污染場地修復技術之滲透性反應牆技術

知識 08-12

北極星節能環保網訊:「場地污染，是現今人類面臨的大問題之一」

什麼是污染場地？

因堆積、儲存、處理、處置或其他方式（如遷移）承載了有害物質的，對人體健康和環境產生危害或具有潛在風險的空間區域。具體來說，該空間區域中有害物質的承載體包括場地土壤、場地地下水、場地地表水、場地環境空氣、場地殘餘廢棄污染物如生產設備和建築物等。

污染場地的存在帶來了雙重問題。

一方面是環境和健康風險，另一方面是阻礙了城市建設和經濟發展。中國的污染場地主要由歷史上一批老工業企業產生。

按主要污染物類型劃分，中國污染場地大致可分為4類。

重金屬污染場地、持久性有機污染物（Persistentorganicpollutants，POPs）污染場地、以有機污染為主的石油、化工、焦化等污染場地以及電子廢棄物污染場地等。

今天針對污染場地修復方面，小編給大家分享一下滲透性反應牆技術。

技術原理

指在污染源的下游開挖溝槽，安置連續或非連續的滲透性反應牆，在其中充填反應介質，與流經的地下水發生物理、化學和生物化學反應，使地下水中的污染物得以阻截、固定或降解。

污染場地修復技術之滲透性反應牆技術

技術特點

從污染源釋放出來的污染物質在向下游滲流過程中，溶解於水中形成一個污染地下水羽流，經反應牆，通過物理、化學及生物過程得到處理與凈化。在原位反應牆修復技術中，最重要的功能單元為原位反應器。根據特定地質和水文條件、污染物的空間分布來選擇反應牆(PRB)的類型。PRB按照結構，分為漏斗-門式PRB和連續透水的PRB。

漏斗-門式PRB：由不透水的隔牆、導水門和PRB組成，適用於埋深淺、污染面積大的潛水含水層；

連續透水的PRB：適用於埋深淺、污染羽流規模較小的潛水含水層。

系統構成和主要設備

分為單處理系統和多單元處理系統。

單處理系統PRB的基本結構類型包括連續牆式PRB和漏斗-導門式PRB，還有一些改進構型，如牆簾式PRB、注入式PRB、虹吸式PRB以及隔水牆-原位反應器等，適用於污染物比較單一、污染濃度較低、羽狀體規模較小的場地；

多單元處理系統則適用於污染物種類較多、情況複雜的場地。多單元處理系統又可分為串聯和並聯兩種結構。串聯處理系統多用於污染組分比較複雜的污染場地，對於不同的污染組分，串聯繫統中的每個處理單元可以裝填不同的活性填料，以實現將多種污染物同時去除的目的。

主要設備包括溝槽構建設備(雙輪槽機、鏈式挖掘機等)、阻隔幕牆構建設備(大型螺旋鑽、打樁機等)、監測系統(氫氣、氧化還原電位、pH值、水文地質情況、污染物、反應牆滲透性能的變幅和變化情況等在線監測系統)等。

關鍵技術參數或指標

主要包括PRB安裝位置的選擇、結構的選擇、埋深、規模、水力停留時間、方位、反應牆的滲透係數、活性材料的選擇及其配比。

1）PRB安裝位置的選擇

第一步，通過土壤和地下水體取樣、試驗室測試研究、現有數據整理，圈定污染區域，其範圍應大於污染物羽流，防止污染物隨水流從PRB的兩側漏過去，建立污染物三維空間模型，然後選擇計算範圍，進而建立污染物濃度分布圖。第二步，通過現場水文地質勘察，繪出地下水流場，了解地下水大體流向。第三步，根據地下水動力學，探討污染物的遷移擴散方式和範圍，在污染物可能擴散圈的前端劃定PRB的安裝位置。第四步，在初定位置的可能範圍進行地面調查。

（2）PRB結構的選擇

對於比較深的承壓層，採用灌注處理式PRB比較合適;而對於淺層潛水，可採用的PRB形式多種多樣。此外，還應考慮反應材料的經濟成本問題，若用高成本的反應材料時，可採用材料消耗較少的漏斗-導水門式結構；若使用便宜的反應原料，宜選用連續式滲透反應牆。

（3）PRB的規模

根據歐美國家多個PRB工程的現場經驗可知，PRB的底端嵌入不透水層至少0.60m，PRB的頂端需高於地下水最高水位；PRB的寬度主要由污染物羽流的尺寸決定，一般是污染物羽流寬度的1.2-1.5倍，漏斗-導水門式結構同時取決於隔水漏斗與導水門的比率及導水門的數量。考慮到工程成本因素，當污染物羽流分布過大時，可採用漏斗-導水門式結構的並聯方式，設計若干個導水門，以節省經濟成本和減少對地下水流場的干擾。

（4）PRB水力停留時間

污染物羽流在反應牆的停留時間主要由污染物的半衰期和流入反應牆時的初始濃度決定。污染物的半衰期由室內柱式試驗確定。

（5）PRB走向

一般來說，反應牆的走向垂直於地下水流向，以便最大限度截獲污染物羽流。在實際工程設計中，一般根據以下兩點確定反應牆的走向：

a）根據長期的地下水水文資料，確定地下水流向隨季節變化的規律；

b）建立考慮時間的地下水動力學模型，根據近乎垂直原理，確定反應牆的走向。

（6）PRB的滲透係數

一般來說，反應牆的滲透係數宜為含水層滲透係數的2倍以上，對於漏斗-導水門結構甚至是10倍以上。

（7）活性材料的選擇及其配比反應

介質的選擇主要考慮穩定性、環境友好性、水力性能、反應速率、經濟性和粒度均勻性等因素。PRB處理污染地下水使用的反應材料，最常見的是零價鐵，其它還有活性碳、沸石、石灰石、離子交換樹脂、鐵的氧化物和氫氧化物、磷酸鹽以及有機材料(城市堆肥物料、木屑)等。

技術應用基礎和前期準備

需調研的參數主要包括：污染物特徵，如非飽和土壤和含水層污染物的種類、濃度、三維空間分布、遷移方式及轉化條件；當地的地理地質概況和水文氣象、地下水的埋深、運移參數、季節性變化；含水層的厚度及其滲透係數、孔隙度、顆粒粒徑和級配、地下水的地球化學特性(如pH值、Eh、DO、溫度、電導率、Ca2+、Mg2+、NO3-、SO42-等離子含量等)；現場微生物活性和群落；現場施工環境條件對周圍環境的影響；治理周期、效益、成本、監測；工程項目經費。

然後在試驗室進行批量試驗和柱式試驗，確定活性反應介質並測試其修復效果和反應動力學參數，建立水動力學模型。根據這些參數計算確定PRB的結構、安裝位置、方位及尺寸、使用期限、監測方案，並估算總投資費用。

主要實施過程

(1)對於深度不超過10m的淺層PRB，在污染羽流向的垂向位置，使用連續挖溝機進行挖掘，並回填活性材料，同時設置監測井、排水管、水位控制孔等，最後在牆體上覆蓋土層。也可採用板樁、地溝箱、螺旋鑽孔等挖掘方式。

(2)對於深度大於10m的PRB，有多種方式進行開挖和回填。由於深度較大，回填時常採用生物泥漿運送反應材料，通常是採用瓜爾豆膠，並在混合物中添加酶，可以使瓜爾豆膠在幾天內降解，留下空隙，形成高滲透性的結構。採用該膠時，安裝前先測試地下水的化學性質是否與反應材料和生物泥漿的混合物相適合，以確定生物泥漿能否在合適的時間內得到降解。

採用深層土壤混合法時，一般採用螺旋鑽機進行鑽挖和回填，隨著螺旋鑽在土壤中緩慢推進，將生物泥漿和反應材料的混合物注入並與土壤混合。在鬆散的沉積層中可將反應材料放置到地表下近50m處。

採用旋噴注入法時，將噴注工具推進到需要的深度，通過管口高壓注射反應材料和生物泥漿，連續噴注一系列的鑽孔形成可滲透反應牆。垂直水力壓裂法是將專用工具放入鑽孔中來定向垂直裂縫，利用低速高壓水流，將材料注入土壤層，形成裂縫，由一系列並排鄰近的鑽孔水力壓裂形成滲透反應牆。

運行維護和監測

PRB建好後，需進行長期觀測、運行和管理。

其運行維護相對簡單，運行過程中僅需在長期監測的基礎上對反應介質進行定期更換。為了精確測量監測效果，需在PRB上下游及PRB內布置監測井觀測水位深度變化，並周期性地監測相關的水文地質化學參數、流速等。監測井的布置要保證能夠捕獲污染羽流的運動方向，因此應在濃度較高或接近反應牆的位置集中布置監測井。常用的監測指標有目標污染物、降解中間產物、氧化還原電位)、pH值、Eh、BOD5、COD等。

修復周期

處理周期較長，一般需要數年，常通過實驗室小試或中試確定。

參考成本

其處理成本與PRB類型、工程規模等因素相關。據2012年3月美國海軍工程司令部發布的技術報告，處理地下水的成本介於1.5-37.0美元/m3。目前，國內尚無可參考的工程案例成本。

應用情況

在國外，該技術較為成熟，在北美和歐洲等發達國家有較多應用。美國環保署、美國海軍工程服務中心等機構已制定並發布了本技術的工程設計手冊。根據美國超級基金項目統計，2005-2008年有8個項目使用了該技術。但該技術在我國尚處於中試階段，缺乏工程應用案例。

原標題:污染場地修復技術之滲透性反應牆技術

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