CN113006127B - 可替换型尾矿库渗滤液的原位修复系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可替换型尾矿库渗滤液的原位修复系统及方法，修复系统包括有挡土墙、T型桩和保护层，其中挡土墙设在基础上，T型桩设置有数个，数个T型桩的尾端均嵌入到挡土墙内，保护层装配在相邻的T型桩头端的空隙内，保护层的后端面和T型桩的头端对应污染矿堆设置，保护层的前端面和挡土墙的后端面之间依次设置有过滤层、网状格栅和反滤层。其方法为：步骤一、现场勘测；步骤二、选择合适的过滤材料；步骤三、浇筑挡土墙；步骤四、安装系统的框架；步骤五、预制过滤材料的箱体；步骤六、盖顶盖；步骤七、过滤材料的替换。有益效果：降低了施工难度，可利用性高，施工简单。可靠性高，提高了过滤效率，节约成本。整体性好。

Description

可替换型尾矿库渗滤液的原位修复系统及方法

技术领域

本发明涉及一种渗滤液的原位修复系统及方法，特别涉及一种可替换型尾矿库渗滤液的原位修复系统及方法。

背景技术

目前，国内外研究人员对地下水中重金属的去除进行了长时间的探索和讨论。在1982年，美国环保局(EPA)开始提出PRB技术以及其概念，但一直没有得到实际性地研究，直到1989年，在加拿大滑铁卢大学相关学者进行PRB实验研究，该方法才得到了深入的发展。从此以后，PRB系统开始被运用到各个地下水的处理项目中并广泛获得支持。根据污染物的特性不同，PRB技术既可以处理难生物降解的有机物，也可以处理多种重金属污染。各高校学者均对PRB作出了相关研究，证明该技术经济、高效、可行，在地下水污染控制领域有着广泛的应用和发展前景。到如今，欧美地区建立的PRB系统修复地下水的项目已超过120座。但是这些PRB系统大多施工繁琐，反应介质中的作用有可能导致物质的沉淀，不易清理。

我国在PRB技术上的研究还不是很成熟，目前对PRB技术的研究内容主要集中在实验室模拟运行PRB柱以及单个污染物处理，李雅等用堆肥、零价铁作为反应介质修复黄土高原区污染地下水，实验表明，长达一个半月的反应时间后，污染物的去除率仍高达90％以上；张增强等以Fe0为PRB反应填料修复地下水中的硝酸盐，设计多种实验条件，硝酸盐的去除率均可达到85％以上。但是反应介质容易堵塞，一旦发生堵塞，往往导致PRB的失效。因此，针对PRB国内外研究进展以及未来发展研究方向，本发明致力于PRB技术的机理研究，为了解决介质材料堵塞导致PRB失效，传统PRB过滤材料不好替换，施工工艺复杂等问题，以ZVI作为主要过滤材料，发明了一种可替换型可渗透反应墙，为污染地下水治理领域提供新方法、新思路，推动PRB技术走向成熟化。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的PRB技术中介质材料堵塞导致PRB失效，传统PRB过滤材料不好替换以及施工工艺复杂等问题而提供的一种可替换型尾矿库渗滤液的原位修复系统及方法。

本发明提供的可替换型尾矿库渗滤液的原位修复系统包括有挡土墙、T型桩和保护层，其中挡土墙设在基础上，T型桩设置有数个，数个T型桩的尾端均嵌入到挡土墙内，保护层装配在相邻的T型桩头端的空隙内，保护层的后端面和T型桩的头端对应污染矿堆设置，保护层的前端面和挡土墙的后端面之间依次设置有过滤层、网状格栅和反滤层。

挡土墙的上部穿设有上排水管，挡土墙的下部穿设有下排水管，下排水管的出口处位于挡土墙的前墙角处设置有集水渠。

保护层为矩形的钢结构，保护层的两端焊接在相邻的T型桩的头端，保护层内穿设有过水通道，过水通道的进口位于污染矿堆的一侧，过水通道的出口位于过滤层一侧。

过滤层设在一箱体内，该箱体为长方体，箱体由PVC材料制成，箱体对应保护层的一侧开设有进水口，箱体对应网状格栅的一侧开设有出水口，箱体内组成过滤层的过滤材料是由吸附性材料、氧化还原型材料和化学沉淀型材料混合组成。

网状格栅由金属材料制成，网状格栅的两端分别焊接在T型桩的肋梁上，网状格栅的底部插设在挡土墙的基础内，网状格栅与挡土墙、T型桩和保护层形成为整体共同组成系统的外部框架。

反滤层设在网状格栅和挡土墙的后端面之间，反滤层内填塞的过滤材料为粗石英砂。

本发明提供的可替换型尾矿库渗滤液的原位修复方法，其方法包括如下步骤：

步骤一、现场勘测：了解现场地形、地貌和周围环境，建立现场模型，了解污染物的特征，污染羽的特征，建立水动力模型，然后确定整个系统的安装位置；

步骤二、对实际污染羽选择合适的过滤材料，实验室进行过滤试验，以保证在所选过滤材料的条件下污染羽能够得到有效地过滤并达到排放标准；

步骤三、开挖基础槽位，浇筑挡土墙，采取分段施工，相邻T型桩设置的间隔要等距离，将T型桩的尾端嵌入到挡土墙内，T型桩的头端伸出挡土墙的后端面进行设置，挡土墙的后端面与T型桩的头端为系统内部的安装提供了分段的空间，分段固定了整个系统，同时挡土墙在进行设置时预留好上排水管和下排水管；

步骤四、安装整个系统的框架：步骤三设置完毕之后，将钢结构保护层设置在相邻两个T型桩头端的间隙内，通过钢结构保护层的连接使两个相邻的T型桩形成为一个整体，从而形成T型桩、保护层和挡土墙三者围成的封闭空间，保护层的两侧与相邻两个T型桩的头端采取焊接，保证内部空间不塌陷，T型桩的头端和保护层的后端面接触污染矿堆，整个外部框架施工完成后，将网状格栅插入挡土墙后端面和保护层前端面所形成的内部空间中，网状格栅将该内部空间分为两部分，靠近挡土墙后端面的一侧设置反滤层，靠近保护层前端面的一侧设置过滤层，在反滤层中填埋粗石英砂；

步骤五、预制装填过滤层所用过滤材料的箱体，箱体呈长方体，箱体采用PVC材料制成，箱体对应保护层的一侧开设有进水口，箱体对应网状格栅的一侧开设有出水口，然后将步骤二所选的过滤材料装配在该箱体内，箱体尺寸与步骤四中预留的过滤层尺寸相应；

步骤六、盖顶盖，铺设土工膜：过滤层所用过滤材料填塞在步骤五中所预制的箱体内，然后在系统顶部加盖顶盖，再铺设土工膜防渗，整个系统安装完毕，然后在保护层的后端面填埋污染矿堆即可；

步骤七、过滤材料的替换：过滤层内的过滤材料替换时只需打开顶盖，将装配过滤材料的箱体整体取出，再安装新制备的过滤材料箱体，然后盖上顶盖即可。

步骤二中的过滤材料是由吸附性材料、氧化还原型材料和化学沉淀型材料混合组成。由于污染矿堆中多重金属离子，如Pb、Zn、Cr等，零价铁作为过滤材料能很好地与无机离子发生氧化还原反应，将重金属单质或不可溶的化合物析出。同时，零价铁也能很好的去除地下水中部分无机离子。所以主要过滤材料选择零价铁(ZVI)，同时过滤材料还应选取沸石、石英砂、活性炭、粉煤灰共同作用。

步骤三中的挡土墙排水管道应设计在挡土墙上部和靠近底部分别设置排水管道。在挡土墙外设置集水渠，收集过滤后的滤液，检测是否达到排放标准。若未达到，就表示需要替换过滤材料，再按步骤七进行。

本发明的工作原理如下：

本发明提供的可替换型尾矿库渗滤液的原位修复系统由内外两部分结构组成。外部结构有挡土墙、T型桩和长方体钢结构保护层；内部结构有反滤层、网状格栅和过滤层。在需要进行过滤的尾矿库位置处进行施工，先施工外部结构，T型桩的尾端嵌入挡土墙内，T型桩的头端与保护层闭合形成内部的封闭空间，再将内部所需结构装填入外部结构形成的空间里，进而在内部封闭空间形成过滤层和反滤层。整体系统施工完毕后，在保护层的外端面填埋污染矿堆。污染矿堆堆放后，经过雨水渗淋等作用，污染羽首先流经保护层，由保护层内设置的过水通道进入保护层后流入过滤层，过滤层为填塞有过滤材料的箱体，污染羽由箱体侧面开设的进水口流入进行过滤后经过网状格栅到达反滤层，进行进一步过滤和储存，最后由挡土墙内装配的上排水管和下排水管流出，并由挡土墙外的集水渠进行收集，以观察排放的液体是否达到排放标准。实际施工时，根据需要堆放的尾矿数来确定系统所需要的强度。

在过滤材料的替换上，若上述排放的液体未达到标准，这时需要先预制好装填过滤材料的箱体，打开系统上顶盖，取出失效的过滤材料和箱体，再将预制好的新装填过滤材料的箱体放入过滤层的位置处，然后检查密闭性，盖上顶盖铺设土工膜即可。

本发明的有益效果：

本发明提供的可替换型尾矿库渗滤液的原位修复系统及方法降低了施工难度，本发明提供的系统在施工时采用分段施工，在不同的地质地貌环境下同样能够适用。可利用性高，本发明与现有的“可渗透反应墙技术”相比可看作是“一种可替换型可渗透反应墙”，延长了系统使用年限。工程造价低，本发明主要过滤材料采用PVC箱体装配，施工简单。所有构件均为工厂预制、现场拼装。可靠性高，本发明加入了保护层，保证系统整体性的情况下提供辅助支撑，保护系统内部不塌陷变形。提高了过滤效率，本发明采用箱式结构装配过滤材料，污染羽流经反应墙时，使过滤材料能够充分过滤，降低因为系统上下部污染液不均匀而造成的下部过滤材料先失效的问题，节约成本。整体性好，本发明将过滤系统与挡土墙相结合，再加上T型桩和保护层的支挡结构，使整体受力更加均匀、更加稳定，受力体系整体性较好。

附图说明

图1为本发明所述修复系统内部结构主视断面示意图。

图2为本发明所述修复系统内部结构俯视断面示意图。

图3为本发明所述保护层结构示意图。

图4为本发明所述网状格栅结构示意图。

上图中的标注如下所示：

1、挡土墙 2、T型桩 3、保护层 4、污染矿堆 5、过滤层

6、网状格栅 7、反滤层 8、上排水管 9、下排水管 10、集水渠

11、过水通道 12、进水口 13、出水口。

具体实施方式

请参阅图1至图4所示：

本发明提供的可替换型尾矿库渗滤液的原位修复系统包括有挡土墙1、T型桩2和保护层3，其中挡土墙1设在基础上，T型桩2设置有数个，数个T型桩2的尾端均嵌入到挡土墙1内，保护层3装配在相邻的T型桩2头端的空隙内，保护层3的后端面和T型桩2的头端对应污染矿堆4设置，保护层3的前端面和挡土墙1的后端面之间依次设置有过滤层5、网状格栅6和反滤层7。

挡土墙1的上部穿设有上排水管8，挡土墙1的下部穿设有下排水管9，下排水管9的出口处位于挡土墙1的前墙角处设置有集水渠10。

保护层3为矩形的钢结构，保护层3的两端焊接在相邻的T型桩2的头端，保护层3内穿设有过水通道11，过水通道11的进口位于污染矿堆4的一侧，过水通道11的出口位于过滤层5一侧。

过滤层5设在一箱体内，该箱体为长方体，箱体由PVC材料制成，箱体对应保护层3的一侧开设有进水口12，箱体对应网状格栅6的一侧开设有出水口13，箱体内组成过滤层5的过滤材料是由吸附性材料、氧化还原型材料和化学沉淀型材料混合组成。

网状格栅6由金属材料制成，网状格栅6的两端分别焊接在T型桩2的肋梁上，网状格栅6的底部插设在挡土墙1的基础内，网状格栅6与挡土墙1、T型桩2和保护层3形成为整体共同组成系统的外部框架。

反滤层7设在网状格栅6和挡土墙1的后端面之间，反滤层7内填塞的过滤材料为粗石英砂。

本发明提供的可替换型尾矿库渗滤液的原位修复方法，其方法包括如下步骤：

步骤一、现场勘测：了解现场地形、地貌和周围环境，建立现场模型，了解污染物的特征，污染羽的特征，建立水动力模型，然后确定整个系统的安装位置；

步骤二、对实际污染羽选择合适的过滤材料，实验室进行过滤试验，以保证在所选过滤材料的条件下污染羽能够得到有效地过滤并达到排放标准；

步骤三、开挖基础槽位，浇筑挡土墙1，采取分段施工，相邻T型桩2设置的间隔要等距离，将T型桩2的尾端嵌入到挡土墙1内，T型桩2的头端伸出挡土墙1的后端面进行设置，挡土墙1的后端面与T型桩2的头端为系统内部的安装提供了分段的空间，分段固定了整个系统，同时挡土墙1在进行设置时预留好上排水管8和下排水管9；

步骤四、安装整个系统的框架：步骤三设置完毕之后，将钢结构保护层3设置在相邻两个T型桩2头端的间隙内，通过钢结构保护层3的连接使两个相邻的T型桩2形成为一个整体，从而形成T型桩2、保护层3和挡土墙1三者围成的封闭空间，保护层3的两侧与相邻两个T型桩2的头端采取焊接，保证内部空间不塌陷，T型桩2的头端和保护层3的后端面接触污染矿堆4，整个外部框架施工完成后，将网状格栅6插入挡土墙1后端面和保护层3前端面所形成的内部空间中，网状格栅6将该内部空间分为两部分，靠近挡土墙1后端面的一侧设置反滤层7，靠近保护层3前端面的一侧设置过滤层5，在反滤层7中填埋粗石英砂；

步骤五、预制装填过滤层5所用过滤材料的箱体，箱体呈长方体，箱体采用PVC材料制成，箱体对应保护层3的一侧开设有进水口12，箱体对应网状格栅6的一侧开设有出水口13，然后将步骤二所选的过滤材料装配在该箱体内，箱体尺寸与步骤四中预留的过滤层5尺寸相应；

步骤六、盖顶盖，铺设土工膜：过滤层5所用过滤材料填塞在步骤五中所预制的箱体内，然后在系统顶部加盖顶盖，再铺设土工膜防渗，整个系统安装完毕，然后在保护层3的后端面填埋污染矿堆4即可；

步骤七、过滤材料的替换：过滤层5内的过滤材料替换时只需打开顶盖，将装配过滤材料的箱体整体取出，再安装新制备的过滤材料箱体，然后盖上顶盖即可。

步骤二中的过滤材料是由吸附性材料、氧化还原型材料和化学沉淀型材料混合组成。由于污染矿堆4中多重金属离子，如Pb、Zn、Cr等，零价铁作为过滤材料能很好地与无机离子发生氧化还原反应，将重金属单质或不可溶的化合物析出。同时，零价铁也能很好的去除地下水中部分无机离子。所以主要过滤材料选择零价铁(ZVI)，同时过滤材料还应选取沸石、石英砂、活性炭、粉煤灰共同作用。

步骤三中的挡土墙1排水管道应设计在挡土墙上部和靠近底部分别设置排水管道。在挡土墙1外设置集水渠10，收集过滤后的滤液，检测是否达到排放标准。若未达到，就表示需要替换过滤材料，再按步骤七进行。

本发明的工作原理如下：

本发明提供的可替换型尾矿库渗滤液的原位修复系统由内外两部分结构组成。外部结构有挡土墙1、T型桩2和长方体钢结构保护层3；内部结构有反滤层7、网状格栅6和过滤层5。在需要进行过滤的尾矿库位置处进行施工，先施工外部结构，T型桩2的尾端嵌入挡土墙1内，T型桩2的头端与保护层3闭合形成内部的封闭空间，再将内部所需结构装填入外部结构形成的空间里，进而在内部封闭空间形成过滤层5和反滤层7。整体系统施工完毕后，在保护层3的外端面填埋污染矿堆4。污染矿堆4堆放后，经过雨水渗淋等作用，污染羽首先流经保护层3，由保护层3内设置的过水通道11进入保护层3后流入过滤层5，过滤层5为填塞有过滤材料的箱体，污染羽由箱体侧面开设的进水口12流入进行过滤后经过网状格栅6到达反滤层7，进行进一步过滤和储存，最后由挡土墙1内装配的上排水管8和下排水管9流出，并由挡土墙1外的集水渠10进行收集，以观察排放的液体是否达到排放标准。实际施工时，根据需要堆放的尾矿数来确定系统所需要的强度。

在过滤材料的替换上，若上述排放的液体未达到标准，这时需要先预制好装填过滤材料的箱体，打开系统上顶盖，取出失效的过滤材料和箱体，再将预制好的新装填过滤材料的箱体放入过滤层5的位置处，然后检查密闭性，盖上顶盖铺设土工膜即可。

Claims (4)

1.一种可替换型尾矿库渗滤液的原位修复系统，包括有挡土墙、T型桩和保护层，其中挡土墙设在基础上，T型桩设置有数个，数个T型桩的尾端均嵌入到挡土墙内，保护层装配在相邻的T型桩头端的空隙内，保护层的后端面和T型桩的头端对应污染矿堆设置，保护层的前端面和挡土墙的后端面之间依次设置有过滤层、网状格栅和反滤层，其特征在于：所述的保护层为矩形的钢结构，保护层的两端焊接在相邻的T型桩的头端，保护层内穿设有过水通道，过水通道的进口位于污染矿堆的一侧，过水通道的出口位于过滤层一侧；过滤层设在一箱体内，该箱体为长方体，箱体由PVC材料制成，箱体对应保护层的一侧开设有进水口，箱体对应网状格栅的一侧开设有出水口，箱体内组成过滤层的过滤材料是由吸附性材料、氧化还原型材料和化学沉淀型材料混合组成；网状格栅由金属材料制成，网状格栅的两端分别焊接在T型桩的肋梁上，网状格栅的底部插设在挡土墙的基础内，网状格栅与挡土墙、T型桩和保护层形成为整体共同组成系统的外部框架。

2.根据权利要求1所述的一种可替换型尾矿库渗滤液的原位修复系统，其特征在于：所述的挡土墙的上部穿设有上排水管，挡土墙的下部穿设有下排水管，下排水管的出口处位于挡土墙的前墙角处设置有集水渠。

3.根据权利要求1所述的一种可替换型尾矿库渗滤液的原位修复系统，其特征在于：所述的反滤层设在网状格栅和挡土墙的后端面之间，反滤层内填塞的过滤材料为粗石英砂。

4.一种可替换型尾矿库渗滤液的原位修复方法，其特征在于：其方法包括如下步骤：

步骤一、现场勘测：了解现场地形、地貌和周围环境，建立现场模型，了解污染物的特征，污染羽的特征，建立水动力模型，然后确定整个系统的安装位置；

步骤二、对实际污染羽选择合适的过滤材料，实验室进行过滤试验，以保证在所选过滤材料的条件下污染羽能够得到有效地过滤并达到排放标准；

步骤三、开挖基础槽位，浇筑挡土墙，采取分段施工，相邻T型桩设置的间隔要等距离，将T型桩的尾端嵌入到挡土墙内，T型桩的头端伸出挡土墙的后端面进行设置，挡土墙的后端面与T型桩的头端为系统内部的安装提供了分段的空间，分段固定了整个系统，同时挡土墙在进行设置时预留好上排水管和下排水管；

步骤四、安装整个系统的框架：步骤三设置完毕之后，将钢结构保护层设置在相邻两个T型桩头端的间隙内，通过钢结构保护层的连接使两个相邻的T型桩形成为一个整体，从而形成T型桩、保护层和挡土墙三者围成的封闭空间，保护层的两侧与相邻两个T型桩的头端采取焊接，保证内部空间不塌陷，T型桩的头端和保护层的后端面接触污染矿堆，整个外部框架施工完成后，将网状格栅插入挡土墙后端面和保护层前端面所形成的内部空间中，网状格栅将该内部空间分为两部分，靠近挡土墙后端面的一侧设置反滤层，靠近保护层前端面的一侧设置过滤层，在反滤层中填埋粗石英砂；

步骤五、预制装填过滤层所用过滤材料的箱体，箱体呈长方体，箱体采用PVC材料制成，箱体对应保护层的一侧开设有进水口，箱体对应网状格栅的一侧开设有出水口，然后将步骤二所选的过滤材料装配在该箱体内，箱体尺寸与步骤四中预留的过滤层尺寸相应；

步骤六、盖顶盖，铺设土工膜：过滤层所用过滤材料填塞在步骤五中所预制的箱体内，然后在系统顶部加盖顶盖，再铺设土工膜防渗，整个系统安装完毕，然后在保护层的后端面填埋污染矿堆即可；

步骤七、过滤材料的替换：过滤层内的过滤材料替换时只需打开顶盖，将装配过滤材料的箱体整体取出，再安装新制备的过滤材料箱体，然后盖上顶盖即可。

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