CN114888069A - 一种污染土壤原位化学氧化修复的点位设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种污染土壤原位化学氧化修复的点位设计方法。包括以下步骤：步骤一：测定单桩孔位修复半径R；在修复场地内选取试桩点位，将修复施工设备移动到试桩点位进行试桩钻孔并向孔内喷入石灰浆液，试桩完成后，在试桩点位的周围采用垂直分层的方式对土壤进行采样，根据土壤样本内是否含有石灰浆液来分析测定单桩孔位修复半径R；步骤二：划定土壤修复范围；步骤三：在划定的土壤修复范围内布设修复点位；令相邻的三个修复点位位于等边三角形的顶点位置，三个修复点位的有效作用圆周相交于一点，相邻两个修复点位之间的距离等于1.732R，按照此布设规则在划定的土壤修复范围内布设修复点位，完成土壤修复范围内的修复点位设计。

Description

一种污染土壤原位化学氧化修复的点位设计方法
技术领域
本发明属于土壤污染修复处理技术领域，尤其涉及一种污染土壤原位化学氧化修复的点位设计方法。
背景技术
原位化学氧化修复技术是指通过向场地中添加氧化药剂，使场地中污染物质转化无毒或低毒物质，从而达到污染土壤修复目的。此种类型的污染土壤修复方法具有不用挖掘和运输土壤、施工简单、成本较低、对周围环境扰动小等优点，是污染场地修复治理的发展趋势。原位化学氧化修复施工包括修复点位规划、钻孔、药剂投加、封孔养护和检测验收等施工步骤，其中药剂的投加方式主要有直压式注射法、注射井法、土壤置换法和高压-旋喷注射法等。药剂投加主要引用建筑工程机械完成，其技术成熟可靠。
现有施工方法中对加药修复点位的规划设计，在实际工程应用中并没有成熟的方法，通过文献调研和工程案例查阅，涉及修复点位规划的内容很少，可见在原位化学氧化修复过程中，缺少修复点位设计方面的内容，另一方面也说明了在现有土壤加药施工工艺中并没有重视加药修复点位的设计，导致施工方法存在一定弊端。原位化学氧化法在施工过程中，氧化药剂影响范围形状为圆形，即以修复用的单桩孔位为中心向四周扩散。要保证污染场地修复无遗漏，则不可避免地有修复重叠的面积，重叠面积的大小影响了施工的效率以及药剂材料的耗费程度。当重叠面积过大时，意味着单桩孔位设置过多，提升了施工成本，同时过大的重叠面积导致施加药剂量增大，浪费了过多的修复药剂，同样导致施工成本提升。
综上，重叠面积的最小化问题应该引起足够的重视。通过文献查阅可知，涉及此问题的文献并未发现，即现有土壤原位加药修复的施工工艺中并未实现好的修复点位设计。本发明基于此，提出一种原位化学氧化法修复点位设计方法。
发明内容
本发明为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种污染土壤原位化学氧化修复的点位设计方法，在保证污染场地修复无遗漏的前提下，最大程度减少各修复点位的重叠面积，减少修复点位的数量，降低孔位钻孔以及药剂施加的施工成本，加快修复进度。
本发明为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：一种污染土壤原位化学氧化修复的点位设计方法包括以下步骤，步骤一：测定单桩孔位修复半径R；在修复场地内选取试桩点位，将修复施工设备移动到试桩点位进行试桩钻孔并向孔内喷入石灰浆液，试桩完成后，在试桩点位的周围采用垂直分层的方式对土壤进行采样，根据土壤样本内是否含有石灰浆液来分析测定单桩孔位修复半径R；步骤二：划定土壤修复范围；根据修复场地的基准点坐标和场地修复范围拐点坐标，确定土壤修复范围；步骤三：在划定的土壤修复范围内布设修复点位；令相邻的三个修复点位位于等边三角形的顶点位置，三个修复点位的有效作用圆周相交于一点，相邻两个修复点位之间的距离等于1.732R，按照此布设规则在划定的土壤修复范围内布设修复点位，完成土壤修复范围内的修复点位设计。
本发明的优点和积极效果是：
本发明提供了一种污染土壤原位化学氧化修复的点位设计方法，给出了一种在划定的修复场地范围内设定修复点位的技术方案。采用本方法进行修复场地内的修复点位确定，能够在保证污染场地修复无遗漏的前提下，最大程度减少各修复点位的重叠面积，减少了修复点位的数量，降低了修复孔位的钻孔数量并减少了修复药剂的使用量，因此本发明方法能够降低污染土壤原位化学氧化修复的施工成本，加快修复进度，具有显著的经济效益。
优选地：步骤一中的试桩点位选取为3～8个，试桩钻孔的深度比预先勘探获取的场地最大污染深度大0.5～1.0m；试钻过程所喷石灰浆液的浓度为10～20wt.％，石灰浆液的单桩孔位喷入量为100～300L。
优选地：步骤一中在试桩完成后确定单桩孔位修复半R的具体方法如下，以试桩孔位中心为起点向任意方向作一条射线，在此射线上，以试桩孔位中心为起点，每隔0.5m设定一个采样点位，之后由内向外依次钻孔获取土壤样本，采样钻孔的深度等于试桩钻孔的深度，观察到土壤样本内含有石灰浆液时，则向外侧采样点位进行钻孔采样，直至观察到土壤样本内无石灰浆液，记录含有石灰浆液的最远土壤样本所在的采样点位与试桩孔位中心之间的距离；以前述采样点位与试桩孔位中心之间的连线为起始边，以试桩孔位中心作为圆心，每顺时针或逆时针转动45°减少边长0.1m，确定4个二次采样点位，进行二次土壤采样并观察各土壤样本内是否有石灰浆液，以4个土壤样本中是否出现石灰浆液来确定有效的作用半径，记录出现石灰浆液最远采样点位与试桩孔位中心之间的距离，得到该试桩点位的修复作用半径；获取多个试桩点位的修复作用半径，最终确定的单桩孔位修复半径R为各试桩点位修复作用半径取最小值。
优选地：步骤三中包括布设初始修复点位的步骤和计算并确定其它修复点位坐标的步骤。
优选地：步骤三中，根据修复场地的基准坐标，在划定的土壤修复范围的边角处确定第一个修复点位，然后水平等间距排布修复点位，水平修复点位间距为1.732R，完成初始修复点位的布设，然后采用布设规则计算得到该行修复点位的上方或下方一行修复点位的位置，如此循环完成土壤修复范围内的全部修复点位布设。
附图说明
图1是本发明的流程图；
图2是本发明中修复点位设计方式示意图；
图3是本发明中第一实施例的修复点位布局结构平面结构图；
图4是本发明中第二实施例的修复点位布局结构平面结构图。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的发明内容、特点及功效，兹举以下实施例详细说明。
请参见图1，本发明的污染土壤原位化学氧化修复的点位设计方法包括以下步骤：步骤一测定单桩孔位修复半径R，步骤二划定土壤修复范围，步骤三在划定的土壤修复范围内布设修复点位，其中步骤三又分为布设初始修复点位和计算并确定其它修复点位坐标这两个分步骤。
本发明中的修复点位设计方法的原理是：先测定单桩孔位的有效作用范围，这个有效作用范围与场地土壤条件以及施工设备有关，通过前置测定程序，获取单个修复孔位施工后对周围土壤所能够产生有效修复作用的范围；根据最小重叠的点位布设原则在施工场地范围内布设全部的修复点位，令修复施工中产生的重叠面积最小化，并且保证无修复遗漏；本方法中默认在修复过程中修复药剂以修复点位为中心均匀向四周扩散。
以下对本发明中的方法进行详细说明。
步骤一：测定单桩孔位修复半径R。
在修复场地内选取试桩点位，将修复施工设备移动到试桩点位进行试桩钻孔并向孔内喷入石灰浆液，试桩完成后，在试桩点位的周围采用垂直分层的方式对土壤进行采样，根据土壤样本内是否含有石灰浆液来分析测定单桩孔位修复半径R。
本步骤中采用的设备就是进行修复施工的设备，具备钻孔以及向孔内喷施修复药剂的能力，此步骤中采用石灰浆液作为修复药剂的替代，石灰浆液渗透到土壤内时能够在土壤内留下明显的印迹，便于在采样勘探的过程中进行辨识以确定作用范围。
在本步骤中，在修复场地内选取的试桩点位数量为3～8个，优选为5个。试桩点位数量不宜过多，点位过多时导致测定程序成本高、耗时长；试桩点位数量不宜过少，点位过少时测定的样本量偏少导致测定的R值准确性差。
试桩钻孔的深度比预先勘探获取的场地最大污染深度大0.5～1.0m，优选为0.75m。试钻过程所喷石灰浆液的浓度为10～20wt.％，优选为15wt.％，石灰浆液的单桩孔位喷入量为100～300L，优选为200L。
本步骤中在试桩完成后确定单桩孔位修复半R的具体方法如下：
以试桩孔位中心为起点向任意方向作一条射线，在此射线上，以试桩孔位中心为起点，每隔0.5m设定一个采样点位。具体地，在该条射线上，第一个采样点位与试桩孔位中心的距离为0.5m，第二个采样点位与第一个采样点位之间的距离为0.5m，以此类推，完成多个采样点位的设定。
之后由内向外依次钻孔获取土壤样本，采样钻孔的深度等于试桩钻孔的深度。采用钻探取样设备在各设定的采样点位钻孔取土壤样本，钻孔方向竖直向下，钻孔的深度等于试桩孔位的深度，即比预先勘探获取的场地最大污染深度大0.75m，钻孔取样的顺序由内向外依次进行。
观察到土壤样本内含有石灰浆液时，则向外侧采样点位进行钻孔采样，直至观察到土壤样本内无石灰浆液，记录含有石灰浆液的最远土壤样本所在的采样点位与试桩孔位中心之间的距离。当内侧的土壤样本内含有石灰浆液时，证明单桩孔位的修复作用效果能够达到甚至超过本采样点位所在的范围，则通过在外侧的采样点位进行采样以查看修复作用效果是否达到下一点位的范围。当下一采样点位内无法观察到石灰浆液时，证明修复作用范围在这两个采样点位之间。此时，记录内侧有石灰浆液的那个采样点位与试桩孔位中心之间的距离，记为L，例如当第5个采样孔位内的土壤样本中有石灰浆液、第6个采样孔位内的土壤样本中没有石灰浆液时，L＝2.5m。
以前述采样点位与试桩孔位中心之间的连线为起始边，以试桩孔位中心作为圆心，每顺时针或逆时针转动45°减少边长0.1m，确定4个二次采样点位。本操作中，顺时针转动或者逆时针转动对结论并无影响。具体操作为：起始边顺时针转动45°，同时长度减少0.1m，外端点为第一个二次采样点位，再次转动45°，长度又减少0.1m，外端点为第一个二次采样点位，以此类推，共得到4个二级采样点位。以前述L＝2.5m为例，第一个二次采样点位与试桩孔位中心之间的距离为2.4m，与起始边之间的夹角为45°，第二个二次采样点位与试桩孔位中心之间的距离为2.3m，与起始边之间的夹角为90°第三个二次采样点位与试桩孔位中心之间的距离为2.2m，与起始边之间的夹角为135°第4个二次采样点位与试桩孔位中心之间的距离为2.1m，与起始边之间的夹角为180°。
采用前述钻探取样设备在各二次采样点位进行二次土壤采样，采样的顺序与前述划定各二次采样点位的顺序相同，观察各土壤样本内是否有石灰浆液，以4个土壤样本中是否出现石灰浆液来确定有效的作用半径，记录出现石灰浆液最远采样点位与试桩孔位中心之间的距离，得到该试桩点位的修复作用半径。例如，前述第一个二次采样点位的土壤样本内观察到石灰浆液，则记录该点位与试桩点位中心的距离。
如此获取多个试桩点位的修复作用半径值，当试桩点位为5个时，获得的修复作用半径值记为R1、R2、R3、R4和R5。获取多个试桩点位的修复作用半径后，最终确定的单桩孔位修复半径R为各试桩点位修复作用半径取最小值，即前述R1、R2、R3、R4和R5中的最小值作为R值。
步骤二：划定土壤修复范围。
根据修复场地的基准点坐标和场地修复范围拐点坐标，确定土壤修复范围。
步骤三：在划定的土壤修复范围内布设修复点位，本步骤又包括布设初始修复点位的步骤和计算并确定其它修复点位坐标的步骤。
令相邻的三个修复点位位于等边三角形的顶点位置，三个修复点位的有效作用圆周相交于一点，相邻两个修复点位之间的距离等于1.732R，即相邻两个修复点位之间的距离相等，三个顶点位置的修复点位的修复范围相交于等边三角形的中心点，请参见图2。
按照此布设规则在划定的土壤修复范围内布设修复点位，完成土壤修复范围内的修复点位设计。具体操作如下：
根据修复场地的基准坐标，在划定的土壤修复范围的边角处确定第一个修复点位，然后水平等间距排布修复点位，水平修复点位间距为1.732R，完成初始修复点位的布设。此处所说的“水平”可以是指划定的土壤修复范围的边线延伸方向，也可以是指东西方向或者南北方向这种地理方位。然后采用前述布设规则计算得到该行修复点位的上方或下方一行修复点位的位置，如此循环完成土壤修复范围内的全部修复点位布设。
按照本发明中给出的布设规则，确定第一个修复点位并在给定的方向上确定第一排各修复点位的位置后，其它位置的修复点位就已经确定，可以根据第一个修复点位的坐标值准确计算其它各修复点位的实际坐标值，修复施工的过程中，设备移动到各坐标位置、采用现有修复施工工艺进行施工。
以下给出两个实施例进行进一步说明。
应用实例一以天津某污染地块为例，请参见图3。
该地块污染物类型为多环芳烃有机污染物，地块污染深度最深可达10m，由于地块污染深度较深，再加上地块原有建筑和后期开发影响，污染地块修复方法采用原位化学氧化法，采用高压-旋喷注射法进行药剂投加工作，施工机械为三重管高压旋喷装置。
采用本发明设计的修复点位效果图如图中所示，通过试桩试验确定单桩修复半径R为2m，然后根据场地基准点和修复范围拐点坐标确定各污染土层修复范围，经计算，水平修复点位间距为3.464m，斜向修复点位间距为3.464m，任意三个修复点位圆心组成的三角形为等边三角形。
根据场地基准点和实际情况，在场地边角确定修复起始点位，修复点位水平等间距排列，起始点下一行根据斜向修复点位间距确定，最后确定修复点位数量为488个，利用CAD软件计算布设的修复点位坐标。
按照本发明设计原位修复点位，对该地块进行实际修复施工，经过地块养护期后，进行修复效果评价。根据《工业企业场地环境调查评估与修复工作指南(试行)》等间距布点法要求，对每层地块进行布点、取样、检测，场地内54个采样点的污染土样品内污染物含量均满足目标设定要求，验收通过率100％，该地块顺利通过施工单位自验收和业主验收。
应用实例二以天津某污染地块为例，请参见图4。
以天津某污染地块4～5m污染土层为例，该地块污染物类型主要为挥发性有机污染物(VOCs)、半挥发性有机污染物(SVOCs)和总石油烃(TPH)，该地块中的某一污染子地块由于原有建筑需要保留，以便开发利用，故该地块修复方法宜采用原位化学氧化法，采用双轴搅拌机进行药剂投加工作，采用本发明设计的修复点位效果图如图中所示。
通过试桩试验确定单桩径向修复半径R为0.35m，然后根据场地基准点和修复范围拐点坐标确定修复范围经计算，水平修复点位间距为0.6062m，斜向修复点位间距为0.6062m，任意三个修复点位圆心组成的三角形为等边三角形。
根据场地基准点和实际情况，在场地边角确定修复起始点位，修复点位水平等间距排列，起始点下一行根据斜向修复点位间距确定最后确定修复点位数量为1785个，利用CAD软件计算布设的修复点位坐标。
按照本发明设计原位修复点位，对该地块进行实际修复施工，经过地块养护期后，进行修复效果评价。根据《工业企业场地环境调查评估与修复工作指南(试行)》等间距布点法要求，对每层地块进行布点、取样、检测，场地内54个采样点的污染土样品内污染物含量均满足目标设定要求，验收通过率100％，该地块顺利通过施工单位自验收和业主验收。

Claims (5)

1.一种污染土壤原位化学氧化修复的点位设计方法，其特征是：包括以下步骤，
步骤一：测定单桩孔位修复半径R；在修复场地内选取试桩点位，将修复施工设备移动到试桩点位进行试桩钻孔并向孔内喷入石灰浆液，试桩完成后，在试桩点位的周围采用垂直分层的方式对土壤进行采样，根据土壤样本内是否含有石灰浆液来分析测定单桩孔位修复半径R；
步骤二：划定土壤修复范围；根据修复场地的基准点坐标和场地修复范围拐点坐标，确定土壤修复范围；
步骤三：在划定的土壤修复范围内布设修复点位；令相邻的三个修复点位位于等边三角形的顶点位置，三个修复点位的有效作用圆周相交于一点，相邻两个修复点位之间的距离等于1.732R，按照此布设规则在划定的土壤修复范围内布设修复点位，完成土壤修复范围内的修复点位设计。
2.如权利要求1所述的污染土壤原位化学氧化修复的点位设计方法，其特征是：步骤一中的试桩点位选取为3～8个，试桩钻孔的深度比预先勘探获取的场地最大污染深度大0.5～1.0m；试钻过程所喷石灰浆液的浓度为10～20wt.％，石灰浆液的单桩孔位喷入量为100～300L。
3.如权利要求2所述的污染土壤原位化学氧化修复的点位设计方法，其特征是：步骤一中在试桩完成后确定单桩孔位修复半R的具体方法如下，
以试桩孔位中心为起点向任意方向作一条射线，在此射线上，以试桩孔位中心为起点，每隔0.5m设定一个采样点位，之后由内向外依次钻孔获取土壤样本，采样钻孔的深度等于试桩钻孔的深度，观察到土壤样本内含有石灰浆液时，则向外侧采样点位进行钻孔采样，直至观察到土壤样本内无石灰浆液，记录含有石灰浆液的最远土壤样本所在的采样点位与试桩孔位中心之间的距离；
以前述采样点位与试桩孔位中心之间的连线为起始边，以试桩孔位中心作为圆心，每顺时针或逆时针转动45°减少边长0.1m，确定4个二次采样点位，进行二次土壤采样并观察各土壤样本内是否有石灰浆液，以4个土壤样本中是否出现石灰浆液来确定有效的作用半径，记录出现石灰浆液最远采样点位与试桩孔位中心之间的距离，得到该试桩点位的修复作用半径；
获取多个试桩点位的修复作用半径，最终确定的单桩孔位修复半径R为各试桩点位修复作用半径取最小值。
4.如权利要求3所述的污染土壤原位化学氧化修复的点位设计方法，其特征是：步骤三中包括布设初始修复点位的步骤和计算并确定其它修复点位坐标的步骤。
5.如权利要求4所述的污染土壤原位化学氧化修复的点位设计方法，其特征是：步骤三中，根据修复场地的基准坐标，在划定的土壤修复范围的边角处确定第一个修复点位，然后水平等间距排布修复点位，水平修复点位间距为1.732R，完成初始修复点位的布设，然后采用布设规则计算得到该行修复点位的上方或下方一行修复点位的位置，如此循环完成土壤修复范围内的全部修复点位布设。
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