CN115215403A - 一种复合地下垂直防污屏障***及控制污染物迁移的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种复合地下垂直防污屏障***及控制污染物迁移的方法，属于环境污染治理技术领域。该***主要包括设置于污染源***的渗透性反应器、垂直防渗墙、地下水监测***和水头控制***。本发明的复合防污屏障由渗透性反应器和三面包围的垂直防渗墙组成，利用垂直防渗墙阻隔作用，将地下水汇流至中间的渗透性反应器，从渗透性较大的渗透性反应器通过，与渗透性反应器中的吸附性介质接触反应，将污染物去除后向下游含水层释放，从而达到净化水质，防止污染物迁移扩散的作用。本发明克服了传统阻隔墙对隔水层深度的限制，大幅提高渗透性反应墙的处理效率，适用于各类复杂地质条件下的场地污染控制工程。
Description
技术领域
本发明涉及环境污染治理技术领域，具体涉及一种复合地下垂直防污屏障***及控制污染物迁移的方法。
背景技术
垂直阻隔墙技术是在污染场地周边进行原位开挖，再用将场地土与膨润土进行混合，制浆回填，形成一道低渗透性的垂直阻隔墙，阻止污染场地下水的污染物向外扩散，同时阻止未污染的地下水进入受控污染区域。该技术具有处理对象广泛、场地适应性强，施工方便，工程造价低，兼具临时性和永久性修复功能，尤其适用于大体量的填埋场污染修复。该技术在欧美等发达国家已经得到广泛应用，美国环保部(US EPA)还专门针对垂直阻隔墙的设计和施工制定了标准归规范，该规范要求垂直阻隔墙的渗透系数不低于1×10-9m/s，且底部必须***隔水层，防止地下水通过底部绕流进入污染区域。
然而，由于各地区的地质条件差异，部分地区的由于隔水层埋深较大(大于20米)，或者下伏地层为风化基岩，开挖难度较大，无法实现阻隔墙底部***隔水层。若采用悬挂式垂直阻隔墙，则有污染物通过垂直阻隔墙底部绕流扩散的隐患。
基于上述情况，本发明提出了一种复合地下垂直防污屏障***及控制污染物迁移的方法，可有效解决以上问题。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种垂直防渗技术和渗透性反应墙技术结合的复合垂直防污屏障***。
本发明的又一目的是提供一种利用上述复合垂直防污屏障***进行控制污染物迁移的方法。
本发明克服了传统阻隔墙对隔水层深度的限制，适用于各类复杂地质条件下的场地污染控制工程；且建设，运行和维护成本较低，具有广泛的应用前景。
为解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案实现：
一方面，本发明提供一种复合地下垂直防污屏障***，包括：
渗透性反应器，所述渗透性反应器设置于污染源***，用于净化污染水源；
垂直防渗墙，所述垂直防渗墙以半包围形式布置于渗透性反应器的底部及两翼，该垂直防渗墙与渗透性反应器相配合形成防污屏障；
地下水监测***，所述地下水监测***至少由紧靠渗透性反应器上游侧和下游侧设置的入流监测井和出流监测井组成，所述入流监测井和出流监测井内均布置有自动采样监测***；以及
水头控制***，所述水头控制***接收自动采样监测***的监测信号，且其至少由位于入流监测井上游污染区的注水井和位于出流监测井下游净水区的抽水井以及控制器组成；
所述注水井和抽水井之间通过管道连接，可通过设置在抽水井内的抽水泵抽取地下水经管道运输至注水井并对其进行回灌，用以维持防污屏障两侧的水力梯度稳定。
其中，防污屏障由一面渗透性反应器和三面包围的垂直防渗围墙组成，***运行时，受污染的地下水受到垂直防渗墙阻隔作用，会汇流至中间，从渗透性较大的渗透性反应器通过，先后与渗透性反应器中的吸附性介质接触反应，将污染物去除后向下游含水层释放，从而达到净化水质，防止污染物迁移扩散的作用。
其中，所述的垂直防渗墙要求渗透系数应小于1x10-9m/s，满足《生活垃圾卫生填埋场岩土工程技术规范》(CJJ 176-2012)，以及即将实施的《污染地块阻隔工程技术指南》、《工业污染场地竖向阻隔技术标准》对防渗墙的规定。
作为本发明的一种优选技术方案，所述渗透性反应器至少由沿污染物迁移路径依次布置的石英砂层、活性炭层和沸石层组成。
其中，所述的渗透性反应器按照功能分为三层子单元结构：沿污染物迁移路径，第一层子单元为石英砂填充材料，用于控制渗透系数，过滤颗粒状的污染物；第二层子单元填充活性炭，用于吸附有机污染物；第三层子单元填充沸石，用于吸附氮、磷和重金属离子等无机污染物。
作为本发明的一种优选技术方案，所述石英砂层、活性炭层和沸石层内的填充物均采用预制装配式填充材料。
作为本发明的一种优选技术方案，相邻两块装配式材料之间通过凹凸卡扣连接，连接处采用密闭性材料覆盖。
作为本发明的一种优选技术方案，所述垂直防渗墙底部可穿透含水层并***隔水层、地下基岩或者风化基岩，或地表10米以下任意高度即可。
其中，传统垂直防渗屏障要求底部必须***隔水层1m以上，以防止污染物从防渗墙底部绕流。但针对部分特殊场地，地下隔水层埋深过大，开挖成本过高，采用本发明制成的悬浮式防污屏障，防渗材料底部只需安装至地表10米以下任意深度即可。地下水会优先通过顶部的渗透性反应器通过防污屏障，从而抑制污染物绕流问题。
作为本发明的一种优选技术方案，所述渗透性反应器下表面与所述垂直防渗墙的连接面相对于水平面呈倾斜设置。
作为本发明的一种优选技术方案，所述自动采样监测***沿监测井内不同深度处安装，其包括孔隙水压力传感器、水质传感器、流量计和自动采样装置，可实现远程监控水位和土壤孔隙水COD浓度。
作为本发明的一种优选技术方案，所述垂直防渗墙内的填料应包括质量分数1～10％的有机改性膨润土。
另一方面，本发明还提供一种复合地下垂直防污屏障***控制污染物迁移的方法，用于控制所述的防污屏障***，所述控制方法包括：
所述渗透性反应器和垂直防渗墙安装在地下水水力梯度最大处，并垂直于地下水迁移路径；
所述水头控制***由控制器控制运行，且控制器实时接收入流监测井和出流监测井内自动采样监测***的水头数据反馈，当获取的防污屏障内外侧水头差小于设定值时，由控制器启动抽水井的抽水泵和注水井的回灌开关，抽取地下水经管道运输至注水井对其进行回灌，用以维持防污屏障两侧的水力梯度稳定；
由自动采样监测***长期监测入流监测井和出流监测井中不同位置地下水水质情况，若在出流监测井中发现水质中某一类污染物浓度异常，则需将渗透性反应器内的相应的吸附性子单元取出，将其中的填料进行更换。
作为本发明的一种优选技术方案，在安装渗透性反应器时，根据含水层渗透系数调整填充石英砂层、活性炭层和沸石层粒径，保证整个反应器渗透系数需大于含水层渗透系数一个数量级以上，保证受污染的地下水会依次通过石英砂层、活性炭层和沸石层。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明提供了一种由渗透性反应墙和垂直防渗墙结合的复合防污屏障***，由渗透性反应墙和三面包围的垂直防渗围墙组成，利用垂直防渗墙阻隔作用，将地下水汇流至中间的渗透性反应墙，从渗透性较大的渗透性反应器通过，与渗透性反应器中的吸附性介质接触反应，将污染物去除后向下游含水层释放，从而达到净化水质，防止污染物迁移扩散的作用。
附图说明
图1是本发明的典型剖面结构示意图；
图2是本发明的俯视结构示意图；
图3是本发明的垂直防渗墙与渗透性反应器结合的正面结构示意图。
附图标记：1-渗透性反应器；2-石英砂层；3-活性炭层；4-沸石层；5-垂直防渗墙；6-入流监测井；7-出流监测井；8-注水井；9-出水井；10-含水层；11-污染源。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
下面结合附图1至3和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
为实现上述目的，本实施例提供一种的复合地下垂直防污屏障***，该***主要包括设置于污染源11***的渗透性反应器1、垂直防渗墙5、地下水监测***和水头控制***。其中，垂直防渗墙5与渗透性反应器1相配合形成防污屏障，用于净化和隔离污染水源。
如图1和3所示，所述垂直防渗墙5以半包围形式布置于渗透性反应器1的底部及两翼；并且，所述的渗透性反应器1下表面与垂直防渗墙5的连接面与水平面呈现45°倾角，对地下水渗流起到导流作用。
进一步地，所述渗透性反应器1至少由沿污染物迁移路径依次布置的石英砂层2、活性炭层3和沸石层4组成；所述石英砂层2、活性炭层3和沸石层4内的填充物均采用预制装配式填充材料；相邻两块装配式材料之间通过凹凸卡扣连接，连接处采用密闭性材料覆盖。
再进一步地，所述垂直防渗墙5安装至地表10米以下任意深度即可，地下水会优先通过顶部的渗透性反应器通过防污屏障，从而抑制污染物绕流问题。所述垂直防渗墙5内的填料由灌浆混凝土添加质量分数2.5％聚合物改性膨润土和质量分数2.5％季铵盐改性膨润土混合制成，因为有机膨润土具有较好的吸水膨胀性，可以进一步降低防渗墙渗透系数，延长地下水通过防渗墙的时间，且有机膨润土对疏水性的有机物具有较好的吸附性。
如图2所示，在防污屏障的左右两侧分别沿防污屏障延伸方向间隔布置有多个地下水监测***，所述地下水监测***主要由入流监测井6和出流监测井7组成，其中，入流监测井6紧靠渗透性反应器1上游侧设置，出流监测井7紧靠渗透性反应器1下游侧设置；再者，所述入流监测井6和出流监测井7内均布置有自动采样监测***。
进一步地，所述自动采样监测***沿监测井内不同深度处安装，其包括孔隙水压力传感器、水质传感器、流量计和自动采样装置，可实现远程监控水位和土壤孔隙水COD浓度。
如图1和2所示，所述水头控制***至少由位于入流监测井6上游污染区的注水井8和位于出流监测井7下游净水区的抽水井9以及控制器(PLC控制器)组成；其中，控制器用于接收来自自动采样监测***的监测信号。
进一步地，所述注水井8和抽水井9之间通过管道连接，可通过设置在抽水井9内的抽水泵抽取地下水经管道运输至注水井8并对其进行回灌，用以维持防污屏障两侧的水力梯度稳定。
基于上述污屏障***，本实施例还提供一种复合地下垂直防污屏障***控制污染物迁移的方法，所述控制方法包括：
所述渗透性反应器1和垂直防渗墙5安装在地下水水力梯度最大处，并垂直于地下水迁移路径；在安装渗透性反应器1时，根据含水层10渗透系数调整填充石英砂层2、活性炭层3和沸石层4粒径，保证整个反应器渗透系数需大于含水层10渗透系数一个数量级以上，保证受污染的地下水会依次通过石英砂层2、活性炭层3和沸石层4；
所述水头控制***由控制器控制运行，且控制器实时接收入流监测井6和出流监测井7内自动采样监测***的水头数据反馈，当获取的防污屏障内外侧水头差小于设定值时(设定值可根据具体需要进行设定)，由控制器启动抽水井9的抽水泵和注水井8的回灌开关，抽取地下水经管道运输至注水井8对其进行回灌，用以维持防污屏障两侧的水力梯度稳定；
由自动采样监测***长期监测入流监测井6和出流监测井7中不同位置地下水水质情况，若在出流监测井7中发现水质中某一类污染物浓度异常，则需将渗透性反应器1内的相应的吸附性子单元取出，将其中的填料进行更换。
本发明的复合防污屏障由渗透性反应器和三面包围的垂直防渗墙组成，利用垂直防渗墙阻隔作用，将地下水汇流至中间的渗透性反应器，从渗透性较大的渗透性反应器通过，与渗透性反应器中的吸附性介质接触反应，将污染物去除后向下游含水层释放，从而达到净化水质，防止污染物迁移扩散的作用。本发明克服了传统阻隔墙对隔水层深度的限制，利用阻隔墙的导流作用，大幅提高渗透性反应墙的处理效率，适用于各类复杂地质条件下的场地污染控制工程，尤其适用于隔水层埋深较大，或者基岩导水系数较大的污染场地。
本发明中所述的控制器、孔隙水压力传感器、水质传感器、流量计、自动采样装置等技术特征(本发明的组成单元/元件)，如无特殊说明，均从常规商业途径获得，或以常规方法制得，其具体结构、工作原理以及可能涉及到的控制方式、空间布置方式采用本领域的常规选择即可，不应被视为本发明的创新点所在，对于本领域技术人员来说，是可以理解的，本发明专利不做进一步具体展开详述。
依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的一种复合地下垂直防污屏障***，并且能够产生本发明所记载的积极效果。
如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。
除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种复合地下垂直防污屏障***，其特征在于，包括：
渗透性反应器(1)，所述渗透性反应器(1)设置于污染源***，用于净化污染水源；
垂直防渗墙(5)，所述垂直防渗墙(5)以半包围形式布置于渗透性反应器(1)的底部及两翼，该垂直防渗墙(5)与渗透性反应器(1)相配合形成防污屏障；
地下水监测***，所述地下水监测***至少由紧靠渗透性反应器(1)上游侧和下游侧设置的入流监测井(6)和出流监测井(7)组成，所述入流监测井(6)和出流监测井(7)内均布置有自动采样监测***；以及
水头控制***，所述水头控制***接收自动采样监测***的监测信号，且其至少由位于入流监测井(6)上游污染区的注水井(8)和位于出流监测井(7)下游净水区的抽水井(9)以及控制器组成；
所述注水井(8)和抽水井(9)之间通过管道连接，可通过设置在抽水井(9)内的抽水泵抽取地下水经管道运输至注水井(8)并对其进行回灌，用以维持防污屏障两侧的水力梯度稳定。
2.根据权利要求1所述的一种复合地下垂直防污屏障***，其特征在于：所述渗透性反应器(1)至少由沿污染物迁移路径依次布置的石英砂层(2)、活性炭层(3)和沸石层(4)组成。
3.根据权利要求2所述的一种复合地下垂直防污屏障***，其特征在于：所述石英砂层(2)、活性炭层(3)和沸石层(4)内的填充物均采用预制装配式填充材料。
4.根据权利要求3所述的一种复合地下垂直防污屏障***，其特征在于：相邻两块装配式材料之间通过凹凸卡扣连接，连接处采用密闭性材料覆盖。
5.根据权利要求1所述的一种复合地下垂直防污屏障***，其特征在于：所述垂直防渗墙(5)底部可穿透含水层并***隔水层、地下基岩或者风化基岩，或地表10米以下任意高度即可。
6.根据权利要求1所述的一种复合地下垂直防污屏障***，其特征在于：所述渗透性反应器(1)下表面与所述垂直防渗墙(5)的连接面相对于水平面呈倾斜设置。
7.根据权利要求1所述的一种复合地下垂直防污屏障***，其特征在于：所述自动采样监测***沿监测井内不同深度处安装，其包括孔隙水压力传感器、水质传感器、流量计和自动采样装置。
8.根据权利要求1所述的一种复合地下垂直防污屏障***，其特征在于：所述垂直防渗墙(5)内的填料应包括质量分数1～10％的有机改性膨润土。
9.一种复合地下垂直防污屏障***控制污染物迁移的方法，其特征在于，用于控制权利要求1～8任一项所述的防污屏障***，所述控制方法包括：
所述渗透性反应器(1)和垂直防渗墙(5)安装在地下水水力梯度最大处，并垂直于地下水迁移路径；
所述水头控制***由控制器控制运行，且控制器实时接收入流监测井(6)和出流监测井(7)内自动采样监测***的水头数据反馈，当获取的防污屏障内外侧水头差小于设定值时，由控制器启动抽水井(9)的抽水泵和注水井(8)的回灌开关，抽取地下水经管道运输至注水井(8)对其进行回灌，用以维持防污屏障两侧的水力梯度稳定；
由自动采样监测***长期监测入流监测井(6)和出流监测井(7)中不同位置地下水水质情况，若在出流监测井(7)中发现水质中某一类污染物浓度异常，则需将渗透性反应器(1)内的相应的吸附性子单元取出，将其中的填料进行更换。
10.根据权利要求9所述的一种复合地下垂直防污屏障***控制污染物迁移的方法，其特征在于：在安装渗透性反应器(1)时，根据含水层(10)渗透系数调整填充石英砂层(2)、活性炭层(3)和沸石层(4)粒径，保证整个反应器渗透系数需大于含水层(10)渗透系数一个数量级以上，保证受污染的地下水会依次通过石英砂层(2)、活性炭层(3)和沸石层(4)。
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