性，若检测结果表明反应介质失效，则进行如下处理：

采用吊装设备将内腔体B02吊出；

将失效反应介质移出进行工厂化处理；

将新的反应介质安装在内腔体内；

将装有新的反应介质的内腔体下设，并装入到所述外腔体内。

参见图2a、图2b和图3,本发明的外腔体为刚性框体结构，并且包括：具有上渗水孔A04的上面板(位于图2b的上部)；具有下渗水A04的下面板(位于图2b的下部)；安装在上面板外表面的上土工布C05；安装在下面板外表面的下土工布C05；连接在上面板和下面之间的封闭侧板，以便形成封闭的外腔体；其中，在所述侧板上设有用来安装内腔体的开口以及闭合所述开口的盖板。当所述外腔体为矩形时，所述侧板由前后左右四块板构成，并且其中一块板是可拆卸的，拆卸后，可将内箱体安装到外腔体中，然后再将固定该板。

其中，在所述内腔体装入所述外腔体之后，清洗所述外腔体的渗水孔，以保证渗透性能不受泥浆影响。

参见图2a、图2c和图3,本发明的内腔体B01具有与外腔体A01相配的结构，包括：具有渗水孔的上面板(位于图2c的上部)；具有渗水孔的下面板(位于图2c的下部)；连接所述上面板与下面板之间的封闭侧板，以便形成封闭的内腔体；用来限定内箱体在外腔体内的安装位置的至少两个限位块B02。

参见图5-图7，空心连接管B03设置在内腔体的侧板的两个相对的板之间，如设置在盖板B05与底板之间，用于产生水力梯度，加快地下水在内腔体的循环。在盖板B05和底板上均设有渗透孔B10和B11，内腔体内部为反应介质装载区B04，用于装载反应介质。空心连接管B03的一端伸出内腔体并连接一个空心连接管加固件B08。伸出内腔体B01的空心连接管B03的一端上形成有内腔体起吊环B12，用于在安装和拆卸时连接吊具。空心连接管B03的另一端为锥孔B09。

本发明的止水装置为水压氯丁橡胶胶管，用于实现外腔体与内腔体件的密封，防止污染水体经由外腔体与内腔体之间的间隙形成污染。

参见图1，本发明的地下水导墙可以包括第一墙体(即图1中左侧墙体)和第二墙体(即图1中右侧墙体)；模块化地下水反应墙C02安装在第一墙体与第二墙体之间。

本发明的装载在所述内腔体内的反应介质包括零价铁和沸石之一或组合。本发明的所述装载在所述内腔体内的反应介质也可以包括用来生物降解水中污染物的微生物。

下面对本发明的反应墙单元装置结构以及实现方法进行更具体的说明。

本发明的反应墙单元装置结构主要包括外腔体A01、内腔体B01、内外腔体间止水装置A02和反应介质C03填料等四部分。

外腔体是一个刚性框体结构，其材质可采用成型钢方管、钢圆管、或型钢+钢板等材料加工的结构，形状可以有矩形、正方形、圆形或梯形等，框体结构需要透水部位的面板部位上钻设渗水孔，渗水孔直径可小于1～3mm，外腔体布设渗水孔的表面安装覆设土工布，防止土壤等颗粒物进入外腔体。

外腔体左右侧部位各设有一个以上的密封止水，密封止水的形式采用水压式氯丁橡胶管、或P形止水密封，保证污染地下水全部经由装载有反应介质的内腔体通过。

外腔体的作用是对可渗透反应墙单元起整体支撑作用，对装载反应介质的内腔体起支撑和保护作用。为实现可靠的污染水治理效果，原则上外腔体下设深度应从地面延伸到地下相对不透水层。

内腔体B01是由分节或分段单个腔体叠放而成，断面形状与外腔体相同，根据不同的现场使用情况和目的，可以设计成矩形、正方形、圆形或梯形等形状，为便于运输和装卸反应介质，内腔单元的高度不大于宽度的两倍。内腔体材质可采用成型钢方管、钢圆管、或型钢+钢板等工厂批量加工。

单节内腔体是呈节状或段状腔体，每节均有下底板和上顶盖，中间设置50mm以上的空心钢连接管，空心钢连接管通过在单节腔体底部和顶盖位置盖对称布置的横向加固型钢和钢板形成节状腔体结构；单节腔体根据地下水流方向的需要可设置包括单侧、双侧、上或下盖等侧预设渗流细孔，腔体内还可以根据需要设置内隔板，以增加渗径；单节腔体的顶盖预留有可以封闭闭孔洞，便于在工厂装载需要的反应介质；内管体通过一个带有导向功能的卡扣起吊杆，实现内管体的逐节安装下设和吊出更换。

装载反应介质的单个体与外腔体前后左右设置导向限位块，内腔体设有的顶连接管，跟其上内腔体节的底连接管具有自然的重力导向就位功能，能实现上下节腔体体的精准叠放。

此外，可渗透反应墙单元是由从上到下的外腔体，装载有反应介质的单节腔体叠放节成的内腔体构成，为保证不发生污染水体未经处理而渗漏，内外腔体之间的特定位置需要布置止水装置A02，内外腔体通过水压氯丁橡胶胶管实现内外腔体密封，确保污染地下水全部经由设计渗透通道流出。

内腔体本身嵌有板状、条状等止水装置，叠放就位的内腔体节顶部和底部均设计有止水实现叠放处的密封。为了保证内腔体的就位准确，单节内腔体设置有限位块。

反应介质C03填料的选用根据处理水体的主要污染物及修复处理设计试验要求来选定，主要有金属氧化物，活性矿物质和生物质等填料类，为了便于装载和提高效率，反应介质填料一般经过工厂处理成颗粒状。

图8显示了本发明的内腔体B01的另一种结构，每个内腔体包括多个内腔体单元B011(图中显示为3个，但不限于3个)。每个内腔单元包括：具有内凹槽的上面板，其边缘为水平结构；具有外凸渗水孔的下面板，其边缘为水平结构；连接所述上面板与下面板之间的封闭侧板，以便形成封闭的内腔体。

如图9和图10所示，在相邻两个内腔单元间设置止水装置，形成污染水体从上层内腔单元流向下层单元的定向渗透通道；止水装置可以是止水橡胶，并且设置在内腔体单元的下面板的水平结构上。并且多个内腔单元内分别装有处理污染水体中不同污染物质的不同反应介质。

如图11所示，多个内腔单元在垂直方向上由中空连接管连接；中空连接管上端设有挂钩(图中未显示)，以便在更换内腔体单元时，连接吊具。

在本发明中，两个以上的反应单元装置可以把外腔体焊接加固组合成一个地下水反应模块组，一个反应墙可以安装多个反应模块组，实现不同程度和规模的污染场地的应用。

本发明充分利用现代基础开挖技术，把模块化地下水可渗透反应墙装置根据需要下设安装在地下不同的深度，通常置于污染物场地外围，实现对污染地下水的修复治理。

1)单元墙体的加工及装配

根据设计要求，采购并加工单元墙的外腔体、节状内腔体、止水装置及附属件，并按要求装配完成，运输至现场等待下设。

2)地下槽孔开挖宽度

根据地层特点及设计要求，选用合适的造孔设备进行造孔成槽，安装反应墙的部位开挖宽度至少比模块化反应墙装置的宽度大30cm以上，以保证墙体的耐久性。

造孔深度原则上应深入不透水层，防止污染水体的渗漏。成槽或孔开挖若存在塌孔问题，需要使用没有污染的膨润土泥浆或聚合物泥浆作为稳定支护或其他支护措施。

3)反应墙单元或模块组下设

一组反应墙槽孔开挖和清理完成后，将已装配好的反应单元或反应模块组吊装入槽，确保单元墙安装下设至设计深度并固定。

4)地下水导墙与反应装置连接

反应单元或反应模块组与槽孔的空隙采用浇筑混凝土或回填低渗性的材料，确保没有超标的渗透通道，需要采取一定措施保护渗透面不被混凝土覆盖，避免影响渗透功能；两侧的导墙可采用包括板桩、连续墙或注浆等工艺构建，但需要处理好连接部位，并达到合适的防渗标准；

5)外腔体洗孔

地下水反应墙和导引墙施工完成后，为保持渗透性能不受泥浆影响，应采用适当的洗孔措施清理已安装好的反应单元或反应模块组的外腔体，并用清水更换孔内浆液。

6)装载介质腔体安装

工厂内按设计，对逐个对内腔单体装载反应介质，运输到现场，按顺序下设到外腔体内，准确就位叠放，并实施压水密封内外腔体间隙。

7)地下水修复及检测

装载完成的地下水反应模块组及发挥修复功能，经由反应模块组的地下水与其中的反应介质发生物理、化学或生物反应，实现对地下水中的污染物进行修复治理；通过设在反应模块组下右侧的地下水的监测，了解反应模块组的修复特性状态。

8)填料更换

当反应墙单元安装完成后，在随着污染水体的流入，装置中的填料将与水体发生反应，对水体起净化作用。根据水质检测情况，一段时间后，会出现反应介质失活钝化、填料堵塞等问题，需要对失效的反应墙进行及时清理或更新。

填料更换时，按以下流程进行：

(1)采用吊装设备将内腔体吊出；

(2)失效填料移出进行工厂处理；

(3)活性填料安装在内腔体内；

(4)内腔体下设，更换填料完成，持续修复。

9)装置重复使用

当一个地方的污染物治理周期结束，达到完工验收标准，本装置的内腔体的所有单节腔体可以用于其他污染项目，外腔体由于内部为空腔结构，可以通过振动取拔设备取出，经过简单修复，重复用于其他污染项目。

综上所述，本发明具有以下技术效果：

综上所述，本发明具有以下技术效果：

反应墙单元模块化设计，批量工厂制造加工、装载单元结构同一，便于互换、便于工厂装载反应介质；

模块化反应墙单元可以实现装载多重介质，满足修复多重污染物的需要；

在反应墙单元的内腔体反应介质功能退化后，可将内腔体取出，以便更换内腔体中的反应介质。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种模块化地下水可渗透反应墙的实现方法，包括：

在地下建造用来引导污染水体的地下水导墙，包括第一墙体、第二墙体和连接第一墙体与第二墙体的中间墙体；

其特征在于还包括：

通过在地下水导墙的中间墙体中部安装多个外腔体，并通过连接装置将相邻外腔体连接在一起，形成模块化地下水反应墙的永久性主体；

通过在所述模块化地下水反应墙的永久性主体的每个外腔体内装入一个具有与外腔体相配结构的内腔体，并在每个内腔体内装有用于去除污染水体污染物组分的反应介质，形成相互连接的多个反应墙单元装置，由此实现由相互连接的多个反应墙单元装置构成的一堵模块化地下水反应墙；

在每个反应墙单元装置的外腔体与内腔体之间加装用来避免污染水体经由外腔体与内腔体之间的空隙流出的止水装置，以便从外腔体一侧流入的污染水体经过反应介质处理后，从外腔体另一侧流出；

其中，每个内腔体包括可透水的上面板、具有渗水孔的下面板、连接在所述上面板与下面板之间的盖板和底板，所述盖板位于所述上面板和下面板的上端，所述底板位于所述上面板和下面板的下端，以便形成去除污染水体的污染物组分的从上向下的定向渗透通道；

其中，在每个内腔体的可透水的所述盖板与具有渗水孔的所述底板之间装有空心连接管，用于产生水力梯度，加快污染水体在内腔体的循环。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括监测从外腔体另一侧流出水的修复特性，若检测结果表明反应介质失效，则进行以下操作：

采用吊装设备将外腔体中的内腔体吊出；

将内腔体中的失效反应介质移出；

将新的反应介质安装在内腔体内；

将装有新的反应介质的内腔体下设，并装入所述外腔体内。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述外腔体为刚性框体结构，包括：

具有渗流孔的上游面板；

具有下渗水孔的下游面板；

安装在上游面板外表面的土工布；

安装在下游面板外表面的土工布；以及

连接在上游面板和下游面板之间的封闭侧板，以便形成封闭的外腔体；

其中，在所述侧板上设有用来安装内腔体的开口以及闭合所述开口的盖板。

4.根据权利要求3所述的方法，其中，每个内腔体还包括：用来限定内腔体在外腔体内的安装位置的至少两个限位块。

5.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其中，所述每个内腔体由多个内腔单元构成；在相邻两个内腔单元间设置止水装置，形成污染水体从上层内腔单元流向下层单元的定向渗透通道。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述多个内腔单元内分别装有处理污染水体中不同污染物质的不同反应介质。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，每个内腔单元包括：

具有内凹槽的上面板，其边缘为水平结构；

具有外凸渗水孔的下面板，其边缘为水平结构；

连接所述上面板与下面板之间的封闭侧板，以便形成封闭的内腔体

其中，所述止水装置为止水橡胶，并且设置在所述下面板的水平结构上。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，多个内腔单元在垂直方向上由中空连接管连接；所述中空连接管上端具有挂钩，以便在更换内腔体单元时，连接吊具。

9.根据权利要求3所述的方法，其中，所述装载在所述内腔体内的反应介质包括零价铁金属氧化物和沸石吸附材料之一或组合。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述装载在所述内腔体内的反应介质还包括用来生物降解材料以降解水中污染物的微生物。

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