铬污染土壤修复的异位反应系统及该系统的布置方法

摘要

本发明涉及一种铬污染土壤修复的异位反应系统及该系统的布置方法，铬污染土壤在反应池内堆置成土壤堆体，反应池包括池体和围在池体周围的挡土墙，池体的底面和侧壁铺有膨润土垫，上铺防渗膜和土工布；防渗膜和土工布的尾端从外侧埋入挡土墙中；反应池内还铺设有用于补给修复药剂和水分的补充管网，土壤堆体的上表面覆盖有苫盖膜，苫盖膜完整苫盖土壤堆体形成阻止空气与土壤堆体直接接触的封闭反应系统，在该系统上进行污染土壤的堆置反应。环境温度高时，水分从堆体底部逐渐向上蒸发，温度低时，水蒸气凝结，从堆体顶部重新向下迁移，从而形成封闭环境内的水汽循环，强化反应效果，且布置方法简单，技术要求低。

说明书

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，特别涉及一种铬污染土壤修复的异位反应系统及该系统的布置方法。

背景技术

六价铬是一种典型的重金属污染物，具有毒性大、迁移性强等特点，给当地环境和人体健康造成巨大威胁。在相关环境保护规划中，六价铬被列为重点关注重金属污染物之一，未来将开展大规模六价铬污染修复工作。当前，六价铬污染修复多采用异位修复。以往修复过程中，大多将土壤清挖出地表后，转运至特定的构筑物或反应器中处理。构筑物一般为混凝土结构，需要占用较大的场地空间，基础设施建设周期长、成本高，不利于一些中小型项目使用，设备运行过程中，产生大量能耗，修复完成后，反应器或构筑物需要拆除，费时费力且成本高；反应器的处理能力有限，延长工期，在中型、大型项目上不便使用。

此外，在反应器或构筑物中的反应混合物与空气直接接触，为氧化环境，不适用于厌氧修复如铬污染土壤修复，还原稳定化效率低，含有铬污染物的尘土直接逸散到大气中，造成空气质量下降，甚至危害周围敏感受体。因此，为防止发生二次污染，铬污染土壤修复过程中需要严格避免修复土壤与外界土壤的接触，需要一种专门的异位反应系统及该系统的布置方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种铬污染土壤修复的异位反应系统及该系统的布置方法，解决现有土壤修复系统所用的混凝土构筑物需要占用较大的场地空间、基础设施建设周期长、成本高、不利于一些中小型项目使用且设备运行过程中产生大量能耗、修复完成后需要拆除、费时费力且成本高的技术问题，以及反应器的处理能力有限、工期长、在中型大型项目上不便使用的问题；还解决构筑物不密封，在进行土壤修复时、含有对人体有害的污染物的尘土直接逸散到大气中，造成空气质量下降甚至危害周围敏感受体的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种铬污染土壤修复的异位反应系统，包括反应池和堆置于反应池内的土壤堆体，其特征在于：所述反应池包括池体和围在池体周围的挡土墙，所述池体的底面和侧壁铺有膨润土垫，所述膨润土垫上依次铺设一层防渗膜和一层土工布；所述防渗膜和土工布的边沿伸出池体并从挡土墙的墙根穿到挡土墙外侧，尾端从外侧埋入挡土墙中固定；所述反应池内还铺设有用于补给修复药剂和水分的补充管网，土壤堆体的上表面覆盖有苫盖膜，所述苫盖膜的边沿从内测埋入挡土墙中固定，完整苫盖土壤堆体形成阻止空气与土壤堆体直接接触的封闭反应系统。

优选的，所述防渗膜为高密度聚乙烯膜，所述土工布为非织造土工布或兼具防渗和保护功能的复合土工材料。

进一步的，所述苫盖膜为聚氯乙烯膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜或聚苯乙烯膜。

进一步的，所述补充管网包括两层，一层紧贴土壤堆体的上表面设置，另一层埋在土壤堆体内部。

进一步的，所述池体的侧壁为斜坡。

进一步的，所述挡土墙为盖压在土工布之上的墙体，是水泥墙、土墙或用标砖、粉煤灰砖或煤矸石砖砌筑成的砖墙。

进一步的，所述土壤堆体的堆高为1～5 m，堆体边坡坡比为1:1～1:3。

本发明还提供一种上述的铬污染土壤修复的异位反应系统的布置方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、确定污染土壤与修复药剂的总方量；

步骤二、计算土壤堆体尺寸：根据计算出的污染土壤实际总方量，确定反应池底长、底宽、顶长、顶宽尺寸，并按下式计算土壤堆体的堆高：

                                                                   （1）

式中V代表土壤堆体的体积，H代表土壤堆体的堆高，S₁代表土壤堆体的下底面面积，S₂代表土壤堆体的上底面面积；

步骤三、池体施工：按反应池的长、宽、高尺寸构建池体；

步骤四、设置基础层：将池体的底面去除树根、石块等杂物，简单压实，无下陷无坡度，形成基础层；

步骤五、设置膨润土垫、防渗膜和土工布：在基础层上铺设膨润土垫，膨润土垫同时覆盖池体的底面和侧壁，将防渗膜铺设于膨润土垫上方，然后再防渗膜上铺设土工布，防渗膜和土工布除覆盖池体的底面和侧壁外，应由池体基坑边界向外延展0.3～0.5 m；

步骤六、堆置土壤堆体：按设计堆高和边坡坡度自然堆置土壤，形成土壤堆体；

步骤七、铺设补充管网：在土壤堆体的上表面的合适位置铺设药剂及水分的补充管网，用于后续持续为堆体补充水分及修复药剂，强化修复效果；

步骤八、设置苫盖膜：土壤堆体顶部覆盖苫盖膜，完整苫盖整个土壤堆体，且膜外沿应超出开挖基坑边界0.3～0.5 m；

步骤九、设置挡土墙：按设计尺寸在堆体周围构建挡土墙；

步骤十、布置监测点位：在苫盖膜上标记监测点位，对土壤修复效果持续监测，配合药剂及水分的补充管网，调节反应条件，确保达到修复目标要求。

所述步骤九中，所述挡土墙优选为砖墙，其压在防渗膜上，防渗膜的边沿伸出池体并从挡土墙的墙根穿到挡土墙外侧，标砖垂直堆体长度方向码放，单层标砖码放完毕后，将防渗膜的边沿从外侧埋入，在防渗膜上均匀涂抹水泥，再码放一层标砖，自然风干。

与现有技术相比，本发明的技术优势在于：

1、封闭环境处理效果好，有效防止二次污染：池体为封闭构造，避免池体内部环境与外界大气的接触，最大限度的保证还原稳定化环境，使反应效果更好。反应过程中，水分在堆体内循环，保持土壤含水率。有效防止产生扬尘，不产生大量的生产废气，不产生渗滤液，避免二次污染，安全、清洁，环境效益明显。

2、系统结构简单，施工方便，有效降低修复成本：本发明使用的高密度聚乙烯膜、土工布、膨润土垫、苫盖膜等均是土建工程中常见的材料，来源广泛、价格低廉，可就近购买，避免影响施工进度，施工方便，有效缩短施工周期；反应池构建速度快，不影响施工进度，单个反应池处理量大且可以重复利用，污染土壤与药剂混合后，在还原稳定化反应池中堆置，不需要能耗，土壤修复完成后，回收材料、填平并压实土壤即可，降低修复成本。

3、适用范围广、可应用性强：安全稳定，反应池结构灵活，可以根据场地大小和处理规模调整长、宽、高尺寸，适用范围更广，反应池的处理量大，对修复药剂有广泛适应性，修复成本低、施工周期短，工程可应用性强；

综上，本发明根据国家污染场地修复行业相关标准，设计了一种铬污染土壤异位修复反应系统，不但可以完成污染土壤混合、补水、反应的全过程，且结构简单，施工方便，施工周期短、成本低、可以重复利用，同时具有防渗、苫盖、密封、调节、实时监测的特点，具有较好的应用前景。

附图说明

图1是本发明涉及的铬污染土壤修复的原地异位反应系统的结构示意图；

图2是利用本发明涉及的铬污染土壤修复的原地异位反应系统进行土壤修复的工艺流程图。

附图标记：1-苫盖膜、2-土壤堆体、3-非织造土工布、4-高密度聚乙烯防渗膜、5-膨润土垫、6-基础层、7-土壤监测位点、8-补充管网、9-挡土墙。

具体实施方式

下面结合附图对本发明内容作进一步的解释和说明。

如图1所示，本发明涉及一种铬污染土壤修复的异位反应系统，包括反应池和堆置于反应池内的土壤堆体2，其特征在于：所述反应池包括池体和池体周围的挡土墙9，所述池体的底面和侧壁铺有膨润土垫5，所述膨润土垫上铺设防渗膜4和土工布3；所述防渗膜和土工布的边沿伸出池体并从挡土墙的墙根穿到挡土墙9外侧，尾端从外侧埋入挡土墙9中固定；所述反应池内还铺设有用于补给修复药剂和水分的补充管网8，土壤堆体2的上表面覆盖有苫盖膜1，所述苫盖膜1完整苫盖土壤堆体形成阻止空气与土壤堆体直接接触的封闭反应系统。

所述防渗膜为高密度聚乙烯膜，土工布为非织造土工布。所述苫盖膜1可以为聚氯乙烯膜、聚乙烯膜、聚丙烯膜或聚苯乙烯膜。所述补充管网8包括两层，一层在土壤堆体2的顶部，另一层在土壤堆体2的中间位置。所述池体的侧壁为斜坡。所述土壤堆体2的堆高为1～5 m，堆体边坡坡度为1:1～1:3。

如图2，本发明还提供一种上述的铬污染土壤修复的异位反应系统的布置方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、计算污染土壤与修复药剂的总方量：一般条件下，修复药剂有固体药剂和液体药剂两种，固体药剂与污染土壤混合后，使土壤总方量明显增加，增加比例一般为0%-25%之间。而液体药剂与污染土壤混合后，填充到土壤孔隙中，使土壤结构被破坏、坍塌，因此，液体药剂使污染土壤总方量减少，减少比例一般为0%-20%。

步骤二、计算土壤堆体的尺寸：根据计算出的污染土壤实际总方量，设计反应池底长、底宽、顶长、顶宽尺寸，并按下式计算堆体堆高，堆高一般1～5 m，堆体边坡坡比1:1～1:3之间；

                    （1）

式中V代表土壤堆体的体积，H代表土壤堆体的堆高，S₁代表土壤堆体的下底面面积，S₂代表土壤堆体的上底面面积；

步骤三、池体施工：按设计的池体长、宽、高尺寸构建池体，去除池壁上的树根、石块等杂物，简单夯实，使池壁没有坍塌或土壤下落；

步骤四、设置基础层：形成支撑面后，去除树根、石块等杂物，简单压实，使基础层无下陷，基础层无坡度。基础层可以直接压实，也可以铺垫砂、砾石，或直接在平整的地面上构建硬化层作为基础层。在基础层上铺设膨润土垫，覆盖底面和侧壁。

步骤五、设置防渗膜：防渗膜铺设于膨润土垫上方，为HDPE膜，厚度0.5～3.0 mm，防渗系数小于1.0*10^-7 cm/s，HDPE膜上铺设土工布，质量选择600～800 g/cm²，HDPE膜和土工布应铺设平整，除覆盖基础层外，应由基坑边界向外延展0.3～0.5 m。或直接使用兼具防渗和保护作用的复合土工膜，根据设计参数制造相应材料、厚度的复合土工膜。

步骤六、堆置土壤堆体2：将混合完修复药剂的土壤分批次转运到反应池内，按设计的堆体尺寸，沿池体长度方向规则堆放土壤，最终将土壤堆置成堆体。堆置过程中采用自然堆土的方式，使土壤孔隙度增加，方便后续补充修复药剂和水分，更使水分在堆体内形成循环，有利于反应进行。

步骤七、铺设药剂及水分的补充管网8：土壤堆体堆置过程中，在土壤堆体上表面的合适位置铺设药剂及水分的补充管网，后续可以持续为堆体补充水分、液体药剂，强化修复效果，药剂及水分的补充管网在土壤堆体顶部铺设一层，在土壤堆体内部铺设一层，一般铺设在堆体中间位置，铺设间距根据实际堆体大小设计，一般为0.2～1.0 m。

步骤八、设置苫盖膜1：土壤堆体顶部覆盖苫盖膜1，厚度0.075～0.11mm，完整苫盖整个土壤堆体，延伸至地面后，膜外沿应超出开挖基坑边界0.3～0.5 m，苫盖严密，减少堆体内环境与外界大气的交换，维持还原环境。

步骤九、设置挡土墙9：使用标砖和水泥，按设计尺寸在堆体周围构建挡土墙，标砖尺寸为240 mm*115 mm*53 mm，所述挡土墙9压在防渗膜上，防渗膜的边沿伸出池体并从挡土墙的墙根穿到挡土墙9外侧，标砖垂直堆体长度方向码放，单层标砖码放完毕后，将防渗膜的边沿从外侧埋入，将苫盖膜1的边沿从内测埋入，在防渗膜上均匀涂抹水泥，厚度4 mm，再码放一层标砖，根据实际需求可以增加标砖层数，码放方法相同，码放完成后自然风干。挡土墙的标砖可以更换为空心砖、多孔砖、粉煤灰砖或其它有砌筑功能的材料。

步骤十、土壤监测点位7的布置：堆体堆置完成后，在LDPE膜上标记土壤监测点位7，对土壤修复效果持续监测，配合药剂及水分的补充管网，调节反应条件，确保达到修复目标要求。

本发明的反应池针对六价铬污染土壤修复，使用的膨润土垫、高密度聚乙烯膜、非织造土工布、苫盖膜不具有唯一性，行业内技术人员根据本发明的结构特征，通过更换所用材料形成的反应池，如将高密度聚乙烯膜更换为膨润土防水毯或使用兼具防渗和保护作用的复合土工膜，苫盖膜更换为聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及其他树脂制成的薄膜，标砖换成空心砖、多孔砖、粉煤灰砖或其它有砌筑功能的材料应视为对本发明的一种变通；本发明的结构包括支撑、防渗、苫盖、挡土墙、补充管网、监测点等，作为反应池的核心结构，行业内的技术人员通过添加、减少或更改部分结构但主体结构类似的反应池，应视为对本发明的一种变通；本发明直接应用于六价铬污染土壤修复，但对其它种类重金属、类金属、石油烃、半挥发性有机物等同样适用。