1.本發(fā)明涉及環(huán)境工程、巖土工程及市政工程等領(lǐng)域，具體涉及一種埋地排污管道周圍污染土壤原地修復方法。

背景技術(shù)：

2.為了節(jié)省地上空間，大部分工業(yè)園區(qū)、城市污水管道等采用埋地鋪設(shè)。然而，在外界環(huán)境侵蝕、外界荷載、地層沉降、地震等作用下，該鋪設(shè)常常遭到破壞。管道被破壞后，滲漏污水對周圍土壤造成污染的同時，也對周圍生態(tài)環(huán)境與人類健康構(gòu)成嚴重威脅。目前對于埋地排污管道周圍污染土壤的修復方式主要是將污染土壤挖開，然后換填干凈砂土。對于該種傳統(tǒng)的修復方式通常需要污染土壤外運處置、干凈土壤內(nèi)運、回填土壤機械壓實等多道復雜工序。這不僅對工業(yè)園區(qū)的正常工業(yè)生產(chǎn)帶來負面影響，而且存在修復時間長、修復費用高的缺點。因此，鑒于以上現(xiàn)狀，亟需研發(fā)擾動小、修復周期短的經(jīng)濟型修復方式，以滿足產(chǎn)工業(yè)園區(qū)、城市污水管道快速搶修的需求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

3.本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種埋地排污管道周圍污染土原地修復方法，以滿足產(chǎn)工業(yè)園區(qū)、城市污水管道快速搶修的需求。
4.為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
5.一種埋地排污管道周圍污染土壤原地修復方法，包括如下步驟：
6.(1)將埋地排污管道周圍的污染土壤進行開挖，并篩除大于10cm的建筑垃圾或者碎石雜物；
7.(2)確定向開挖污染土壤中添加的修復劑、水的比例，將修復劑和水混合；
8.(3)采用拌合設(shè)備將步驟(2)得到的混合物與步驟(1)處理后的污染土壤進行充分攪拌，得到流態(tài)修復污染土壤；
9.(4)將步驟(3)得到的流態(tài)修復污染土壤回填至步驟(1)開挖后的埋地排污管道周圍；
10.(5)在回填流態(tài)修復污染土壤中插入注射二氧化碳的盲管；
11.(6)向盲管中通入二氧化碳；
12.(7)二氧化碳注射結(jié)束后，將水硬性灌注材料填入注射二氧化碳的盲管中，并將高出回填流態(tài)修復污染土壤的盲管截斷；
13.(8)在經(jīng)過快速碳化的回填固化流態(tài)修復污染土壤表層鋪設(shè)土工膜；
14.(9)土工膜上層覆土后施作道路或者混凝土結(jié)構(gòu)層。
15.其中，所述的埋地排污管道為工業(yè)園區(qū)排污傳輸管道或城市污水傳輸管道。
16.其中，所述的污染土壤為被污染物污染的土壤，所述的污染物為重金屬、有機物中的任意一種或者幾種的混合物。優(yōu)選地，所述的重金屬為鉛、鋅、鎳、鎘、銅中的任意一種或幾種的組合，重金屬污染物濃度范圍為4000-10000mg/kg；所述的有機物為石油烴、氯代烴、
苯系物中的任意一種或幾種的組合，有機物污染物濃度范圍為10000-15000mg/kg；所述重金屬與有機物復合的污染物至少包含鉛、鋅、鎳、鎘、銅中的一種，以及石油烴、氯代烴、苯系物中的一種，且重金屬污染物和有機物污染物的濃度范圍分別為4000-10000mg/kg和10000-15000mg/kg。
17.步驟(1)中，埋地管道污染區(qū)域通過場地調(diào)查及風險評估結(jié)果確定污染范圍，進而確定開挖范圍(垂直向深度和水平向距離)。污染土壤采用窄斗挖機或者人工開挖等方式進行。開挖土壤采用帶有篩孔的挖機抓斗、篩分破碎鏟斗等設(shè)備完成，斗篩除大于10cm的建筑垃圾或者碎石等雜物。
18.步驟(2)中，向開挖污染土壤添加修復劑和水質(zhì)量通過小試驗確定，試驗中以單一變量為優(yōu)化原則。需要說明的是，修復劑和水添加量以污染土壤干重為基準。
19.(a)修復劑摻量優(yōu)選過程為：將污染土壤的含水率確定為最優(yōu)含水率的1.3倍，其最優(yōu)含水率由擊實試驗確定。修復劑摻量范圍值設(shè)置為3-21％，步長為3％。將修復土壤養(yǎng)護一定時間后，進行修復效果評價。
20.如果污染土壤中污染物為重金屬，則將修復前后的污染土壤分別進行毒性浸出試驗，并計算修復劑對重金屬污染土壤的修復效率(e1)，其中e1的計算方法為e1＝(修復后污染土壤目標污染物浸出濃度-修復前污染土壤目標污染物浸出濃度/修復前污染土壤目標污染物浸出濃度
×
100％。如果污染土壤中污染物為有機物，則將修復前后的污染土壤分別進行污染物濃度試驗，并計算修復劑對有機污染土壤的修復效率(e2)，其中e2的計算方法為e2＝(修復后污染土壤目標污染物濃度-修復前污染土壤目標污染物濃度/修復前污染土壤目標污染物濃度
×
100％。如果土壤污染物為重金屬和有機復合污染土壤，則將修復前后的污染土壤分別進行污染物毒性浸出試驗和有機物濃度試驗，并分別計算修復劑對污染土壤中重金屬的修復效率(e1)和對有機物的修復效率(e2)。
21.最優(yōu)修復劑摻量的確定原則為：將不同摻量修復劑摻量條件下的污染土壤的修復效率進行比較，當較大修復劑摻量(i+3％)對應的修復效率e1
i+3％
與較小修復劑產(chǎn)量條件下(i％)對應的修復效率e1
i％
的比值大于1.05時，確定較小的修復劑摻量條件(即，i％)為最優(yōu)修復劑摻量。
22.(b)含水率優(yōu)選過程為：將污染土壤的修復摻量確定為從(a)中得到的最優(yōu)修復劑摻量。水摻量初始值設(shè)置為污染土壤液限，步長為5％。參照astm c143/c143m的規(guī)范，測試不同水摻量條件下，污染土壤進行坍落度。當修復土壤坍落度水摻量滿足修復坍落度目標時對應的水摻量，即為最優(yōu)水摻量。
23.步驟(2)中，所述修復劑分為i型修復劑和ii型修復劑，所述的i型修復劑為水泥、石灰、鋼渣、礦渣中的任意一種或者幾種的組合；所述的ii型修復劑為i型修復劑和過硫酸鈉的混合物。
24.優(yōu)選地，當污染物為重金屬時，則所述的修復劑為i型修復劑；當污染物為有機物時，則所述的修復劑為ii型修復劑；當污染物為重金屬和有機物的組合物時，則所述的修復劑為ii型修復劑。
25.步驟(2)中，水的添加量保證步驟(3)得到的流態(tài)修復污染土壤的坍落度為100-200mm。
26.步驟(3)中，按照步驟(2)中確定的修復劑、水的摻量，用臥室攪拌機、手持式攪拌
機等設(shè)備，得到流態(tài)修復污染土壤。
27.步驟(4)中，流態(tài)修復污染土壤分批次回填至埋地排污管道周圍的開挖遺留空間。其中每一批次回填厚度不超過20cm。
28.步驟(5)中，所述的盲管為梅花形布置，間距20-30cm，盲管直徑為2-3cm，孔隙率為20-30％。
29.步驟(6)中，通入二氧化碳的時間為15-30分鐘，注入二氧化碳的壓力為1.2-1.8個大氣壓力，二氧化碳純度為95％以上。
30.步驟(7)中，待二氧化碳注射結(jié)束后，將水硬性灌注材料填充入注射二氧化碳的盲管中，以此來提高土體的力學性能。所述的水硬性灌注材料為水泥、石灰、鋼渣或者膨潤土中的任意一種或幾種與水的混合物，固液質(zhì)量比優(yōu)選為1:1。然后將高出回填修復土壤的注氣盲管截斷。需保證遺留注氣盲管頂端在回填碳化流動污染土壤頂面的2cm以下。
31.有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)勢：
32.(1)本發(fā)明公開方法通過將埋地排污管道周圍污染土壤原地修復，克服了污染土壤外運產(chǎn)生的運輸費用，避免了污染土壤運輸途中存在的潛在環(huán)境風險。
33.(2)本發(fā)明公開方法將污染土壤修復后進行回填，將修復污染土壤實現(xiàn)安全再利用，減少了砂石等傳統(tǒng)填料的利用量。
34.(3)本發(fā)明公開方法中有效填充管道在產(chǎn)企業(yè)廠房角落、生產(chǎn)車間設(shè)備底座周圍的異形區(qū)域，避免了機械壓實帶來的施工擾動對生產(chǎn)活動的影響。
35.(4)本發(fā)明公開方法通過碳化技術(shù)，有效增加土壤重金屬污染物的固定效率、土壤有機污染物的去除效率；同時，顯著降低土壤修復周期，修復時間減少至0.5-1小時。
36.(5)本發(fā)明公開方法能夠?qū)崿F(xiàn)土壤固碳，能夠顯著降低大氣中二氧化碳的濃度，具有顯著的環(huán)境效益。
附圖說明
37.圖1是本發(fā)明排污管道結(jié)構(gòu)與周圍土壤污染狀況俯視圖。
38.圖2是本發(fā)明排污管道結(jié)構(gòu)與周圍土壤污染狀況側(cè)視圖(圖1的a-a’截面)。
39.圖3是本發(fā)明排污管道周圍土壤污染和修復開挖情況示意俯視圖。
40.圖4是本發(fā)明排污管道周圍土壤污染和修復開挖情況示意側(cè)視圖(圖3的a-a’截面)。
41.圖5是本發(fā)明排污管道周圍土壤污染開挖后產(chǎn)生的孔洞俯視圖。
42.圖6是本發(fā)明排污管道周圍土壤污染開挖后產(chǎn)生的孔洞側(cè)視圖(圖5的a-a’截面)。
43.圖7是本發(fā)明排污管道周圍開挖孔洞內(nèi)回填流態(tài)固化土壤及快速碳化裝置連接俯視圖。
44.圖8是本發(fā)明排污管道周圍開挖孔洞內(nèi)回填流態(tài)固化土壤及快速碳化裝置連接側(cè)視圖(圖7的a-a’截面)。
45.圖9是本發(fā)明二氧化碳注入盲管梅花形注入布局示意圖。
46.圖10是本發(fā)明二氧化碳注入盲管沿盲孔軸心的剖面圖。
47.圖11是本發(fā)明二氧化碳注入盲管示意圖。
48.圖12是本發(fā)明臨近排污管道最近一排二氧化碳注入盲管示意圖。
49.圖13是本發(fā)明埋地管道周圍污染土壤修復后側(cè)視圖。
50.其中，埋地排污管道101、埋地排污管道破損處102、管道破損引起的土壤污染邊界103、污染土壤104、未污染土壤105、未污染且不需要開挖的土壤106、污染且需要開挖的土壤107、未污染且需要開挖的土壤108、開挖邊界109、污染土壤開挖后形成的坑洞110、未污染土壤開挖形成坑洞111、管道支撐201、回填流態(tài)固化土壤301、二氧化碳注入盲管401、二氧化碳注入盲管連接管402、調(diào)壓閥門403、開關(guān)404、二氧化碳注入盲管與連接管的連接扣件405、盲孔4011、網(wǎng)布4012、注入水硬性灌注材料的二氧化碳注入盲管4013、壓縮二氧化碳氣體501、壓縮二氧化碳容器502、二氧化碳注入盲管位置連線601、回填料701、土工膜702、混凝土結(jié)構(gòu)層703、快速碳化回填流態(tài)固化土801。
具體實施方式
51.下面結(jié)合說明書附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進行詳細描述。
52.實施例1
53.某電鍍企業(yè)電鍍車間的酸洗廢水通過埋地管道引入污水處理池進行處理。其中排污管道由于地層不均勻沉降發(fā)生破壞，而對周圍土壤造成污染。場地調(diào)查及風險評估結(jié)果表明，目標污染物為重金屬鎳，重金屬鎳全量濃度為4573mg/kg，浸出濃度為0.94mg/l。修復目標為修復后土壤的鎳浸出濃度小于0.10mg/l。其中，土壤的鎳浸出濃度參照hj/t299進行。
54.主要步驟如下：
55.(1)根據(jù)場地調(diào)查結(jié)果，確定破損管道周圍土壤污染狀況及污染范圍(圖1和圖2)，采集典型污染土壤樣品。
56.(2)修復劑優(yōu)化試驗。根據(jù)擊實試驗獲取的最優(yōu)含水率(18.3％)，調(diào)整污染土壤的含水率為23.8％(最優(yōu)含水率的1.3倍)。然后按照修復劑摻量范圍3-21％，步長3％，進行修復土樣制備。作為優(yōu)選方案，i型修復劑為石灰和鋼渣的混合物，其質(zhì)量比為1:2。將修復土壤養(yǎng)護28天后，進行浸出濃度測試。試驗表明，最優(yōu)修復劑摻量為15％。
57.(3)含水率優(yōu)化試驗。修復土壤中水摻量的初始值設(shè)置為污染土壤液限(37.5％)，步長為5％。參照astm c143/c143m，測試不同水摻量條件下，污染土壤進行坍落度。作為優(yōu)選，污染土壤的含水率確定為47.5％時，對應的坍落度為173mm。
58.(4)污染土壤開挖與預處理。根據(jù)污染狀況調(diào)查結(jié)果，制定開挖方案(圖3和圖4)。將污染土壤進行開挖，污染土方量約為17m3，深度為0.9m。在管道周圍開挖形成坑洞(圖5和圖6)，并對破損管道進行修補。將開挖污染土壤通過方孔篩剔除大于10cm的碎石等雜物，用清水沖洗后，作為企業(yè)固廢進行處置。篩余土壤約為15m3。
59.(5)流態(tài)固化土壤拌合。采用臥式攪拌機，分批次將污染土壤、修復劑和水拌合，得到流動態(tài)修復污染土壤。
60.(6)流態(tài)固化土壤回填。分批次將拌合均勻的流態(tài)固化土壤回填至管道周圍的溝槽(圖7和圖8)，其中每批次回填厚度為20cm。每批次回填后，用振搗棒輕輕攪動回填的流態(tài)固化土壤去除內(nèi)部的氣泡后靜置3分鐘，進行下一批次回填。
61.(7)注氣管道埋設(shè)。將注氣管道按照梅花形布置(圖9)，間距為25cm，在管道周圍適當變化管道間距以適應空間位置，但最大化管道間距不大于30cm。注氣盲管(圖10，圖11和
圖12)直徑為2.5cm，圓形盲孔(4011)直徑為3cm，孔隙率約為25％。
62.(8)注氣管道連接。將所有注氣管道(402)一端通過螺栓與二氧化碳氣瓶連接，另一端通過連接扣件(405)與二氧化碳注入盲管(401)連接，并調(diào)節(jié)二氧化碳出氣壓力閥門(403)至1.5個大氣壓。其中，儲存于壓縮罐(501)的二氧化碳(502)純度為99.9％。
63.(9)二氧化碳氣體注入。開啟二氧化碳氣瓶開關(guān)(404)，通氣10分鐘后關(guān)閉氣閥。
64.(10)浸出毒性測試。二氧化碳氣體注入后，按照3立方米一個樣品的采樣頻率，立即采集注入氣體后的修復土壤樣品，進行浸出濃度測試。測試結(jié)果表明修復土壤重金屬鎳浸出濃度為0.007mg/l，滿足修復目標。
65.(11)注氣管道移除。注氣結(jié)束后，將高出回填修復土壤的二氧化碳注入盲管(401)截斷，并用水硬性灌注材料(石灰和鋼渣混合物的漿液，其中，石灰和鋼渣質(zhì)量比為1:1，加水使得固液質(zhì)量比為1:1)灌注。需保證遺留注氣盲管頂端在回填碳化流動污染土壤頂面的2cm以下。
66.(12)強度測試。參照gb 50021，采用輕型動力觸探試驗，立即測試修復回填土壤的dcpi值，評價修復污染土壤的承載力。測試結(jié)果表明，回填土壤的dcpi值為4.3mm/擊。
67.(13)土工膜鋪設(shè)。回填的固化流態(tài)污染土壤表層鋪設(shè)土工膜(702，圖13)。
68.(14)混凝土結(jié)構(gòu)層鋪設(shè)。土工膜上層覆土后施作混凝土結(jié)構(gòu)層(703，圖13)。
69.實施例2
70.某石油化工企業(yè)生產(chǎn)車間的地面在設(shè)備震動下，使排污管道產(chǎn)生裂縫，造成淺層地基土壤污染。場地調(diào)查及風險評估結(jié)果表明，目標污染物為石油烴，最大濃度為13508mg/kg。修復目標為修復后土壤的石油烴濃度小于500mg/kg。其中，土壤中的石油烴濃度參照hj 1021進行。
71.主要步驟如下：
72.(1)根據(jù)場地調(diào)查結(jié)果，確定破損管道周圍土壤污染狀況及污染范圍(圖1和圖2)，采集典型污染土壤樣品。
73.(2)修復劑優(yōu)化試驗。根據(jù)擊實試驗獲取的最優(yōu)含水率(15.7％)，調(diào)整污染土壤的含水率為20.4％(最優(yōu)含水率的1.3倍)。然后按照修復劑摻量范圍3-21％，步長3％，進行修復土樣制備。作為優(yōu)選方案，修復劑為i型修復劑和過硫酸鈉的混合物。其中，i型修復劑中選用石灰、鋼渣的質(zhì)量比為1:2，i型修復劑與過硫酸鈉的質(zhì)量比為3:1。將修復土壤養(yǎng)護28天后，進行浸出濃度測試。試驗表明，最優(yōu)修復劑摻量為10％。
74.(3)含水率優(yōu)化試驗。修復土壤中水摻量的初始值設(shè)置為污染土壤液限(35.3％)，步長為5％。參照astm c143/c143m，測試不同水摻量條件下，污染土壤進行坍落度。作為優(yōu)選，污染土壤的含水率確定為45.3％時，對應的坍落度為189mm。
75.(4)污染土壤開挖與預處理。根據(jù)污染狀況調(diào)查結(jié)果，制定開挖方案(圖3和圖4)。將污染土壤進行開挖，污染土方量約為25m3，深度為0.6m。在管道周圍開挖形成坑洞(圖5和圖6)，并對破損管道進行修補。將開挖污染土壤通過方孔篩剔除大于10cm的碎石等雜物，用清水沖洗后，作為企業(yè)固廢進行處置。篩余土壤約為24m3。
76.(5)流態(tài)固化土壤拌合。采用臥室攪拌機，分批次將污染土壤、修復劑和水拌合，得到流動態(tài)修復污染土壤。
77.(6)流態(tài)固化土壤回填。分批次將拌合均勻的流態(tài)固化土壤回填至管道周圍的溝
槽(圖7和圖8)，其中每批次回填厚度為15cm。每批次回填后，用振搗棒輕輕攪動回填的流態(tài)固化土壤去除內(nèi)部的氣泡后靜置5分鐘，進行下一批次回填。
78.(7)注氣管道埋設(shè)。將pvc材質(zhì)的注氣管道按照梅花形布置(圖9)，間距為20cm，在管道周圍適當變化管道間距以適應空間位置，但最大化管道間距不大于30cm。注氣盲管(圖10，圖11和圖12)直徑為2.5cm，圓形盲孔(4011)直徑為3cm，孔隙率約為25％。
79.(8)注氣管道連接。將所有注氣管道(402)一端通過螺栓與二氧化碳氣瓶連接，另一端通過連接扣件(405)與二氧化碳注入盲管(401)連接，并調(diào)節(jié)二氧化碳出氣壓力閥門(403)至1.5個大氣壓。其中，儲存于壓縮罐(501)的二氧化碳(502)純度為99.9％。
80.(9)二氧化碳氣體注入。開啟二氧化碳氣瓶開關(guān)，通氣10分鐘后關(guān)閉氣閥。
81.(10)污染物全量測試。采集注入氣體后的修復土壤樣品，進行石油烴全量測試。測試結(jié)果表明修復土壤石油烴濃度為53mg/kg，滿足修復目標。
82.(11)注氣管道移除。注氣結(jié)束后，將高出回填修復土壤的二氧化碳注入盲管(401)截斷，并用水硬性灌注材料(水泥和鋼渣混合物的漿液，其中，石灰和鋼渣質(zhì)量比為1:1，加水使得固液質(zhì)量比為1:1)灌注。需保證遺留注氣盲管頂端在回填碳化流動污染土壤頂面的2cm以下。
83.(12)強度測試。參照gb 50021，采用輕型動力觸探試驗，測試修復回填土壤的dcpi值，評價修復污染土壤的承載力。測試結(jié)果表明，回填土壤的dcpi值為8.2mm/擊。
84.(13)土工膜鋪設(shè)?；靥畹墓袒鲬B(tài)污染土壤表層鋪設(shè)土工膜(702，圖13)。
85.(14)混凝土結(jié)構(gòu)層鋪設(shè)。土工膜上層覆土后施作混凝土結(jié)構(gòu)層(703，圖13)。
86.本發(fā)明提供了一種埋地排污管道周圍污染土壤原地修復方法，具體實現(xiàn)該技術(shù)方案的方法和途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。

相關(guān)知識

一種埋地排污管道周圍污染土壤原地修復方法與流程
場地污染土壤修復總體思路
《重金屬鉛、鋅、鎘、銅、鎳污染土壤原地修復技術(shù)標準》.docx
土壤環(huán)境污染
一種移動式污染土壤原地快速應急修復與再利用設(shè)備制造技術(shù)
土壤污染與治理 .pptx
無廢小知識——土壤污染風險管控和修復
全國土地日丨土壤污染物的來源與危害
一圖教你認識土壤污染和土壤修復
土壤污染源

網(wǎng)址: 一種埋地排污管道周圍污染土壤原地修復方法與流程 http://m.u1s5d6.cn/newsview1428012.html