CN111101538A - 一种中和酸性矿山废水的竖向工程屏障***施工方法 - Google Patents

一种中和酸性矿山废水的竖向工程屏障***施工方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种中和酸性矿山废水的竖向工程屏障***施工方法，所述方法包括以下步骤：进行工程屏障构筑选址，开挖工程屏障沟渠；制作钢筋笼，在渗流方向上于钢筋笼内侧布施土工布；制作混合块体，将混合块体填充至钢筋笼内，形成工程屏障墙体单元；将工程屏障墙体单元进行组合拼装，吊装入工程屏障沟渠；在工程屏障周围采集数据，监测重金属阻滞效果。与现有技术相比，本发明混合块体原材料采用黏土、飞灰、化学添加剂制备而成，成本较低、治理效果好；采用工程屏障墙体单元组合拼装，对场地条件与工程需要的适应性强；施工步骤简明易行，吊装、起吊置换方便；工程屏障墙体单元可大规模生产销售，经济效益较高，且极大地缩短工程屏障修筑工期。

Description

一种中和酸性矿山废水的竖向工程屏障***施工方法
技术领域
本发明涉及环境工程地质及重金属污染场地隔离控制技术领域，尤其涉及一种中和酸性矿山废水的竖向工程屏障***施工方法。
背景技术
长期以来，矿产资源作为一种有利于促进经济发展的重要资源，被人们大量开发。但由于开采技术的不成熟以及可持续发展理念的不到位，对矿山长期的不合理开发导致各种各样的矿山问题接踵而至，最具代表性的有酸性矿山废水问题。目前，对酸性矿山废水的研究主要包括对其性质、无害化处理以及资源化利用等几个方面。酸性矿山废水产生来源较广，以其较低的pH值、高浓度的重金属离子，对矿山周边生态环境造成严重威胁。因此，酸性矿山废水的有效治理长期以来一直是工程地质与环境工程相关学者研究的热点问题。针对酸性矿山废水的治理技术主要包括污染源控制和污染物迁移阻滞。实际经验证明，试图在源头上阻止酸性矿山废水的产生很难实现，而污染物迁移阻滞逐渐成为酸性矿山废水的主要治理方式。
工程屏障因其对重金属良好的阻滞性能，近年来在酸性矿山废水的治理中被愈来愈多地运用。工程屏障可以有效地阻滞酸性矿山废水的重金属等污染物进入周边岩土体，为污染场地和周边环境提供一个隔离屏障。目前来说，工程屏障在酸性矿山废水治理中的运用也存在诸多挑战。传统工程屏障主要材料为水泥，只起到防渗止水的作用，几乎不对酸性矿山废水进行导流及净化处理，且酸性矿山废水对水泥存在腐蚀作用，长期以往，墙体易受破坏。黏土竖向工程屏障可有效解决上述问题，但其施工工艺较为复杂，墙体一般采用整体压筑，一次成型，隔污性能均匀性差，墙体高度及宽度难以根据实际场地有效控制，且一般只考虑控制污染物中重金属的迁移，不能起到中和酸性矿山废水的作用，而对重金属的阻滞能力也有待提高。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种中和酸性矿山废水的竖向工程屏障***施工方法，其目的是为了简化施工工艺、提高对重金属的阻滞能力和治理效果。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种中和酸性矿山废水的竖向工程屏障***施工方法，包括以下步骤：
(1)对酸性矿山废水污染场地进行工程屏障构筑选址，开挖工程屏障沟渠；
(2)制作钢筋笼，在钢筋笼内侧布施土工布；
(3)制作混合块体，将混合块体填充至所述钢筋笼内，形成工程屏障墙体单元；
(4)将所述工程屏障墙体单元进行组合拼装，吊装入所述工程屏障沟渠内，形成工程屏障墙体；
(5)采集工程屏障墙体两侧的pH值、温度、湿度、土压力、孔隙水压力和离子浓度数据，监测重金属阻滞效果；
其中，混合块体的制作方法包括以下步骤：
a.将红黏土、膨润土、飞灰按质量比为30～90:5～30:0～60的比例混合均匀，得到混合土体；
b.向步骤a所得混合土体中添加化学添加剂溶液，压制成型，得到混合块体。
步骤(1)中开挖工程屏障沟渠时，开挖深度及宽度根据工程屏障埋深及墙体厚度决定，工程屏障埋深应超过污染最大深度以防止“绕流”发生，墙体厚度根据酸性矿山废水污染程度及设计寿命进行确定。
优选地，步骤(2)中所述钢筋笼上设置有起吊环及拼装固定装置；所述土工布布施在钢筋笼内侧的酸性矿山废水渗流方向上。
所述工程屏障墙体单元外部钢筋笼上设置起吊环及拼装固定装置为便于工程屏障墙体单元的吊装和置换，拼装固定装置用于将墙体单元拼装成一个工程屏障整体；所述土工布的设置是为防止墙体受到酸性矿山废水的侵蚀而水土流失。
优选地，所述工程屏障墙体单元形状为阶梯状，可用上下叠加、左右叠加和前后叠加的方式对工程屏障墙体单元进行组合拼装。
优选地，所述工程屏障墙体单元的组合拼装可形成带状、弧状、环状工程屏障以及多重阻滞原位反应带形式的工程屏障***。
工程屏障墙体单元尺寸可设为宽3.0m，高1.5m，厚0.6m，形如阶梯状，俯视图为一矩形上半部分向右延伸0.3m，下半部分向左延伸0.3m，使其可进行不同组合形式的拼装以满足现场场地条件与实际工程需要，拼装及吊装时，工程屏障墙体的宽度、高度及厚度根据单元体组合形式来控制，如13.8m宽的工程屏障墙体可使5个墙体单元左右重叠而成，6m高的工程屏障墙体可使4个墙体单元上下重叠而成，1.2m厚的工程屏障墙体可由2个墙体单元前后重叠而成。
拼装时接口处可能出现薄弱区，应填充混合土小单元块体以加强中和、阻滞性能。
优选地，所述多重阻滞原位反应带由一道以上中和工程屏障墙体和阻滞工程屏障墙体组合而成。
更优选地，所述中和工程屏障墙体单元中混合块体由红黏土、膨润土和飞灰按质量比为30～65:5～20:30～60的比例制得。
更优选地，所述阻滞工程屏障墙体单元中混合块体由红黏土、膨润土和飞灰按质量比为40～90:5～30:0～30的比例制得。
优选地，上述方法还包括根据步骤(5)采集的数据判断工程屏障***是否已失效或已达到使用年限，若是，则对工程屏障墙体进行置换。
优选地，混合块体的制作方法中，化学添加剂溶液由化学添加剂与蒸馏水混合而成，化学添加剂与蒸馏水的质量比为1:5-15。
优选地，混合块体的制作方法中，化学添加剂由海因环氧树脂和固化激发剂组成；其中，固化激发剂与海因环氧树脂的质量比为1:10-20，所述固化激发剂为3,3'-二氨基二丙胺(C6H17N3)。
优选地，混合块体为150×150×150mm(长×宽×高)的正方体块体。
本发明提供的中和酸性矿山废水的竖向工程屏障***施工方法利用飞灰的强碱性对酸性矿山废水进行中和处理，反之酸性矿山废水对飞灰中重金属有淋滤作用，“以废治废”，实现飞灰、酸性矿山废水协同处理与资源化利用，采用成本低廉且对重金属有较强吸附能力的黏土材料来阻滞重金属的扩散迁移，采用环境友好的化学添加剂对重金属进行稳定化处理，治理酸性矿山废水的效率较高。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
(1)利用强碱性的飞灰对酸性矿山废水进行中和处理，酸性矿山废水将飞灰中重金属淋滤出来，后续与其自身携带的重金属共同处理，两者互相作用，实现飞灰、酸性矿山废水协同处置及资源化利用。
(2)采用对重金属具强吸附能力的黏土材料来阻滞重金属的扩散迁移，采用环境友好的化学添加剂对重金属进行稳定化处理，酸性矿山废水中重金属的治理效果优异。
(3)对场地条件与工程需要适应性强，主要体现在：混合块体中黏土、飞灰、化学添加剂的配合比可根据工程屏障的不同作用进行优化；工程屏障墙体的宽度、高度和厚度根据单元体组合形式来控制，可根据场地条件与实际工程需要将工程屏障拼接成带状、弧状、环状、多重阻滞以及其他组合形式。
(4)工程屏障墙体由混合块体填充而成，与整体压筑成型相比，性质均一，
(5)工程屏障墙体单元制成阶梯状，由工程屏障墙体单元拼合后的工程屏障墙体可防止酸性矿山废水从拼接缝隙中直接渗流穿过墙体。
(6)工程屏障墙体单元外部由带有起吊环的钢筋笼包裹，吊装、起吊和置换方便，施工便捷。
(7)在渗流方向上于钢筋笼内侧布施土工布，防止墙体受到酸性矿山废水的侵蚀而发生水土流失。
(8)混合块体、钢筋笼、工程屏障墙体单元均可大规模生产销售，经济效益高，工程屏障修筑工期短。
(9)红黏土材料在我国长江以南地区分布广，取材方便，价格低廉；商用膨润土可购买，价格低；工业型海因环氧树脂可购买，价格低，便于大规模使用；固化激发剂用量少，工艺技术的经济效益高。
附图说明
图1为本发明提供的一种中和酸性矿山废水的竖向工程屏障***施工方法工艺流程图；
图2为本发明提供的工程屏障墙体单元；
图3为本发明提供的由工程屏障墙体单元组装而成的带状工程屏障；
图4为本发明提供的由工程屏障墙体单元组装而成的环状工程屏障；
图5为本发明提供的由工程屏障墙体单元组装成的多重阻滞工程屏障***。
附图标记：1、土工布；2、钢筋笼；3、拼装固定装置；4、起吊环；5、混合块体；6、酸性矿山废水；7、阻滞工程屏障墙体；8、传感器；9、监测点(溶液采集区)；10、中和工程屏障墙体；11、第一道阻滞工程屏障墙体；12、第二道阻滞工程屏障墙体；13、隔水边界。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供了一种中和酸性矿山废水的竖向工程屏障***施工方法，解决或改善了现有酸性矿山废水工程屏障处治中缺乏对酸性矿山废水的中和处理、重金属阻滞效果较差、施工工艺复杂等问题。通过采用强碱性的飞灰来中和酸性矿山废水，采用对重金属有较强吸附能力的黏土材料来阻滞重金属的扩散迁移，采用环境友好的化学添加剂对重金属进行稳定化处理，采用单元体拼装的形式来快速修筑工程屏障墙体，以达到高效治理酸性矿山废水的目的。
实施例1
参照附图1、图2和图3，本实施例提供一种由工程屏障墙体单元组装而成的带状工程屏障墙体，具体操作步骤如下：
(1)根据酸性矿山废水污染源的地点、周边工程地质、水文地质条件及阻滞方向，确定采用带状工程屏障墙体对酸性矿山废水进行阻滞，选定修筑地址，开挖沟渠，开挖深度到达地下隔水层，为5m(根据现场条件选定)，开挖长度至两侧隔水地层边界，开挖宽度为0.6m；
(2)制作工程屏障墙体单元外部钢筋笼，在酸性矿山废水渗流方向上于钢筋笼内侧布施土工布，图3中箭头方向为酸性矿山废水渗流方向；
(3)制作阻滞工程屏障墙体单元：
将红黏土、膨润土、飞灰按80:20:0的质量比均匀混合，得到混合土体；向混合土体中加入化学添加剂溶液，化学添加剂溶液由化学添加剂与蒸馏水混合而成，化学添加剂与蒸馏水的质量比为1:10，化学添加剂由3,3'-二氨基二丙胺(C6H17N3)(固化激发剂)与海因环氧树脂按质量比为1:20混合而成；然后压制成规格为150×150×150mm(长×宽×高)的正方体混合块体；将混合块体填充至所述钢筋笼内，形成阻滞工程屏障墙体单元。
(4)将阻滞工程屏障墙体单元吊装入工程屏障沟渠并进行组合拼装，拼装成如图3所示的带状工程屏障墙体，墙体高度为5米。图3中箭头方向为酸性矿山废水流向。
(5)在阻滞工程屏障墙体两侧安装酸度计、温度传感器、湿度传感器、土压力传感器、孔压传感器并设置渗滤液采集区；持续监测墙体两侧酸性矿山废水的pH值变化及两侧温度、湿度、土压力、孔隙水压力数据变化情况，并定期采集工程屏障两侧液体进行离子浓度测试，监测重金属阻滞效果；当工程屏障达到使用年限或已失去阻滞的功能，对其进行整体起吊置换。
实施例2
参照附图1、图2和图4，本实施例提供一种由工程屏障墙体单元组装而成的环状工程屏障墙体，具体操作步骤如下：
(1)根据酸性矿山废水污染源的地点、周边工程地质、水文地质条件及阻滞方向，确定采用环状工程屏障墙体对酸性矿山废水进行阻滞，选定修筑地址，开挖沟渠，开挖深度到达地下隔水层，为6m(根据现场条件选定)，开挖的环形沟渠应将污染源全部包围，沟渠开挖宽度为0.6m；
(2)制作工程屏障墙体单元外部钢筋笼，在渗流方向上于钢筋笼内侧布施土工布；图4中箭头方向为酸性矿山废水渗流方向；
(3)制作阻滞工程屏障墙体单元：
将红黏土、膨润土、飞灰按80:20:0的质量比均匀混合，得到混合土体；向混合土体中加入化学添加剂溶液，化学添加剂溶液由化学添加剂与蒸馏水混合而成，化学添加剂与蒸馏水的质量比为1:8，化学添加剂由3,3'-二氨基二丙胺(C6H17N3)(固化激发剂)与海因环氧树脂按质量比为1:15混合而成；然后压制成规格为150×150×150mm(长×宽×高)的正方体混合块体；将混合块体填充至所述钢筋笼内，形成阻滞工程屏障墙体单元。
(4)将阻滞工程屏障墙体单元吊装入工程屏障沟渠并进行组合拼装，拼装成如图4所示的环形工程屏障墙体，墙体高度为6米。拼装时在接口处产生的缝隙中填充混合土小块体加强阻滞性能。
(5)在阻滞工程屏障墙体两侧安装酸度计、温度传感器、湿度传感器、土压力传感器、孔压传感器并设置渗滤液采集区；持续监测墙体两侧酸性矿山废水的pH值变化及两侧温度、湿度、土压力、孔隙水压力数据变化情况，并定期采集工程屏障两侧液体进行离子浓度测试，监测重金属阻滞效果；当工程屏障达到使用年限或已失去阻滞的功能，对其进行整体起吊置换。
实施例3
参照附图1、图2和图5，本发明实施例提供一种由中和工程屏障墙体单元与阻滞工程屏障墙体单元组装成的多重阻滞原位反应带形式的工程屏障***，具体操作步骤如下：
(1)根据酸性矿山废水污染源的地点、周边工程地质、水文地质条件及阻滞方向，确定采用三重工程屏障形成的多重阻滞工程屏障***对酸性矿山废水进行中和、阻滞，选定三道工程屏障修筑地址，开挖沟渠，开挖深度到达地下隔水层，为6m(根据现场条件选定)，开挖长度至两侧隔水地层边界，开挖宽度为0.6m；
(2)制作工程屏障墙体单元外部钢筋笼，在渗流方向上于钢筋笼内侧布施土工布；图5中箭头方向为酸性矿山废水渗流方向；
(3)制作中和工程屏障墙体单元与阻滞工程屏障墙体单元：
将红黏土、膨润土、飞灰按35:5:60的质量比均匀混合，得到混合土体；向混合土体中加入化学添加剂溶液，化学添加剂溶液由化学添加剂与蒸馏水混合而成，化学添加剂与蒸馏水的质量比为1:5，化学添加剂由3,3'-二氨基二丙胺(C6H17N3)(固化激发剂)与海因环氧树脂按质量比为1:10混合而成；然后压制成规格为150×150×150mm(长×宽×高)的正方体混合块体；将混合块体填充至所述钢筋笼内，形成中和工程屏障墙体单元。
将红黏土、膨润土、飞灰按80:20:0的质量比均匀混合，得到混合土体；向混合土体中加入上述化学添加剂溶液；然后压制成规格为150×150×150mm(长×宽×高)的正方体混合块体；将混合块体填充至所述钢筋笼内，形成阻滞工程屏障墙体单元。
(4)将中和工程屏障墙体单元和阻滞工程屏障墙体单元分别吊装入工程屏障沟渠并进行组合拼装，拼装成如图5所示的多级工程屏障***，靠近酸性矿山废水上游的为一道中和工程屏障墙体，接下来是第一道阻滞工程屏障墙体和第二道阻滞工程屏障墙体，上述墙体的高度为6m；
(5)在三道工程屏障墙体两侧均安装酸度计、温度传感器、湿度传感器、土压力传感器、孔压传感器并设置渗滤液采集区；持续监测三道工程屏障墙体两侧酸性矿山废水的pH值变化、温度、湿度、土压力、孔隙水压力数据变化情况，并定期采集工程屏障两侧液体进行离子浓度测试，监测重金属阻滞效果；当工程屏障达到使用年限或已失去中和、阻滞的功能，对其进行整体起吊置换。
以上所述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，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种中和酸性矿山废水的竖向工程屏障***施工方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)对酸性矿山废水污染场地进行工程屏障构筑选址，开挖工程屏障沟渠；
(2)制作钢筋笼，在钢筋笼内侧布施土工布；
(3)制作混合块体，将混合块体填充至所述钢筋笼内，形成工程屏障墙体单元；
(4)将所述工程屏障墙体单元进行组合拼装，吊装入所述工程屏障沟渠内，形成工程屏障墙体；
(5)采集工程屏障墙体两侧的pH值、温度、湿度、土压力、孔隙水压力和离子浓度数据，监测重金属阻滞效果；
其中，混合块体的制作方法包括以下步骤：
a.将红黏土、膨润土、飞灰按质量比为30～90:5～30:0～60的比例混合均匀，得到混合土体；
b.向步骤a所得混合土体中添加化学添加剂溶液，压制成型，得到混合块体。
2.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，步骤(2)中所述钢筋笼上设置有起吊环及拼装固定装置；所述土工布布施在钢筋笼内侧的酸性矿山废水渗流方向上。
3.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，所述工程屏障墙体单元形状为阶梯状，可用上下叠加、左右叠加和前后叠加的方式对工程屏障墙体单元进行组合拼装。
4.根据权利要求3所述的施工方法，其特征在于，所述工程屏障墙体单元的组合拼装可形成带状、弧状、环状工程屏障以及多重阻滞原位反应带形式的工程屏障***。
5.根据权利要求4所述的施工方法，其特征在于，所述多重阻滞原位反应带由一道以上中和工程屏障墙体和阻滞工程屏障墙体组合而成。
6.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，所述中和工程屏障墙体单元中混合块体由红黏土、膨润土和飞灰按质量比为30～65:5～20:30～60的比例制得。
7.根据权利要求5所述的施工方法，其特征在于，所述阻滞工程屏障墙体单元中混合块体由红黏土、膨润土和飞灰按质量比为40～90:5～30:0～30的比例制得。
8.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，还包括根据步骤(5)采集的数据判断工程屏障***是否已失效或已达到使用年限，若是，则对工程屏障墙体进行置换。
9.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，混合块体的制作方法中，化学添加剂溶液由化学添加剂与蒸馏水混合而成，化学添加剂与蒸馏水的质量比为1:5～15。
10.根据权利要求1所述的施工方法，其特征在于，混合块体的制作方法中，化学添加剂由海因环氧树脂和固化激发剂组成；其中，固化激发剂与海因环氧树脂的质量比为1:10～20，所述固化激发剂为3,3'-二氨基二丙胺(C6H17N3)。
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