CN117299762A - 一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法，包括以下步骤：S1、区域围挡，S2、土方开挖，S3、草种种植，S4、配置加药装置，S5、修复；本发明通过利用沿海沿江地区的潮汐能作用，可最大程度的降低修复的运行成本，并且通过定向引导地下水流向，主动吸附重金属净化地下水环境，效果更好，同时由于地下水长期流动依赖自然条件，能够加快钢渣堆场内部污染物的释放，更利于达到修复目标，并且不需要额外抽提地下水，从而降低了技术人员的工作量，同时也避免了抽提地下水造成的二次污染，更加安全环保。

Description

一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法

技术领域

本发明涉及环护技术领域，具体是涉及一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法。

背景技术

大型钢铁基地往往分布在沿海沿江地区，早期钢渣堆放未按照贮存要求设置防渗等环保措施，基本都是在沿海沿江滩涂区域露天堆放，因此称之为非正规钢渣填埋场，对区域环境影响较大。受潮汐作用影响，沿海沿江区域的地下水普遍存在较强的交互补给现象，因此，钢渣中的重金属及碱性物质会随着地下水加速释放到外环境中，存在较大的环境污染风险；由于长期堆放，钢渣的固结现象十分严重，很难对其进行异位处置修复，因此在实际工作中常采用垂向阻隔墙将非正规钢渣堆场进行原位管控。

但现有的阻隔墙技术存在以下几个弊端：(1)垂向阻隔后，钢渣堆场相当于处在一个底部和四周封闭的环境中，阻隔墙内地下水的水位会逐步上升，需要设置多个地下水监控井对水位进行监测，以便定期进行抽提，保证阻隔墙内外压力平衡，这个过程成本高，且需要配备专业技术人员。(2)定期抽出来的地下水含重金属，呈碱性，转变成了地表水，需要进行处理后达标排放，在此过程中产生二次污染物；而沿海沿江地区往往没有铺设污水管网，采用罐车运输增加成本。(3)阻隔墙运行几年后，阻隔效果会逐步降低，尤其在沿海沿江地区，地下水中盐分高，交互流动性强，会大大缩短阻隔墙的寿命。(4)钢渣堆场的污染物释放往往是从外部开始，处在内部的污染物含量最高，由于阻隔墙作用，阻断了地下水的流动，减缓了处在内部的污染物迁移释放。

综上所述，目前主流的垂向阻隔墙技术虽然能够对非正规钢渣堆场的环境风险进行阻隔，但却是无奈之举，存在上述种种弊端，尤其是在沿海沿江地区，地下水流动受潮汐作用影响，地下水交互补给明显，更不利于阻隔墙的长期有效运行。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法。

本发明的技术方案是：一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法，包括以下步骤：

S1、区域围挡

围绕钢渣堆场的两侧及沿海沿江侧设置一圈渗透反应墙，在所述渗透反应墙开口侧设置第一阻隔墙，在所述钢渣堆场两侧与所述第一阻隔墙相对的位置设置第二阻隔墙；所述第二阻隔墙与所述渗透反应墙两侧呈一定夹角设置；

S2、土方开挖

渗透反应墙外侧为回填土层，首先确定回填土层的开挖范围及开挖坡度，然后采用挖掘机与堆土机对所述回填土层表面由内向外从上到下逐层切割；

S3、草种种植

在所述回填土层表面设置人工湿地修复区，对地下水进行净化；

S4、配置加药装置

向钢渣堆场内部40m×40m等间距交叉设置自动加药装置，调节地下水至pH＝7；

S5、修复

通过自动加药装置对钢渣堆场内部的碱性污染物进行中和；

涨潮时，地下水由海洋或河流流向陆地，由于第二阻隔墙与渗透反应墙两侧呈一定夹角设置，使得地下水沿第二阻隔墙方向流动并经过渗透反应墙流向钢渣堆场，并且由于钢渣堆场的水利梯度高于回填土层，地下水进入钢渣堆场后将所述钢渣堆场中的重金属带走并依次经过外侧的渗透反应墙、人工湿地修复区，渗透反应墙对地下水中的重金属进行吸附实现初步净化，人工湿地修复区实现进一步净化；

退潮或降雨渗流时，由于钢渣堆场中心的水利梯度高于渗透反应墙外侧的回填土层，钢渣堆场内部的地下水则由钢渣堆场中心流向外侧的渗透反应墙，渗透反应墙对地下水中的重金属吸附过滤，接着地下水流入两侧的人工湿地修复区，由人工湿地修复区实现进一步净化。

进一步地，步骤S1中，所述第二阻隔墙与渗透反应墙两侧的角度为100～110°；

说明：由实验数据可得，第二阻隔墙与渗透反应墙两侧的角度介于100～110°之间能够更加利于对地下水进行有效引流，使水流汇聚至钢渣堆场内部从而从内向外对钢渣堆场内部污染物进行修复。

进一步地，步骤S2中，所述开挖范围为沿渗透反应墙2两侧平行于第一阻隔墙3的方向向外延伸100～150m，所述开挖坡度为25～30°；所述回填土层中心的厚度为20～25cm，且由内向外从上到下的厚度按照每10m降低1～1.5cm的厚度进行调整；

说明：开挖坡度介于25～30°能够保证地下水在水力梯度的作用下从中心处往两端定向流动，从而达到主动吸附重金属净化地下水环境，相较于原有的阻隔墙技术采用被动管控地下水的方式控制污染物扩散效果更优。

进一步地，步骤S4中，所述自动加药装置包括溶液罐，一端设置在所述溶液罐底部的出药管，设置在所述出药管另一端的检测模块，设置在所述出药管上且与所述出药管连通的喷药头，设置在所述喷药头与所述出药管连通处的电磁阀，以及与所述检测模块、电磁阀分别电性连接的控制模块；

说明：通过检测模块对地下水状态进行检测，然后控制模块通过控制电磁阀的工作状态以对喷药头的喷药情况进一步调节，从而对钢渣堆场内部投加酸性物质，用于调节地下水的酸碱性，使用较为便捷的方式对地下水进行高效净化。

进一步地，所述溶液罐内的溶液由质量百分比为20％～25％的柠檬酸、5％～10％的醋酸以及余量的水组成的混合酸性溶液；所述检测模块采用pH检测仪；所述控制模块采用PLC控制器；

说明：质量百分比为20％～25％：5％～10％的柠檬酸、醋酸以及余量水组成的混合酸性溶液能够对地下水中的重金属进行高效去除，且由于柠檬酸具有螯合作用，还能够清除地下水中的有害重金属，进一步提高地下水的净化效率。

进一步地，步骤S1中，所述渗透反应墙内部设置有吸附材料；所述吸附材料选用天然沸石或陶粒或颗粒活性炭，每1～3月更换一次；

说明：选用天然沸石或陶粒或颗粒活性炭能够对有效去除地下水中的重金属污染物，进一步对地下水进行净化，吸附材料在吸附饱和后进行更换，同时工作人员可以对取出后的饱和吸附材料进行解析，然后将析出的重金属回收利用，解析后的吸附材料也能够重复多次使用，从而有效降低净化成本。

进一步地，步骤S3中，设置所述人工湿地修复区的方法为：

S3-1、表面压实

依次对所述回填土层的斜坡表面进行压实；

S3-2、开沟施肥

通过铧式开沟犁对所述回填土层的斜坡表面开沟处理，然后向沟槽内施加肥料；

S3-3、种植耐碱耐重金属的植物

将耐碱耐重金属的植物按照其自然生长周期种植在所述步骤S3-2中的沟槽中，随着耐碱耐重金属的植物生长过程对重金属以及碱性物质的吸收富集能力实现地下水净化；

说明：开沟相当于对植物根系进行修理，能够利于长出更多的新根，从而更加利于养分均衡分配。

进一步地，步骤S3-1中，所述表面压实步骤为：先用轻型推土机对所述回填土层上的斜坡推平，按照500～600m/h的行驶速度低速预压4～5遍，然后将液压振动夯放置在所述斜坡上，对所述回填土层静压1～3遍，然后振压1～3遍；

说明：依次进行低速预压、静压以及振压能够对斜坡起到更坚固持久的压实效果，便于后期在斜坡表面开沟施肥，从而有效提高耐碱耐重金属的植物的种植效率。

进一步地，步骤S3-2中，所述沟槽宽度为40～45cm，深度为30～40cm；

说明：通过实验说明：沟槽宽度介于40～45cm，深度介于30～40cm之间能够将施料位置变低，更加利于根系迅速吸收养分，同时有效避免了根系出现上浮的情况，从而避免出现烂根进而降低人工湿地修复效果的现象。

进一步地，步骤S3-3中，所述耐碱耐重金属的植物为芦苇、巨菌草、碱蓬的一种或多种；

说明：芦苇、巨菌草、碱蓬都能够在盐碱地中生存，有效运用大自然的生态平衡对地下水进行修护。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过利用沿海沿江地区的潮汐能作用，可最大程度的降低修复的运行成本，并且通过定向引导地下水流向，主动吸附重金属净化地下水环境，效果更好，同时由于地下水长期流动依赖自然条件，能够加快钢渣堆场内部污染物的释放，更利于达到修复目标。

(2)传统阻隔墙技术为保证阻隔墙内外压力平衡，需要设置多个地下水监控井对水位进行监测，以便定期进行抽提，成本较高，而本发明通过设定在钢渣堆场两侧设定水利梯度使得地下水定向流动，不需要额外抽提地下水，从而降低了技术人员的工作量，同时也避免了抽提地下水造成的二次污染，更加安全环保。

(3)原有的阻隔墙技术在运行几年后，地下水中盐分高，交互流动性强，会大大缩短阻隔墙的寿命，阻隔效果会逐步降低，失效后需要重新加固阻隔，成本较高，而本发明通过依次设置渗透反应墙、人工湿地对地下水进行多级过滤，整个修复过程最大程度的依赖自然条件，修复效果较好的同时成本较低。

附图说明

图1是本发明实施例1非正规钢渣堆场原位修复的俯视图；

图2是本发明实施例1非正规钢渣堆场原位修复B-B'的剖面图。

其中，1-钢渣堆场，2-渗透反应墙，3-第一阻隔墙，4-第二阻隔墙，5-回填土层，6-人工湿地修复区，7-自动加药装置，8-黏土层，9-吸附材料。

具体实施方式

下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。

实施例1

一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法，包括以下步骤：

S1、区域围挡

围绕钢渣堆场1的两侧及沿海沿江侧设置一圈渗透反应墙2，在渗透反应墙2开口侧设置第一阻隔墙3，在钢渣堆场1两侧与第一阻隔墙3相对的位置设置第二阻隔墙4；第二阻隔墙4与渗透反应墙2两侧呈一定夹角设置；其中，第二阻隔墙4与渗透反应墙2两侧的角度为105°；渗透反应墙2内部设置有吸附材料9；吸附材料9选用天然沸石，每2月更换一次；

S2、土方开挖

渗透反应墙2外侧为回填土层5，首先确定回填土层5的开挖范围及开挖坡度，然后采用挖掘机与堆土机对回填土层5表面由内向外从上到下逐层切割；其中，开挖范围为沿渗透反应墙2两侧平行于第一阻隔墙3的方向向外延伸120m，开挖坡度为27°；回填土层5中心的厚度为22cm，且由内向外从上到下的厚度按照每10m降低1.2cm的厚度进行调整；

S3、草种种植

在回填土层5表面设置人工湿地修复区6，对地下水进行净化；其中，步骤S3中，设置人工湿地修复区6的方法为：

S3-1、表面压实

依次对回填土层5的斜坡进行表面压实；其中，表面压实步骤为：先用轻型推土机对回填土层5上的斜坡推平，按照550m/h的行驶速度低速预压4遍，然后将液压振动夯放置在斜坡上，对回填土层5静压2遍，然后振压2遍；

S3-2、开沟施肥

通过铧式开沟犁对回填土层5的斜坡表面开沟处理，然后向沟槽内施加肥料；其中，沟槽宽度为42cm，深度为35cm；

S3-3、种植耐碱耐重金属的植物

将耐碱耐重金属的植物按照其自然生长周期种植在步骤S3-2中的沟槽中，随着耐碱耐重金属的植物生长过程对重金属以及碱性物质的吸收富集能力实现地下水净化；其中，耐碱耐重金属的植物为芦苇、巨菌草、碱蓬；

S4、配置加药装置

向钢渣堆场1内部40m×40m等间距交叉设置自动加药装置7，调节地下水至pH＝7；其中，自动加药装置7包括溶液罐，一端设置在溶液罐底部的出药管，设置在出药管另一端的检测模块，设置在出药管上且与出药管连通的喷药头，设置在喷药头与出药管连通处的电磁阀，以及与检测模块、电磁阀分别电性连接的控制模块。所述溶液罐内的溶液由质量百分比为24％的柠檬酸、8％的醋酸以及余量的水组成的混合酸性溶液；检测模块采用pH检测仪；控制模块采用PLC控制器；

S5、修复

通过自动加药装置7对钢渣堆场1内部的碱性污染物进行中和；

涨潮时，地下水由海洋或河流流向陆地，由于第二阻隔墙4与渗透反应墙2两侧呈一定夹角设置，使得地下水沿第二阻隔墙4方向流动并经过渗透反应墙2流向钢渣堆场1，并且由于钢渣堆场1的水利梯度高于回填土层5，地下水进入钢渣堆场1后将钢渣堆场1中的重金属带走并依次经过外侧的渗透反应墙2、人工湿地修复区6，渗透反应墙2对地下水中的重金属进行吸附实现初步净化，人工湿地修复区6实现进一步净化；

退潮或降雨渗流时，由于钢渣堆场1中心的水利梯度高于渗透反应墙2外侧的回填土层5，钢渣堆场1内部的地下水则由钢渣堆场1中心流向外侧的渗透反应墙2，渗透反应墙2对地下水中的重金属吸附过滤，接着地下水流入两侧的人工湿地修复区6，由人工湿地修复区6实现进一步净化；

其中，所述pH检测仪采用市售pH检测仪，PLC控制器采用市售PLC控制器。

实施例2

与实施例1不同的是，步骤S1中，第二阻隔墙4与渗透反应墙2两侧的角度为100°。

实施例3

与实施例1不同的是，步骤S1中，第二阻隔墙4与渗透反应墙2两侧的角度为110°。

实施例4

与实施例1不同的是，步骤S1中，吸附材料9选用陶粒。

实施例5

与实施例1不同的是，步骤S1中，吸附材料9选用颗粒活性炭。

实施例6

与实施例1不同的是，步骤S2中，开挖坡度为25°。

实施例7

与实施例1不同的是，步骤S2中，开挖坡度为30°。

实施例8

与实施例1不同的是，步骤S2中，回填土层5中心的厚度为20cm，且由内向外从上到下的厚度按照每10m降低1cm的厚度进行调整。

实施例9

与实施例1不同的是，步骤S2中，回填土层5中心的厚度为25cm，且由内向外从上到下的厚度按照每10m降低1.5cm的厚度进行调整。

实施例10

与实施例1不同的是，步骤S3-1中，表面压实步骤为：先用轻型推土机对回填土层5上的斜坡推平，按照550m/h的行驶速度低速预压4遍，然后将液压振动夯放置在斜坡上，对回填土层5静压1遍，然后振压1遍。

实施例11

与实施例1不同的是，步骤S3-1中，表面压实步骤为：先用轻型推土机对回填土层5上的斜坡推平，按照550m/h的行驶速度低速预压5遍，然后将液压振动夯放置在斜坡上，对回填土层5静压3遍，然后振压3遍。

实施例12

与实施例1不同的是，步骤S3-2中，沟槽宽度为40cm，深度为30cm。

实施例13

与实施例1不同的是，步骤S3-2中，沟槽宽度为45cm，深度为40cm。

实施例14

与实施例1不同的是，步骤S3-3中，耐碱耐重金属的植物为芦苇。

实施例15

与实施例1不同的是，步骤S3-3中，耐碱耐重金属的植物为巨菌草。

实施例16

与实施例1不同的是，步骤S3-3中，耐碱耐重金属的植物为碱蓬。

实施例17

与实施例1不同的是，步骤S4中，溶液罐内的溶液由质量百分比为20％的柠檬酸、5％的醋酸以及余量的水组成的混合酸性溶液。

实施例18

与实施例1不同的是，步骤S4中，溶液罐内的溶液由质量百分比为25％的柠檬酸、10％的醋酸以及余量的水组成的混合酸性溶液。

实验例

分别按照实施例1～实施例18的原位修复方法对某地沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场修复10天，然后分别对应采集18组钢渣堆场地下水样品，并利用原子荧光光谱法对其中的重金属进行检测，其中，取锰、锡、铜、铅、锌、镍、铬、镉、汞和非金属砷作为测试元素并对实施例1～实施例18的检测结果取最大值、最小值、平均值、以及标准偏差进行统计，结果如表1所示：

表1钢渣堆场地下水样品测试结果统计表

由表1可得，采用实施例1～实施例18原位修复方法对沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场修复10天后可以使得各元素满足地下水Ⅲ类水水质的排放标准，能够达到高效修复目标。

Claims (10)

1.一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、区域围挡

围绕钢渣堆场(1)的两侧及沿海沿江侧设置一圈渗透反应墙(2)，在所述渗透反应墙(2)开口侧设置第一阻隔墙(3)，在所述钢渣堆场(1)两侧与所述第一阻隔墙(3)相对的位置设置第二阻隔墙(4)；所述第二阻隔墙(4)与所述渗透反应墙(2)两侧呈一定夹角设置；

S2、土方开挖

渗透反应墙(2)外侧为回填土层(5)，首先确定回填土层(5)的开挖范围及开挖坡度，然后采用挖掘机与堆土机对所述回填土层(5)表面由内向外从上到下逐层切割；

S3、草种种植

在所述回填土层(5)表面设置人工湿地修复区(6)，对地下水进行净化；

S4、配置加药装置

向钢渣堆场(1)内部40m×40m等间距交叉设置自动加药装置(7)，调节地下水至pH＝7；

S5、修复

通过自动加药装置(7)对钢渣堆场(1)内部的碱性污染物进行中和；

涨潮时，地下水由海洋或河流流向陆地，由于第二阻隔墙(4)与渗透反应墙(2)两侧呈一定夹角设置，使得地下水沿第二阻隔墙(4)方向流动并经过渗透反应墙(2)流向钢渣堆场(1)，并且由于钢渣堆场(1)的水利梯度高于回填土层(5)，地下水进入钢渣堆场(1)后将所述钢渣堆场(1)中的重金属带走并依次经过外侧的渗透反应墙(2)、人工湿地修复区(6)，渗透反应墙(2)对地下水中的重金属进行吸附实现初步净化，人工湿地修复区(6)实现进一步净化；

退潮或降雨渗流时，由于钢渣堆场(1)中心的水利梯度高于渗透反应墙(2)外侧的回填土层(5)，钢渣堆场(1)内部的地下水则由钢渣堆场(1)中心流向外侧的渗透反应墙(2)，渗透反应墙(2)对地下水中的重金属吸附过滤，接着地下水流入两侧的人工湿地修复区(6)，由人工湿地修复区(6)实现进一步净化。

2.根据权利要求1所述的一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法，其特征在于，步骤S1中，所述第二阻隔墙(4)与渗透反应墙(2)两侧的角度为100～110°。

3.根据权利要求1所述的一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法，其特征在于，步骤S2中，所述开挖范围为沿渗透反应墙(2)两侧平行于第一阻隔墙(3)的方向向外延伸100～150m，所述开挖坡度为25～30°；所述回填土层(5)中心的厚度为20～25cm，且由内向外从上到下的厚度按照每10m降低1～1.5cm的厚度进行调整。

4.根据权利要求1所述的一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法，其特征在于，步骤S4中，所述自动加药装置(7)包括溶液罐，一端设置在所述溶液罐底部的出药管，设置在所述出药管另一端的检测模块，设置在所述出药管上且与所述出药管连通的喷药头，设置在所述喷药头与所述出药管连通处的电磁阀，以及与所述检测模块、电磁阀分别电性连接的控制模块。

5.根据权利要求4所述的一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法，其特征在于，所述溶液罐内的溶液由质量百分比为20％～25％的柠檬酸、5％～10％的醋酸以及余量的水组成的混合酸性溶液；所述检测模块采用pH检测仪；所述控制模块采用PLC控制器。

6.根据权利要求1所述的一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法，其特征在于，步骤S1中，所述渗透反应墙(2)内部设置有吸附材料(9)；所述吸附材料(9)选用天然沸石或陶粒或颗粒活性炭，每1～3月更换一次。

7.根据权利要求1所述的一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法，其特征在于，步骤S3中，设置所述人工湿地修复区(6)的方法为：

S3-1、表面压实

依次对所述回填土层(5)的斜坡进行表面压实；

S3-2、开沟施肥

通过铧式开沟犁对所述回填土层(5)的斜坡表面开沟处理，然后向沟槽内施加肥料；

S3-3、种植耐碱耐重金属的植物

将耐碱耐重金属的植物按照其生长周期种植在所述步骤S3-2中的沟槽中，随着耐碱耐重金属的植物生长过程对重金属以及碱性物质的吸收富集能力实现地下水净化。

8.根据权利要求7所述的一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法，其特征在于，步骤S3-1中，所述表面压实步骤为：先用轻型推土机对所述回填土层(5)上的斜坡推平，按照500～600m/h的行驶速度低速预压4～5遍，然后将液压振动夯放置在所述斜坡上，对所述回填土层(5)静压1～3遍，然后振压1～3遍。

9.根据权利要求7所述的一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法，其特征在于，步骤S3-2中，所述沟槽宽度为40～45cm，深度为30～40cm。

10.根据权利要求7所述的一种适用于沿海沿江滩涂区域非正规钢渣堆场原位修复方法，其特征在于，步骤S3-3中，所述耐碱耐重金属的植物为芦苇、巨菌草、碱蓬的一种或多种。