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排渗墙在地下水污染控制工程的应用

〔摘要〕在某渣堆地下水污染防控工程中,通过分析渣堆地质地层条件,创新性地提出在垂直防渗墙前设置排渗墙及收集井作为地下污水收集截获系统。相比常见的辐射井管或井群方式,该系统具有强达百倍的收集能力,且施工简单、作业安全。

〔关键词〕排渗墙;污水收集截获系统;地下水污染

1工程概况

某大型渣堆位于云南省者海镇,堆存约3900kt废渣。废渣主要包括冶炼水淬渣、工业炉窑渣及少量建筑垃圾。根据毒性浸出试验,该废渣属于第Ⅱ类一般工业固体废物。渣堆长期无屏障堆放,其有害物质受大气降水淋滤直接或间接地进入堆放场地附近的土壤环境。一些污染物在下渗的过程中,由于过滤、吸附和沉淀而被截留在土壤及深部土层里,难降解的重金属在土层中积累起来,造成土壤及深部土层的污染。

2地下水污染特点

场区内地下水类型主要有第四系松散岩类孔隙水、玄武岩类孔洞裂隙水、以碳酸盐岩为主的岩溶水3大类。渣堆区浅层地下水赋存在上部的第四系冲洪积层的含砾粘土孔隙中,主要接受竖向的降水入渗补给。含砾粘土层渗透系数在2.7×10-6cm/s左右。该渣堆主要的特征污染物是Zn和Cd。总体而言,垂直方向上主要受污染土层为素填土及洪积层含砾粘土层,地下水位以上重金属含量较地下水水位以下重金属含量高。随着深度的加深,污染程度有递减趋势。而地下水位以下1~3m后,重金属污染影响急剧减弱,影响深度主要集中在7m以上。

3方案选择

污水收集截获系统的设计重点在于截获。常见的地下水截获方式有排渗井、辐射排渗管、水平排渗管。但是,排渗井、排渗管更适用于透水性较好的废渣或者尾矿(其渗透性系数为10-4~10-3cm/s量级)[4-5],而本项目地下水赋存于透水性极差的含砾粘土层中,若采用排渗井或排渗管式,其集水效果将大大降低。根据《建筑基坑支护技术规程》[6],潜水含水层的影响半径可按下式计算:R=2sw姨kH(1)式中:R为影响半径,m;sw为井水位降深,m(当sw<10m时,取sw=10m);k为含水层的渗透系数,m/d;H为潜水含水层厚度,m。该项目场地含水层为含砾粘土层,其渗透系数平均值为2.7×10-6cm/s,厚度约6m,则其影响半径计算值约为2.4m。考虑到场地特点,笔者提出采用砂砾石排渗墙的型式对污染地下水进行截获。水力截获墙要求埋深超过含污水地层下约1~2m,且总深度大于7m。水力截获墙垂直于地下水流向,当地下水经过该位置时,自然将其截获并导至低点截获井中。相比排渗管集水断面而言,水力截获墙的集水断面相当于其百倍以上的断面,截获效果更佳,且施工简单,作业安全。

4排渗墙方案

在渣堆西南侧及东南侧较低位置、垂直防渗体内侧(渣堆内)约8m位置设置以截获墙为主体的新型污水截获系统。截获井内径3.0m,采用人工挖孔成井。井壁开孔,孔内预埋DN90HDPE管,HDPE管外侧采用土工布包粗砂反滤。井内设置自动液位计自启动泵,将地下水污水及时排至渗滤液处理站进行处理。截获井东西两侧分别设置截获墙,墙体埋深为9m,墙体坡向截获井。截获墙采用长臂挖掘机进行开槽,开槽宽度60cm。开槽后立即回填,底部5m回填砂砾石置换,其余再回填砂砾石。根据工勘资料,场地土层自稳高度可达5~7m,因此实际开槽深度定为6m,其余高度采用明挖型式处理。

5结论

综上,在采用抽出处理系统处理污染场地地下污水时,建议采用以截获墙为主的地下污水收集截获系统。因为采用水力截获墙+截获井的地下污水收集截获系统,与井群、排渗管等设施相比,具有更优的收集功能,尤其是在污水含水层为粉质粘土或粘土等透水性较差的地层时,其收集能力是排渗管等设施收集能力的上百倍。同时,该系统其中截获墙可采用开挖回填形式完成,连接管采用预留方式,施工简单而工期短,造价便宜。随着国家地下水污染治理、固体废弃物场地治理的全面开展,采用以截获墙为主的地下污水收集截获系统将具有推广意义。

参考文献

[1]刘兆昌,张兰生.地下水系统的污染与控制[M].北京:中国环境科学出版社,1991.

[2]任增平.水力截获技术及其研究进展[J].水文地质工程地质,2001(6):73-77.

[3]郇环,王金生.水力截获技术研究进展[J].环境污染与防治,2011,33(3):83-87.

[4]郭金宏,黄辰龙.尾矿库排渗设施类型归纳[J].黑龙江水利科技,2014(3):76-79.

作者:刘瀚和 曾宪坤 赵自越 单位:中国瑞林工程技术股份有限公司

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