CN114263231A - 一种用于建造渗透式反应墙的支护材料及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种用于建造渗透式反应墙的支护材料及其应用。该支护材料包括第一组分和第二组分；第一组分包括生物胶、第一稳定剂和第二稳定剂；所述生物胶包括瓜尔豆胶；生物胶还包括黄原胶、阿拉伯胶、卡拉胶、甘露聚糖、刺槐豆胶、羧甲基纤维素和结兰胶中的至少一种；第二组分为水解液。该支护材料用于渗透式反应墙建造时，可以为沟壁提供支撑力，反应墙沟壁上的土壤不会出现脱落等问题，沟壁也不会出现坍塌，建造得到的反应墙成型均匀，不存在缺陷，保证了渗透式反应墙对土壤或地下水的修复作用，且在建造渗透式反应墙时无需板状支护，降低了生产成本。

Description

一种用于建造渗透式反应墙的支护材料及其应用

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，具体涉及一种用于建造渗透式反应墙的支护材料及其应用。

背景技术

地下水修复技术是现在环境领域研究的一个热点问题。国内外对地下水污染的修复进行了大量的研究，抽出处理是应用最普遍的技术，该方法能有效地将污染区限制在抽出井上游，但是其作为一种长期的地下水处理方法则存在许多缺陷，如只能限制污染的进一步扩散，不能够现场就地修复，且修复费用昂贵，同时也可能造成地下水资源的浪费，破坏当地原有的生态环境，不能从根本上解决地下水的污染修复问题。

渗透式反应墙是一种用于原位去除地下水及土壤中污染组分的新兴方法，具有价格便宜、使用寿命长、安装施工方便、处理效果好等优点。渗透式反应墙的常规建造方式是挖掘沟渠后装入填料或骨料，建造技术包括直接装填、板桩支护装填和沉箱式装填等。

中国专利文献CN104150613A公开了一种用于地下水硝酸盐生物脱除的可渗透反应墙填充材料、系统及其填充方法，该可渗透反应墙系统填料由生物缓释碳源材料、pH缓冲营养元素材料和菌群富集水处理填料混合组成，可渗透反应墙系统的工艺进、出区填充水处理滤料，工艺反应区中填充石英砂或玄武岩与填充材料的混合物，菌群富集水处理填料上接种了经过驯化的土著反硝化菌，该专利公开了可渗透式反应墙技术的填料和修复体系，仅解决了渗透式反应墙建造完成后运行时，反应区材料由于孔隙度大造成的优先流和稳固性差的问题，未解决建造过程中反应墙存在的问题。现有技术关于渗透式反应墙的现场实际应用研究很少。目前渗透式反应墙在施工过程中其沟壁支护情况较差、易坍塌，导致渗透式反应墙成型不均匀、存在缺陷等问题，使渗透式反应墙丧失部分或全部污染物的修复能力。板桩支护装填与沉箱式装填建造技术虽然在一定程度上会提高沟壁的支护能力，但是仍会出现塌方等问题，且需要采用额外的材料，成本高。进一步地，渗透式反应墙在装入填料或骨料时，不同密度、大小的填料或骨料易分离，出现装填不均匀的问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中在渗透式反应墙建造过程中沟壁支护能力差、易坍塌，进而导致渗透式反应墙成型不均匀，丧失部分或全部污染物的修复能力等缺陷，从而提供了一种用于建造渗透式反应墙的支护材料及其应用。

为此，本发明提供了以下技术方案。

本发明提供了一种用于建造渗透式反应墙的支护材料，包括第一组分和第二组分；所述第一组分包括生物胶、第一稳定剂和第二稳定剂；

所述生物胶包括瓜尔豆胶；

所述生物胶还包括黄原胶、阿拉伯胶、卡拉胶、甘露聚糖、刺槐豆胶、羧甲基纤维素和结兰胶中的至少一种；

所述第二组分为水解液；

所述生物胶中瓜尔豆胶的质量分数至少为40％。

所述生物胶中瓜尔豆胶的质量分数至少为60％。

所述生物胶包括瓜尔豆胶和黄原胶；

所述生物胶包括质量比为(60-90)：(10-40)的瓜尔豆胶和黄原胶。

所述第一组分的质量浓度为2-8g/L。

所述生物胶、第一稳定剂和第二稳定剂的质量比为(80-95)：(5-15)：(0.1-2)。

所述第一稳定剂为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种；

所述第二稳定剂为棉隆、氰氨化钙、嘧菌酯、氯溴异氰尿酸、六氧化二氯、三氯异氰尿酸中的至少一种。

所述水解液为生物水解液或化学水解液。

所述生物水解液的质量浓度为0.5-5g/L；

所述生物水解液为甘露聚糖酶、半乳甘露聚糖酶、甘露低聚糖酶、甘露糖酶、鼠李糖苷酶和半乳糖酶中的至少一种；

所述化学水解液为酸性液体。

所述化学水解液的pH为2-5。

化学降解液为盐酸、硫酸、醋酸、明矾溶液中的一种或几种，化学降解液不能与渗透式反应墙中的填料发生剧烈的化学反应，也不能酸性过强，但可以与生物胶进行反应，分解生物胶。

本发明还提供了一种渗透式反应墙的建造方法，以上述支护材料作为原料。

所述建造方法包括如下步骤，

按照常规方法建造渗透式反应墙，在开挖沟渠的同时注入所述第一组分，待装入填料或骨料，渗透式反应墙建造完成后注入第二组分。

渗透式反应墙的建造步骤具体包括，

(1)安装挖掘引导槽；

(2)使用挖掘机、贝壳抓斗挖掘机或连续开沟机开挖沟渠，沟渠的宽在2m内，深度不超过50m，长度没有限制；

(3)在开挖的同时注入支护材料的第一组分；

(4)在开挖的过程中保持第一组分超过地下水水位1m；

(5)挖掘完毕后，安装注入管道或注入井；

(6)由底部向上部装入填料与骨料的混合物，至距离地面高度30-70cm；其中，填料可以是铁粉、木屑、沸石和活性炭中的至少一种；骨料是石英砂和/或河沙；

(7)由注入管道或注入井注入第二组分分解第一组分；或通过注入管道或注入井不断抽出第一组分，在地面与第二组分混合后倒入沟内，使其渗透至填料内，以此方式循环一段时间至第一组分被分解；

(8)建设粉土/黏土/水泥制成的上盖，使反应墙上部与地面高度平齐，建造结束。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的用于建造渗透式反应墙的支护材料，该支护材料包括第一组分和第二组分；第一组分包括生物胶、第一稳定剂和第二稳定剂；所述生物胶包括瓜尔豆胶；生物胶还包括黄原胶、阿拉伯胶、卡拉胶、甘露聚糖、刺槐豆胶、羧甲基纤维素和结兰胶中的至少一种；第二组分为水解液。该支护材料用于渗透式反应墙建造时，可以为沟壁提供支撑力，反应墙沟壁上的土壤不会出现脱落等问题，沟壁也不会出现坍塌，建造得到的反应墙成型均匀，不存在缺陷，保证了渗透式反应墙对土壤或地下水的修复作用，且在建造渗透式反应墙时无需板状支护，降低了生产成本。进一步地，将该支护材料用于渗透式反应墙的建造中，由于第一组分具有一定的黏度，在反应墙内装入填料或骨料时，不会出现装填不均匀的问题。更进一步地，第一组分和第二组分配合使用，在渗透式反应墙建造过程中，第一组分改善沟壁的支护情况，待反应墙建造结束后，第二组分分解第一组分，不会影响渗透式反应墙的渗透系数。

在建造渗透式反应墙时，一方面该支护材料中的生物胶进入土壤内并堵塞土壤颗粒间的缝隙，提供了较高的静水压力，与支护材料接触的土壤不易分散、坍塌；另一方面，生物胶具有一定的黏度，在渗透式反应墙填充填料或骨料时提供了阻力，使密度、大小不同的填料或骨料在装填反应墙时不会在下落过程分散开，出现装填不均匀的问题。

生物胶包括中瓜尔豆胶的质量分数至少为40％，与黄原胶、阿拉伯胶、卡拉胶、甘露聚糖、刺槐豆胶、羧甲基纤维素和结兰胶中的至少一种配合作用，可以使生物胶的物理特性在较长时间内不发生变化，便于工期安排。复配的生物胶相对于单一的生物胶来说，本发明的复配生物胶的黏度更大，可以在较小的用量下就可以达到很高的黏度，减少了支护材料中生物胶的使用量，节省了成本；瓜尔豆胶的触变性较强，剪切稀化作用较强，控制复配生物胶中瓜尔豆胶含量不低于40％，可以使复配后的生物胶浓度在静止状态下较为粘稠，在搅拌或泵送状态下会变稀，既保证了生物胶的技术效果，又方便了配制、运输和施工，得到的支护材料也呈现更好的稳定性，不易出现分解；当瓜尔豆胶在生物胶中占比低于40％时，会出现装填不均匀的问题。

2.本发明提供的支护材料，本发明通过对瓜尔豆胶用量进行优化，可减少支护材料中生物胶的用量，节省了成本；复配的生物胶对温度、酸碱的稳定性更高，比单一种类生物胶更耐热，更耐酸、碱环境，使支护材料适用于更多场地，建造时受天气的影响较小。进一步地，该复配的生物胶的触变性更强，剪切稀化作用更强，便于配制、运输和施工；且该生物胶的溶解性较好，更易溶于水，水化速度更快，可以很快达到目标黏度，减少建造时的准备时间。

3.本发明提供的支护材料，本发明复配的生物胶、第一稳定剂和第二稳定剂配合作用，第一稳定剂为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种，第二稳定剂为棉隆、氰氨化钙、嘧菌酯、氯溴异氰尿酸、六氧化二氯、三氯异氰尿酸中的至少一种，第一稳定剂和第二稳定剂可以使复配生物胶更加稳定，生物胶在酸性溶液中易分解，失去其性能，第一稳定剂可以稳定pH值，加入第一稳定剂后可以使生物胶的性能在原有基础上多保持20h左右。生物胶在水溶液状态下易滋生微生物，使生物胶被分解，失去其性能，用于反应墙建造时，会降低反应墙性能，第二稳定剂可以抑制微生物的滋生，使生物胶性能在原有基础上多保持13-25h。

第二稳定剂具有自分解的特性，不会残留在环境中，对环境无污染。

4.本发明提供的支护材料在建造渗透式反应墙中的应用，现有技术在建造渗透式反应墙时，一般是直接开挖或板状支护开挖，开挖后沟壁土壤易出现脱落，建造渗透式反应墙时还会装填填料或骨料，由于填料和骨料的大小、密度、重量等均不相同，装填时，在下落过程中易发生分离，出现装填不均匀的问题。在建造渗透式反应墙时，注入本发明的支护材料，在装填填料或骨料时，由于反应墙内注有支护材料，支护材料中的第一组分具有一定黏度，填料或骨料在从沟顶倾倒下落时倾向于聚团、缓慢下落到沟底，填料或骨料不会出现分离，也不会出现装填不均匀的问题。

在渗透式反应墙建造结束后加入第二组分，第二组分为水解液，第二组分可以与第一组分中生物胶反应，对其进行分解，不会影响渗透式反应墙的渗透系数，使渗透式反应墙能够对地下水或土壤进行修复。

生物水解液或化学水解液可依据不同使用场景的需求配置，分解多余的生物胶，使渗透式反应墙在建设后能够很快达到设计要求的渗透系数，开始修复土壤及地下水。其次，不同种类的水解液会对渗透式反应墙的处理效果有不同的增益。例如，生物水解液可增强渗透式反应墙运行时内部的微生物活动，对重金属及有机物污染物获得更强的处理能力，而化学水解液可以激活部分渗透式反应墙的活性填料，使其对污染物的处理效率增强。

具体实施方式

提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。

实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。

实施例1

本实施例提供了一种支护材料，包括第一组分和第二组分；

第一组分包括质量比为54:36:8:2的瓜尔豆胶、黄原胶、碳酸氢钠和棉隆，第一组分的制备方法包括，将瓜尔豆胶、黄原胶、碳酸氢钠和棉隆混合均匀，加到水中，混合均匀，得到浓度为2g/L的第一组分。

第二组分包括甘露聚糖酶，以0.5g/L将甘露聚糖酶溶于水，得到第二组分。

实施例2

本实施例提供了一种支护材料，包括第一组分和第二组分；

第一组分包括质量比为59.5:17:8.5:13:2的瓜尔豆胶、黄原胶、甘露聚糖、碳酸氢钠和嘧菌酯，第一组分的制备方法包括，将瓜尔豆胶、黄原胶、甘露聚糖、碳酸氢钠和嘧菌酯混合均匀，加到水中，混合均匀，得到浓度为5g/L的第一组分。

第二组分包括质量比为80:20的半乳甘露聚糖酶和甘露聚糖酶，将半乳甘露聚糖酶和甘露聚糖酶溶于水，得到浓度为2g/L的第二组分。

实施例3

本实施例提供了一种支护材料，包括第一组分和第二组分；

第一组分包括质量比为57:28.5:8.5:5:1的瓜尔豆胶、阿拉伯胶、黄原胶、氢氧化钠和氯溴异氰尿酸，第一组分的制备方法包括，将瓜尔豆胶、阿拉伯胶、黄原胶、氢氧化钠和氯溴异氰尿酸混合均匀，加到水中，混合均匀，得到浓度为7g/L的第一组分。

第二组分包括质量比为75:25的半乳甘露聚糖酶和鼠李糖苷酶，将半乳甘露聚糖酶和鼠李糖苷酶溶于水，得到浓度为3g/L的第二组分。

实施例4

本实施例提供了一种支护材料，包括第一组分和第二组分；

第一组分包括质量比为68:17:14.6:0.4的瓜尔豆胶、卡拉胶、碳酸氢钠和氰氨化钙，第一组分的制备方法包括，将瓜尔豆胶、卡拉胶、碳酸氢钠和氰氨化钙混合均匀，加到水中，混合均匀，得到浓度为4g/L的第一组分。

第二组分包括质量比为80:20的半乳甘露聚糖酶和半乳糖酶，将半乳甘露聚糖酶和半乳糖酶溶于水，得到浓度为1.8g/L的第二组分。

实施例5

本实施例提供了一种支护材料，包括第一组分和第二组分；

第一组分包括质量比为65:25:8:2的瓜尔豆胶、黄原胶、碳酸氢钠和棉隆，第一组分的制备方法包括，将瓜尔豆胶、黄原胶、碳酸氢钠和棉隆混合均匀，加到水中，混合均匀，得到浓度为2g/L的第一组分。

第二组分包括甘露聚糖酶，以0.5g/L将甘露聚糖酶溶于水，得到第二组分。

对比例1

本对比例提供了一种支护材料，包括第一组分和第二组分；

第一组分为瓜尔豆胶，将瓜尔豆胶溶于水，混合均匀得到浓度为4g/L的第一组分；

第二组份为半乳甘露聚糖酶，将半乳甘露聚糖酶溶于水中，得到浓度为1g/L的第二组分。

对比例2

本对比例提供了一种支护材料，包括第一组分和第二组分；

第一组分包括质量比为18:72:8:2的瓜尔豆胶、黄原胶、碳酸钠和棉隆，第一组分的制备方法包括，将瓜尔豆胶、黄原胶、碳酸钠和棉隆混合均匀，加到水中，混合均匀，得到浓度为4g/L的第一组分。第二组分为半乳甘露聚糖酶，将半乳甘露聚糖酶溶于水，得到浓度为1g/L的第二组分。

实验例1

本实验例提供了一种渗透式反应墙的建造方法，具体包括以下步骤：

(1)安装挖掘引导槽；

(2)使用挖掘机开挖沟渠，沟渠的宽为1m，深度为8m，长度为50m；

(3)在开挖的同时注入支护材料的第一组分；

(4)在开挖的过程中保持第一组分的液面高度超过地下水水位1m；

(5)挖掘完毕后，安装注入管道；

(6)由底部向上部装入填料与骨料的混合物(混合物包括质量比为10:90的酸洗铁粉和河沙)，至距离地面高度50cm；

(7)由注入管道注入第二组分分解第一组分；

(8)建设粉土/黏土/水泥制成的上盖，使反应墙上部与地面高度平齐，建造结束。

按照上述方法分别将实施例1和对比例1-2提供的支护材料用于建造渗透式反应墙。

(一)实施例1支护材料性状保持情况

与对比例1相比，采用实施例1建造的渗透式反应墙在25℃、自然菌群环境下，生物胶保持性状的时间比对比例1长25.2h，实施例1提供的支护材料的保存时间更长，更便于安排施工。说明采用瓜尔豆胶与黄原胶复配有助于提高支护材料物理特性的保持时间。

(二)实施例1支护材料的支护情况

以实施例1为例，在地下水位处，生物胶提供的静水压力比周围土体的静水压力约高10.29kP，该值为反应墙内最小的静水压力；在沟底，生物胶提供的静水压力比周围土体的静水压力约高13.72kP，该值为反应墙内最大静水压力，由于压力差的存在，生物胶可进入周围土体中的缝隙内，提供支护作用。

与对比例2相比，实施例1提供的生物胶的黏性更高，在静止状态下，对比例2比实施例1的黏度约低57％，对比例2中的生物胶从土壤颗粒的缝隙中流走，导致支护作用降低；同时生物胶需要不断补充，用量增多。

(三)装填均匀性

从渗透式反应墙中的不同位置取15个样品，测量不同混合物样品中填料(即铁粉)的含量，若15个样品中铁粉质量之间的差距小于2％，则说明装填均匀。15个样品的取样位置位于同一垂直于墙体的截面上，取样位置分别是反应墙墙厚0.25m、0.5m和0.75m处的地下深0.5m、2m、4m、6m、8m处取样，共15个样品。其中墙厚指的是，水流进入渗透式反应墙开始计，水流流动的长度；地下深指的是距离地面的距离。

样品中铁粉含量的测定方法：使用万分之一天平称取样品20g，然后将样品放入过量稀硫酸中，完全去除铁粉，冲洗至溶液成中性后烘干，再次称量质量，计算两次质量之差，即为样品中铁粉的质量，实施例1和对比例2各个样品中铁粉的质量见表1；

表1实施例1和对比例2样品中铁粉质量

通过表1的结果可以看出，实施例1各个样品中铁含量差距较小，最大值与最小值的差与目标铁粉质量(2g)的比值仅为2.0％。而对比例2各个样品中铁含量差距较大，最大值与最小值的差与目标铁粉质量(2g)的比值为87.6％，说明实施例1装填均匀性优于对比例2。本发明通过控制生物胶中瓜尔豆胶的含量可以提高装填均匀性。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种用于建造渗透式反应墙的支护材料，其特征在于，包括第一组分和第二组分；所述第一组分包括生物胶、第一稳定剂和第二稳定剂；

所述生物胶包括瓜尔豆胶；

所述生物胶还包括黄原胶、阿拉伯胶、卡拉胶、甘露聚糖、刺槐豆胶、羧甲基纤维素和结兰胶中的至少一种；

所述第二组分为水解液；

所述生物胶中瓜尔豆胶的质量分数至少为40％。

2.根据权利要求1所述的支护材料，其特征在于，所述生物胶中瓜尔豆胶的质量分数至少为60％。

3.根据权利要求1或2所述的支护材料，其特征在于，所述生物胶包括质量比为(60-90)：(10-40)的瓜尔豆胶和黄原胶。

4.根据权利要求1-3任一项所述的支护材料，其特征在于，所述第一组分的质量浓度为2-8g/L。

5.根据权利要求1-4任一项所述的支护材料，其特征在于，所述生物胶、第一稳定剂和第二稳定剂的质量比为(80-95)：(5-15)：(0.1-2)。

6.根据权利要求1-5任一项所述的支护材料，所述第一稳定剂为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠和氢氧化钾中的至少一种；

所述第二稳定剂为棉隆、氰氨化钙、嘧菌酯、氯溴异氰尿酸、六氧化二氯、三氯异氰尿酸中的至少一种。

7.根据权利要求1-6任一项所述的支护材料，其特征在于，所述水解液为生物水解液或化学水解液。

8.根据权利要求7所述的支护材料，其特征在于，所述生物水解液为甘露聚糖酶、半乳甘露聚糖酶、甘露低聚糖酶、甘露糖酶、鼠李糖苷酶和半乳糖酶中的至少一种；

所述化学水解液为酸性液体。

9.一种渗透式反应墙的建造方法，其特征在于，以权利要求1-8任一项所述的支护材料作为原料。

10.根据权利要求9所述的建造方法，其特征在于，包括如下步骤，

按照常规方法建造渗透式反应墙，在开挖沟渠的同时注入所述第一组分，待装入填料或骨料，渗透式反应墙建造完成后注入第二组分。