一种非连续型prb反应柱的布置方法
技术领域
[0001]
本发明涉及环境岩土工程的技术领域，尤其是一种非连续型prb反应柱的布置方法。
背景技术：
[0002]
可渗透反应技术（prb）是近年来迅速发展的一种有效的地下水污染原位修复技术。prb技术不需要外力装置，且活性介质反应速率很慢，可长期发挥修复作用，对生态环境扰动较小，除一次性投资较大和长期监测外，几乎不需要任何费用，对于复垦场地来说契合度较高。
[0003]
在常规地下水修复领域中，prb正逐步取代运行成本高的抽出处理技术，成为最具发展潜力的地下水污染原位修复技术。prb技术在广义上来讲，是一种在原位对污染物羽状体进行拦截、阻断和补救的污染处理技术。
[0004]
但一般的prb技术需要成槽施工，除了成本高昂外还存在施工困难、盲目性大等缺点。
技术实现要素：
[0005]
本发明的目的是根据上述现有技术的不足，提供了一种非连续型prb反应柱的布置方法，选用反应柱代替反应墙，在不影响修复效果前提下，有效地降低了施工成本，提高了可施工性。
[0006]
本发明目的实现由以下技术方案完成：一种非连续型prb反应柱的布置方法，其特征在于：包括如下步骤：a、计算反应柱的间距、厚度、排数和高度；b、选择所述反应柱的介质反应材料；c、根据计算得到的所述反应柱的间距、厚度、排数和高度，挖设管井，并在所述管井中填充所述介质反应材料，形成所述反应柱；d、完成所有所述反应柱的布置。
[0007]
所述反应柱的间距不小于1m且不大于3m。
[0008]
所述反应柱的厚度的计算公式为：b=vt，其中，b为所述反应柱的厚度，v为地下水流速，t为水力停留时间。
[0009]
所述地下水流速的计算公式为：v=ki，其中，v为所述地下水流速，k为土壤的渗透系数，i为单位水力梯度，所述土壤的渗透系数和所述单位水力梯度的取值均通过现场测量或者查阅水文地质资料获得。
[0010]
所述水力停留时间的计算公式为t=nt
0.5
u1u2r，其中，t为所述水力停留时间，n为修复污染物浓度达到环境标准所需要的半存留期的次数，t
0.5
为污染物的半存留期，u1为温度校正因子，所述温度校正因子取2.0～2.5，u2为密度校正因子，所述密度校正因子取1.5～2.0，r为安全系数，所述安全系数取2.0～3.0。
[0011]
所述反应柱的排数根据土层的渗透性来设置。
[0012]
所述反应柱的高度取决于不透水层或弱透水层的埋深和厚度。
[0013]
所述介质反应材料包括还原型介质材料和吸附型介质材料，所述管井的井壁材质为pvc或upvc中的一种。
[0014]
本发明的优点是：在不影响修复效果前提下，有效地降低了施工成本，提高了可施工性。
附图说明
[0015]
图1为本发明的非连续型反应柱群流场分析的示意图；图2为本发明的不同土层反应柱设置排数的展示表；图3为本发明的设置反应柱前污染羽的迁移模拟结果示意图；图4为本发明的设置反应柱后污染羽的迁移模拟结果示意图；图5为本发明的反应柱的结构示意图；图6为本发明的反应柱的平面布置示意图。
具体实施方式
[0016]
以下结合附图通过实施例对本发明特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：如图1-6所示，图中标记分别表示为：反应柱1，介质反应材料2，管井3，黏土球4，捕获范围a，捕获盲区b。
[0017]
实施例：如图1-6所示，本实施例涉及一种非连续型prb反应柱的布置方法，其方法步骤具体如下：a、计算反应柱1的间距、厚度、排数和高度；b、选择反应柱1的介质反应材料；c、如图5所示，根据计算得到的反应柱1的间距、厚度、排数和高度，按照下述流程进行施工：（1）根据计算结果做出平面图，并获取各个反应柱体的坐标或者经纬度；（2）按照反应柱体的经纬度及坐标采用经纬仪放点、定位；（3）采用专业的工程钻机进行钻孔，挖设多个井口，并对各个井口下方管井3，填充滤料并成井（柱）；（4）封填黏土球4，保护深层滤料，组织杂物进入反应柱体；（5）填充介质反应材料2，最终形成反应柱1；其中，介质反应材料2用于提供反应材料，降解污染物；管井3是成井（柱）的管材主要部件；黏土球4用于保护柱体；d、完成所有反应柱1的布置。
[0018]
非连续型可渗透反应柱具有明显的缺点，即存在明显的捕获盲区。如图1所示，反应柱1排数越多，反应柱1间距越小，捕获盲区b越小。因此理论上，当反应柱1足够密或者反应柱1排数足够多的情况下，捕获盲区b可忽略不计。因此本质上非连续型可渗透反应柱的设计是反应柱1间距、反应柱1排数以及施工成本的综合评估结果。
[0019]
反应柱1采用梅花式布置，可以有效地提高反应柱1对污染羽的捕捉效率。此外，反应柱1的间距宜足够密以能够对污染羽进行捕捉，但反应柱1间距的设计宜结合实际的施工条件，例如在粉砂性土层中不宜过密，容易在施工过程中因塌孔造成串孔现象，建议根据不同场地具体条件设计最小柱间距，建议不宜小于1m，而当反应柱1间距过大时，须配置更多排的可渗透反应柱1，耗费成本较高，建议反应柱1的间距不大于3m。
[0020]
反应柱1的厚度主要由地下水流速和水力停留时间来确定。具体地，反应柱1的厚度（直径）的计算公式为：b=vt，其中，b为反应柱1的厚度（直径），其单位为cm；v为地下水流速，其单位为cm/s；t为水力停留时间，其单位为s。
[0021]
本实施例中的地下水流速（v）是指地下水通过反应柱1的平均流速，主要由反应介质的孔隙率和含水层的渗透系数决定。在无实际测定流速的条件下，地下水流速由土壤的渗透系数和单位水力梯度确定。具体地，地下水流速的计算公式为：v=ki，其中，v为地下水流速；k为土壤的渗透系数；i为单位水力梯度。土壤的渗透系数和单位水力梯度的取值均可通过现场测量或者查阅水文地质资料获得。
[0022]
本实施例中，水力停留时间（t）为修复污染物所需的反应时间，即污染物羽流在反应柱1的停留时间，对于混合污染物，采用修复其中污染物的最长时间。具体地，污染物羽流在反应柱1的停留时间（水力停留时间t）主要由污染物的半存留期（half-life）和流入反应柱1时的初始浓度决定。由于现场的地下水污染物浓度分布不均匀，基于工程的安全长久性考虑，设计时一般按污染物的最大浓度值计算。此外，还要考虑到温度、反应介质密度和工程安全等因素。水力停留时间具体的计算公式为：t=nt
0.5
u1u2r，其中，t为水力停留时间；n为修复污染物浓度达到环境标准所需要的半存留期的次数；t
0.5
为污染物的半存留期，污染物的半存留期由室内圆柱试验确定；u1为温度校正因子，因子温度主要通过阿伦尼斯方程影响其反应速率，可取2.0~2.5，具体地，当温度大于25℃，u1取2.5，当温度小于20℃，u1取2.0，当温度在20~25℃之间，u1取线性插值（2.0~2.5）；u2为密度校正因子，主要影响反应介质的渗透系数，可取1.5～2.0；r为安全系数,可取2.0～3.0。
[0023]
反应柱1排数的设计很难通过理论计算出来，反应柱1依靠柱体渗透系数与周边土体差异带来的污染羽捕获能力，将污染物去除，柱体材料本身的渗透系数越大，捕获污染羽的能力越强。如图2所示，在黏性土层当中的反应柱渗透系数可以达到周边土体渗透系数的10～100倍，此时可设置1～2排可渗透反应柱1即可完成污染羽的捕获。在渗透性好的土层（粉性土）中，反应柱渗透系数只能达到周边土体渗透系数的2～10倍，此时须设置2～3排反应柱1来完成污染物的捕获。在渗透性更好的土层（砂性土）中，反应柱渗透系数只能达到周边土体渗透系数的1～2倍，此时须设置4～6排的反应柱1来完成污染物的捕获。
[0024]
反应柱1的高度主要由不透水层或弱透水层的埋深和厚度决定。具体地，反应柱1的底端嵌入不透水层至少为0.60m，以防止污染物羽流发生底渗作用流向下游地区。
[0025]
如图6所示，土体的暂定污染范围上还设有土水取样点和监测点，用于对土体的暂定污染范围上的土体和水进行取样，便于对其进行监测。
[0026]
在量化设计方面，可采用有限元数值软件（如gms或comsol等）完成具体的工况设计，通过前述设计的反应柱1厚度（直径）、反应柱1间距（结合施工条件）在特定场地条件下（污染源强度、特定流场条件等）的迁移模拟结果。如图3和图4所示，某场地核心污染区浓度为600ug/l（达标标准为300ug/l），经室内试验分析，某可渗透反应材料降解该有机物的半
衰期为19小时，按前面所述公式计算，可得反应柱1最小厚度为200mm，采用双排反应柱1设计后，下游最大浓度不超过300ug/l，表明双排反应柱1的有效性。
[0027]
介质反应材料2包括还原型介质材料和吸附型介质材料。其中，还原型介质材料为还原剂，主要有零价铁、fe(ⅱ)矿物和双金属，主要利用还原型介质材料的还原性与地下水中的无机离子、有机物发生氧化还原反应，将无机离子以单质或不溶性化合物从水中析出；将难生物降解或不可生物降解的有机物还原为可生物降解或易生物降解的简单有机物，从而改善地下水环境。而吸附型介质材料为吸附剂，如颗粒活性炭、草炭土、沸石、膨润土、粉煤灰、铁的氢氧化物、铝硅酸盐等，其反应机理为主要利用吸附型介质材料的吸附性，通过吸附和离子交换作用而达到去除污染物的目的，这种吸附型介质材料对氨氮和重金属有很好的去除作用。另外，管井3的井壁主要采用pvc或upvc材质或其他满足规范要求的材质。
[0028]
虽然以上实施例已经参照附图对本发明目的的构思和实施例做了详细说明，但本领域普通技术人员可以认识到，在没有脱离权利要求限定范围的前提条件下，仍然可以对本发明作出各种改进和变换，故在此不一一赘述。
技术特征：
1.一种非连续型prb反应柱的布置方法，其特征在于：包括如下步骤：a、计算反应柱的间距、厚度、排数和高度；b、选择所述反应柱的介质反应材料；c、根据计算得到的所述反应柱的间距、厚度、排数和高度，挖设管井，并在所述管井中填充所述介质反应材料，形成所述反应柱；d、完成所有所述反应柱的布置。2.如权利要求1所述的一种非连续型prb反应柱的布置方法，其特征在于：所述反应柱的间距不小于1m且不大于3m。3.如权利要求1所述的一种非连续型prb反应柱的布置方法，其特征在于：所述反应柱的厚度的计算公式为：b=vt，其中，b为所述反应柱的厚度，v为地下水流速，t为水力停留时间。4.如权利要求3所述的一种非连续型prb反应柱的布置方法，其特征在于：所述地下水流速的计算公式为：v=ki，其中，v为所述地下水流速，k为土壤的渗透系数，i为单位水力梯度，所述土壤的渗透系数和所述单位水力梯度的取值均通过现场测量或者查阅水文地质资料获得。5.如权利要求3所述的一种非连续型prb反应柱的布置方法，其特征在于：所述水力停留时间的计算公式为t=nt
0.5
u1u2r，其中，t为所述水力停留时间，n为修复污染物浓度达到环境标准所需要的半存留期的次数，t
0.5
为污染物的半存留期，u1为温度校正因子，所述温度校正因子取2.0～2.5，u2为密度校正因子，所述密度校正因子取1.5～2.0，r为安全系数，所述安全系数取2.0～3.0。6.如权利要求1所述的一种非连续型prb反应柱的布置方法，其特征在于：所述反应柱的排数根据土层的渗透性来设置。7.如权利要求1所述的一种非连续型prb反应柱的布置方法，其特征在于：所述反应柱的高度取决于不透水层或弱透水层的埋深和厚度。8.如权利要求1所述的一种非连续型prb反应柱的布置方法，其特征在于：所述介质反应材料包括还原型介质材料和吸附型介质材料，所述管井的井壁材质为pvc或upvc中的一种。
技术总结
本发明公开了一种非连续型PRB反应柱的布置方法，包括如下步骤：a、计算反应柱的间距、厚度、排数和高度；b、选择所述反应柱的介质反应材料；c、根据计算得到的所述反应柱的间距、厚度、排数和高度，挖设管井，并在所述管井中填充所述介质反应材料，形成所述反应柱；d、完成所有所述反应柱的布置。本发明的优点是：在不影响修复效果前提下，有效地降低了施工成本，提高了可施工性。高了可施工性。高了可施工性。
技术开发人、权利持有人：许丽萍 李韬 吴育林 沈婷婷 郭星宇 张国伟 王蓉 叶迎晨 沈超 孟智
