CN111807437A - 一种具有环境风险管控功能的模块化prb修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于地下水污染修复技术领域，具体公开了一种具有环境风险管控功能的模块化PRB修复方法，在污染场地与下游保护目标之间设置漏斗‑导水门式可渗透反应墙，在反应墙中设置六棱柱体可拆卸式介质模块，并在反应墙前后、侧面设置监测井，当监测的水质数据不符合设计要求时，启动应急处理系统，将可渗透反应墙附近不达标的地下水抽送至应急处理系统进行处理，然后回灌至反应墙上游。目的在于通过地下水监测系统，实时监测可渗透反应墙附近的水质状况，运营和管理人员随时可以掌握反应墙的运行情况，使得填充的PRB活性材料可以得到最大程度的利用，避免了过早更换或补充活性材料造成的资源浪费，保证PRB运行安全的同时降低了成本。

Description

一种具有环境风险管控功能的模块化PRB修复方法

技术领域

本发明涉及地下水污染修复技术领域，具体涉及一种具有环境风险管控功能的模块化PRB修复方法。

背景技术

地下水作为我国宝贵的水资源。近期的监测数据表明，全国地下水普遍受到污染，部分地区水质严重超标，地下水污染范围不断扩大，污染程度不断加深，人类赖以生存的水资源日益匮乏。部分地区污染的地下水还作为饮用水源，严重影响人民群众的安全。因此，开展地下水污染修复工作显得尤为重要。

目前的地下水修复技术主要有监测自然衰减技术、地下水污染的异位处理技术以及地下水污染的原位修复技术。可渗透反应墙(permeable reactive barrier，PRB)技术是近年来比较流行的一种地下水原位修复技术，其工作原理是在地下安装透水的活性材料墙体拦截污染物羽状体，当污染羽状体通过反应墙时，污染物在可渗透反应墙内发生沉淀、吸附、氧化还原、生物降解等作用得以去除或转化，从而实现地下水净化的目的。

由于PRB技术具有持续原位处理污染物、处理多种污染物(重金属、BTEX及石油烃等有机物)、扰动小、处理效果好、安装施工方便、性价比相对较高等优点，因此在地下水修复技术中受到越来越多的青睐。但PRB技术运用中也存在如下问题：(1)可渗透反应墙介质容量有限，工作一段时间后需要更换墙体内的活性物质才能保证处理效率；然而，过早的更换反应墙介质，反应介质活性还没有发挥完全，就会造成资源的浪费和运行成本的增加；如果介质更换不及时，处理不达标的地下水进入下游，就造成环境污染问题；(2)可渗透反应墙反应介质的更换不够便捷，无法根据实际使用需求快速更换反应介质，影响可渗透反应墙的有效工作时间；(3)地下水中的污染物与反应墙中的活性介质作用，会使得反应墙中发生物质沉淀和堵塞，地下水在反应墙及其附近的流场发生变化，导致受污染的地下水绕过或溢过反应墙，污染下游地下水和环境，从而无法保证地下水的净化。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种具有环境风险管控功能的模块化PRB修复方法。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种具有环境风险管控功能的模块化PRB修复方法，所述方法步骤如下：

1)在污染场地的地下水向待保护区域流经的位置中间，设置可渗透反应墙，所述可渗透反应墙采用漏斗-导水门式反应墙，所述可渗透反应墙由数个可拆卸的反应介质模块堆砌而成；

2)在可渗透反应墙的墙前、墙后及墙两侧各布置一口地下水监测抽水井，每个所述地下水监测抽水井中设置有地下水监测系统，所述地下水监测系统可实时在线监测地下水监测抽水井附近的水质状态，并将水质状态的数据传输至控制终端；

3)每个所述地下水监测抽水井中设置有应急抽水泵，若地下水监测抽水井中监测的水质数据不符合设计要求，则控制终端控制应急抽水泵启动，将地下水监测抽水井附近不达标的地下水抽出，送至应急调节池，通过应急处理系统进行处理；

4)控制终端提示运管人员前往检查可渗透反应墙的运行情况，根据现场情况进行排查，更换失效的反应介质模块；

5)将应急处理系统中处理后的地下水，通过回灌水管网回灌至可渗透反应墙上游的回灌井中。

优选的，步骤1)中所述的可渗透反应墙由隔水墙和反应墙组成，被污染的地下水经由反应墙反应后向下游流出，所述隔水墙为素混凝土隔水墙，所述反应墙由多个反应介质模块堆砌而成，所述反应介质模块外层设置有第一过滤层。

优选的，所述反应介质模块为不锈钢六棱柱体，所述六棱柱体的侧壁上密布有渗透孔，每个六棱柱体的侧面相贴合构成蜂窝状的反应墙，所述六棱柱体内填充反应介质。

优选的，步骤2)所述的地下水监测系统包括水位传感器，所述水位传感器与水位在线测试仪器连接，所述地下水监测系统还包括应急抽水泵，所述应急抽水泵与污染物在线监测设备连接；所述水位在线测试仪器、污染物在线监测设备与控制终端连接，所述控制终端上设置有预警系统。

优选的，步骤3)所述的应急调节池池底高于地面，所述应急调节池的池底为进水侧低、出水侧高倾斜设置，所述应急调节池的池底处靠近进水侧设置泥砂排导阀门，所述应急调节池的出水侧连接水阀门，设置坡度为5％。

优选的，步骤3)所述的应急处理系统沿地下污水处理的路径，自下而上依次设置有垫层、第一石英砂过滤层、填料层、第二石英砂过滤层；所述垫层包括粗沸石砾石垫层、细沸石砾层；所述填料层内的充填介质为零价铁金属粉末，所述应急处理系统的顶层为空层，空层处设置有出水孔，所述出水孔与回灌水管网连接；所述水阀门与应急处理系统的底层通过连接管连接。

优选的，所述粗沸石砾石垫层的粒径为30～50mm，厚度为100mm；所述细沸石砾层的粒径为10mm，厚度为100mm；所述第一石英砂过滤层的粒径为2mm，厚度100mm；所述填料层为两层，每层高1m；所述第二石英砂过滤层的粒径为2mm，厚度100mm；所述空层的高度为100mm。

优选的，步骤5)所述的回灌井设置在距离可渗透反应墙30m处。

优选的，所述地下水监测抽水井、回灌井底部进入隔水层，所述地下水监测抽水井、回灌井侧壁为骨架管，所述骨架管上侧与上覆土层之间由粘土填料填充，所述骨架管内、位于粘土填料下侧包裹有过滤器，所述过滤器与含水层之间由砾石填料填充；所述地下水监测抽水井、回灌井的下侧设置有沉砂管。

本发明的有益之处在于：

1、通过地下水监测系统，将可渗透反应墙后及可渗透反应墙侧的地下水水质监测数据实时传输，运营和管理人员随时可以掌握反应墙的运行情况，使得填充的PRB活性材料可以得到最大程度的利用，避免了过早更换或补充活性材料造成的资源浪费，保证PRB运行安全的同时降低了成本；

2、PRB渗透反应墙后及墙侧水质出现异常时，地下水监测系统联合地下水应急处理系统、地下水回灌系统对即将出现的环境污染问题启动应急处理程序。启动的抽水程序将处理不达标的污染地下水抽到应急处理系统进行处理，处理后的地下水回灌到上游地面下，从而增强了PRB环境风险管控的应急能力，避免地下水污染事故的发生，运管人员可以在这个期间更换或补充活性材料，保证PRB的持续处理效果；

3、PRB的反应墙采用可拆卸的反应介质模块，大大方便了活性材料的更换；反应介质模块为侧壁有孔洞的不锈钢材质六棱柱体，不锈钢抗腐蚀性强，使得拆卸的反应介质模块可循环重复利用；模块采用的六棱柱体结构可最大程度的避免地下水沿着模块侧壁的优势通道流动，避免形成优势水流，保证污染地下水与反应介质充分接触和反应；

4、PRB的外形设计采用漏斗-导水门式，一方面可以使污染地下水在PRB存在轻微堵塞，引起地下水渗流场局部变化时受到最大程度的处理；另一方面，结合本技术中的地下水监测系统，可以减少监测井和抽水井的数量，降低建设成本。

附图说明

图1为本发明的本发明的实施流程图；

图2为本发明的平面布置示意图；

图3为可渗透反应墙单元结构示意图；

图4为可拆卸模块反应墙示意图；

图5为可拆卸反应介质模块示意图；

图6为地下水监测抽水井、回灌井单元的结构示意图；

图7为地下水在线监测信息管理平台单元的示意图；

图8为应急处理系统的结构示意图。

图中：1-隔水墙；2-反应墙；3-墙前地下水监测抽水井；4-墙侧地下水监测抽水井；5-墙后地下水监测抽水井；6-抽水管网；7-地下水在线监测信息管理平台；8-应急调节池；9-应急处理系统；10-回灌井；11-含水层；12-隔水层；13-过滤层；14-顶盖；15-支撑框架；16-反应介质；25-膨润土；31-六棱柱体；33-钩拉口；34-渗透孔；42-骨架管；43-粘土填料；44-砾石填料层；45-过滤器；46-沉砂管；47-上覆土层；51-地下水监测抽水井；52-水位传感器；53-应急抽水泵；61-水位在线测试仪；62-污染物在线监测设备；63-控制终端；64-服务器和监测预警软件；65-运营维护人员；71-抽水管；72-泥砂排导阀门；73-水阀门；74-连接管；82-垫层；83-第一石英砂过滤层；85-填料层；91-回灌水管网。

具体实施方式

本发明属于地下水污染修复技术领域，具体涉及一种具有环境风险管控功能的模块化PRB修复方法。

本发明中的实施例所处理的场地为，一块有30多年生产历史的金属电镀加工厂场地。电镀加工厂场地地层结构：0-3m为粘土质细砂，渗透系数0.5m/d；3-8m为细砂，渗透系数1.5m/d；8m以下为粉质粘土,渗透系数0.05m/d；场地地下水主要赋存在细砂层中，埋深约1m,地下水位年变幅约为1m；地下水从场地由北向南径流，最终排泄到距南侧约80m的河流中；地下水中检测出超标的铬酸盐(500-5000μg/L)和三氯乙烯TCE(300-1600μg/L)，污染羽宽度约35m，厚度约5m。

如图1所示，为本发明的实施流程图，具体方法步骤如下：

1)在污染场地的地下水向待保护区域(本实施例中为河流)流经的位置中间，设置可渗透反应墙，可渗透反应墙的长度根据地下水污染羽的范围确定，所述可渗透反应墙采用漏斗-导水门式反应墙，所述可渗透反应墙由数个可拆卸的反应介质模块堆砌而成。

所述的可渗透反应墙由隔水墙1和反应墙2组成，所述隔水墙1为素混凝土隔水墙，本实施例中根据污染羽的范围选择隔水墙1的墙长60m、深9m、宽0.3-0.5m，本实施例中优选0.3m；所述反应墙2墙体的宽度和厚度取决于隔水漏斗(隔水墙1形成漏斗的宽度，即隔水墙1在垂直水流方向投影的长度)与导水门(反应墙2)的比率及导水门的数量，本实施例中反应墙2优选墙长9m、深9m、宽3.5m。

如图3-5所示，反应墙2由多个反应介质模块堆砌而成，所述反应介质模块为不锈钢六棱柱体31，六棱柱体31上、下两端的六边形边长为173.2mm,壁厚1.5mm，柱体高1m，上部开口，底部封闭，所述六棱柱体31的侧壁上密布有渗透孔34，所述渗透孔34半径2mm，孔间距2mm，孔隙率为35％；六棱柱体31上边缘部分均布置有钩拉口33，以方便更换失效的六棱柱体31；每个六棱柱体31的侧面相贴合构成蜂窝状的反应墙，所述六棱柱体31内填充反应介质16，反应介质根据具体的污染物来确定，可用硫化亚铁颗粒、零价铁颗粒、活性碳颗粒、活性污泥等物质中的任意一种或任意几种组合,具体选择与污染物有关。本实施例中的反应介质选用零价铁粉末，采用零价铁粉末作为还原剂，当零价铁粉末氧化成二价或三价铁时，会看到明显的铁锈，如果反应介质模块上的铁锈明显，则说明模块失效可能性大应该更换；反之则证明无需更换。根据反应介质模块的变色及生成铁锈的情况，即可确定具体更换哪一块反应介质模块，从而保证反应介质模块的充分利用，不会因为大面积更换而造成反应介质浪费的情况。

反应墙2由支撑框架15将六棱柱体31圈合在中间，反应墙2两边与支撑框架15的漏空处采用膨润土25进行封堵，没有优势通道，从而确保水流可以从反应墙渗流通过，使得地下水中的污染物与六棱柱体31中的反应介质充分作用，保证地下水得到有效处理；由于反应墙2的墙深9m，因此反应墙2中六棱柱体31从下到上依次堆叠9层。

被污染的地下水(地下水污染羽)经由反应墙2反应后向下游流出，所述反应介质模块被支撑框架15圈合在内部，过滤层13设置在支撑框架15的外层；所述支撑框架15为U形铁质或砖砌体透水框架，支撑框架15上下游连接过滤层13，支撑框架15两侧连接隔水墙；过滤层13由石英砂组成，厚度50-100mm。

可渗透反应墙的顶部设置有顶盖14，顶盖14由钢筋混凝土盖板构成。

2)在可渗透反应墙的墙前、墙后及墙两侧各布置一口地下水监测抽水井51，如图2所示，分别为墙前地下水监测抽水井3、墙侧地下水监测抽水井4、墙后地下水监测抽水井5，具体数量可以根据地下水污染的羽状体分布和地址条件确定，在墙前、墙后及隔水墙侧边至少各有一个地下水监测及抽水井。本实施例中，地下水监测抽水井51井深10m，井内径130mm，过水管道直径为50mm。

如图6所示，所述地下水监测抽水井51底部进入隔水层12，所述地下水监测抽水井51侧壁为骨架管42，所述骨架管42上侧与上覆土层47之间由粘土填料43填充，所述骨架管42外、位于粘土填料43下侧包裹有过滤器45，所述过滤器45与含水层11之间由砾石填料44填充；所述地下水监测抽水井51、回灌井10的下侧设置有沉砂管46。可以理解的是，骨架管42自地下水监测抽水井51的井口至隔水层12设置，本实施例中，骨架管42底部伸入底部隔水层12的深度为0.5-1m，粘土填料43填充在骨架管42顶部管口至骨架管42上部的1/5处，骨架管42上部的1/5处至距离底部管口1/10处外围包裹过滤器45后，填充砾石填料44直达底部管口。当地下水污染羽经过反应墙2的处理后，通过含水层流向地下水监测抽水井51，被处理后的地下水经过砾石填料层、过滤器45后进入到地下水监测抽水井51中，地下水中的细沙、小石粒等会在沉砂管46中沉积，保证后期在应急情况下，应急抽水泵53的正常工作。

每个所述地下水监测抽水井51中设置有地下水监测系统，所述地下水监测系统可实时在线监测地下水监测抽水井51附近的水质状态，并将水质状态的数据传输至控制终端63；所述的地下水监测系统包括水位传感器52，所述水位传感器52与水位在线测试仪器61连接，水位传感器52置于地下水监测抽水井51内地下水位以下至少0.5m处，可根据实际需要进行调整，实时监测地下水监测抽水井51中的水位；所述地下水监测系统还包括应急抽水泵53，所述应急抽水泵53与污染物在线监测设备62连接，当需要监测水质数据时，应急抽水泵53将地下水监测抽水井51中的水抽出后送至污染物在线监测设备62中检测，抽取的时间、次数可根据需要人为设置，检测后的地下水直接送至应急调节池8中储存，以便后期处理时一并处理；所述水位在线测试仪器61、污染物在线监测设备62与控制终端63连接，将监测到的数据传送给控制终端63，所述控制终端63上设置有预警系统64，当所监测的数据与设计数据不符时，预警系统64启动报警，提醒运行运营维护人员65前往查看。

水位在线测试仪器61、污染物在线监测设备62以及控制终端63统一设置在管理站中，本实施例中的污染物在线监测设备62为铬和三氯乙烯监测设备，管理站一般为十几到几十平方的工作空间或者房间，便于运管人员的监测。

3)每个所述地下水监测抽水井51中设置有应急抽水泵53，当在步骤2)中的地下水监测系统监测的水质数据不符合设计要求时，控制终端63控制应急抽水泵53启动，将地下水监测抽水井51附近不达标的地下水抽出，送至应急调节池8，通过应急处理系统9进行处理。所述的应急调节池8池底高于地面，所述应急调节池8的池底为进水侧低，出水侧高倾斜设置，所述应急调节池8池底进水侧设置泥砂排导阀门72，避免和减少水中泥砂进入地下水应急处理系统9，所述应急调节池8的出水侧连接水阀门73，设置坡度为5％，避免和减少水中泥砂进入地下水应急处理系统9。

应急调节池8为一个有斜度的水池，应急调节池8的上游连接抽水管，抽水管与应急抽水泵53连接，应急调节池8的下游连接水阀门73，本实施例中，应急调节池长4.0m，宽3.0m，高2.5m，容积30m³，池底高于地面2.0m；如图8所示，所述的应急处理系统9沿地下污水处理的路径，自下而上依次设置有垫层82、第一石英砂过滤层83、填料层85、第二石英砂过滤层；所述垫层82包括粗沸石砾石垫层、细沸石砾层；所述填料层85内的充填介质为零价金属粉末，所述应急处理系统9的顶层为空层，空层处设置有出水孔，所述出水孔与回灌水管网91连接；所述水阀门73与应急处理系统9的底层通过连接管74连接。本实施例中，粗沸石砾石垫层的粒径为30～50mm，厚度为100mm；所述细沸石砾层的粒径为10mm，厚度为100mm；所述第一石英砂过滤层83的粒径为2mm，厚度100mm；所述填料层85为两层，每层高1m；所述第二石英砂过滤层的粒径为2mm，厚度100mm；所述空层的高度为100mm，处理的地下水从应急处理系统9的底部进水，从上部空层流出。

4)控制终端63提示运管人员前往检查可渗透反应墙的运行情况，根据现场情况进行排查，更换失效的反应介质模块；采用起重设备或滑轮钩拉反应墙内失效的反应介质模块的钩拉口33，取出失效的反应介质模块，更换成填充有新的反应介质的反应介质模块，恢复可渗透反应墙的地下水污染处理能力。

5)将应急处理系统中处理后的地下水，通过回灌水管网91回灌至可渗透反应墙上游的回灌井10中。回灌井10一般位于地下水污染羽的范围中沿地下水流向布置，回灌井10的结构与地下水监测抽水井51的结构一致，本实施例中回灌井10距离可渗透反应墙约30m，可布置1口或者2口回灌井10，井深9m，井内径为130mm。如图8所示，回灌水管网91从回灌井10的井口伸入，被处理后的地下水从过滤器45、砾石填料层44进入到含水层11中，与地下水一同再次经过可渗透反应墙进行反应处理。

上述实施方式是优选的实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种具有环境风险管控功能的模块化PRB修复方法，其特征在于：所述方法步骤如下：

1)在污染场地的地下水向待保护区域流经的位置中间，设置可渗透反应墙，所述可渗透反应墙采用漏斗-导水门式反应墙，所述可渗透反应墙由数个可拆卸的反应介质模块堆砌而成；

2)在可渗透反应墙的墙前、墙后及墙两侧各布置一口地下水监测抽水井(51)，每个所述地下水监测抽水井(51)中设置有地下水监测系统，所述地下水监测系统可实时在线监测地下水监测抽水井(51)附近的水质状态，并将水质状态的数据传输至控制终端(63)；

3)每个所述地下水监测抽水井(51)中设置有应急抽水泵(53)，若地下水监测抽水井(51)中监测的水质数据不符合设计要求，则控制终端控制应急抽水泵(53)启动，将地下水监测抽水井(51)附近不达标的地下水抽出，送至应急调节池(8)，通过应急处理系统(9)进行处理；

4)控制终端(63)提示运管人员前往检查可渗透反应墙的运行情况，根据现场情况进行排查，更换失效的反应介质模块；

5)将应急处理系统中处理后的地下水，通过回灌水管网(91)回灌至可渗透反应墙上游的回灌井(10)中。

2.根据权利要求1所述的具有环境风险管控功能的模块化PRB修复方法，其特征在于：步骤1)中所述的可渗透反应墙由隔水墙(1)和反应墙(2)组成，被污染的地下水经由反应墙(2)反应后向下游流出，所述隔水墙(1)为素混凝土隔水墙，所述反应墙(2)由多个反应介质模块堆砌而成，所述反应介质模块外层设置有过滤层(13)。

3.根据权利要求2所述的具有环境风险管控功能的模块化PRB修复方法，其特征在于：所述反应介质模块为不锈钢六棱柱体(31)，所述六棱柱体(31)的侧壁上密布有渗透孔(34)，每个六棱柱体(31)的侧面相贴合构成蜂窝状的反应墙，所述六棱柱体(31)内填充反应介质(16)。

4.根据权利要求1所述的具有环境风险管控功能的模块化PRB修复方法，其特征在于：步骤2)所述的地下水监测系统包括水位传感器(52)，所述水位传感器(52)与水位在线测试仪器(61)连接，所述地下水监测系统还包括应急抽水泵(53)，所述应急抽水泵(53)与污染物在线监测设备(62)连接；所述水位在线测试仪器(61)、污染物在线监测设备(62)与控制终端(63)连接，所述控制终端(63)上设置有预警系统(64)。

5.根据权利要求1所述的具有环境风险管控功能的模块化PRB修复方法，其特征在于：步骤3)所述的应急调节池(8)池底高于地面，所述应急调节池(8)的池底为进水侧低、出水侧高倾斜设置，所述应急调节池(8)的池底处靠近进水侧设置泥砂排导阀门(72)，所述应急调节池(8)的出水侧连接水阀门(73)，设置坡度为5％。

6.根据权利要求5所述的具有环境风险管控功能的模块化PRB修复方法，其特征在于：步骤3)所述的应急处理系统(9)沿地下污水处理的路径，自下而上依次设置有垫层(82)、第一石英砂过滤层(83)、填料层(85)、第二石英砂过滤层；所述垫层(82)包括粗沸石砾石垫层、细沸石砾层；所述填料层(85)内的充填介质为零价铁金属粉末，所述应急处理系统(9)的顶层为空层，空层处设置有出水孔，所述出水孔与回灌水管网(91)连接；所述水阀门(73)与应急处理系统(9)的底层通过连接管(74)连接。

7.根据权利要求6所述的具有环境风险管控功能的模块化PRB修复方法，其特征在于：所述粗沸石砾石垫层的粒径为30～50mm，厚度为100mm；所述细沸石砾层的粒径为10mm，厚度为100mm；所述第一石英砂过滤层的粒径为2mm，厚度100mm；所述填料层(85)为两层，每层高1m；所述第二石英砂过滤层的粒径为2mm，厚度100mm；所述空层的高度为100mm。

8.根据权利要求1所述的具有环境风险管控功能的模块化PRB修复方法，其特征在于：步骤5)所述的回灌井(10)设置在距离可渗透反应墙30m处。

9.根据权利要求1所述的具有环境风险管控功能的模块化PRB修复方法，其特征在于：所述地下水监测抽水井(51)、回灌井(10)底部进入隔水层(12)，所述地下水监测抽水井(51)、回灌井(10)侧壁为骨架管(42)，所述骨架管(42)上侧与上覆土层(47)之间由粘土填料(43)填充，所述骨架管(42)外、位于粘土填料(43)下侧包裹有过滤器(45)，所述过滤器(45)与含水层(11)之间由砾石填料(44)填充；所述地下水监测抽水井(51)、回灌井(10)的下侧设置有沉砂管(46)。

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