一種三維井淋洗聯合穩定化原位修復重金屬污染土壤的方法與流程

本發明涉及一種重金屬污染土壤修復的方法，具體涉及一種三維井淋洗聯合穩定化原位修復土壤重金屬污染的方法，屬于土壤重金屬污染修復領域。
背景技術：
：近年來，土壤污染問題引起廣泛關注，我國土壤污染狀況已經影響到耕地質量、食品安全甚至人的身體健康，其中最嚴重的就是重金屬污染。土壤重金屬污染主要是指在人類生產生活中，致使土壤中的重金屬含量超過本底值，在土壤中不斷積累而造成生態環境質量惡化。土壤重金屬污染主要通過工程技術和生物技術進行修復。工程技術主要是淋洗法、電解法、換土法等。生物技術主要有微生物修復技術、植物修復技術以及聯合技術等。污染土壤的修復一般分為異位和原位兩種方式，通過降低土壤中重金屬的含量或是降低土壤中重金屬的活度，降低其毒性。異位修復重金屬污染土壤，缺點多，大規模處理污染土壤成本太高，并且會破壞土壤結構，使土壤退化。因此，研究出對土壤重金屬有效修復且對環境影響較小的方法及修復藥劑是目前修復土壤重金屬的急需解決的難題。中國專利(cn102652956a)公開了一種鉻污染土壤原位淋洗處理方法，在需要淋洗處理的土壤區域周邊安裝多個地下水抽提井，通過地表灑水淋洗污染土壤，含六價鉻的淋洗水進入地下水，通過地下水流場控制將含六價鉻的地下水抽到地表進行水處理后再回用地表灑水淋洗，該方法淋洗效率低，且僅能處理土壤中的游離鉻。中國專利(cn103736722a)公開了一種污染土壤原位淋洗處理系統，包括污水處理裝置，以及與污水處理裝置相連的多層水平井，根據場地情況必要時可設垂直抽水井，該處理系統可以提高對土壤中重金屬進行高效淋洗，但是其也僅能處理土壤中的游離金屬，且其在淋洗過程中淋洗液很容易滲入地下水，對地下水造成污染。中國專利(cn103785680a)公開了一種步進式土壤原位淋洗及其穩定化/固化的方法，1)在場地中心a水井處，以需要的壓力注水，1-6號水井進行抽水，并檢測水質的變化；2)待到淋洗水質的重金屬濃度達標并穩定后，將1、4、6號水井作為注水井，同時a水井繼續注水，將2、3、5號水井繼續作為抽水井；3)水質再次達標后將a、2、3、5號水井作為注水井，1、4、6號水井作為抽水井繼續淋洗，直到水質達標；4)將a和1-6號水井都作為注水井，7-18號水井作為抽水井進行淋洗，直到水質達標；5)a和1-6號水井與7-18水號井間隔交替作為注水井或抽水井進行淋洗，直到水質達標；7)淋洗完成后，重復以上5個步驟，從場地中心a水井處開始往場地中注入穩定化藥劑；將經步驟6)處理后的場地，以由場地外側向場地內側的方向，通過水井逐步注入固化劑。這種方法將原位淋洗技術與穩定化/固化技術結合，進一步降低污染物的溶出風險，但是其淋洗過程中主要是依靠水壓對土壤進行橫向淋洗，淋洗效率低，且淋洗過程中，淋洗液容易滲透污染地下水。技術實現要素：針對現有技術中的重金屬污染土壤修復技術存在的缺陷，本發明的目的是在于提供一種能夠實現重金屬污染土壤原位淋洗并穩定化固化處理，通過杜絕淋洗液對地下水二次污染的修復重金屬污染土壤的方法，該方法操作簡單、成本低，有利于推廣應用。為了實現上述技術目的，本發明提供了一種三維井淋洗聯合穩定化原位修復重金屬污染土壤的方法，該方法包括以下步驟：1)在重金污染土壤層內部由上至下依次布設至少三層三維井；2)在重金屬污染土壤層底部設置滲透吸附層；3)利用三維井對淋洗重金屬污染土壤層由上至下逐層淋洗：a)在重金屬污染土壤層頂部噴淋淋洗劑，通過最上層三維井抽提回收淋洗濾液，經過反復淋洗直至淋洗濾液中重金屬濃度穩定后，停止噴淋淋洗劑；b)再從最上層三維井注入淋洗劑，通過第二層三維井抽提回收淋洗濾液，經過反復淋洗直至淋洗濾液中重金屬濃度穩定，停止注入淋洗劑；c)再依照b)操作利用三維井對更深層重金屬污染土壤進行淋洗，直至整個重金屬污染土壤層淋洗完成；4)通過各層三維井向重金污染土壤層內部注入穩定劑；5)通過各層三維井向重金污染土壤層內部灌入粘土水泥漿。本發明的技術方案首次將石油開采技術中的三維井利用到重金屬污染土壤原位修復中來，三維井與一般的水平井和垂直井設置不同，其整體上呈三維網絡狀結構(從圖2中可以看出)分布在重金屬污染土壤層中，且三維井在水平和垂直方向均具有一定的規律分布。在淋洗過程中，能夠實現重金屬污染土壤層的橫向和縱向同時淋洗，大大提高了淋洗效率，同時采用逐層淋洗的方式，由最土壤的上層開始逐步向下層淋洗，三維井角色靈活轉換，可以作為抽提井和注入井使用，同時還作為穩定化合固化試劑的注入井，不但實現了淋洗液以循環方式對土壤進行反復淋洗，大大提高了淋洗效率，又可以防止井管道堵塞，進而提高修復效率，而且實現了原位淋洗與穩定化固化結合修復重金屬污染土壤，滿足快速、高效修復重金屬污染土壤的要求。本發明的技術方案在重金屬污染層的底部設置了滲透吸附層，能夠有效防止淋洗液滲漏進入地下水，有效防止對地下水的二次污染。優選的方案，相鄰兩層三維井之間的間隔距離為0.5～2.5m，每層三維井包括若干口三維井，且各三維井的井間距為1～4米。所述三維井包括傾斜段和水平段，傾斜段與水平面的夾角為45°～75°，水平段與水平面平行。相鄰兩層三維井之間的間隔距離指的是上層三維井與下層三維井的水平段之間的垂直距離。本發明的技術方案中三維井的層數，根據重金屬污染土壤的程度來確定，至少設置三層。優選的方案，相鄰兩層三維井的各三維井錯開布設，不在同一垂直平面上。優選的方案，所述三維井的內部設有管徑為dn100～300的濾管，所述濾管的一端密封，另一端與抽提收集一體化設備相連。濾管上分布可供液體通過的小孔。較優選的方案，所述井管采用的材質為pe、hdpe或pvc。較優選的方案，三維井的下游設有若干口用于抽提滲漏淋濾液的垂直井。較優選的方案，所述垂直井的內徑為0.2～0.5m，井深為6～12m，且垂直井最深處必須在地下水水位之上。較優選的方案，所述滲透吸附層由吸附劑與土壤混合而成，所述吸附劑為聚氨基酸和/或聚丙烯酰胺，或者為含活性炭或黏土礦物夾層的土工布。由geoprobe-7822dt設備在重金屬污染土壤層底部注射吸附劑與土壤混合形成滲透吸收層。較優選的方案，所述吸附層的厚度為10～15cm。較優選的方案，連續兩次抽提的淋洗濾液中重金屬濃度變化小于3％時，停止注入淋洗劑。本發明的淋洗劑為現有技術中常規的淋洗劑，如水或添加了有機金屬螯合劑的水溶液，或者是添加了促進金屬溶出助劑的溶液。本發明的穩定化藥劑包括硫化物，典型的如硫化鈉等。相對現有技術，本發明的技術方案帶來的有益技術效果：1、本發明的技術方案實現了重金屬污染場地的原位淋洗和固定化穩定化修復處理，避免了重金屬污染土壤異位修復過程中需土方挖運，大面積破壞土壤結構、耗時秏力等缺陷。2、本發明的技術方案采用三維井對重金屬污染土壤層進行原位淋洗和穩定化固化處理，相對現有技術中的水平井和垂直井具有明顯的技術優勢，水平井主要實現土壤層的垂直方向的淋洗，垂直井偏重于水平方向的淋洗，而三維井整體上呈三維網絡狀結構分布，在土壤淋洗過程中，能夠實現重金屬污染土壤層的橫向和縱向同時淋洗，大大提高了淋洗效率。3、本發明的技術方案三維井上下各層之間在土壤淋洗過程中三維井角色靈活轉換，可以作為抽提井和注入井使用，同時還作為穩定化合固化試劑的注入井，不但實現了淋洗液以循環方式對土壤進行反復淋洗，大大提高了淋洗效率，又可以防止井管道堵塞，進而提高修復效率，而且實現了原位淋洗與穩定化固化結合修復重金屬污染土壤，滿足快速、高效修復重金屬污染土壤的要求。4、本發明的技術方案在重金屬污染層的底部設置了滲透吸附層，能夠有效防止淋洗液滲漏進入地下水，為防止地下水污染提供保護和屏障。5)本發明的技術方案實現了淋洗液循環使用，進行零排放，大大節約了使用藥劑量，節約了修復成本。附圖說明【圖1】為本發明的工藝流程圖；【圖2】三維井的剖面圖；【圖3】為三維井的井口排布圖；1為三維井，2為土壤層，3為滲透吸附層，4為垂直井。具體實施方式以下實施例旨在進一步說明本
發明內容，而不是限制本發明權利要求保護范圍。實施例11)考察實際場地：湖南某礦山區重金屬污染土壤，主要為鉻金屬污染，鉻含量超過1500mg/kg，重金屬污染平均深度約為3.6米，選取面積為8m×8m重金屬污染場地作為實驗區；在場地表層沿試驗區域四周砌筑高50～80cm的磚塊圍堰，防止淋洗劑外流。2)設置滲透吸附層：在土壤層約8米深的位置作為吸附劑注射點，在實驗區域內設計多個吸附劑注射點，根據污染場地孔隙率及吸附劑有效擴散距離，計算每個注射點需注射吸附劑量，按注射點位布置，由geoprobe-7822dt設備在重金屬污染土壤層底部注射聚丙烯酰胺，吸附層厚度約為12cm。3)設計三維井：共設計四層維井，一共9口，每層3口，相鄰兩口井的井口間距為2米，井口大小滿足dn200濾管布設，以地面為om，三層三維井的深度分別為-1.5m，-3m和-4.5m；其中，3口三維井以沿水平面45°夾角延伸至1.5米深度，再水平布設，3口三維井以沿水平面45°夾角延伸至3米深度，再水平布設，3口三維井以沿水平面45°夾角延伸至4.5米深度，再水平布設；各三維井盡量錯開，且均勻分布在劃定的實驗區內；由打井隊進場打井，并布設hdpe濾管，hdpe濾管一端堵塞密封，另一端與抽提收集一體化設備相連；具體打井過程為：地質鉆機就位鉆井作業，達到設計深度后，進行洗井，洗除大量泥漿后，安裝井管和井篩，添加過濾填料，封井。9口三維井按層次依次編號：1-1，1-2，1-3，2-1，2-2，2-3，3-1，3-2，3-3(如圖3所示)。4)設置垂直井：在實驗區域內沿三維井水流方向下游，設置4口垂直井，垂直井分布在實驗區域的四周，垂直井內徑0.4m，井深約7m，井最深處必須保證在地下水位之上，垂直井用于抽提出滲留下來的淋濾液(將淋洗液處理后再回用)，以防其擴散污染到地下水。5)原位淋洗：第一層水平井兼有抽提和注入功能；當頂層通過旋噴樁機噴淋淋洗劑時，第一層水平井通過一體化設備收集淋濾液，經反復淋洗使土壤中污染物濃度達到目標值；然后第一層水平井轉換功能為注入井，向土層內注入淋洗劑，第二層水平井作為抽提井，依前同樣操作，最終達到修復目標值，淋洗劑采用濃度為3％的檸檬酸溶液，溶液分多批次加入，每次30～50立方米，每批次循環淋洗時間不少于36～48h，連續兩次抽提的淋洗濾液中重金屬濃度變化小于3％時，停止注入淋洗劑；最終的淋濾液經污水處理設備處理干凈后回收再利用。回收處理方法采用化學還原、絮凝沉淀加物理吸附相結合的方式，由廢水處理站處理。6)穩定化：通過各層三維井向重金污染土壤層內部注入硫化鈉溶液。7)固化：通過各層三維井向重金污染土壤層內部灌入粘土水泥漿。表1抽出淋洗液檢測結果檢測指標1.5m井3m井4.5m井ph11.310.810.4六價鉻(mg/l)33.412.62.61砷(μg/l)8691102鎘(μg/l)2.20.90.5鉻(μg/l)3418084003660鉛(μg/l)544816汞(μg/l)1.4<1.0<1.0數據顯示，淺層井中的cr6+含量要比深層井高出6～10倍，因此cr6+更多地集中在6m以內的上層土壤，同時從三層三維井中抽出淋洗液中cr6+占總鉻含量的比例分別為68.71％、25.92％和5.37％，淺層井中淋洗出來的鉻接近100％都是cr6+，含量高達33mg/l以上；鉻污染土壤中總鉻含量降低至60mg/kg，鉻的淋洗率達到96％以上。通過水平淋洗記錄的相關數據和穩定劑與污染物反應質量比計算出需加入硫化鈉的量，固定效果：表2穩定化修復效果-浸出毒性分析(mg/l)當前第1頁12