CN111676018A - 一种污染场地原位修复药剂及施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种污染场地原位修复药剂及施工方法，污染场地原位修复药剂包括：氧化剂和固化剂；污染场地原位修复施工方法，包括：将污染场地原位修复药剂与污染土壤或含水层原位混匀；通过相耦合的原位化学氧化、原位固化工艺对污染场地进行原位修复。本发明将原位化学氧化、原位固化工艺进行耦合，以固化剂作为氧化剂的激活剂，减少药剂的用量，减少氧化后修复区域硫酸根的浓度，并实现对吸附在土壤或含水层颗粒上有机污染物的固化包封，防止原位化学氧化处理有机物的反弹；同时，所用氧化剂有利于固化反应，可以减少固化剂的投加。

Description

一种污染场地原位修复药剂及施工方法

技术领域

本发明涉及污染治理技术领域，具体涉及一种污染场地原位修复药剂及 施工方法，主要用于石油烃、苯系物、多环芳烃、含氯溶剂等有机物污染场 地，以及上述有机污染物与砷、铅、镉、铜、镍等重金属复合污染场地的原 位修复。

背景技术

原位固化技术是指采用深层搅拌设备将固化剂与土壤混合，将土壤固化 为致密的固体，减少土壤中污染物的淋滤和迁移，从而实现对污染场地的修 复。原位固化技术可修复重金属污染场地，也可以修复有机物污染场地。原 位固化技术在我国的多个重金属污染场地开展了应用，该技术可以将污染土 壤固化，降低土壤的渗透系数，从而阻止污染物的淋滤，但由于固化剂并不 能将污染物消除，目前主要在重金属污染场地中应用，很少在有机污染场地 中应用。

原位化学氧化技术是指采用原位注入设备、注入井、深层搅拌设备等将 氧化剂输入到地下，与土壤和地下水混合，氧化剂与污染物接触后将其氧化 降解，从而实现对污染场地的修复，原位化学氧化技术主要用于修复有机污 染场地。原位化学氧化技术已在我国多个有机污染场地中进行了中试研究或 应用，在使用过程中往往添加过量的氧化剂，使用的氧化剂以过硫酸盐、单 过硫酸氢盐为主，化学氧化过程中氧化剂分解产生硫酸根，这些硫酸根在场 地中富集，可能会对地下水水质产生一定的影响；由于大部分有机污染物在水中的溶解度较小，氧化药剂一般只能将溶解在土壤溶液或地下水中的有机 污染物氧化降解，对于吸附在土壤或含水层颗粒上未溶解的有机污染物，一 般很难氧化，这也是部分有机污染场地在原位化学氧化修复达标后又出现反 弹的主要原因。

我国对于有机污染场地，一般采用以总量降低为主的修复技术，比如热 脱附技术等。对于固化技术，属于风险管控技术，国内刚开始有风险管控方 面的政策，技术应用受限。目前，尚没有合适的施工工艺可以改善有机污染 场地原位化学氧化过程中遇到的上述问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种污染场地原位修复药 剂及施工方法。

本发明公开了一种污染场地原位修复药剂，包括：氧化剂和固化剂。

作为本发明的进一步改进，所述氧化剂包括过硫酸盐、单过硫酸氢盐、 过碳酸盐、过氧化钙、过氧化镁、双氧水中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，所述固化剂包括水泥、生石灰、熟石灰、粉 煤灰、轻烧氧化镁、硅灰、高炉渣粉末、电石泥粉中的一种或多种。

作为本发明的进一步改进，所述固化剂与氧化剂的重量比为2:1～10:1，固 化剂的添加量不小于污染土壤重量的8％。

本发明还公开了一种污染场地原位修复施工方法，包括：

将污染场地原位修复药剂与污染土壤或含水层原位混匀，所述污染场地 原位修复药剂包括氧化剂和固化剂；

通过相耦合的原位化学氧化、原位固化工艺对污染场地进行原位修复。

作为本发明的进一步改进，所述施工方法所需的原位搅拌设备包括高压 旋喷设备、水泥搅拌桩机和强力搅拌头。

作为本发明的进一步改进，所述施工方法用于有机物污染场地和有机污 染物与重金属复合污染的场地，其中，有机物包括石油烃、苯系物、多环芳 烃和含氯溶剂中的一种或多种，所述重金属包括砷、铅、镉、铜和镍中的一 种或多种。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明将原位固化工艺与原位化学氧化工艺耦合使用，固化剂不仅可 以实现土壤的固化，减少吸附在土壤或含水层颗粒上未溶解有机物的再释放 的作用，碱性固化剂还可以起到对过硫酸盐、单过硫酸氢盐等常用氧化剂进 行激活的作用，从而起到减少氧化剂的使用、增强化学氧化效果的作用；

2、本发明将原位固化工艺与原位化学氧化工艺耦合使用，所用的固化剂 以富含钙的碱性物质为主，可以与过硫酸盐、单过硫酸氢盐、过碳酸盐分解 产生的硫酸根离子、碳酸根离子形成难溶于水的硫酸钙、碳酸钙沉淀，降低 了化学氧化过程中硫酸根、碳酸根可能产生的二次污染问题；同时过硫酸盐、 单过硫酸氢盐、过碳酸盐分解产生的硫酸根、碳酸根与含钙固化剂反应产生 的硫酸钙、碳酸钙沉淀也起到了强化土壤固化的作用，在一定程度上减少了 固化剂的添加量。

附图说明

图1为本发明一种实施例公开的染场地原位修复施工方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基 于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下 所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：

本发明提供一种污染场地原位修复药剂，包括：氧化剂和固化剂；

其中，

氧化剂包括过硫酸盐、单过硫酸氢盐、过碳酸盐、过氧化钙、过氧化镁、 双氧水等中的一种或多种。

固化剂以无机矿物材料为主，优选为以富含钙的无机矿物材料为主；其 包括水泥、生石灰、熟石灰、粉煤灰、轻烧氧化镁、硅灰、高炉渣粉末、电 石泥粉中的一种或多种。

固化剂与氧化剂的重量比为2:1～10:1，固化剂的添加量不小于污染土壤重 量的8％；固化剂的强碱性可以起到激活氧化剂的作用，同时固化剂的胶结作 用可以起到固化土壤、降低土壤的渗透系数的作用，采用原位搅拌设备将氧 化剂和固化剂同时拌入土壤或地下含水层，搅拌均匀后养护14-28天。

进一步，若场地修复目标对抗压强度、渗透系数的要求不高，则固化药 剂的添加量少；若要求高的抗压强度、低的渗透系数，需要根据场地情况酌 情增加固化剂用量。

进一步，固化剂作为激活剂的原理为：利用固化剂的碱性，或者是固化 剂遇水放热的性质；所列固化剂中：部分粉煤灰、轻烧氧化镁、硅灰的pH不 足，不具备该功能，需要掺石灰和水泥。

如图1所示，本发明提供一种污染场地原位修复施工方法，包括：

步骤1、将污染场地原位修复药剂与污染土壤或含水层原位混匀，污染场 地原位修复药剂包括氧化剂和固化剂；其中，

在修复时，同时加入氧化剂和固化剂，使其与污染土壤或含水层介质原 位搅拌混匀，搅拌均匀后养护14-28天；施工方法所需的原位搅拌设备包括高 压旋喷设备、水泥搅拌桩机和强力搅拌头等。

进一步，分开两部分同时加入然后搅拌；若不同时加入，机械费用增加； 若修复前混合，氧化剂容易失效。

步骤2、通过相耦合的原位化学氧化、原位固化工艺对污染场地进行原位 修复，修复后土壤的渗透系数小于10^-6cm/s，无侧限抗压强度达到150kPa以 上。

本发明的上述修复药剂以及施工方法用于有机物污染场地和有机污染物 与重金属复合污染的场地，其中，有机物包括石油烃、苯系物、多环芳烃和 含氯溶剂等中的一种或多种，重金属包括砷、铅、镉、铜和镍等中的一种或 多种。

实施例：

实施例1：

某石油烃污染场地，土壤和含水层中总石油烃(TPH)的含量达 15000-31600mg/kg。采用强力搅拌设备将5％的过硫酸钠、10％的普通硅酸盐 水泥加入到土壤中(深度达地面下5m)，搅拌均匀后养护28天，取样测得土 壤中TPH的含量降低到500-850mg/kg。固化后土壤的平均渗透系数达到9.44 ×10^-8cm/s，无侧限抗压强度3065kPa。

只添加5％的过硫酸钠，搅拌养护28天后，土壤中TPH的含量下降至 14745-31063，土壤无侧限抗压强度为55kPa，渗透系数6.35×10^-3cm/s。

只添加10％的普通硅酸盐水泥到土壤，搅拌养护28天后，土壤中TPH 的含量下降至10350-21804mg/kg，土壤无侧限抗压强度为3135kPa，渗透系 数7.71×10^-8cm/s。

实施例2：

某多环芳烃污染场地，土壤中多环芳烃含量(不包括萘)1600mg/kg、萘 含量280mg/kg，污染深度0-3m。采用强力搅拌设备将3％的过硫酸钠、8％ 的普通硅酸盐水泥加入到土壤中，搅拌均匀后养护28天，取样测得土壤中多 环芳烃含量(不包括萘)含量降低至420mg/kg，土壤中萘的含量降低到45mg/kg， 土壤的无侧限抗压强度2178kPa，固化后土壤的平均渗透系数达到4.38× 10^-7cm/s。

只添加3％的过硫酸钠，搅拌养护28天后，多环芳烃含量(不包括萘) 含量降低至1576mg/kg，土壤中萘的含量降低到276mg/kg，，土壤无侧限抗压 强度为58kPa，渗透系数5.28×10^-3cm/s。

只添加8％的普通硅酸盐水泥到土壤，搅拌养护28天后，多环芳烃含量 (不包括萘)含量降低至1344mg/kg，土壤中萘的含量降低到233.8mg/kg，土 壤无侧限抗压强度为1974kPa，渗透系数8.04×10^-7cm/s。

实施例3：

某苯、萘污染场地，土壤中苯含量15-32mg/kg、萘含量90-170mg/kg。采 用强力搅拌设备将0.8-1％的过硫酸钠、8％的普通硅酸盐水泥加入到土壤中， 搅拌均匀后养护28天，取样测得土壤中苯的含量降低到2mg/kg以下，土壤 中萘的含量降低至22mg/kg以下，土壤的无侧限抗压强度达到2137kPa，渗透 系数达到4.38×10^-7cm/s。

只添加1％的过硫酸钠，搅拌养护28天后，取样测得土壤中苯的含量降 低到12-30mg/kg以下，土壤中萘的含量降低至85-165mg/kg以下，土壤的无 侧限抗压强度达到61kPa，渗透系数达到4.96×10^-3cm/s。

只添加8％的普通硅酸盐水泥，搅拌养护28天后，取样测得土壤中苯的 含量降低到8-16.5mg/kg以下，土壤中萘的含量降低至58.5-110.5mg/kg以下， 土壤的无侧限抗压强度达到1896kPa，渗透系数达到8.32×10^-7cm/s。

实施例4：

某有机-重金属复合污染场地，多环芳烃含量为826～1380mg/kg，土壤中 砷浸出浓度0.66～2.05mg/L(固体废物浸出毒性浸出方法水平振荡法HJ 557-2010)，采用强力搅拌设备将1.5％～2.5％的过硫酸钠、8％的普通硅酸盐水 泥加入到土壤中，搅拌均匀后养护28天，多环芳烃含量降低为150～370mg/kg， 土壤中砷浸出浓度降低至＜0.05mg/L，土壤的无侧限抗压强度达到2055kPa， 渗透系数达到4.25×10^-7cm/s。

只添加2.5％的过硫酸钠到土壤中，搅拌均匀后养护28天，多环芳烃含量 降低为805～1325mg/kg，土壤中砷浸出浓度降低至＜0.05mg/L，土壤的无侧限 抗压强度达到2055kPa，渗透系数达到4.25×10^-7cm/s。

只添加8％的普通硅酸盐水泥加入到土壤中，搅拌均匀后养护28天，多 环芳烃含量降低为528～869mg/kg，土壤中砷浸出浓度降低至＜0.05mg/L，土 壤的无侧限抗压强度达到1900kPa，渗透系数达到7.95×10^-7cm/s。

本发明的优点为：

1、本发明将原位固化工艺与原位化学氧化工艺耦合使用，固化剂不仅可 以实现土壤的固化，减少吸附在土壤或含水层颗粒上未溶解有机物的再释放 的作用，碱性固化剂还可以起到对过硫酸盐、单过硫酸氢盐等常用氧化剂进 行激活的作用，从而起到减少氧化剂的使用、增强化学氧化效果的作用；

2、本发明将原位固化工艺与原位化学氧化工艺耦合使用，所用的固化剂 以富含钙的碱性物质为主，可以与过硫酸盐、单过硫酸氢盐、过碳酸盐分解 产生的硫酸根离子、碳酸根离子形成难溶于水的硫酸钙、碳酸钙沉淀，降低 了化学氧化过程中硫酸根、碳酸根可能产生的二次污染问题，同时过硫酸盐、 单过硫酸氢盐、过碳酸盐分解产生的硫酸根、碳酸根与含钙固化剂反应产生 的硫酸钙、碳酸钙沉淀也起到了强化土壤固化的作用，在一定程度上减少了 固化剂的添加量。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域 的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则 之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围 之内。

Claims (7)

1.一种污染场地原位修复药剂，其特征在于，包括：氧化剂和固化剂。

2.如权利要求1所述的污染场地原位修复药剂，其特征在于，所述氧化剂包括过硫酸盐、单过硫酸氢盐、过碳酸盐、过氧化钙、过氧化镁、双氧水中的一种或多种。

3.如权利要求1所述的污染场地原位修复药剂，其特征在于，所述固化剂包括水泥、生石灰、熟石灰、粉煤灰、轻烧氧化镁、硅灰、高炉渣粉末、电石泥粉中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的污染场地原位修复药剂，其特征在于，所述固化剂与氧化剂的重量比为2:1～10:1，固化剂的添加量不小于污染土壤重量的8％。

5.一种污染场地原位修复施工方法，其特征在于，包括：

将权利要求1-4中任一项所述的污染场地原位修复药剂与污染土壤或含水层原位混匀；

通过相耦合的原位化学氧化、原位固化工艺对污染场地进行原位修复。

6.如权利要求5所述的污染场地原位修复施工方法，其特征在于，所述施工方法所需的原位搅拌设备包括高压旋喷设备、水泥搅拌桩机和强力搅拌头。

7.如权利要求5所述的污染场地原位修复施工方法，其特征在于，所述施工方法用于有机物污染场地和有机污染物与重金属复合污染的场地，其中，有机物包括石油烃、苯系物、多环芳烃和含氯溶剂中的一种或多种，所述重金属包括砷、铅、镉、铜和镍中的一种或多种。

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