CN114918241A - 复合污染土壤原位物理-化学协同阻隔方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及污染土壤原位阻隔技术，具体说是物复合污染土壤(含重金属‑挥发性有机)原位物理‑化学协同阻隔方法。根据待阻隔土壤中污染物量，计算重金属稳定剂和挥发性有机物吸附剂的用量；将稳定剂和吸附剂分批次混入表层土壤中，形成用于原位阻隔的化学反应层；在化学反应层之上，布设两布一膜，形成用于原位阻隔的物理隔离层；在物理隔离层之上，覆盖清洁土壤，用于保护物理阻隔层。本发明是在土层垂直可利用空间受限情况下，构建物理‑化学阻隔层，同时解决了复合污染阻隔和垂向空间利用率两大问题。
Description
技术领域
本发明涉及污染土壤原位阻隔技术，具体说是物复合污染土壤(含重金属-挥发性有机)原位物理-化学协同阻隔方法。
背景技术
随着土壤修复产业的发展，对污染地块的适度治理成为今后的发展方向。相比于彻底清挖后异位修复，原位阻隔是一种既能控制风险便于土地利用，又能降低治理费用的方法，目前在国内多个大型场地已经开始了推广应用。
目前国内外对原位阻隔技术已经制定了试行的技术规范，主要分为物理阻隔和化学阻隔两类。物理阻隔是从切断污染物传输途径角度出发，采用两布一膜、水泥阻隔等措施，控制污染物在阻隔层中的渗透系数，从而达到较长时间的风险控制。但是，物理阻隔的缺点也较为明显，若两布一膜一旦使用寿命到期或受到破损，其阻隔作用就将失去。化学阻隔是通过药剂或吸附材料与黏土等骨架混合，可以通过化学反应，将污染物稳定化或吸附其中，阻止其传输与渗透。但是化学阻隔的问题在于，其为了兼顾化学反应效果与渗透系数控制，其厚度通常要求不低于500mm，远大于物理阻隔的厚度。
在我国沿海经济发达、遗留污染地块较多的地区，其存在大量的重金属-挥发性有机物复合污染地块。若物理阻隔达不到风险控制要求，而污染地块存在垂向清挖深度仅满足规划利用需求，那么化学阻隔厚度将与土地规划利用垂向空间产生矛盾。因此，如何利用物理阻隔和化学阻隔的优势，研发少占垂向空间且满足风险控制要求的原位阻隔方法，为复合污染土壤治理与土地开发利用提供技术支撑。
发明内容
本发明目的在于提供一种重金属-挥发性有机物复合污染土壤原位物理-化学协同阻隔方法。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案：
一种复合污染土壤原位物理-化学协同阻隔方法：
(1)根据待阻隔土壤中污染物量，计算重金属稳定剂和挥发性有机物吸附剂的用量；
(2)将稳定剂和吸附剂分批次混入表层土壤中，形成用于原位阻隔的化学反应层；
(3)在化学反应层之上，布设两布一膜，形成用于原位阻隔的物理隔离层；
(4)在物理隔离层之上，覆盖清洁土壤，形成用于保护的覆土保护层。
所述重金属稳定剂和挥发性有机物吸附剂的用量计算：
(1)检测待阻隔土壤中重金属含量和挥发性有机物含量；
(2)根据重金属含量，确定稳定剂用量；
DHM＝max(CHM)×(ρ×S×H)/kHM
其中，DHM是稳定剂用量；CHM是土壤重金属含量的检测值(mg/kg)；ρ是待阻隔土壤密度(g/cm3)；S是待阻隔土壤水平投影面积(m2)；H是待阻隔土壤中污染土壤厚度(m)；kHM是药剂对重金属的稳定化效率，根据梯度试验测定，无量纲；
(3)根据挥发性有机物含量，确定吸附剂用量；
DVOC＝max(CVOC)×(ρ×S×H)/kVOC
其中，DVOC是吸附剂用量；CVOC是土壤挥发性有机物含量的检测值(mg/kg)；kHM是药剂对挥发性有机物的吸附率，根据梯度试验测定，无量纲；其余同上。
所述化学反应层，其厚度范围为300mm～500mm。
所述两布一膜，其渗透系数范围均为10-7cm/s～10-10cm/s。
所述两布一膜是由上下两层土工布、中间一层防渗塑料薄膜组成。
所述覆土保护层，其厚度范围为200mm～300mm。
本发明具有以下优点及有益效果：
本发明摒弃现有采用黏土作为化学阻隔层骨架的常用做法，而是利用污染地块自身的土壤，原位将药剂混合到表层土壤中，形成化学反应层，进而控制污染物垂直向上扩散的风险；再通过上覆物理阻隔层，控制污染物的渗透系数；从而将两者的优势结合起来，构建物理-化学阻隔层，同时解决了复合污染阻隔和垂向空间利用率两大问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的阻隔层构建流程图；
图2为本发明实施例提供的模拟实验装置示意图；其中，①原位阻隔模拟装置、②化学反应层、③物理隔离层、④覆土保护层、⑤复合污染土壤、⑥水位控制器、⑦VOC吸收器。
具体实施方式
以下结合实例对本发明的具体实施方式做进一步说明，应当指出的是，此处所描述的具体实施方式只是为了说明和解释本发明，并不局限于本发明。
重金属-挥发性有机物复合污染土壤原位物理-化学协同阻隔方法，包括以下步骤：
(1)根据待阻隔土壤中污染物量，计算重金属稳定剂和挥发性有机物吸附剂的用量；
(2)将稳定剂和吸附剂分批次混入表层土壤中，形成用于原位阻隔的化学反应层；
(3)在化学反应层之上，布设两布一膜，形成用于原位阻隔的物理隔离层；
(4)在物理隔离层之上，覆盖清洁土壤，形成用于保护的覆土保护层。
所述步骤(1)中待阻隔土壤中污染物量，是通过对调查点位土壤样品中污染物浓度检测得到，检测方法参考《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)推荐方法。
所述步骤(1)中重金属稳定剂和挥发性有机物吸附剂的用量，具体计算方法如下：
(1)根据重金属含量，确定稳定剂用量；
DHM＝max(CHM)×(ρ×S×H)/kHM
其中，DHM是稳定剂用量；CHM是土壤重金属含量的检测值(mg/kg)；ρ是待阻隔土壤密度(g/cm3)；S是待阻隔土壤水平投影面积(m2)；H是待阻隔土壤中污染土壤厚度(m)；kHM是药剂对重金属的稳定化效率，根据梯度试验测定，无量纲。
(2)根据挥发性有机物含量，确定吸附剂用量；
DVOC＝max(CVOC)×(ρ×S×H)/kVOC
其中，DVOC是吸附剂用量；CVOC是土壤挥发性有机物含量的检测值(mg/kg)；kHM是药剂对挥发性有机物的吸附率，根据梯度试验测定，无量纲；其余同上。
所述步骤(2)中稳定剂和吸附剂混入表层土壤，采用的原位搅混设备，将稳定剂和吸附剂分批次(3～5次)施加。
所述步骤(2)中化学反应层，其厚度范围为300mm～500mm，即设备搅混深度为300mm～500mm。
所述步骤(3)中两布一膜，具体是指两层土工布，中间夹一层防渗塑料薄膜；其渗透系数根据风险评估要求选择，一般范围为10-7cm/s～10-10cm/s。
所述步骤(4)中覆盖清洁土壤，适用于保护两布一膜免受外力直接破坏。
所述步骤(4)中覆土保护层，其厚度范围为200mm～300mm，通常为100mm清洁土壤，再覆盖100mm～200mm砾石承重。
实施例1
本实施例所修复的污染土壤取自于大连某无机化工场地的砷-氯仿复合污染土壤，除去肉眼可见的杂质和草木根，快速混合后，参照VOC土壤取样要求，将土壤样品取到实验室后，一部分立刻装入模拟装置(图2，批量装置，采样后不可再恢复)。模拟装置高1.5m，直径为40cm，土柱高度是1m，土壤(湿)密度为1.45g/cm3。
重金属-挥发性有机物复合污染土壤原位物理-化学协同阻隔方法，具体实施步骤(见图1)：
步骤1：根据待阻隔土壤中污染物量，计算重金属稳定剂和挥发性有机物吸附剂的用量；
(1)土壤采用《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(GB36600-2018)推荐方法检测了土壤中砷和氯仿的含量。其中，砷含量最大值为145mg/kg～283mg/kg，氯仿含量最大值为0.28mg/kg～2.3mg/kg。
(2)针对砷的稳定化，选择硫酸亚铁作为稳定剂；根据砷含量，确定稳定剂的用量。
DHM＝max(CHM)×(ρ×S×H)/kHM
＝283mg/kg×1.45g/cm3×π×(40cm)2×1m/1.6％≈13kg
其中，DHM是稳定剂用量；CHM是土壤重金属含量的检测值(mg/kg)；ρ是待阻隔土壤密度(g/cm3)；S是待阻隔土壤水平投影面积(m2)；H是待阻隔土壤中污染土壤厚度(m)；kHM是稳定剂有效利用率，根据梯度试验测定，无量纲，本实验结果为1.6％。
(2)针对氯仿的稳定化，选择膨润土作为吸附剂；根据挥发性有机物含量，确定吸附剂用量；
DVOC＝max(CVOC)×(ρ×S×H)/kVOC
＝2.3mg/kg×1.45g/cm3×π×(40cm)2×1m/0.08％≈2.2kg
其中，DVOC是吸附剂用量；CVOC是土壤挥发性有机物含量的检测值(mg/kg)；kHM是吸附剂有效利用率，根据梯度试验测定，无量纲，本实验结果为0.08％；其余同上。
步骤2：将稳定剂和吸附剂分批次混入表层土壤中，形成用于原位阻隔的化学反应层；
(1)将稳定剂硫酸亚铁和吸附剂膨润土混入土柱表层土壤(300mm)；
(2)将稳定剂和吸附剂分5批次加入土壤。
步骤3：在化学反应层之上，布设两布一膜，形成用于原位阻隔的物理隔离层；
(1)选择渗透系数为10-7cm/s的两布一膜铺设在化学反应层上；
(2)两布一膜与模拟装置内壁交接处，胶封避免VOC先上迁移。
步骤4：在物理隔离层之上，覆盖清洁土壤(砷含量为8.3mg/kg)，形成用于保护的覆土保护层。
(1)覆土保护层，其厚度为100mm清洁土壤；
(2)由于模拟装置中无外力直接破坏，无须再覆盖100mm～200mm的砾石进行承重。
对原位物理-化学阻隔的效果，通过苏玛罐采集模拟装置内气体测试氯仿含量，同时也测试覆盖保护层土壤中砷含量。定期监测时间间隔为7天，监测结果表明(表1)，本发明可以有效控制重金属和挥发性有机物的风险扩散。
表1模拟实验的检测结果(物理-化学协同阻隔)
对比例1
与实施例1的区别在于阻隔方式仅采用了物理。但是，根据建设用地土壤污染风险评估技术导则(HJ 25.3—2019)，对于长期(50年)评估结果，仅靠物理阻隔，氯仿的人体健康风险评估结果为1.54×10-6，高于10-6的安全要求。因此，仅靠物理阻隔，难以满足风险控制目标。
对比例2
与实施例1的区别在于阻隔方式仅采用了化学阻隔。但是由于化学阻隔是药剂与土壤掺混，并不是与黏土掺混，因此，渗透系的渗透系数达不到物理阻隔水平，监测结果表明(表2)，存在砷和氯仿垂直向上扩散的风险。
表2模拟实验的检测结果(化学阻隔)
由上述可见，物理-化学协同阻隔方法，可以在节约垂向空间的基础上，满足污染土壤的风险控制要求。具体实施过程中，可根据不同重金属和挥发性有机物的种类及含量，添加相对应类型和含量的稳定剂和吸附剂。
以上内容是结合具体的优先实施案例对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于此。在不脱离本发明构思的前提下，还可做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种复合污染土壤原位物理-化学协同阻隔方法，其特征在于：
(1)根据待阻隔土壤中污染物量，计算重金属稳定剂和挥发性有机物吸附剂的用量；
(2)将稳定剂和吸附剂分批次混入表层土壤中，形成用于原位阻隔的化学反应层；
(3)在化学反应层之上，布设两布一膜，形成用于原位阻隔的物理隔离层；
(4)在物理隔离层之上，覆盖清洁土壤，形成用于保护的覆土保护层。
2.按权利要求1所述的复合污染土壤原位物理-化学协同阻隔方法，其特征在于，所述重金属稳定剂和挥发性有机物吸附剂的用量计算：
(1)检测待阻隔土壤中重金属含量和挥发性有机物含量；
(2)根据重金属含量，确定稳定剂用量；
DHM＝max(CHM)×(ρ×S×H)/kHM
其中，DHM是稳定剂用量；CHM是土壤重金属含量的检测值(mg/kg)；ρ是待阻隔土壤密度(g/cm3)；S是待阻隔土壤水平投影面积(m2)；H是待阻隔土壤中污染土壤厚度(m)；kHM是药剂对重金属的稳定化效率，根据梯度试验测定，无量纲；
(3)根据挥发性有机物含量，确定吸附剂用量；
DVOC＝max(CVOC)×(ρ×S×H)/kVOC
其中，DVOC是吸附剂用量；CVOC是土壤挥发性有机物含量的检测值(mg/kg)；kHM是药剂对挥发性有机物的吸附率，根据梯度试验测定，无量纲；其余同上。
3.按权利要求1所述的复合污染土壤原位物理-化学协同阻隔方法，其特征在于，所述化学反应层，其厚度范围为300mm～500mm。
4.按权利要求1所述的复合污染土壤原位物理-化学协同阻隔方法，其特征在于，所述两布一膜，其渗透系数范围均为10-7cm/s～10-10cm/s。
5.按权利要求4所述的复合污染土壤原位物理-化学协同阻隔方法，其特征在于，所述两布一膜是由上下两层土工布、中间一层防渗塑料薄膜组成。
6.按权利要求1所述的复合污染土壤原位物理-化学协同阻隔方法，其特征在于，所述覆土保护层，其厚度范围为200mm～300mm。
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