CN106975653A - 一种防止含水层污染的可渗透反应墙原位修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从源头上防止含水层污染的可渗透反应墙原位修复方法，特征是采取水平设置的可渗透反应墙和抽水井；所述可渗透反应墙包括在污染羽流经的路径挖一沟渠，沟渠内挖一水平场地，铺设反应性介质形成水平的可渗透反应墙体，反应性介质材料根据污染物的修复机理选择并分层设置，反应性渗透墙的上方回填土壤或沙土覆盖至与沟渠底部齐平，墙体两侧紧贴沟渠坝埂建设防渗墙，以确保污染水通过可渗透反应材料墙体下渗进入地下含水层；抽水井是指在水平可渗透反应墙中间打一深达地下含水层的井，井壁以防渗材料制成，井底设置过滤介质层，抽出的水来自地下含水层。本发明的优点是挖沟和打井深度浅，材料容易分层，可操作性强，经济效益好。

Description

一种防止含水层污染的可渗透反应墙原位修复方法

技术领域

本发明属于水利工程施工方法技术领域，具体涉及从源头上防止含水层污染的可渗透反应墙(Permeable Reactive Barrier，简称PRB)原位修复施工工艺。

背景技术

地下水是人类社会重要的供水水源。随着社会经济不断发展，工、农业生产及人类生活等产生了大量污染，通过雨水冲刷、汇入沟渠，在沟渠底部隔水层较薄、沟渠底部含水层存在天窗或者沟渠经过古河道等情况下，常发生被污染的沟渠水通过渗漏或直接补给其下伏的含水层，造成地下水污染。这类污染比较普遍，而且日益严重。深入开展地下水原位修复技术的研究，对保护水资源和治理地下水污染具有重要意义。据《环境污染治理技术与设备》(2001，10(2):48-53.)“污染土壤及地下水修复的PRB技术及展望”一文介绍，可渗透反应墙PRB技术是近年来广泛应用的一种地下水污染原位修复技术，因其能长时间持续原位处理，可同时处理多种污染物、无二次污染等优点，受到广泛关注。国外大量研究表明此技术可有效去除地下水中的三氮、重金属和有机污染物。但由于PRB原位修复工程项目的成本投入大，在我国仍处于实验性研究阶段，工程应用性研究较少。

常规的PRB技术是在受污染地下水流经的方向，将混合介质(在反应墙中可跟据实际情况填加不同的材料)以一定深度和厚度填到地下水水位以下含水层，设置成多孔的可渗透反应墙体，该墙体与地下水水流垂直，污染物流经处理可渗透反应墙时，对污染物进行拦截修复，污染物与反应介质发生物理吸附、化学反应和生物降解等多种反应，从而降低地下水目标污染物浓度。

现有的PRB原位修复技术是在地下水被污染之后进行的一种被动的原位修复技术，其缺点是往往需要在受污染的地区大面积开挖沟槽或深井，它的修复效果与水文地质条件有很大的关联。而地下水一般较深，这不仅导致施工难度大，墙体填充材料消耗量也大，且易渗水、坍塌，修复成本高，也不利于后期可渗透反应材料的更换。

发明内容

本发明提出一种从源头上防止含水层污染的可渗透反应墙原位修复方法，以弥补现有PRB技术的墙体开挖深度大、成本高、填充材料消耗多和施工难度大的不足，使施工工艺的可渗透反应墙可根据水中污染物的种类、浓度不同进行选择和更换，施工简单易于操作，填充材料用量少、经济性好，材料更换方便。

本发明从源头上防止含水层污染的可渗透反应墙原位修复方法，其特征在于采取水平设置的可渗透反应墙和抽水井；

所述水平设置的可渗透反应墙，包括：在污染水流经的路径挖一沟渠，沟渠内挖一深度在1-1.2m的水平场地，填充铺设总厚度在0.6-0.8m的反应性介质形成水平的可渗透反应墙体，所述反应性介质材料根据检测到的水中所含污染物种类及其相应的修复机理对应选取，并选择能够与污染物发生反应的多种材料进行组合，各种材料分层铺设后形成水平放置的可渗透性反应墙体；可渗透反应墙体的上方回填土壤或沙土覆盖至表面与沟渠底部齐平；在水平放置的可渗透反应墙体两侧紧贴沟渠坝埂建设防渗墙，防渗墙的垂直高度高于常年沟渠最高水位线0.3-0.5m；

所述抽水井，是在水平的可渗透反应墙中间打一深度直达地下含水层的抽水井，井壁以防渗材料制成，井底设置厚度为15-20厘米的过滤介质层。

所述挖一沟渠可以是在污染羽流经的路径上新挖一沟渠，也可以是对已有的水渠进行清淤加工形成的一沟渠。

所述可渗透反应墙体所填充铺设的反应性介质材料，可根据检测到的水中所含污染物的(例如硝酸盐、亚硝酸盐、重金属离子或有机污染物等)的具体成分，根据文献报道，分别有针对性地选用相应的能够与污染物发生反应的介质材料进行组合分层铺设。

由于本发明采取在污染水流经的路径上挖沟渠引流，在沟渠底部的透水层上方挖一水平场地铺设可渗透反应材料，深度浅，施工工艺操作简单；由于是在沟渠中挖一水平场地，铺设总厚度0.6-0.8m的填充材料制备可渗透反应墙，材料用量少，经济合理；由于采取可渗透反应材料水平铺设，根据对检测到的水中所含污染物进行修复所需选择可渗透反应材料的种类、形状和粒度，比较容易进行分层填充铺设；且只需打一口抽水井检测修复效果，施工费用较低；所述抽水井的井深直达地下含水层，以保证抽出的水来自地下含水层；井壁用防渗材料以防止地下水从井壁深入井内；井管底部设置过滤介质层，以防止抽水时泥沙进入井内造成堵塞；地上井口位置略高于沟渠坝埂地平面，以保证沟渠内充满污水时也不会淹没井口，保证了污染水都经过可渗透反应墙处理之后再下渗到地下含水层；所述可渗透反应墙体上方回填覆盖土壤或沙土覆盖至表面与沟渠底部齐平，有利于污染水下渗进入原位修复***。

本发明的优点是挖沟和打井深度浅，材料容易分层，可操作性强，经济效益好。采用本发明施工工艺便于施工和管理，从源头上预防和避免了对地下含水层的污染，具有良好的经济效益和环境效益。

附图说明

图1为本发明从源头上防止含水层污染的可渗透反应墙原位修复方法的施工方案示意图。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1：

本实施例项目选择的是安徽省阜阳市浅层地下水硝酸盐污染地区做工程试验区场地，根据本发明从源头上防止含水层污染的可渗透反应墙(PRB)原位修复方法，进行野外中试工程试验。

图1给出了本发明从源头上防止含水层污染的可渗透反应墙(PRB)原位修复方法的施工方案示意图。结合附图1，本实施例中采取水平设置的PRB反应墙和抽水井，具体施工方案步骤如下：

在污染物下渗的路径上挖一沟渠，沟渠上缘宽4.3m，沟底宽2m，深度2m，沟渠坝埂倾角60°，呈倒立的等腰梯形。在该地下含水层进行PRB原位修复的施工工艺，工程量主要包括：开挖沟渠或对已有的引水渠道进行清淤加工，沟渠内挖一水平场地，场地的深度在1±0.03m，底部为弱透水沙土层8，在场地内水平铺设PRB材料形成PRB反应墙3，在PRB材料墙上方回填土壤层2，与沟渠底面1齐平，PRB材料墙两侧紧贴着沟渠坝6修筑防渗墙5，在PRB材料墙中间打一抽水井4，抽水井4深入含水层7，井管底部装有过滤介质层9。

参考《水电能源科学》(2011年第29卷第11期：p37-40)“PRB反应介质修复地下水中硝酸盐的试验研究”中所报道的去除硝酸盐效果较好的材料有还原性铁粉、活性炭、锯末及粗砂等，本实施例中根据对检测到的水中所含污染物硝酸盐进行修复所需，选用上述这些作为PRB墙体的填充材料进行分层铺设并加以了改进。本实施例中水平PRB反应墙3选用还原性铁粉、活性炭、锯末及粗砂、石英砂材料组合使用，材料的铺设顺序从上而下依次为粗砂、还原性铁粉、锯末、活性炭、石英砂，其中粗砂层、石英砂的厚度与铁粉、锯末和活性炭层的厚度之和相同，中间三种材料的厚度相同。具体为粗砂层厚度0.21m，石英砂层厚度0.21m，还原性铁粉层、锯末层和活性炭层分别均为0.07m，加起来形成的水平PRB反应墙3总的铺设厚度约为0.63m，宽度2m，长度2m，水平PRB反应墙3上方回填挖出的土壤或沙与土的混合物，达到沙土表面与沟渠底部齐平，其厚度为0.4±0.03m，以确保较大的渗透系数；在PRB材料层两边紧贴着沟渠坝埂建防渗墙5，以避免水从坝埂土壤直接下渗而不经过PRB材料墙3，两边防渗墙5的长度与PRB材料墙长度相同，高度约2.3m。本发明中对PRB材料的物理状态无特殊要求，施工简单易于操作。

本发明中PRB反应墙占地面积小(长2m，宽2m，面积为4平方米)、厚1-1.2m，PRB填充材料总的用量少、经济性好。而现有技术中PRB墙体垂直于地下水的流向，通常长度、深度都很大，例如美国北卡罗纳州PRB工程，长46m，深7.3m，宽0.6m。

所述抽水井是在水平渗透墙中间打一井深直达地下含水层的井抽水，以保证抽出的水来自地下含水层。本实施例中的抽水井4直径为200mm，井的深度深入含水层7上方0.5m，用PVC管加装在抽水井内，以防止地下水从井壁深入井内，井深到达含水层为宜，PVC管底部装有为15至20厘米的过滤介质层9，防止抽水时泥沙进入井内造成堵塞，地上井口位置略高于沟渠坝埂6地平面，以保证沟渠内充满污水时也不会淹没井口。

采用本发明的该施工工艺能够保证污染水全部经过PRB墙处理净化后下渗进入地下含水层，从污染羽进入地下前进行原位修复，达到降解、去除或固定污染物的目的，防止了其对地下含水层的污染。通过抽水井4的抽水取样检测地下水水质情况和修复效果。

当水中的污染物种类发生变化时，可根据污染物的种类、浓度进行相应的PRB材料的选择和更换铺设，可直接将原来的材料铲去更换合适的PRB材料，更换PRB材料的施工简单、操作方便。

Claims (3)

1.一种从源头上防止含水层污染的可渗透反应墙原位修复方法，其特征在于采取水平设置的可渗透反应墙和抽水井；

所述水平设置的可渗透反应墙，包括：在污染水流经的路径挖一沟渠，沟渠内挖一深度在1-1.2m的水平场地，填充铺设总厚度在0.6-0.8m的反应性介质形成水平的可渗透反应墙体，所述反应性介质材料根据检测到的水中所含污染物种类及其相应的修复机理对应选取，并选择能够与污染物发生反应的多种材料进行组合，各种材料分层铺设后形成水平放置的可渗透性反应墙体；可渗透反应墙体的上方回填土壤或沙土覆盖至表面与沟渠底部齐平；在水平放置的可渗透反应墙体两侧紧贴沟渠坝埂建设防渗墙，防渗墙的垂直高度高于常年沟渠最高水位线0.3-0.5m；

所述抽水井，是在水平的可渗透反应墙中间打一深度直达地下含水层的抽水井，井壁以防渗材料制成，井底设置厚度为15-20厘米的过滤介质层。

2.根据权利要求1所述从源头上防止含水层污染的可渗透反应墙原位修复方法，特征在于所述挖一沟渠是在污染羽流经的路径上新挖一沟渠，或对已有的水渠进行清淤加工形成的一沟渠。

3.根据权利要求1所述从源头上防止含水层污染的可渗透反应墙原位修复方法，特征在于所述可渗透反应墙体所填充铺设的反应性介质材料，根据检测到的水中所含污染物的具体成分，根据文献报道，分别有针对性地选用相应的能与污染物发生反应的介质材料进行组合分层铺设。