CN110372124A - 一种垂向多级可渗透反应墙***及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种垂向多级可渗透反应墙***及其施工方法，反应墙***包括止水帷幕、第一防渗墙、第二防渗墙、反应墙墙体及地下水监测井，所述止水帷幕设置在反应墙墙体的上游，所述地下水监测井设置在反应墙墙体的下游，所述第一防渗墙及第二防渗墙分别设置在反应墙墙体的两侧；所述反应墙墙体包括从上至下依次设置的盖板、上层透水砂层、一级反应单元、二级反应单元及下层透水砂层。本发明具有施工成本低、维护简单、可处理多种污染组分、综合处理效率高等特点，改善了传统可渗透反应墙处理多组分复合污染时施工成本高、工程开挖量大等缺点，在运营维护中可以快速更换反应介质，操作简单，降低了维护成本，有利于该原位修复技术的推广普及。

Description

一种垂向多级可渗透反应墙***及其施工方法

技术领域

本发明涉及污染场地地下水污染修复防治技术领域，尤其涉及一种垂向多级可渗透反应墙***。

背景技术

可渗透反应墙(Permeable reactive barrier，PRB)技术是用于地下水原位修复的污染修复技术。该技术通过在地下安装活性材料墙体以拦截污染物羽状体。当污染羽状体通过反应介质后，其污染物将转化为环境可接受的另一种形式，从而实现污染物浓度达到环境标准的目标。PRB由透水的反应介质组成，通常被置于地下水污染羽状物的下游，当污染地下水通过PRB时，通过产生沉淀、吸附、氧化还原等作用来去除水体中的污染物，从而得到清洁的地下水。可去除地下水溶解的有机物、金属、放射性物质及其他的污染物质。

PRB技术作为目前国际上地下水污染修复的重要方法，具有持续原位处理污染物、处理效果好、安装施工方便、性价比较高等优点。但同时存在以下缺点：(1)只适用于含水层厚度较小的区域，而对于含水层厚度大、污染范围广的情况，修筑PRB的工程施工成本将会显著增加。(2)在***运行过程中，由于反应产物沉淀的析出，导致反应墙孔隙率减少，渗透系数的增大，从而可能导致堵塞，因此需要定期更换填料和进行***维护。(3)当地下水收到多种组分污染物同时污染时，传统的PRB不能同时有效处理；而如果建立串联的两层甚至多层PRB的话，又会极大的增加工程量和修复成本。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种垂向多级可渗透反应墙***及其施工方法，以改善现有的可渗透反应墙技术中处理多组分污染物时施工成本高、维护成本较高、更换填料操作复杂等问题。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种垂向多级可渗透反应墙***，包括止水帷幕、第一防渗墙、第二防渗墙、反应墙墙体及地下水监测井，所述止水帷幕设置在反应墙墙体的上游，所述地下水监测井设置在反应墙墙体的下游，所述第一防渗墙及第二防渗墙分别设置在反应墙墙体的两侧；所述反应墙墙体包括从上至下依次设置的盖板、上层透水砂层、一级反应单元、二级反应单元及下层透水砂层。

各层的渗透系数均需大于所处含水层渗透系数2倍以上，且最低不低于1.2×10-4cm/s。上层透水砂层、下层透水砂层主要成分为石英砂滤料，其渗透系数大于一级反应单元及二级反应单元的渗透系数，该层主要起到地下水过滤、缓冲的作用，保证反应单元的最大处理能力和使用寿命。所述盖板覆于反应墙墙体的顶部，主要用于避免***运行过程中大气降水和认为因素对于结构的干扰。地下水监测井位于清洁地下水出露一端，用于监控***运行过程中的污染处理情况，为***维护、滤料更换周期等提供可靠依据。

较佳地，所述第一防渗墙设置在反应墙墙体的上游一侧，所述第一防渗墙的底端嵌入隔水层，第一防渗墙的顶端与一级反应单元的顶端平齐或略高。

较佳地，所述第二防渗墙设置在反应墙墙体的下游一侧，所述第二防渗墙的底端与二级反应单元的底端平齐，第二防渗墙的顶端与地面平齐或略低，但高于地下水最高水位。保证引导地下水从上至下流经整个结构。

较佳地，所述第一防渗墙厚度为0.2-0.5m，第一防渗墙底端嵌入隔水层的深度为0.5-1m，第二防渗墙厚度为0.2-0.5m，所述第一防渗墙及第二防渗墙的材料为普通混凝土、少筋的钢筋混凝土或塑性混凝土。

较佳地，所述一级反应单元及二级反应单元包括支撑结构、土工复合排水网、遇水膨胀层及反应介质，所述支撑结构呈六面体形，所述土工复合排水网设置在支撑结构的上下两面，所述遇水膨胀层设置在支撑结构的四周，所述反应介质设置在支撑结构内。

较佳地，所述支撑结构的横截面呈平行四边形，支撑结构的长边与水平面呈10-30°夹角嵌于第一防渗墙及第二防渗墙之间，以保证反应单元垂直于水流方向设置，使得反应单元与污染物之间充分反应。

较佳地，所述一级反应单元填充的反应介质为零价铁粉或零价铁粉和石英砂的混合物，混合比例为1-5：2，所述铁粉粒径<0.25mm，石英砂粒径为0.5-1.0mm，综合粒径保证介质的渗透系数大于含水层渗透系数2倍以上。

较佳地，所述二级反应单元填充的反应介质为活性炭、改性沸石、秸秆、锯末、堆肥、包覆型双金属材料中的一种或几种。其综合渗透系数大于含水层渗透系数2倍以上，主要用于辅助处理一级反应单元较难处理的污染物，如苯酚等，同时吸附剩余未反应污染物。

较佳地，所述止水帷幕为对称设置的两个，该止水帷幕的一端与所述反应墙墙体连接，另一端朝向反应墙墙体的上游方向。所述止水帷幕需要覆盖整个污染羽范围，能够用于引导污染地下水流向可渗透反应墙。

本发明还提供了一种垂向多级可渗透反应墙***的施工方法，包括以下步骤：

(1)根据场地情况设置包围污染羽的垂直止水帷幕，并在下游合适位置设置若干开口区域；

(2)在预留开口区域开挖沟槽，施工浇筑第一防渗墙与第二防渗墙，所述第一防渗墙底端嵌入隔水层0.5-1m，顶端与一级反应单元顶端平齐或略高；所述第二防渗墙底端与二级反应单元底端平齐或略低，顶端与地面平齐或略低，但应高于地下水最高水位；

(3)根据污染情况，在一级反应单元、二级反应单元的支撑结构内分别填充相应的袋装反应介质；

(4)分别在一级、二级反应单元的上下面粘合土工复合排水网，在四个侧面粘合遇水膨胀层；

(5)在开挖沟槽内分层依次铺设下层透水砂层、二级反应单元、一级反应单元、上层透水砂层，各层连续铺设后形成反应墙墙体；

(6)在反应墙墙体顶部加盖盖板；

(7)在清洁地下水出露一侧布设地下水监测井。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供了一种用于地下水原位修复多组分污染物的可渗透反应墙及其施工方法，相对于传统PRB技术修复多组分污染物时建立串联连续墙的手段，本发明将处理多组分污染的反应介质很好的组合在了同一个PRB墙体内，大大减少了施工工程量，进而降低了修复资金的投入。同时，通过设置一级、二级反应单元，可以简化***维护过程中更换填料的操作，透水砂层、反应单元的分层设计，可以实现零价铁堵塞时的快速清挖，进而降低维护成本。

(2)本发明具有施工成本低、维护简单、可处理多种污染组分、综合处理效率高等特点，改善了传统可渗透反应墙处理多组分复合污染时施工成本高、工程开挖量大等缺点，在运营维护中可以快速更换反应介质，操作简单，降低了维护成本，有利于该原位修复技术的推广普及。

附图说明

图1为本发明提供的一种垂向多级可渗透反应墙的施工流程图；

图2为本发明提供的一种垂向多级可渗透反应墙俯视图；

图3为本发明提供的一种垂向多级可渗透反应墙剖视图；

图4为本发明提供的一级或二级反应单元的结构***图；

其中，1-反应墙墙体；2-止水帷幕；3-第一防渗墙；4-第二防渗墙；5-地下水监测井；6-一级反应单元；7-二级反应单元；8-上层透水砂层；9-下层透水砂层；10-盖板；11-反应介质；12-支撑结构；13-土工复合排水网；14-遇水膨胀层。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

如图2-4所示，本发明一种垂向多级可渗透反应墙包括止水帷幕2、第一防渗墙3、第二防渗墙4、反应墙墙体1及地下水监测井5，所述止水帷幕2设置在反应墙墙体1的上游，所述地下水监测井5设置在反应墙墙体1的下游，所述第一防渗墙3及第二防渗墙4分别设置在反应墙墙体1的两侧；所述反应墙墙体1包括从上至下依次设置的盖板10、上层透水砂层8、一级反应单元6、二级反应单元7及下层透水砂层9；各层的渗透系数均需大于所处含水层渗透系数2倍以上，且最低不低于1.2×10^-4cm/s；反应墙墙体1靠近污染羽一侧设置第一防渗墙3，靠近地下水监测井5一侧设置第二防渗墙4。

本发明所述第一防渗墙3设置在反应墙墙体1的上游一侧，所述第一防渗墙3的底端嵌入隔水层，第一防渗墙3的顶端与一级反应单元6的顶端平齐或略高；所述第一防渗墙3厚度为0.2-0.5m，墙体材料主要为普通混凝土、少筋的钢筋混凝土或塑性混凝土，底端嵌入隔水层深度为0.5-1m，顶端与一级反应单元6顶端平齐或略高。

本发明所述第二防渗墙4设置在反应墙墙体1的下游一侧，所述第二防渗墙4的底端与二级反应单元7的底端平齐，第二防渗墙4的顶端与地面平齐或略高，保证引导地下水从上至下流经整个结构；所述第二防渗墙4厚度为0.2-0.5m，墙体材料主要为普通混凝土、少筋的钢筋混凝土或塑性混凝土，其底端与二级反应单元7底端平齐或略低，顶端与地面平齐或略低。

本发明所述上层透水砂层8、下层透水砂层9主要成分为石英砂滤料，其渗透系数大于一级反应单元6、二级反应单元7的渗透系数。

本发明所述盖板10覆于反应墙墙体1顶部，主要用于避免***运行过程中大气降水和认为因素对于结构的干扰。

本发明所述地下水监测井5位于清洁地下水出露一端，用于监控***运行过程中的污染处理情况，为***维护、滤料更换周期等提供可靠依据。

本发明所述一级反应单元6和二级反应单元7均包括支撑结构12、土工复合排水网13、遇水膨胀层14和反应介质11，所述一级反应单元6及二级反应单元7包括支撑结构12、土工复合排水网13、遇水膨胀层14及反应介质11，所述支撑结构12呈六面体形，所述土工复合排水网13设置在支撑结构12的上下两面，所述遇水膨胀层14设置在支撑结构12的四周，所述反应介质11设置在支撑结构12内。本发明所述支撑结构12内分别设置不同类型的袋装反应介质11，支撑结构12上下面安装土工复合排水网13，周边四面安装遇水膨胀层14。支撑结构12横截面呈平行四边形，其长边与水平面呈10°-30°夹角且嵌于防渗墙之间，以保证反应单元垂直于水流方向设置，使得反应单元与污染物之间充分反应。

本发明所述一级反应单元6填充反应介质11主要为零价铁或零价铁、石英砂混合物等，其综合粒径保证介质的渗透系数大于含水层渗透系数2倍以上；所述二级反应单元7填充反应介质11主要有活性炭、改性沸石、秸秆、锯末、堆肥、包覆型双金属材料等，其渗透系数大于含水层渗透系数2倍以上。主要用于辅助处理一级反应单元6较难处理的污染物，如苯酚等，同时吸附剩余未反应污染物。

如图1所示，实施本发明一种垂向多级可渗透反应墙的施工方法，包括以下步骤：

(1)根据场地情况设置包围污染羽的垂直止水帷幕，并在下游合适位置设置若干开口区域；

(2)在预留开口区域开挖沟槽，施工浇筑第一防渗墙与第二防渗墙，第一防渗墙底端嵌入隔水层0.5-1m，顶端与一级反应单元顶端平齐或略高；第二防渗墙底端与二级反应单元底端平齐或略低，顶端与地面平齐或略低，但应高于地下水最高水位；

(3)根据污染情况，在一级反应单元、二级反应单元的支撑结构内分别填充相应的袋装反应介质，以保证最大的污染处理效率；

(4)分别在一级、二级反应单元的上下面粘合土工复合排水网，在四个侧面粘合遇水膨胀层，以使反应单元可以与连接的防渗墙及止水帷幕密封嵌合；

(5)在开挖沟槽内分层依次铺设下层透水砂层、二级反应单元、一级反应单元、上层透水砂层，各层连续铺设后形成墙体；

(6)在墙体顶部加盖盖板；

(7)在清洁地下水出露一侧布设地下水监测井。

以下是本发明的应用实例：

应用实施例1：

某垃圾渗滤液造成地下水水质污染，垃圾渗滤液通常是由多种成分污染物共同造成的复合型污染。经检测，垃圾渗滤液流经含水层后的污染水样污染浓度为：COD_cr955mg/L，NH₃-N105.5mg/L。采用本发明所述的一种垂向多级可渗透反应墙及施工方法进行修复。施工方法如下：

(1)设置覆盖整个污染羽的垂直止水帷幕，并在下游合适位置设置若干开口区域。

(2)在预留开口区域开挖沟槽，施工浇筑第一防渗墙与第二防渗墙，第一防渗墙厚度为0.5m,墙体材料选用少筋的钢筋混凝土，底端嵌入隔水层1m，顶端与一级反应单元顶端平齐；第二防渗墙厚度为0.5m，墙体材料选用少筋的钢筋混凝土，其底端与二级反应单元底端平齐，顶端与地面略低，同时高于地下水最高水位。

(3)在开挖的沟槽内从下自上依次铺设下层透水砂层、二级反应单元、一级反应单元、上层透水砂层，各层连续铺设后形成墙体。上层透水砂层和下层透水砂层主要成分选用石英砂滤料。

(4)在一级反应单元支撑结构内填充零价铁粉和石英砂的混合反应介质，其中铁粉粒径<0.25mm，石英砂粒径为0.5-1.0mm，混合比例3:2；在二级反应单元支撑结构内填充石英砂、活性炭的混合反应介质，其中活性炭粒径2.0mm，石英砂粒径0.5-1.0mm。支撑结构横截面呈平行四边形，其长边与水平面呈10°-30°夹角安装嵌于止水帷幕、第一防渗墙和第二防渗墙之间，以保证反应单元垂直于水流方向设置，使得反应介质与污染物之间充分反应。

(5)在支撑结构上、下面粘合土工复合排水网，周边四面粘合遇水膨胀层。

(6)在下游地下水监测井检测通过垂向多级可渗透反应墙后的地下水，其COD_Cr、NH₃-N的去除效果良好，去除率达到85％以上。

应用实施例2：

某化工厂地块地下水受化工厂生产影响被严重污染，经检测，其污染主要为重金属污染。其中，砷含量为0.0208mg/L-0.862mg/L，六价铬含量为4.6mg/L-7.3mg/L，均严重超过地下水质量III类标准限值。采用本发明所述的一种垂向多级可渗透反应墙及施工方法进行修复。施工方法如下：

(1)设置覆盖整个污染羽的垂直止水帷幕，并在下游合适位置设置若干开口区域。

(2)在预留开口区域开挖沟槽，施工浇筑第一防渗墙与第二防渗墙，第一防渗墙厚度为0.2m，墙体材料选用普通混凝土，底端嵌入隔水层0.5m，顶端比一级反应单元顶端略高；第二防渗墙厚度为0.2m，墙体材料选用普通混凝土，其底端比二级反应单元底端略低，顶端与地面略低，同时高于地下水最高水位。

(3)在开挖的沟槽内从下自上依次铺设下层透水砂层、二级反应单元、一级反应单元、上层透水砂层，各层连续铺设后形成墙体。上层透水砂层和下层透水砂层主要成分选用石英砂滤料。

(4)在一级反应单元支撑结构内填充零价铁粉反应介质；在二级反应单元支撑结构内填充改性沸石反应介质。支撑结构横截面呈平行四边形，其长边与水平面呈10°-30°夹角安装嵌于止水帷幕、第一防渗墙和第二防渗墙之间，以保证反应单元垂直于水流方向设置，使得反应介质与污染物之间充分反应。

(5)在支撑结构上、下面粘合土工复合排水网，周边四面粘合遇水膨胀层。

(6)在下游地下水监测井检测通过垂向多级可渗透反应墙后的地下水，其中的主要特征污染物砷、六价铬都已被处理到可接受范围，污染物去除率高达98％。

应用实施例3：

某镀铬工厂地块内地下水遭到严重污染，污染调查阶段揭露地下水中六价铬最大浓度超过10mg/L，TCE最大浓度19mg/L，均超过相关标准限值，对环境和敏感目标造成严重影响。采用本发明所述的一种垂向多级可渗透反应墙及施工方法进行修复。施工方法如下：

(1)设置覆盖整个污染羽的垂直止水帷幕，并在下游合适位置设置若干开口区域。

(2)在预留开口区域开挖沟槽，施工浇筑第一防渗墙与第二防渗墙，第一防渗墙厚度为0.3m，墙体材料选用普通混凝土，底端嵌入隔水层0.7m，顶端比一级反应单元顶端略高；第二防渗墙厚度为0.3m，墙体材料选用普通混凝土，其底端与二级反应单元底端平齐，顶端与地面平齐，同时高于地下水最高水位。

(3)在开挖的沟槽内从下自上依次铺设下层透水砂层、二级反应单元、一级反应单元、上层透水砂层，各层连续铺设后形成墙体。上层透水砂层和下层透水砂层主要成分选用石英砂滤料。

(4)在一级反应单元支撑结构内填充零价铁粉反应介质；在二级反应单元支撑结构内填充活性炭反应介质。支撑结构横截面呈平行四边形，其长边与水平面呈10°-30°夹角安装嵌于止水帷幕、第一防渗墙和第二防渗墙之间，以保证反应单元垂直于水流方向设置，使得反应介质与污染物之间充分反应。

(5)在支撑结构上、下面粘合土工复合排水网，周边四面粘合遇水膨胀层。

(6)在下游地下水监测井检测通过垂向多级可渗透反应墙后的地下水，其中的主要特征污染物六价铬、TCE都已被处理到可接受范围，Cr⁶⁺的质量浓度降为0.05mg/L以下，TCE的质量浓度降为0.5ug/L以下。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种垂向多级可渗透反应墙***，其特征在于：包括止水帷幕、第一防渗墙、第二防渗墙、反应墙墙体及地下水监测井，所述止水帷幕设置在反应墙墙体的上游，所述地下水监测井设置在反应墙墙体的下游，所述第一防渗墙及第二防渗墙分别设置在反应墙墙体的两侧；所述反应墙墙体包括从上至下依次设置的盖板、上层透水砂层、一级反应单元、二级反应单元及下层透水砂层。

2.根据权利要求1所述的垂向多级可渗透反应墙***，其特征在于：所述第一防渗墙设置在反应墙墙体的上游一侧，所述第一防渗墙的底端嵌入隔水层，第一防渗墙的顶端与一级反应单元的顶端平齐或略高。

3.根据权利要求1所述的垂向多级可渗透反应墙***，其特征在于：所述第二防渗墙设置在反应墙墙体的下游一侧，所述第二防渗墙的底端与二级反应单元的底端平齐或略低，第二防渗墙的顶端与地面平齐或略低，但高于地下水最高水位。

4.根据权利要求2所述的垂向多级可渗透反应墙***，其特征在于：所述第一防渗墙厚度为0.2-0.5m，第一防渗墙底端嵌入隔水层的深度为0.5-1m，第二防渗墙厚度为0.2-0.5m，所述第一防渗墙及第二防渗墙的材料为普通混凝土、少筋的钢筋混凝土或塑性混凝土。

5.根据权利要求1所述的垂向多级可渗透反应墙***，其特征在于：所述一级反应单元及二级反应单元包括支撑结构、土工复合排水网、遇水膨胀层及反应介质，所述支撑结构呈六面体形，所述土工复合排水网设置在支撑结构的上下两面，所述遇水膨胀层设置在支撑结构的四周，所述反应介质设置在支撑结构内。

6.根据权利要求5所述的垂向多级可渗透反应墙***，其特征在于：所述支撑结构的横截面呈平行四边形，支撑结构的长边与水平面呈10-30°夹角嵌于第一防渗墙及第二防渗墙之间。

7.根据权利要求5所述的垂向多级可渗透反应墙***，其特征在于：所述一级反应单元填充的反应介质为零价铁粉或零价铁粉和石英砂的混合物，混合比例为1-5：2，所述铁粉粒径<0.25mm，石英砂粒径为0.5-1.0mm。

8.根据权利要求5所述的垂向多级可渗透反应墙***，其特征在于：所述二级反应单元填充的反应介质为活性炭、改性沸石、秸秆、锯末、堆肥、包覆型双金属材料中的一种或几种。

9.根据权利要求1所述的垂向多级可渗透反应墙***，其特征在于：所述止水帷幕为对称设置的两个，该止水帷幕的一端与所述反应墙墙体连接，另一端朝向反应墙墙体的上游方向。

10.一种垂向多级可渗透反应墙***的施工方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)根据场地情况设置包围污染羽的垂直止水帷幕，并在下游合适位置设置若干开口区域；

(2)在预留开口区域开挖沟槽，施工浇筑第一防渗墙与第二防渗墙，所述第一防渗墙底端嵌入隔水层0.5-1m，顶端与一级反应单元顶端平齐或略高；所述第二防渗墙底端与二级反应单元底端平齐或略低，顶端与地面平齐或略低，但应高于地下水最高水位；

(3)根据污染情况，在一级反应单元、二级反应单元的支撑结构内分别填充相应的袋装反应介质；

(4)分别在一级、二级反应单元的上下面粘合土工复合排水网，在四个侧面粘合遇水膨胀层；

(5)在开挖沟槽内分层依次铺设下层透水砂层、二级反应单元、一级反应单元、上层透水砂层，各层连续铺设后形成反应墙墙体；

(6)在反应墙墙体顶部加盖盖板；

(7)在清洁地下水出露一侧布设地下水监测井。