CN101773928B

CN101773928B - 一种重金属工业污染场地的原位固化隔离治理方法

Info

Publication number: CN101773928B
Application number: CN200910264163XA
Authority: CN
Inventors: 杜延军; 刘松玉; 张帆
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2009-12-31
Filing date: 2009-12-31
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2029-12-31
Also published as: CN101773928A

Abstract

本发明公开了一种重金属工业污染场地的原位固化隔离治理方法，包括场地内部治理和场地周边治理两个步骤，对场地内部污染不严重的地基土，可使用普通深层搅拌桩，对于污染严重场地可采用咬合桩法；在污染场地周边采用膨润土和未受污染的原位土的混合材料设置隔离墙。本发明方法能够固化污染场地内部的重金属污染物，保护地下水资源及周围环境。

Description

一种重金属工业污染场地的原位固化隔离治理方法

技术领域

本发明涉及污染场地治理技术领域，尤其是特别涉及一种重金属污染场地的原位固化隔离治理方法。

背景技术

近年来，随着我国城市的发展，许多化工、电子企业的厂址由城区搬迁到远郊，由于多数企业处理“三污”排放物的技术不完善，致使原场址地基土受到重金属等污染成为工业污染土。被污染的地基土物理力学特性都会发生改变，可引起地基承载力降低，导致建筑物失稳或破坏，引发一系列工程质量事故；另一方面，工业污染场地中的污染成分会向周边环境迁移，影响周边居民健康和生态环境。因此，采用合理技术处理工业污染场地，使其能满足土地二次开发再利用的需求，是我国现代化城市建设中面临的一个重要课题。

目前重金属污染土的治理方法主要有掩埋、电动修复、土壤淋洗、植物吸收和化学固化等方法。掩埋法是将污染土挖出后置于指定地点，并用未污染土覆盖，这一方法虽然操作简单，但是占用土地，容易出现渗漏并污染周边环境，把污染转移到掩埋地。电动修复法是在电场作用下，重金属离子通过点渗透、电迁移向电极集中富集后被处理，该方法可以控制重金属的流动方向，但是在不同种类的土壤中效果不一，有时还会出现相反效果，而且成本较高，操作复杂。土壤淋洗法通过将土壤中固相重金属变为液相，然后用提取剂将其淋洗出来，但是该方法成本较高、对于低渗透性粘土效果较差。植物吸收法是种植可吸附重金属离子的植物，利用其根系吸收积累，并运移至地上，后随植物根除，这种环保的方法现只用于农业污染土壤治理方面，难以提高地基土的强度，因而鲜有在大城市工业污染场地治理上使用的记载。化学固化法是现在使用最普遍的方法之一，它是通过使用化学固化剂(主要是生石灰、硫化物无机盐)改变土壤理化性质，把有毒金属离子固化在土壤中，使其不能随地下水或雨水迁移，但是化学固化法治理后能不能满足大城市工业污染场地再开发利用，还要进行环境淋滤试验和强度等力学特性的测试。

可见现有的方法存在治理成本高、技术复杂，难以有效固化污染场地土中重金属污染物、不能有效提高污染地基土的强度等缺点。

发明内容

为解决现有重金属工业污染场地治理方法所存在的成本高、技术复杂或效果不佳的缺点，本发明提供一种对重金属工业污染场地进行原位治理的新方法。本发明方法不仅可以改良污染场地，使其物理力学指标满足工程需要，还能封闭重金属污染物，有效防止污染物向场地周边迁移。

本发明的重金属工业污染场地的原位治理方法，所采用的技术方案包括场地内部治理和场地周边治理两个步骤：

1)使用深层搅拌桩技术处理污染场地内部：在场地内部采用深层搅拌桩机及辅助设备打设深层水泥土搅拌桩，桩径为0.5-0.6m，深度不超过15m，水泥含量(水泥质量占干土的质量百分比)为12-15％。对场地内部污染不严重的地基土，可使用普通深层土搅拌桩，桩间距为1.4-1.6m；对于污染严重场地可采用咬合桩法，并采用不同配比的水泥增强固化效果。

2)采用隔离墙技术处理场地周边：在污染场地周边设置隔离墙，隔离墙采用开挖沟槽灌入泥浆或打设深层水泥土搅拌桩的方法形成，隔离墙厚度为0.5-0.8m，隔离墙深度可视场地具体受污染情况而定。墙体材料为未受污染的原位素土和膨润土(占原位素土质量3-5％)的混合泥浆或者水泥掺入量为12-15％的水泥土。

本发明的重金属工业污染场地的原位治理方法具有工法简单、效果好、见效快及成本低等特点，其具体技术效果主要有：

(1)固化污染场地内部的重金属污染物，增强土体物理力学特性，满足工程需要，可以进行二次开发。

(2)封闭污染场地周边，阻止污染物迁移，保护地下水资源及周围环境。

(3)采用膨润土和原位土作为原料，成本低、见效快。

(4)采用的深层搅拌技术及隔离墙技术，工艺简单，易操作。

总之，本发明具有低耗高效的优点，同时经改良的场地条件可以直接满足大城市土地二次开发再利用的需求，这是其他现有施工方法难以比拟的。因此，该方法具有应用推广的价值。

下面结合具体实施方式及附图对本发明方法进一步进行详细描述。本发明的保护范围并不以具体实施方式为限，而是由权利要求加以限定。

附图说明：

图1普通搅拌桩处理污染场地剖面图；

图2普通搅拌桩处理污染场地俯视图；

图3咬合桩处理污染场地剖面图；

图4咬合桩处理污染场地俯视图；

图5双排咬合桩隔离墙示意图。

具体实施方式：

本发明方法结合深层搅拌桩技术和隔离墙技术对重金属工业污染场地进行治理，场地内部运用深层搅拌桩技术，场地周边运用隔离墙技术进行处理。利用隔离墙将污染场地与周围环境隔离；污染场地内部运用深层搅拌桩技术进行处理，对场地内部污染不严重的地基土，可使用普通深层搅拌桩处理，对于严重的污染场地内部则使用咬合桩处理。

下面结合不同场地情况对本发明方法做进一步的说明。

1.污染场地内部深层搅拌桩法

本发明采用的深层搅拌桩技术的施工方法根据不同的污染土主要分为两类：干喷法和湿喷法。干喷法是利用机械在原位对土体和干的添加剂进行搅拌，在破坏原来土体结构的同时，使其与添加剂均匀混合；湿喷法则是将原位土与由水和添加剂构成的泥浆搅拌混合。干喷法更适合处理软质粘土或含水量高(≥60％)的土；湿法则可以运用于大多数种类的土(含水率30％～60％)，且最适用于细粒土。所述的添加剂为水泥，如普通硅酸盐水泥，水泥掺入量(水泥质量占干土的质量百分比)为12-15％。如采用湿喷法，水泥浆的水灰比(水质量∶水泥质量)根据场地土质情况控制在0.55-0.65∶1。

2.深层搅拌桩法的桩式分布和桩径、桩间距的选择

根据现有的施工机械与技术现状，深层搅拌桩的桩式可采用普通深层水泥土搅拌桩或咬合桩，深层搅拌桩桩径控制在0.5-0.6m，深度不超过15m。对场地内部污染不严重的地基土，可使用普通深层水泥土搅拌桩，桩间距为1.4-1.6m，桩可以梅花形或正方形分布；对于污染程度严重的场地，采用咬合桩式分布，相邻两桩的桩心距为单桩直径的1/2～5/6，该方法既可以提高土体强度，又能起到阻止污染物向周边环境迁移的目的。

3.污染场地周边隔离墙技术

污染场地周边的隔离墙，可采用开挖沟槽灌入泥浆方法或是深层水泥土搅拌桩相互咬合形成隔离墙，隔离墙厚度为0.5-0.8m。对于土体密实、自立性好的场地，在场地周边开挖0.5-0.8m的沟槽，之后填入混合泥浆，固结后形成隔离墙。在南方河流密布，土体多为软土，强度低，不易开挖沟槽，此时可采用深层搅拌桩技术，比如对污染严重或为软土地基的场地，可运用双排咬合桩技术施工，形成隔离墙。

隔离墙深度通常根据污染及场地情况而定，对于周围地下水位较高且地下水活动活跃的地区，隔离墙必须打入地下不透水层0.5-1.0m才能达到防止污染物向周边迁移的目的。

隔离墙所采用的土工材料，可以采用S-B(soil-bentonite)材料，即膨润土和未受污染的原位土的混合材料，其中膨润土质量占原位素土质量3-5％；或者采用水泥土，水泥掺入比为12-15％。例如对于污染程度较轻，土体密实的场地，可以在场地周边开挖的沟槽中回填入由4％膨润土和未受污染的原位土混成的泥浆；若污染严重或为软土地基的场地，可在场地周边采用掺入比为15％的水泥土，运用双排咬合桩技术施工，形成隔离墙。

实施例1

某市近郊的一个化工厂搬迁，分析原厂址的土壤，基本未受铜、锌、镉、砷污染，但是受到轻度铬、铅污染及严重的汞污染(污染情况见表1、表2)。由于重金属离子的影响，地基土的工程及环保指标都不满足国家规范要求，因此在二次开发前要进行污染土治理。

表1该市土壤重金属环境背景值mg·kg^-1

Cu	Pb	Zn	Cr	Cd	Hg	As
							32.2	24.8	76.68	59.00	0.19	0.12	10.6

表2化工厂址附近土壤重金属含量统计

金属	样本数n	最小值/mg·kg^-1	最大值/mg·kg^-1	平均值/mg·kg^-1	标准差/mg·kg^-1	变异系数CV
							Cu	54	17.5	32.70	23.44	3.74	15.95％
Pb	54	21.9	55.60	32.59	8.18	25.11％

Zn	54	47.00	113.00	67.09	12.59	18.76％
							Cr	54	57.00	87.40	68.70	6.91	10.06％
Cd	54	0.09	0.25	0.16	0.03	20.98％
							Hg	54	0.03	0.96	0.36	0.25	67.42％
As	54	4.17	11.30	7.15	1.96	27.34％

该地区地层主要为全新世早～中期河流堆积物，上部粘性土构成表壳层；中下部主要为中密粉土、砂土，局部有软土。结合以上土壤受重金属污染不是很严重及地层条件良好的条件，如图1和图2所示，采用本发明方法对重金属污染场地进行原位处理，污染区内部采用普通深层水泥土搅拌桩7处理，边缘区挖槽灌浆形成隔离墙2。

(一)污染区内部采用深层搅拌桩法处理：在污染场地6内打设普通深层水泥土搅拌桩7，施工机械使用SJB型深层搅拌机，处理深度10m，固化剂采用325#普通硅酸盐水泥，桩径500mm，桩间距为1.5m，水泥掺入比为15％(58kg/m)。由于土壤含水量在40％左右，采用湿喷法，水灰比为0.6∶1。

场地进行清理之后，施工具体步骤为：

1、桩机就位：检查钻杆长度，钻头直径，将桩机移到指定位置对好桩位。

2、拌制固化剂浆液：深层搅拌机搅拌下沉的同时，后台开始根据掺入比及水灰比等拌制固化剂浆液，水泥浆经充分搅拌均匀待压浆前将浆液倒入集料斗中。

3、喷搅下沉：开启深层搅拌机主电机，桩机钻杆垂直下沉，下沉速度1.0-1.2米/分，下沉过程中，工作电流不大于额定值，随时观察设备运行及地层变化情况，钻头下沉至设计深度。

4、搅拌提升：深层搅拌机下沉到达设计深度，略停后搅拌提升。提升过程中始终保持送浆连续，中间不得间断。

5、重复搅拌下沉：重复前次作业。每根桩均要进行复搅复喷。

6、移位：桩机移至进行下一桩位，重复进行上述步骤的施工。

(二)污染区周边挖槽灌浆形成隔离墙：在污染区周边设置隔离墙2，将未受污染区4及河流1隔离。施工机械为MHL-5070型挖槽机、ZJ-800高速搅拌机、BW150注浆泵和NT-600泥浆搅拌机，挖槽深度为12m，至不透水层5下0.5m，槽宽度为0.8m，采用的灌注材料为未受污染的原位素土及膨润土(占素土质量5％)的混合泥浆。膨润土可先制成泥浆再与原土搅拌，以达到较好的均匀性。灌浆成分主要为膨润土(60kg/m³)和原位素土及水(1000kg/m³)。

具体施工步骤：

1、采用挖槽机沿污染区周边深开挖工程的周边轴线，在泥浆护壁条件下，开挖出一条狭长的深槽。

2、清槽后，在槽内用导管法灌筑膨润土和原位土的混合浆筑成一个单元槽段，如此逐段进行，在地下筑成一道连续混合泥浆墙壁，作为隔离墙，该结构能截水、防渗及承重。

污染场地土壤原渗透系数为2.5×10^-5cm/s，经过原位处理之后，取搅拌桩及隔离墙中的原状样，测得渗透系数低于1×10^-7cm/s，可见周边的防渗性能大大提高，足以阻断重金属污染物的迁移。

实施例2

某市近郊一电镀厂搬迁，原厂址地区土壤受到严重的锌离子污染，当地地下水位在地表下2米，重金属离子很容易通过地下水向四周迁移，影响周围生态环境。

该地区主要为软粘土，强度低，自立性差，再加之受到严重的重金属污染，因此决定场地内部采用深层搅拌咬合桩3，周边使用深层搅拌咬合桩技术形成隔离墙2，如图3和图4所示。经勘查地下8m处有一不透水层5，所以隔离墙直接打穿不透水层1m，防止污染物随地下水扩散。

(一)污染区内采用深层搅拌桩法处理：在污染场地6内打设深层水泥土搅拌咬合桩3，施工机械使用SJB深层搅拌机，处理深度6m，固化剂采用325#普通硅酸盐水泥，桩径500mm，咬合桩3之间相互咬合(如图4)，桩心距为400mm，水泥掺入比为15％(58kg/m)。由于土壤含水量在60％以上，所以采用干喷法。

场地进行清理之后，施工具体步骤为：

2、拌制固化剂：深层搅拌机搅拌下沉的同时，后台开始根据掺入比拌制水泥干粉。

3、喷搅下沉：开启深层搅拌机主电机，桩机钻杆垂直下沉，下沉速度1.0-1.2m/分，下沉过程中，工作电流不大于额定值，随时观察设备运行及地层变化情况，钻头下沉至设计深度。

4、搅拌提升：深层搅拌机下沉到达设计深度，略停后搅拌提升。提升过程中始终保持粉喷连续，中间不得间断。

5、重复搅拌下沉：重复前次作业，每根桩均要进行复搅复喷。

6、移位：桩机移至进行下一桩位，注意桩与桩之间相互咬合，重复进行上述步骤的施工。

(二)污染区周边采用深层搅拌桩法形成隔离墙：在污染区周边设置隔离墙2，隔离墙2处理深度9m，直接打穿不透水层5下1m，将未受污染区4及河流1隔离。隔离墙2采用双排咬合桩8，桩径500mm，桩与桩之间相互咬合，桩心距为300mm，隔离墙厚度达到约800mm，如图5所示。施工机械同样使用SJB深层搅拌机，固化剂采用325#普通硅酸盐水泥，水泥掺入比为15％(58kg/m)，采用干喷法施工。

施工具体步骤为：

2、拌制固化剂：深层搅拌机搅拌下沉的同时，后台开始掺入水泥干粉。

原位治理之后对场地土壤取样，进行无侧限抗压强度试验，场地内部土样的无侧限抗压强度从原来的86.7kPa变为治理之后的450kPa，强度大大提高，能满足工程需要。同时参照TCLP规范进行浸出毒性试验，结果表明从样品中浸出的有毒物质的量在治理之后28天大大减小，重金属离子90％以上被固化在原位土中，不会向周围扩散。

Claims

1.一种重金属工业污染场地的原位固化隔离治理方法，包括以下步骤：

1)使用深层搅拌桩技术处理污染场地内部：在场地内部使用深层搅拌桩机及辅助设备打设深层水泥土搅拌桩，桩径为0.5-0.6m，深度不超过15m，水泥含量为12-15％；

2)采用隔离墙技术处理场地周边：在污染场地周边采用开挖沟槽灌入泥浆或打设深层水泥土搅拌桩的方法设置隔离墙，隔离墙厚度为0.5-0.8m。

2.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于：所述的深层水泥土搅拌桩，桩间距为1.4-1.6m。

3.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于：所述的深层水泥土搅拌桩采用咬合桩式分布，相邻两桩的桩心距为单桩直径的1/2-5/6。

4.根据权利要求1、2或3所述的治理方法，其特征在于：对于软质粘土或含水量＞60％的地基土，深层搅拌桩采用干喷法施工。

5.根据权利要求1、2或3所述的治理方法，其特征在于：对于细粒土或含水量30％～60％的地基土，深层搅拌桩采用湿喷法施工，水泥浆的水灰比为0.55-0.65∶1。

6.根据权利要求1所述的治理方法，其特征在于：所述的隔离墙打入地下不透水层0.5-1.0m。

7.根据权利要求1或6所述的治理方法，其特征在于：所述的隔离墙采用开挖沟槽灌入泥浆方法形成，墙体材料采用未受污染的原位素土和膨润土的混合泥浆，其中膨润土占原位素土质量的3-5％。

8.根据权利要求1或6所述的治理方法，其特征在于：所述的隔离墙为双排深层水泥土咬合桩，水泥掺入量为12％-15％。