地下水污染修復(fù)技術(shù)

1、7.2.5 PRB快速處理技術(shù)PRB是在地下安裝永久性、半永久性或可替代的活性材料墻體，污染地下水在天然水力梯度下進(jìn)入預(yù)先設(shè)計好的反應(yīng)介質(zhì)，水中溶解的重金屬被活性反應(yīng)介質(zhì)吸附、沉淀等。PRB的結(jié)構(gòu)類型有連續(xù)反應(yīng)墻式、漏斗-導(dǎo)水門式、并聯(lián)（多門）式、串聯(lián)（多重反應(yīng)材料）式，具體采用何種結(jié)構(gòu)修復(fù)重金屬污染地下水，取決于施工現(xiàn)場的水文地質(zhì)條件和污染羽狀流的規(guī)模。PRB的設(shè)計，必須先了解受污染場址的水文、地質(zhì)和化學(xué)特性，由污染羽大小、地下水流動方向和速度、含水層的透水性及邊界等，才能決定位置和大小。除場址特性外，設(shè)計還需考慮的重要參數(shù)包括：反應(yīng)材料的選擇（包括材料種類、粒徑分布和混合成份等），反應(yīng)墻內(nèi)

2、停留時間和反應(yīng)區(qū)大小。設(shè)計上可有可行性研究獲取所需參數(shù)。PRB處理墻的建造方法不多，多數(shù)系統(tǒng)使用傳統(tǒng)的開挖/回填的方式，將反應(yīng)性材料放入地下系統(tǒng)中，PRB不透水墻的施工較多采用鋼板椿、泥漿墻法等。表7-5 重金屬污染PRB快速處理技術(shù)技術(shù)名稱重金屬污染PRB快速處理技術(shù)技術(shù)分類地下水污染的原位修復(fù)技術(shù)預(yù)警 控制 修復(fù)技術(shù)適用條件適用介質(zhì)土壤 地下水 土壤和地下水 其它適用污染物鎘Cd 汞Hg 砷As 鉻Cr 鉛Pb 銅Cu 鎳Ni 混合重金屬水文地質(zhì)條件比較深的承壓水宜采用灌注處理帶式PRB，淺層潛水宜采用漏斗-導(dǎo)水門式或連續(xù)反應(yīng)墻式PRB；反應(yīng)介質(zhì)的滲透系數(shù)比周圍含水層介質(zhì)的滲透系數(shù)大一個數(shù)

3、量級；若污染場地的隔水層較薄或者呈不連續(xù)分布，不宜在隔水層上建造透水性PRB，防止污染下層含水層；污染水流速度過快時，應(yīng)增加PRB處理墻厚度，以增加停留時間；施工場址應(yīng)選擇在無固結(jié)沉積物、巖塊、巖層、地表、地下管線或有建筑物的地方，以減小施工難度。技術(shù)關(guān)鍵內(nèi)容技術(shù)描述技術(shù)現(xiàn)狀本課題研究示范中 國外已有示范 國內(nèi)已有示范 成熟技術(shù)技術(shù)概要場址的調(diào)查與評估：確定污染物在場址的分布情形以及PRB裝置位置、大小和方向等。PRB反應(yīng)介質(zhì)：PRB介質(zhì)的選擇要求具有穩(wěn)定性、反應(yīng)性和環(huán)境相容性幾個特點。反應(yīng)介質(zhì)顆粒大小必須適當(dāng)，以產(chǎn)生適合的孔隙度和水利傳導(dǎo)系數(shù)。反應(yīng)介質(zhì)也不能產(chǎn)生對環(huán)境有危害的二次污染物。使用

4、年限：在現(xiàn)場地質(zhì)化學(xué)條件下，反應(yīng)介質(zhì)必須長時間維持一定程度的孔隙度和水利傳導(dǎo)系數(shù)，防止堵塞。處理能力：通過批實驗或土柱實驗，了解反應(yīng)介質(zhì)的反應(yīng)速率和半衰期、水力性質(zhì)以及估算使用年限。反應(yīng)系統(tǒng)的停留時間：它的設(shè)計是一個重要參數(shù)，涉及到系統(tǒng)出水是否達(dá)標(biāo)及經(jīng)濟(jì)合理性，可通過反應(yīng)介質(zhì)與目標(biāo)污染物的動力學(xué)方程計算。實驗室模擬含水層骨架介質(zhì)均勻，使流場穩(wěn)定。出水口溢流管高低可調(diào)，易于標(biāo)定進(jìn)出水水力梯度。整個模擬流場定水頭運(yùn)行，溢流管的設(shè)置。PRB裝置尺寸的選擇：盡可能消除邊界影響，避免實驗結(jié)果產(chǎn)生較大影響和歪曲。預(yù)處理和后續(xù)處理要求預(yù)處理：反復(fù)沖洗，介質(zhì)顆粒大小要求后續(xù)處理：一定時間的內(nèi)出水回收處理，反應(yīng)

5、后的介質(zhì)部分研究，其他填埋處理。實例記錄（實驗室或工程研究）模擬PRB正常運(yùn)行后，針對1mg/L的重金屬污染，出水水質(zhì)較好，As和Cd的去除率達(dá)80%以上。局限性蒙脫土分散性、親水性、防滲效果好，故以此為反應(yīng)介質(zhì)的PRB易于堵塞，壽命不長處理后用途（介質(zhì)）經(jīng)PRB處理后的地下水可繼續(xù)存在于原含水層，實驗?zāi)M階段，可研究污染物質(zhì)和反應(yīng)介質(zhì)的結(jié)合形態(tài)，推測反應(yīng)機(jī)理；還可對反應(yīng)介質(zhì)解析后二次利用。介質(zhì)的后續(xù)處理流程示意圖PRB結(jié)構(gòu)的設(shè)計PRB裝置的建造與裝填PRB試運(yùn)行介質(zhì)的選擇出水水質(zhì)監(jiān)測通入自配污水正式運(yùn)行PRB參數(shù)的測量技術(shù)應(yīng)用性應(yīng)用性地面結(jié)構(gòu)即使存在地面結(jié)構(gòu)時，仍可適用存在地面結(jié)構(gòu)時，不可適

6、用開挖要求淺層安裝深度不宜超過10m，挖掘方法有板樁、地溝箱、螺旋鉆孔等；深層安裝深度大于10m，安裝的方法有深層土壤混合、噴注、垂直水力壓裂等。反應(yīng)單元的上緣一般位于地下水位以上60cm左右，下部要嵌入隔水層至少30cm；開挖處不宜有固結(jié)沉積物和管線等。操作完成時間6h-30d維修和控制要求需對反應(yīng)墻體上、下游水質(zhì)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測，為PRB的工作效率和反應(yīng)介質(zhì)的更換提供理論依據(jù)。也可對反應(yīng)過程中產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測。需在PRB運(yùn)行一段時間后，對反應(yīng)單元中的反應(yīng)介質(zhì)取樣進(jìn)行活性檢測，以確定更換時間。應(yīng)定期對墻體的滲透性進(jìn)行監(jiān)測，防止堵塞發(fā)生的變化。適于搭配聯(lián)用的技術(shù)1、帷幕阻隔技術(shù)；2、固化

7、/穩(wěn)定化技術(shù)；3、抽出-處理技術(shù)等對環(huán)境的二次污染要求二次處理？廢水處理 廢氣處理 棄物處理 其它添加劑氧化/還原劑 水 營養(yǎng)鹽 空氣 其它污染物擴(kuò)散可能性由于運(yùn)行期間產(chǎn)生沉淀堵塞等，可能造成滲透性減小，污染物在周圍繞行穿過，降低處理的有效性。吸附介質(zhì)需后續(xù)處理，防止長期存留在含水層中，吸附的污染物發(fā)生解析等再次進(jìn)入水體。7.2.6 原位復(fù)合屏障技術(shù)原位復(fù)合屏障技術(shù)是在受污染地下水水流方向的上游含水層構(gòu)筑地下防滲墻，切斷污染含水層的側(cè)向補(bǔ)給通道；或者在污染源下游修建防滲墻，防止污染水體流到下游地區(qū)；也可以在受污染地下水的四周構(gòu)筑封閉式地下柔性阻隔體，阻止受污染地下水的擴(kuò)散。阻隔體必須具有足夠的

8、強(qiáng)度、低廉的成本和易于快速構(gòu)建的性能，采用注漿地下固化成型的技術(shù)解決，即在受污染地下水的上游、下游或四周按適當(dāng)?shù)拈g距鉆孔，用泵將漿料注入含水層，在含水層快速形成柔性阻隔體，以使污染的地下水“封閉”在原位，避免受污染地下水的擴(kuò)散，以便進(jìn)一步治理修復(fù)。在施工順序上，應(yīng)先做封閉圈上游方向的地下防滲墻，以盡早把上游未被污染的地下水與污染區(qū)分隔開來。1982年，錦州鐵合金集團(tuán)有限公司建成一座鉻渣場地下塑性混凝土防滲墻，用以防治可溶性六價鉻對地下水污染的擴(kuò)散，收到了顯著效果。墻體為閉合的五邊形，周長800m，墻體寬0.7m，平均深度14.45m。2007年，北京市阿蘇衛(wèi)垃圾衛(wèi)生填埋場在其填埋區(qū)四周修建了地

9、下塑性混凝土防滲墻，形成一個封閉的止水防滲體，用以防止其受污染地下水的擴(kuò)散。防滲墻工程完成工程量為塑性混凝土射水造墻964個槽段，防滲墻總面積達(dá)36877.08m2。7.2.7 地下水水力控制技術(shù)地下水水力控制技術(shù)是根據(jù)地下水污染范圍，將抽水井布設(shè)在選好的井位上，通過水泵和水井將污染的地下水從含水層中抽出，送往水處理廠進(jìn)行處理，再將處理后的水供給用戶或回灌到含水層?；驹硎峭ㄟ^在污染場地設(shè)置抽/注井，進(jìn)行抽水或注水。在抽取過程中，水井水位下降，在水井周圍形成地下降落漏斗，使周圍地下水不斷流向水井，減少了污染物的擴(kuò)散，從而改變局部地下水流場形成水力隔離帶，切斷水力聯(lián)系，并將大量污染物抽出。按照

10、井群的布置方式可以分為多種類型，包括（1）在污染場地上游的抽/注水井群，通過在上游抽/注水，形成分水嶺或降落漏斗，防止上游未污染的水進(jìn)入污染區(qū)；（2）在污染場地的下游設(shè)置抽/注井群，通過在下游抽/注水，防止污染區(qū)地下水流向下游未污染區(qū)域；（3）在污染場地內(nèi)部設(shè)置抽水井，抽出污染物的同時控制污染羽的擴(kuò)散。這種修復(fù)方法相比其他修復(fù)方法的優(yōu)點在于，它是處理污染范圍大、污染暈埋藏深的污染場地的主要方法。適用范圍廣，能有效控制與減少溶解性污染物的污染范圍，防止污染物隨地下水的擴(kuò)散。對污染物的早期處理，見效比較快，修復(fù)周期相比較短，修復(fù)效率較高，適合污染場地的前期修復(fù)。同時也不會引起二次污染。但也有其局限

11、性，由于含水層介質(zhì)與污染物之間的作用，隨著抽取工程的進(jìn)行，抽出的污染物濃度變低，出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，而停抽后地下水中污染物濃度又有升高，存在回彈現(xiàn)象。因此，水力控制技術(shù)適合于短時期的應(yīng)急控制，不宜作為場地污染治理的長期手段。而且在受污染地下水的抽出處理中，井群系統(tǒng)的建立是關(guān)鍵，井群系統(tǒng)要能控制整個受污染水體的流動。表7-6 地下水水力控制技術(shù)技術(shù)名稱地下水水力控制技術(shù)技術(shù)分類原位控制預(yù)警 控制 修復(fù)技術(shù)適用條件適用介質(zhì)土壤 地下水 土壤和地下水 其它水文地質(zhì)條件典型潛水含水層和承壓水含水層。當(dāng)滲透系數(shù)小于1m/d時，含水層厚度須大于50m。技術(shù)關(guān)鍵內(nèi)容技術(shù)描述技術(shù)現(xiàn)狀本課題研究示范中 國外已有示范

12、國內(nèi)已有示范 成熟技術(shù)技術(shù)概要根據(jù)主要水文地質(zhì)參數(shù)（含水層厚度、水力梯度和滲透系數(shù)）確定典型含水層建立不同抽水井?dāng)?shù)量、不同單井抽水量、不同井間距之間的組合進(jìn)行模擬，得到各種不同的抽水方案。利用加權(quán)平均方法優(yōu)化模擬結(jié)果，即用最少井?dāng)?shù)，最少總抽水量和最短時間達(dá)到目標(biāo)函數(shù)所要求。潛水汗水層和承壓水含水層各選擇4種典型水文地質(zhì)條件，進(jìn)行帷幕添加和抽出處理系統(tǒng)的結(jié)合。研究在目標(biāo)函數(shù)一定的情況下，帷幕添加后對抽水天數(shù)變化的影響。實例記錄（實驗室或工程研究）國外研究現(xiàn)狀從20世紀(jì)70年代開始，國外很多學(xué)者就提出了許多描述抽出處理的數(shù)學(xué)模型。最早期的研究是，在污染場地內(nèi)僅設(shè)置一口抽水井，看其如何運(yùn)行。Fogg

13、、Johnson等人描述在均質(zhì)各項同性的場地上設(shè)計抽出處理模型，模型是二維的穩(wěn)定流模型。其水文地質(zhì)條件描述簡單，且污染物的性質(zhì)描述的也簡單，只考慮對流的作用產(chǎn)生的污染羽范圍。Satkin等人在前人的基礎(chǔ)上，把模型調(diào)整為二維的非穩(wěn)定流模型，在此基礎(chǔ)上模擬計算驗證抽出處理的可行性。在20世紀(jì)80年代，抽出處理技術(shù)的研究更趨向于場地的復(fù)雜化和污染物質(zhì)運(yùn)移的復(fù)雜化。從20世紀(jì)90年代至今，更多的學(xué)者致力于抽出處理技術(shù)的研究，該研究進(jìn)入了高潮。這個時期的研究，不僅增加了復(fù)雜場地和復(fù)雜污染物質(zhì)的研究，更多的是趨向于抽水方案的優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。主要考慮數(shù)學(xué)模型中的目標(biāo)函數(shù)和決策變量。目標(biāo)函數(shù)主要考慮的是總成本最

14、小。決策變量主要考慮抽水井位置、抽水量大小，抽水量隨時間的變化規(guī)律。2、國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)對抽出處理的應(yīng)用相比國外較晚，是始于20世紀(jì)90年代。1991年1995年在山東淄博地區(qū)首次開展的石油污染地下水修復(fù)。呂俊文使用VisualMODflow建立了三維非均質(zhì)的水流與溶質(zhì)運(yùn)移耦合數(shù)學(xué)模型，模擬抽出處理修復(fù)地浸采鈾井場地下水在不同抽水量抽水過程中。考慮了污染物的彌散度和污染物質(zhì)與含水層的吸附，吸附為等溫線性吸附。但是邊界條件概化較簡單，沿水流平行的方向上把其看成是隔水邊界，可能使得預(yù)測區(qū)內(nèi)濃度偏高。安徽省環(huán)境科學(xué)研究院的汪水兵指出在對抽出方法的選擇時要注意的影響因素：場地特點和污染物的性質(zhì)；系統(tǒng)的

15、設(shè)計與運(yùn)作；源頭控制；當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)環(huán)境；污染程度、污染數(shù)量與污染區(qū)域的大小等；現(xiàn)場要求治理的目的。但是至今，地下水抽出井群系統(tǒng)的設(shè)計與流場控制的方案，還未得到有效地解決，還是一個有待進(jìn)一步研究的課題。3、帷幕添加方案研究地下防滲墻技術(shù)在20世紀(jì)50年代起源于歐洲，它是根據(jù)打井和石油鉆井使用泥漿護(hù)壁和水下澆注混凝土的方法而發(fā)展起來的。1950年，意大利ICOS公司成功開發(fā)出排樁式地下防滲墻的施工方法，使地下防滲墻進(jìn)入工程實用階段，1992年，在橫跨日本灣的高速公路附近建成了深136m、厚2.8m的地下防滲墻，這是目前世界上最深的防滲墻，代表著該技術(shù)的最高水平。技術(shù)參數(shù)考慮滲透系數(shù)、孔隙度、含水

16、層厚度等參數(shù)對抽水井布置的影響。對均質(zhì)承壓含水層、均質(zhì)潛水含水層、非均質(zhì)承壓含水層、非均質(zhì)潛水含水層等不同類型，情況各異。技術(shù)應(yīng)用性應(yīng)用性地面結(jié)構(gòu)即使存在地面結(jié)構(gòu)時，仍可適用存在地面結(jié)構(gòu)時，不可適用開挖要求開挖大操作完成時間450天之內(nèi)適于搭配聯(lián)用的技術(shù)1、帷幕阻隔技術(shù)；2、地下水抽出處理技術(shù)等對環(huán)境的二次污染要求二次處理？廢水處理 廢氣處理 棄物處理 其它添加劑氧化/還原劑 水 營養(yǎng)鹽 空氣 其它7.2.8 地下水抽出-處理技術(shù)表7-7 地下水抽出處理技術(shù)技術(shù)名稱地下水抽出處理技術(shù)技術(shù)分類異位化學(xué)沉淀預(yù)警 控制 修復(fù)技術(shù)適用條件適用介質(zhì)土壤 地下水 土壤和地下水 其它適用污染物多種重金屬適用

17、范圍濃度范圍適用于高強(qiáng)度重金屬污染水，各種重金屬污染濃度在10-50mg/L之間技術(shù)關(guān)鍵內(nèi)容技術(shù)描述技術(shù)現(xiàn)狀本課題研究示范中 國外已有示范 國內(nèi)已有示范 成熟技術(shù)技術(shù)概要硫化沉淀-膜組合反應(yīng)器：通過化學(xué)混凝沉淀及膜單元的二次處理，實現(xiàn)重金屬污染水（抽出液、萃取液）的異位去除，化學(xué)沉淀劑為Na2S，膜單元為無機(jī)陶瓷膜。通過控制反應(yīng)器中pH值，化學(xué)沉淀劑按照不同摩爾比投加，從而去除不同種類的重金屬污染。預(yù)處理和后續(xù)處理要求預(yù)處理：后續(xù)處理：實例記錄（實驗室或工程研究）通過實驗室研究結(jié)果顯示，硫化沉淀-膜組合反應(yīng)器能夠有效去除鎘、銅、鉛、鎳和鋅等重金屬元素及其混合重金屬污染水；經(jīng)過膜單元的二次處理，

18、出水可達(dá)到地下水環(huán)境質(zhì)量三類水標(biāo)準(zhǔn)。局限性僅適用于正價重金屬離子流程示意圖 實驗流程圖1-調(diào)節(jié)池；2-硫化反應(yīng)沉淀池；3-膜組件；4-清水池；5-污水；6-酸/堿液；7-硫化劑；8-絮凝劑；9-蠕動泵10-攪拌槳技術(shù)參數(shù)硫化沉淀-膜組合反應(yīng)器的反應(yīng)時間：30min；反應(yīng)溫度：常溫；最佳pH值范圍：78；沉淀劑Na2S投加量的摩爾比在1.41.8之間。技術(shù)應(yīng)用性應(yīng)用性地面結(jié)構(gòu)即使存在地面結(jié)構(gòu)時，仍可適用存在地面結(jié)構(gòu)時，不可適用開挖要求適于搭配聯(lián)用的技術(shù)P&T地下水抽取技術(shù)對環(huán)境的二次污染要求二次處理？廢水處理 廢氣處理 棄物處理 其它添加劑氧化/還原劑 水 營養(yǎng)鹽 空氣 其它污染物擴(kuò)散可能性無7

19、.2.9 電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)是把電極插入受污染的土壤并通入直流電，發(fā)生土壤孔隙水和帶電離子的遷移。土壤中的污染物質(zhì)在外加電揚(yáng)作用下發(fā)生定向移動并在電極附近累積，抽出處理從而被除去。新興的電動力學(xué)原位修復(fù)技術(shù)去除土壤重金屬污染正越來越多地被各國研究人員接受。一系列實驗規(guī)模的研究和技術(shù)已日漸成熟。電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)去除土壤重金屬污染是新興的原位修復(fù)技術(shù)，特別是在紋理細(xì)密的土壤和土壤基質(zhì)中去除效果更好。由于該技術(shù)是通過電極間的直流電場來去除污染物的，不需大量開挖土壤，污染土壤的定位準(zhǔn)確，而且可以應(yīng)用于飽和及不飽和土壤中。此外，該技術(shù)的成本也較其他方法低廉。然而該技術(shù)的應(yīng)用也有一些限制，主

20、要是重金屬離子的溶解與沉淀受土壤 pH 值的影響太大，有時為了提高去除效率加入的酸會引起土壤的酸化。為了消除電極極化加入的去極化劑也會與土壤發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生新的污染。此外，對土壤外加電壓過高時，會引起土壤溫度上升使去除率下降。而且土壤中碳酸鹽、赤鐵礦或有機(jī)質(zhì)含量高時，去除率明顯下降。土壤及地下水原位電化學(xué)動力修復(fù)的要素pH值電動力學(xué)技術(shù)的主要不足之處是,陰陽極電解液電解后引起土壤pH值的變化以及實際工程治理成本高等。土壤中的電極施加直流電后,電極表面主要發(fā)生電解反應(yīng),陽極電解產(chǎn)生氫氣和氫氧根離子,陰極電解產(chǎn)生氫離子和氧氣。在電場作用下,H+和OH-通過電遷移、電滲析、擴(kuò)散、水平對流等方式向陰陽兩極

21、移動,在兩者相遇區(qū)域產(chǎn)生pH值突變,形成酸性和堿性區(qū)域。pH值控制著土壤溶液中離子的吸附與解吸、沉淀與溶解等,而且酸度對電滲析速度有明顯的影響,還可能改變土壤表面電動電位(Zeta電位)。對高嶺土而言,在靠近陽極區(qū),Zeta電位升高至10mV,電滲析減小甚至方向相反,必須增大電壓以保持一定的電滲析方向,從而能耗加大,成本增加。在靠近陰極區(qū),Zeta電位降低至-54mV,電滲析增大,這種現(xiàn)象導(dǎo)致了土壤中形成不均勻的流線,甚至是流量的中斷,對土壤修復(fù)效果造成負(fù)面影響7。所以如何控制土壤pH值是電動修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵。針對不同類型土壤和污染物的增強(qiáng)修復(fù)技術(shù),可以有效地控制電極附近pH值和土壤水分的變化,

22、增加系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性的方法主要有酸堿中和法、陽離子選擇膜法、電滲析法、絡(luò)合劑法、表面活性劑法、氧化還原法、EK生物聯(lián)用和LasagnaTM法8。增強(qiáng)技術(shù)的發(fā)展克服了不同污染物和土壤對電動修復(fù)的限制,拓展了電化學(xué)動力技術(shù)在土壤修復(fù)中的應(yīng)用電極一般選用的材料是石墨、鈦、鉑、金和不銹鋼等15。電極一般采用豎直安裝,安裝方式有2種:一種是直接將中空的電極置入潮濕的土壤中,電極中空的部分為電極井,即內(nèi)置電極井,污染溶液從極井壁的孔隙進(jìn)入電極井,定時從電極井中抽取污染溶液16,如圖1(a)所示。另一種是將電極置入和土壤直接接觸的電極井中,即外置電極,通過向電極井中加入促進(jìn)液或清洗水置換進(jìn)入極室的污染溶液17

23、,如圖1(b)所示。電極構(gòu)型直接影響修復(fù)單元內(nèi)有效作用的面積和修復(fù)效率?！爸小弊中魏土呅畏謩e是不同旋轉(zhuǎn)方式下最優(yōu)的電極構(gòu)型,采用這兩種電極構(gòu)型,可節(jié)省電極材料費(fèi),同時保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性和污染物去除的均勻性18。電流和電壓電流和電壓電壓和電流是電動力學(xué)過程操作的主要參數(shù)。實驗室中一般采用2種方式,即控制電流法和控制電壓法。即使用工業(yè)直流穩(wěn)壓電源,利用導(dǎo)線將反應(yīng)器電極與電源相連,電場電壓、電流等參數(shù)也恒定不變。盡管較高的電流強(qiáng)度能夠加快污染物的遷移速度,但是能耗也迅速升高。一般采用的電流強(qiáng)度范圍為10100mA/cm,電壓梯度在0142V/cm。 盡管均勻電場工藝處理效率較高,但它容易使修復(fù)場址固

24、化和酸化,產(chǎn)生電極極化現(xiàn)象10。羅啟仕等11把非均勻電動力學(xué)應(yīng)用于苯酚,2,4二氯 酚12和無機(jī)離子硝酸根、硫酸根離子1314 的遷移試驗,表明非均勻電場能夠克服三極現(xiàn)象,方便控制土壤中離子運(yùn)移,增加系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性。表7-8 電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)技術(shù)名稱電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)技術(shù)分類原位修復(fù)/異位序批修復(fù)預(yù)警 控制 修復(fù)技術(shù)適用條件適用介質(zhì)土壤 地下水 土壤和地下水 其它適用污染物鎘Cd 汞Hg 鉻Cr 鉛Pb 銅Cu 鎳Ni 等等適用范圍濃度范圍水溶性重金屬污染物效果好水文地質(zhì)條件滲透層 半滲透層到不滲透層說明： 適合滲透性較差土壤（如黏土和高嶺土）土壤水分含量不應(yīng)低于1020%；土壤化學(xué)性質(zhì)pH：

25、較低土壤pH值有利于提高重金屬去除率，不適用于酸堿緩沖能力較強(qiáng)的土壤；陽離子交換能力：適用于CEC低；鹽分：適用于鹽分低的情況；技術(shù)關(guān)鍵內(nèi)容技術(shù)描述技術(shù)現(xiàn)狀本課題研究示范中 國外已有示范 國內(nèi)已有示范 成熟技術(shù)技術(shù)概要在潮濕的土壤兩端施加直流電場和酸性清洗液，直流電使金屬離子遷移至陰極區(qū)得到分離，并進(jìn)行后續(xù)處理。陽極產(chǎn)生的 H+, 在直流電場的作用下向陰極遷移，這樣就容易形成酸性遷移帶，酸性遷移帶促使重金屬離子從土壤表面解吸及溶解, 進(jìn)行遷移；淺層土修復(fù)（深度小于15m）一般采用垂直處理帶，而深層土修復(fù)多采用水平處理帶；對不同重金屬目標(biāo)污染物，可添加Fenton試劑等增效修復(fù)劑等提高修復(fù)效果。

26、預(yù)處理和后續(xù)處理要求預(yù)處理：調(diào)節(jié)不飽和土壤孔隙水的成分后續(xù)處理：必須收集和處理含污染物的排出水實例記錄（實驗室或工程研究）在應(yīng)用該技術(shù)對Pb、Cu污染土壤進(jìn)行現(xiàn)場修復(fù)研究中，通過對3m70m眼睛去每天施加10h電壓，經(jīng)過43d后，Pb去除率達(dá)70%，Cu去除率達(dá)80%，耗電量為65kWh/m3；對As、Zn污染土壤的現(xiàn)場實施電動修復(fù)技術(shù)，7星期后，土壤中As濃度由400500mg/kg降低到30mg/kg，土壤中Zn濃度在8星期后由2410mg/kg降低到1620mg/kg。局限性金屬電極電解過程中發(fā)生溶解，產(chǎn)生腐蝕性物質(zhì)，電極需采用惰性物質(zhì)如碳、石墨、鉑等；土壤含水量低于10%時，處理效果大

27、大降低；處理后用途（介質(zhì)）技術(shù)參數(shù)一般采用電流強(qiáng)度為10100mA/cm2,電壓梯度在0.5V/ cm2左右；土壤的pH值：土壤含水率：技術(shù)應(yīng)用性應(yīng)用性地面結(jié)構(gòu)即使存在地面結(jié)構(gòu)時，仍可適用存在地面結(jié)構(gòu)時，不可適用開挖要求安裝電極和隔離墻時需要挖掘操作完成時間不確定維修和控制要求適于搭配聯(lián)用的技術(shù)1、PRB處理技術(shù)2、原位復(fù)合屏障/帷幕阻隔技術(shù)對環(huán)境的二次污染要求二次處理廢水處理 廢氣處理 棄物處理 其它可能二次副產(chǎn)品當(dāng)介質(zhì)含高濃度的氯化物時，會產(chǎn)生氯氣。7.2.11 微生物修復(fù)技術(shù)微生物修復(fù)法，是指重金屬通過在微生物細(xì)胞外的絡(luò)合、沉淀和細(xì)胞內(nèi)積累而被貯存在細(xì)胞不同部位或結(jié)合到細(xì)胞外基質(zhì)上，通過

28、代謝過程使這些離子沉淀或被生物多聚物螯合，從而降低了重金屬離子的生物有效性或毒性，達(dá)到修復(fù)的目的。微生物積累重金屬的能力與微生物體內(nèi)的金屬結(jié)合蛋白以及具有特殊作用的酶有關(guān)，如某些細(xì)菌可還原和結(jié)合Cd、Co、Ni、Mn、Zn、Pb和Cu等重金屬，檸檬酸桿菌能使U、Pb和Cd形成難溶性磷酸鹽，革蘭氏陽性菌可吸收Cd、Cu、Ni和Pb等，細(xì)菌、放線菌比真菌對重金屬更敏感。微生物能夠改變金屬的氧化還原形態(tài)，隨著金屬價態(tài)的改變，金屬的穩(wěn)定性也隨之發(fā)生變化。微生物作用下的氧化還原是最有價值的有毒廢物生物修復(fù)系統(tǒng)，比如在厭氧條件下，某些微生物可以以As5+作為電子受體還原成As3+，從而促進(jìn)砷的淋溶能力；在

29、好氧或厭氧條件下，某些異養(yǎng)微生物可催化Cr6+還原成Cr3+從而降低其毒性；某些鐵還原細(xì)菌可以把Co3+EDTA中Co3+還原成Co2+而降低鈷的移動性。有些微生物可以通過分泌物金屬離子發(fā)生沉淀作用或絡(luò)合作用。某些微生物可使重金屬發(fā)生甲基化和脫甲基化，這些作用使金屬形態(tài)發(fā)生改變進(jìn)而影響其毒性。甲基汞的毒性大于Hg2+，甲基砷的毒性大于亞砷酸鹽，有機(jī)錫毒性大于無機(jī)錫，但甲基硒的毒性低于無機(jī)硒化物。某些細(xì)菌可以對Hg產(chǎn)生抗性，其歸結(jié)于它可以產(chǎn)生Hg還原酶和有機(jī)汞裂解酶這兩種誘導(dǎo)酶。微生物可通過改變金屬的化學(xué)或物理特性而影響其在環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化。微生物金屬修復(fù)的主要生物機(jī)理包括細(xì)胞代謝（專一性的代

30、謝途徑可使金屬生物沉淀或通過生物轉(zhuǎn)化使其低毒或易于回收）、表面生物大分子吸收轉(zhuǎn)運(yùn)、生物吸附（利用活細(xì)胞、無生命的生物量、金屬結(jié)合蛋白、多肽或生物多聚體作為生物吸附劑）、空泡吞飲、沉淀和氧化還原反應(yīng)等。盡管重金屬的微生物修復(fù)引起人們的極大重視，但大多數(shù)技術(shù)仍局限在科研和實驗室水平，少有微生物重金屬修復(fù)的實例報道。7.3 可用應(yīng)急處置技術(shù)7.3.1 圍堤堵截技術(shù)修筑圍堤是控制陸地上的液體泄漏物最常用的收容方法。常用的圍堤有環(huán)形、直線型、形等。通常根據(jù)泄漏物流動情況修筑圍堤攔截泄漏物。如果泄漏發(fā)生在平地上，則在泄漏點的周圍修筑環(huán)形堤。如果泄漏發(fā)生在斜坡上，則在泄漏物流動的下方修筑形堤。利用圍堤攔截泄

31、漏物的關(guān)鍵除了泄漏物本身的特性外，就是確定修筑圍堤的地點，這個點既要離泄漏點足夠遠(yuǎn)，保證有足夠的時間在泄漏物到達(dá)前修好圍堤，又要避免離泄漏點太遠(yuǎn)，使污染區(qū)域擴(kuò)大，帶來更大的損失。如果泄漏物是易燃物，操作時要特別注意，避免發(fā)生火災(zāi)。7.3.2 挖掘溝槽技術(shù)挖掘溝槽是控制陸地上的液體泄漏物最常用的收容方法。 通常根據(jù)泄漏物的流動情況挖掘溝槽收容泄漏物。如果泄漏物沿一個方向流動，則在其流動的下方挖掘溝槽。如果泄漏物是四散而流，則在泄漏點周圍挖掘環(huán)形溝槽。 挖掘溝槽收容泄漏物的關(guān)鍵除了泄漏物本身的特性外，就是確定挖掘溝槽的地點。這個點既要離泄漏點足夠遠(yuǎn)，保證有足夠的時間在泄漏物到達(dá)前挖好溝槽，又要避免

32、離泄漏點太遠(yuǎn)，使污染區(qū)域擴(kuò)大，帶來更大的損失。如果泄漏物是易燃物，操作時要特別小心，避免發(fā)生火災(zāi)。7.3.3 覆蓋技術(shù)對于液體泄漏，為降低物料向大氣中的蒸發(fā)速度，可用泡沫或其他覆蓋物品覆蓋外泄的物料，在其表面形成覆蓋層，抑制其蒸發(fā)，或者采用低溫冷卻來降低泄漏物的蒸發(fā)。（1）泡沫覆質(zhì)。使用泡沫覆蓋防止泄漏物的揮發(fā)，降低泄漏物對大氣的危害。泡沫覆蓋必須和其他的收容措施(如圍堤、溝槽等)配合使用。通常泡沫覆蓋只適用于陸地泄漏物。根據(jù)泄漏物的特性選擇合適的泡沫。常用的普通泡沫只適用于上極性別基本上呈中性的物質(zhì)；對于低沸點、與水發(fā)生反應(yīng)、具有強(qiáng)腐蝕性、放射性或爆炸性的物質(zhì)，只能使用專用泡沫。對于所有類型

33、的泡沫，使用時建議每隔3060min再覆蓋一次，以使有效地抑制泄漏物的揮發(fā)。如需要，將該過程一直持續(xù)到泄漏物處理完。（2）低溫冷卻降低泄漏物的蒸發(fā)。將冷凍劑散布于整個泄漏物的表面，減少有害泄漏物的揮發(fā)。在許多情況下，冷凍劑不僅能降低有害泄漏物的蒸汽壓，而且能通過冷凍將泄漏物固定住。常用的冷凍劑有二氧化碳、液氮和濕冰。選用何種冷凍劑取決于冷凍劑對泄漏物的冷卻效果和環(huán)境因素。應(yīng)用低溫冷卻時必須考慮冷凍劑對隨后采取的處理措施的影響。7.3.4 隔離轉(zhuǎn)移技術(shù)要將現(xiàn)場和設(shè)備全部圍起來以免污染，然后對污染物質(zhì)進(jìn)行處理以永久去除之。通過鏟除、切斷等手段將污染物移走，減輕或消除污染物的危害。7.3.5 收容（

34、集）技術(shù)對于大型泄漏，可選擇用隔膜泵將泄漏出的物料抽入容器內(nèi)或槽車內(nèi)；當(dāng)泄漏量小時，可用沙子、吸附材料、中和材料等吸附中和。處置中根據(jù)泄漏物質(zhì)性質(zhì)和形態(tài)對個同性質(zhì)、形態(tài)的污染物，采用不同大小和不同材質(zhì)的盛裝裝置進(jìn)行包裝收集：塑料桶或聚乙烯罐，盛裝無機(jī)鹽液；帶卡箍蓋鋼圓桶或塑料桶，散裝固態(tài)或半固態(tài)危險物質(zhì)：貯罐，適宜于貯存可通過管線、皮帶等輸送方式送進(jìn)或輸出的散裝液態(tài)危險物質(zhì)。7.3.6 吸附處理技術(shù)所有的陸地泄漏都可用吸附法處理。吸附法處理泄漏物的關(guān)鍵是選擇合適的吸附劑。常用的吸附劑有：活性炭、天然有機(jī)吸附劑、天然無機(jī)吸附劑。（1）活性炭：活性炭是除去重金屬污染物的有效的吸附劑，有顆粒狀和粉狀

35、兩種形狀。被吸附的泄漏物可以通過解吸再生回收使用，解吸后的活性炭可以重復(fù)使用。影響吸附效率的關(guān)鍵因素是被吸附物分子的大小和極性。吸附速率隨著溫度的上升和污染物濃度的下降而降低。所以必須通過試驗來確定吸附其一物質(zhì)所需的碳量。試驗應(yīng)模擬泄漏發(fā)生時的條件進(jìn)行?；钚蕴渴菬o毒物質(zhì)，除非大量使用，一般不會對人或水中生物產(chǎn)生危害，并且活性炭易得而且實用。（2）天然有機(jī)吸附劑：天然有機(jī)吸附劑由天然產(chǎn)品如木纖維、玉米稈、稻草、木屑、樹皮、花生皮等纖維素和橡膠組成， 天然有機(jī)吸附劑具有價廉、無毒、易得等優(yōu)點，但再生困難。（3）天然無機(jī)吸附劑：天然無機(jī)吸附劑是由天然無機(jī)材料制成的，常用的天然無機(jī)材料有粘土、珍珠巖、

36、蛭石、膨脹頁巖和天然沸石。根據(jù)制作材料分為礦物吸附劑(如珍珠巖)和黏土類吸附劑(如拂石)。7.3.7 中和處理技術(shù)中和法要求最終PH位控制在69之間，反應(yīng)期間必須監(jiān)測PH值變化。當(dāng)堿液一時難以找到，可在水箱內(nèi)找些干粉、洗衣粉等，同樣可起中和效果。對于陸地泄漏物，如果反應(yīng)能控制，常用強(qiáng)酸、強(qiáng)堿中和，比較經(jīng)濟(jì)。常用的強(qiáng)堿有碳酸氫鈉水溶液、碳酸鈉水溶液、氫氧化鈉水溶液。有時也用石灰、同體碳酸鈉、蘇打灰中和酸性泄漏物。常用的弱堿有碳酸氫鈉、碳酸鈉和碳酸鈣。碳酸氫鈉是緩沖鹽，即使過量，反應(yīng)后的pH值只是8.3。碳酸鈉溶于水后，堿性和氫氧化創(chuàng)一樣強(qiáng)，若過量，pH值可達(dá)11.4。碳酸鈣與酸的反應(yīng)速度雖然比鈉

37、鹽慢，但因其不向環(huán)境加入任何毒性元素，反應(yīng)后的最終PH值總是低于9.4而被廣泛采用?，F(xiàn)場使用中和法處理泄漏物受下列因素限制：泄漏物的量、中和反應(yīng)的劇烈程度、溶液的最終PH值能否控制在要求范圍內(nèi)。7.5 地下水重金屬污染應(yīng)急與修復(fù)技術(shù)的集成（1）在治理初期, 先運(yùn)用物理法（如復(fù)合屏障/帷幕阻隔、被動收集等）或地下水水力控制技術(shù)將污染區(qū)封閉，然后盡量收集純污染物，最后再使用抽出/處理技術(shù)或原位處理法進(jìn)行治理，但這樣又增加了治理的費(fèi)用。（2）由于污染區(qū)域的水文地質(zhì)條件和地球化學(xué)特性都會影響到地下水污染的治理，因此地下水污染的治理通常要以水文地質(zhì)工作為前提。在治理之前必須首先對當(dāng)?shù)氐乃牡刭|(zhì)環(huán)境進(jìn)行調(diào)

38、查，特別是PRBs技術(shù)。（3）受污染地下水的修復(fù)往往還要包括土壤的修復(fù)。地下水和土壤是相互作用的，如果只治理水，仍然沒有完全解決實際問題，所以必須對當(dāng)?shù)氐奈廴就寥肋M(jìn)行治理。另外地下水的補(bǔ)給也是一個需要考慮的問題，一方面要防止在治理期間地表水補(bǔ)給地下水，以免加大治理工作量；另一方面要注意地下水的合理補(bǔ)給，如抽出/處理技術(shù)中，必須利用回灌的方法對地下水進(jìn)行合理補(bǔ)給。7.6 典型重金屬復(fù)合污染場地修復(fù)實例以東北某冶煉廠重金屬復(fù)合污染場地為例，說明針對具體情況的污染場地修復(fù)技術(shù)集成方案的可行性。該冶煉廠區(qū)土壤多年來受到了嚴(yán)重的污染，特別是原冶煉生產(chǎn)區(qū)及鎘渣、砷渣、鉛渣、鋅渣等堆放處。冶煉生產(chǎn)區(qū)及鎘渣、

39、砷渣、鉛渣、鋅渣等堆放處。主要污染物包括鎘（Cd）、砷（As）、銅（Cu）、汞（Hg）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、鉻（Cr）及鎳（Ni）等，并且污染已經(jīng)擴(kuò)散到深層土壤和部分地下水。（1）修復(fù)治理的技術(shù)集成方案：對重度污染土壤：全部清挖，并送至危險廢物填埋場進(jìn)行異地安全填埋處置。對中度污染土壤：根據(jù)土壤的污染狀況和污染因子特性，通過大量試驗開發(fā)出固化穩(wěn)定化處理不同污染土壤的藥劑配方。分類堆放的污染土壤配以相對應(yīng)的藥劑，通過混料加工設(shè)備進(jìn)行固化穩(wěn)定化處理。工藝流程為：土壤通過進(jìn)料倉進(jìn)入傳送帶，傳送帶將土帶到儲藥罐下面加藥，加藥了的土壤通過傳送帶進(jìn)入混拌機(jī)中進(jìn)行混拌，混拌后的土壤由傳送帶輸出堆放?；旌?/p>

40、方式是加入規(guī)定比例的粉劑型主要藥劑，同時在現(xiàn)場配加一定比例的輔助藥劑，利用機(jī)械攪拌均勻化。對輕度污染土壤：進(jìn)行表層穩(wěn)定化處理，針對輕度污染特征和場地功能要求，分別開發(fā)出不同種類適用的復(fù)合的穩(wěn)定化吸附阻隔藥劑材料，施用于不同的區(qū)域。對污染砂土：進(jìn)行異位淋洗處理。染的砂土首先由運(yùn)輸車運(yùn)至洗砂場地的臨時堆放場，臨時堆放場的污染砂土由挖掘機(jī)抓取，送至螺旋洗砂機(jī)的上料斗中，進(jìn)入螺旋洗砂機(jī)中；污染的砂土進(jìn)入螺旋洗砂機(jī)中，同時將沉降池中的上清液，通過泵加入螺旋洗砂機(jī)中，在螺旋洗砂機(jī)中清洗砂土，洗凈的砂土由螺旋洗砂機(jī)上端排出，進(jìn)入皮帶輸送機(jī)。螺旋洗砂機(jī)排出的含泥污水由下端溢流，首先進(jìn)入刮板出渣機(jī)，停留時間1分

41、鐘，使細(xì)砂沉降，并由刮板排出。排出的細(xì)砂進(jìn)入皮帶輸送機(jī)；由螺旋洗砂機(jī)上端排出的砂子和刮板出渣機(jī)排出的細(xì)砂都落入皮帶輸送機(jī)，再經(jīng)皮帶輸送機(jī)傳送至堆放場準(zhǔn)備外運(yùn)。對污染地下水：進(jìn)行抽出處理。地下水經(jīng)過深井提升泵提升入中和反應(yīng)池，加堿中和形成絮狀沉淀，再加入PAM助凝，在反應(yīng)池中停留20min約左右,進(jìn)入高效斜板沉淀池沉淀，停留2.5小時左右。上清水進(jìn)入中間水池，用鹽酸調(diào)pH在6-9范圍內(nèi)，出水用泵提升進(jìn)入砂濾罐。經(jīng)砂濾罐過濾后，除掉殘存的懸浮物，出水自流進(jìn)入回用水池，定期用回用水池中水對砂濾罐進(jìn)行反沖洗，回用水池中水用泵提升到地面，用于澆綠地。（2）技術(shù)集成效果：對于重度污染的土壤采用清挖異地處置

42、技術(shù)，將重污染土壤直接運(yùn)往固廢處置中心進(jìn)行處理，直接降低了污染場地的環(huán)境和健康風(fēng)險。對于中輕度污染土壤采用固化穩(wěn)定化技術(shù)進(jìn)行處理，通過固化藥劑與重金屬的作用使得中輕度污染土壤中的重金屬固化穩(wěn)定化，防止在外界條件改變時重金屬在土壤中繼續(xù)遷移擴(kuò)散，通過降低可遷移性重金屬的濃度及遷移范圍進(jìn)而降低了污染場地的環(huán)境和健康風(fēng)險。在集中回填后的固化土壤和輕度污染土壤上層鋪設(shè)穩(wěn)定層，通過穩(wěn)定層的吸附與阻隔作用，防止底層土壤中剩余的仍具遷移性的重金屬發(fā)生縱向遷移至土壤表面及地下水，通過減少污染土壤的暴露途徑達(dá)到降低環(huán)境和健康風(fēng)險的目的。利用洗砂技術(shù)對污染場地中清挖的砂質(zhì)污染土壤進(jìn)行異地清洗，明顯降低砂土的重金屬

43、浸出濃度，處置最終達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，從而降低其環(huán)境風(fēng)險，并在清洗后進(jìn)行了再利用。對場區(qū)內(nèi)污染的地下水將采用抽提集中處理綠化回灌的循環(huán)模式進(jìn)行處理，最終使污染地下水的達(dá)到環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，即通過降低水中污染物的濃度來達(dá)到降低環(huán)境和健康風(fēng)險的目的。第四章 重金屬污染場地地下帷幕阻隔與水力控制技術(shù)研發(fā)4.1重金屬污染場地地下帷幕阻隔技術(shù)（馬文潔）4.1.1 緒論4.1.1.1 研究背景與意義近年來我國經(jīng)濟(jì)社會快速發(fā)展，環(huán)境污染事件頻繁發(fā)生，特別是爆炸、泄露、偷排等重大環(huán)境污染事件產(chǎn)生的有機(jī)污染物及重金屬高強(qiáng)度場地污染，對生態(tài)環(huán)境、人民健康及社會安全構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。國內(nèi)與重金屬污染相關(guān)的行業(yè)較多，地域

44、分布廣泛，主要涉及全國31個省市自治區(qū)的冶金、金屬礦采選、化工、電子、醫(yī)藥、交通運(yùn)輸、皮革及廢棄資源和舊材料回收加工等8個行業(yè)，涉及的主要重金屬元素及其典型化合物約45種，其中以汞、鎘、鉻、鉛、鎳、銀、銅、鋅、錳等9種重金屬元素及其22種化合物和砷、鈹2種類重金屬元素及其4化合物為重點。國內(nèi)影響較大的高強(qiáng)度重金屬污染場地如原沈陽冶煉廠，污染場地30.3萬m2，表層1.0-1.5m土壤重金屬染嚴(yán)重，污染最重點位的綜合污染指數(shù)為10228.83，綜合污染指數(shù)超過600的點位有15個，其中鎘污染最嚴(yán)重，其次是砷污染，再次是銅、汞、鉻、鉛、鋅污染。對于突發(fā)重金屬污染地下水事件，可以在受污染地下水水流方

45、向的上游含水層構(gòu)筑地下防滲墻，切斷污染含水層的側(cè)向補(bǔ)給通道；或者在污染源下游修建防滲墻，防止污染水體流到下游地區(qū)；也可以在受污染地下水的四周構(gòu)筑封閉式地下柔性阻隔體，阻止受污染地下水的擴(kuò)散。阻隔體必須具有足夠的強(qiáng)度、低廉的成本和易于快速構(gòu)建的性能，采用注漿地下固化成型的技術(shù)解決，即在受污染地下水的上游、下游或四周按適當(dāng)?shù)拈g距鉆孔，用泵將漿料注入含水層，在含水層快速形成柔性阻隔體，以使污染的地下水“封閉”在原位，避免受污染地下水的擴(kuò)散，以便進(jìn)一步治理修復(fù)。在施工順序上，應(yīng)先做封閉圈上游方向的地下防滲墻，以盡早把上游未被污染的地下水與污染區(qū)分隔開來。本課題是國家863計劃“重大環(huán)境污染事件應(yīng)急技術(shù)

46、系統(tǒng)研究開發(fā)與應(yīng)用示范”項目的子課題，以原沈陽冶煉廠的高強(qiáng)度重金屬污染場地為依托，研究塑性混凝土作為地下柔性防滲墻體材料的性能，塑性混凝土的滲透特性和塑性混凝土材料與重金屬物質(zhì)的兼容性。4.1.1.2 技術(shù)路線研究目標(biāo)：以塑性混凝土為研究對象，通過調(diào)整其材料配合比，研究不同組分含量變化對塑性混凝土各項性能的影響，探討其影響機(jī)理。通過塑性混凝土不同配合比的性能比較，結(jié)合項目要求，確定最優(yōu)化配合比。研究塑性混凝土滲透系數(shù)與所受壓力載荷的關(guān)系，以及塑性混凝土與重金屬物質(zhì)的兼容性。技術(shù)路線見下圖：配合比試驗水泥用量膨潤土用量砂率外加劑用量坍落度抗壓強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度彈性模量滲透系數(shù)確定優(yōu)化配合比重金屬兼容性

47、試驗塑性混凝土滲透性研究圖4-1 技術(shù)路線圖4.1.2 試驗材料與方法4.1.2.1 試驗材料按照膠凝材料組成的不同，塑性混凝土可以分為膨潤土塑性混凝土、膨潤土粘土塑性混凝土和粘土塑性混凝土三類。本次試驗研究的是膨潤土塑性混凝土，試驗所用原材料包括水泥、膨潤土、粗骨料、細(xì)骨料、水和外加劑。4.1.2.2 試驗儀器（1）HJW-60單臥軸式混凝土攪拌機(jī)。技術(shù)參數(shù)如下表：表4-1 HJW-60單臥軸式混凝土攪拌機(jī)技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)進(jìn)料容量最大出料容量攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速攪拌均勻時間指標(biāo)96升66升48轉(zhuǎn)/分45秒圖4-2 HJW-60單臥軸式混凝土攪拌機(jī)（2）YH-40A型水泥混凝土養(yǎng)護(hù)箱。技術(shù)參數(shù)如下表：表

48、4-2 YH-40A型水泥混凝土養(yǎng)護(hù)箱技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)溫度控制儀精度1箱內(nèi)溫差1濕度控制95%（可調(diào)）工作電壓220V10%加熱功率600W壓縮機(jī)功率158W內(nèi)部尺寸（mm）5805501130圖4-3 YH-40A型水泥混凝土養(yǎng)護(hù)箱（3）坍落度筒。坍落度筒是截頭圓錐模，上底直徑為100mm，下底直徑為200mm，高為300mm，用2mm3mm厚的鐵皮制成，筒內(nèi)壁光滑。搗棒是直徑16mm，長650mm，一端為彈頭形的金屬棒。圖4-4 坍落度筒（4）SYE-2000電液式壓力試驗機(jī)。技術(shù)參數(shù)如下表：表4-3 SYE-2000電液式壓力試驗機(jī)技術(shù)參數(shù)技術(shù)參數(shù)指標(biāo)最大試驗力（kN）2000試驗力

49、準(zhǔn)確度（%）1上、下壓板最大間距（mm）320壓盤尺寸（mm）250250活塞最大行程（mm）50主機(jī)外型尺寸（mm）10004301360圖4-5 SYE-2000電液式壓力試驗機(jī)（5）TYS500型三軸應(yīng)力試驗機(jī)圖4-6 TYS500型三軸應(yīng)力試驗機(jī)（6）TAW-2000電液伺服三軸剛性試驗機(jī)圖4-7 TAW-2000電液伺服三軸剛性試驗機(jī)4.1.2.3 試驗測試內(nèi)容1）坍落度試驗本試驗的試驗工具包括坍落度筒，搗棒，鋼板，直尺，鐵鏟，鏝刀等。將坍落度筒沖洗干凈并保持濕潤，放在測量用的鋼板上，雙腳踏緊踏板。將混凝土拌和物用小鐵鏟通過裝料漏斗分三層裝入筒內(nèi)，每層體積大致相等。底層厚約70mm，

50、中層厚約90mm。每裝一層，用搗棒在筒內(nèi)從邊緣到中心按螺旋形均勻插搗25次。插搗深度：底層透過該層，中、上層分別插進(jìn)其下層約10mm20mm。上層插搗完畢后，取下裝料漏斗，用鏝刀將混凝土拌和物沿筒口抹平，并清除筒外周圍的混凝土。將坍落度筒慢慢豎直提起，輕放于試樣旁邊。當(dāng)試樣不再繼續(xù)坍落時，用直尺量出試樣頂部中心點與坍落度筒高度之差，即為坍落度值，準(zhǔn)至1mm。整個坍落度試驗連續(xù)進(jìn)行，并在2min3min內(nèi)完成。2）強(qiáng)度試驗（a）抗壓強(qiáng)度測試方法測試塑性混凝土抗壓強(qiáng)度的試件尺寸為100mm100mm100mm的立方體，每個配合比共兩組，每組三塊，分別測試其7天抗壓強(qiáng)度和28天抗壓強(qiáng)度。試驗機(jī)以0.

51、05MPa/s0.15MPa/s的速度連續(xù)而均勻地加載直至試件破壞，記錄破壞載荷。計算混凝土立方體抗壓強(qiáng)度，并取平均值。塑性混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的計算方法為：c=式中：c抗壓強(qiáng)度，MPa； P破壞載荷，N； A試件承壓面積，mm2。（b）抗剪強(qiáng)度測試方法剪切試驗采用5個試樣，采用直徑為50mm，高為100mm的圓柱型試件。分別在不同圍壓（按照1 MPa、2 MPa、3 MPa、4 MPa設(shè)定）下，施加水平剪切力進(jìn)行剪切，求得破壞時的剪應(yīng)力，然后根據(jù)庫侖定律確定抗剪強(qiáng)度參數(shù)：內(nèi)摩擦角和粘聚力。塑性混凝土抗剪強(qiáng)度的計算方法為：計算軸向破壞應(yīng)力1 式中： 1 軸向破壞應(yīng)力，MPa；P試件最大破壞載荷

52、，N； A試件受壓面積，mm2。各組1與 3關(guān)系曲線，直線回歸方程為： 式中： 0 1與 3關(guān)系曲線縱坐標(biāo)的應(yīng)力截距，MPa； k 1與 3關(guān)系曲線的斜率。按下式計算C，值： 式中：C 混凝土的粘聚力，MPa； 混凝土的內(nèi)摩擦角，度。3）彈性模量試驗塑性混凝土彈性模量的計算方法為：計算試件應(yīng)力：Fc=式中：Fc試件應(yīng)力，MPa；Pn試件承受載荷，N； A試件承壓面積，mm2。計算試件應(yīng)變：=式中：試件應(yīng)變； S試件位移，mm； L立方體試件變長，mm。作出“應(yīng)力應(yīng)變”曲線，求出趨勢線的斜率，即為塑性混凝土的彈性模量。4）滲透系數(shù)試驗塑性混凝土滲透系數(shù)試驗使用TAW-2000電液伺服三軸剛性試驗

53、機(jī)，試件是直徑為50mm，高為100mm的圓柱型試件。本試驗采用穩(wěn)態(tài)水壓測量的方法，即水流在一定的水壓作用下通過塑性混凝土試樣，根據(jù)達(dá)西定律計算滲透系數(shù)，其計算公式為：式中：Q滲水量，cm3；k滲透系數(shù)，cm/s；H水頭高度，cm；L滲流路徑長度，cm；A試樣截面積，cm2； t時間，s。4.1.3 結(jié)果與討論4.1.3.1 塑性混凝土材料配合比試驗根據(jù)塑性混凝土材料性能試驗研究及其應(yīng)用，水泥含量變化試驗設(shè)計配合比如下表：表4-4 水泥含量變化試驗配合比試驗編號水膠比砂率（%）單位體積各種材料用量（kg/m3）水泥膨潤土砂石水外加劑（%）E011.1146801006007002000.3E0

54、21.00461001006007002000.3E030.91461201006007002000.3坍落度試驗結(jié)果如下圖：圖4-8 坍落度隨水泥含量變化由上圖可以看出，隨著水泥用量的提高，塑性混凝土的坍落度有明顯降低。坍落度偏低，混合漿過稠，對施工中塑性混凝土的流動性會造成一定的影響，在泵送和澆注過程中可能會發(fā)生堵管。抗壓強(qiáng)度試驗結(jié)果如下圖：圖4-9 抗壓強(qiáng)度隨水泥含量變化由上圖可以看出，水泥用量對塑性混凝土的抗壓強(qiáng)度影響比較大。水泥是一種膠結(jié)材料，可以將砂石骨料粘結(jié)在一起，形成一定的硬度。提高水泥用量可以提高膠凝體的抗壓強(qiáng)度，相應(yīng)地可以提高塑性混凝土的抗壓強(qiáng)度。另外，使用高標(biāo)號水泥對于塑

55、性混凝土強(qiáng)度的提高是有利的。本試驗通過改變塑性混凝土中膨潤土的含量，測定拌和物的坍落度和塑性混凝土的抗壓強(qiáng)度，探討膨潤土對塑性混凝土性質(zhì)的影響。膨潤土含量變化試驗配合比如下表：表4-5 膨潤土含量變化試驗配合比試驗編號水膠比砂率（%）單位體積各種材料用量（kg/m3）水泥膨潤土砂石水外加劑（%）E041.1146100806007002000.3E051.00461001006007002000.3E060.91461001206007002000.3坍落度試驗結(jié)果如下圖：圖4-10 坍落度隨膨潤土含量變化由上圖可以看出，隨著膨潤土用量的提高，塑性混凝土的坍落度出現(xiàn)明顯降低。這是因為膨潤土的主

56、要成分是具有高吸水性的伊利石和蒙脫石，它們能吸收大量的水，使塑性混凝土拌和物中的自由水含量大大減少，從而降低了坍落度?？箟簭?qiáng)度試驗結(jié)果如下圖：圖4-11 抗壓強(qiáng)度隨膨潤土含量變化從上圖可以看出，隨著膨潤土用量的加大，塑性混凝土的強(qiáng)度有所降低。這是因為膨潤土與水泥不同，它是一種介于凝膠體和流體之間狀態(tài)的膠體材料，它的凝膠強(qiáng)度是比較低的。而且，膨潤土顆粒會通過正負(fù)電荷作用吸附大量的水分子，使塑性混凝土中的很多自由水分子轉(zhuǎn)化為化合水分子，對水泥的水化作用產(chǎn)生一定的抑制。所以，摻入膨潤土?xí)岣呖節(jié)B性，改善彈性模量，但同時也會使塑性混凝土的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生一定的損失。本試驗保持塑性混凝土中細(xì)料總量不變，即水

57、泥和膨潤土的用量綜合不變，通過提高混凝土中的水泥含量和降低膨潤土含量，測定塑性混凝土的坍落度、強(qiáng)度，彈性模量和滲透系數(shù)，從而與普通混凝土（不含膨潤土）作比較，探討水泥和膨潤土用量對塑性混凝土性質(zhì)的影響。根據(jù)地下連續(xù)墻的設(shè)計施工與應(yīng)用，普通混凝土的材料用量如下表：表4-6 普通混凝土設(shè)計配合比材料用量（kg/m3）水泥180250砂900950石800850水180230根據(jù)普通混凝土配合比，設(shè)計與普通混凝土對比試驗（水泥-膨潤土比例變化試驗）配合比如下表：表4-7 水泥-膨潤土比例變化試驗配合比試驗編號單位體積各種材料用量（kg/m3）水泥膨潤土砂石水外加劑（%）E07200093183521

58、00.3E08190109318352100.3E09180209318352100.3E10160409318352100.3E11140609318352100.3無測壓試驗包括拌和物坍落度試驗，抗壓強(qiáng)度試驗和彈性模量試驗，結(jié)果如下表所示：表4-8水泥-膨潤土比例變化無測壓試驗結(jié)果表試驗 編號坍落度（cm）黏聚性含砂 情況析水 情況7天抗壓強(qiáng)度（MPa）28天抗壓強(qiáng)度（MPa）彈性模量（MPa）E0713一般中較少2.86.0312506E0818較好中中2.66.0112163E0919較好中中2.35.8811916E1019較好中中1.85.1111004E11差多無0.92.179

59、037注：“”為數(shù)據(jù)異常，已剔除。圖4-12 坍落度隨水泥-膨潤土比例變化由上圖可以看出，不含膨潤土的普通混凝土坍落度較低，流動性較弱。加入一定量的膨潤土后，坍落度有明顯的提高，可以達(dá)到18-20cm，和易性有顯著增強(qiáng)。所以塑性混凝土相對于普通混凝土在施工中更加有利，更適合做地下防滲材料。圖4-13抗壓強(qiáng)度隨水泥-膨潤土比例變化與普通混凝土相比，塑性混凝土在初期的抗壓強(qiáng)度一定的降低，但隨著養(yǎng)護(hù)時間的增長，抗壓強(qiáng)度也有較大的提高。膨潤土含量控制在一定范圍內(nèi)，經(jīng)過養(yǎng)護(hù)的塑性混凝土抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到5MPa以上，滿足地下工程的要求，可以作為地下防滲材料。圖4-14 彈性模量隨水泥-膨潤土比例變化由上圖

60、可以看出，隨著水泥用量的減少和膨潤土用量的增加，塑性混凝土的彈性模量有一定的降低。水泥是一種膠結(jié)材料，可以將砂石骨料膠結(jié)在一起從而形成強(qiáng)度。水泥用量越多，膠結(jié)強(qiáng)度越大，混凝土的彈性模量就越大。 而膨潤土是一種膠結(jié)強(qiáng)度較低的膠體材料，它會降低水泥膠結(jié)物的粘結(jié)力，使其具有較大的塑性。所以，塑性混凝土就具有初始模量低，能適應(yīng)較大變形的特點，有利于改善防滲墻體的應(yīng)力狀態(tài)，使其變形性能增強(qiáng)。三軸壓縮試驗結(jié)果如下表：表4-9 水泥-膨潤土比例變化三軸壓縮試驗結(jié)果表試件編號直徑D/mm高度H/mm圍 壓s3 /MPa軸向主應(yīng)力s1 /MPa抗剪強(qiáng)度指標(biāo)E07-150.29 101.46 17.55 樣本數(shù)N