柔性衬套以及结合柔性衬套的污染场地监测方法
技术领域
本发明属于污染场地控制与治理技术领域，涉及一种柔性衬套以及结合柔性衬套的污染场地监测方法。
背景技术
随着社会和经济的进步，工业和农业不断发展，同时因此产生的土体污染问题也越来越严重。工业生产过程中产生的废物废气经降雨后遗留在土体中的铬、镍等重金属污染，农业生产过程中由于农药的使用在土体中留下的多环芳烃、氯代烃等有毒有害物质，都是当前存在的不可避免的土体问题。污染物在土体中的扩散和运移是较为复杂的过程，包括扩散作用、对流作用、吸附作用等，且易收到化学场、温度场的多场耦合作用。因此土体污染在空间上的影响范围较大，各类问题往往出现连锁反应，造成地下水、大气等其他生态环境的破坏，故对其进行治理是必不可少的。
对各类污染场地的治理中，原位修复是其中的主要手段。而针对原位修复周期长，彻底修复难度大的特点，竖向隔离技术作为一种风险管控与修复手段被提出。在竖向屏障施工过程中，由于各深度土层中水的交叉流动，在污染场地内很容易交叉污染，造成污染程度加剧的问题。为了进行密封，前期监测中一般采用膨润土密封的办法处理钻孔，但实际上膨润土会对待修复场地造成一定污染。
发明内容
本发明旨在提供一种柔性衬套以及结合柔性衬套的污染场地监测方法，该方法将竖向屏障与柔性衬套技术相结合，避免了交叉污染，测定了场地水文特征和污染物特征，同时确保污染场地修复过程中不发生微量污染物泄露，从而提高污染场地的修复效果。
具体的技术方案；
柔性衬套，包括不透水的柔性材料制成的圆柱形套筒，圆柱形套筒布置在钻空中，在钻空内形成严密的密封层；在圆柱形套筒外壁上每隔一段距离设置外侧透水且内侧密封的环状的隔段，隔段通过软管与圆柱形套筒底部的暂存区连接；圆柱形套筒内通过导气管与空气动力装置连通；暂存区内设有取样管，对暂存区取样。
本发明将一种新的地下水采样技术——柔性衬套技术，应用在竖向屏障的施工过程中。采用柔性衬套技术可以有效地查清污染场地土体的渗透系数和污染物特征，并防止交叉污染和微量污染物泄露。在圆柱形套筒中每隔一段距离设置外侧透水且内侧密封的环状隔段，取样时待测污染场地中的地下水流入隔段，通过隔段中的软管进入圆柱形套筒底部的暂存区，暂存区内有两根导管即导气管和取样管，通过气压原理和向下的止回阀，将地下水样品导入地面的取样瓶当中。在进行污染场地监测时，根据前期的场地信息在周围布置好柔性衬套，较为准确地测出场地土体的渗透系数与污染物特征。根据所得监测结果制定竖向屏障、活性PRB反应墙和曝气法相结合的具体施工方案，同时在外侧继续布置柔性衬套。在施工过程中监测周围土地的污染物浓度，判断是否发生污染物泄露或竖向屏障的击穿。利用柔性衬套技术所测得的数据作为施工前的依据以及施工时的实时监测结果。
为此，提出结合柔性衬套技术的污染场地监测方法。在施工中采用柔性衬套技术不仅可以对钻孔进行暂时性的密封，也可以通过监测向下扩张的衬套从孔洞中的下落速度，利用得到的衬套降速数据和压力表读数计算出污染场地土层的渗透系数(岩层为透水系数，土层为水力传导性系数)。另外对柔性衬套技术取样得到的地下水进行分析可以得到相应的污染物特征，根据这些结果可以确定出适合目标场地的竖向屏障类型，达到更好的修复效果。具体技术方案为：
一种结合柔性衬套技术的污染场地监测方法，包括以下步骤：
第一步：在污染场地外围根据污染源分布情况、地下水水流方向，监测井内布设柔性衬套；利用柔性衬套的监测数据计算得到污染场地渗水区的渗透系数K值，岩层为透水系数，土层为水力传导性系数；取样收集NAPL即非水相液体相样本，并分析污染场地的污染物种类；
第二步：根据第一步监测所得的结果，由渗透系数K值、污染物种类和分布确定相应的竖向屏障类型；
第三步：进行竖向屏障施工的同时继续利用柔性衬套进行监测，分析污染场地周围土体的渗透系数变化、其所含污染物浓度和种类是否发生变化；并根据实际需要利用柔性衬套注入相应的药液进行修复，直至竖向屏障施工结束。
施工期间在原设计监测点中布置柔性衬套，在柔性衬套中放置监测仪器和传感器，实时监测污染场地周围土体状况，分析竖向阻隔运行状况，判断是否发生阻隔局部击穿，若发现污染物则通过套筒注入药剂进行修补。
进一步的，根据柔性衬套下降速率及压力表读数，计算得到渗透系数K值。
在污染场地的治理过程中，为了达到更好的治理效果，常常将竖向屏障技术与活性PRB反应墙、曝气法等技术联合使用。在多种修复技术联合使用的过程中，如何进行布局与设计是其中的关键之处。本发明利用柔性衬套技术测出的水力传导系数可以识别优先水流区域，与阻隔器的水力测量结果相互配合，可以得到污染区域的水文地质特征。同时，取样得到的污染区域地下水样品分析可以得到污染物特征。结合所得信息可以对污染场地的施工手段进行更为合理的设计布局，达到更好的治理效果。另外，在施工过程中通过在柔性衬套中的监测设备和相应传感器进行监测，观察是否发生污染物微量泄露或隔离墙击穿，必要时可以通过套筒向土层输送药品，对有缺陷的屏障进行修补。
相对于单独使用竖向屏障、曝气法、活性PRB反应墙，修复过程中结合柔性衬套技术的污染场地监测方法，可以有效地观察到地下水、污染物特征，同时可以了解地下的裂隙分布状况。竖向屏障施工时，这些因素可能会导致污染物处理效果的降低。另外，了解地下的裂隙以及地下水分布情况，也有利于选择合适的施工工程机械。总之，在竖向屏障修复污染场地的过程中，结合柔性衬套技术对污染场地进行监测，相对于一般的竖向屏障施工方法，有其独特的优势和创新点，是提高污染场地修复效果的一种可靠的方法。
综上所述，本发明具有的有益效果：柔性衬套是实现钻孔快速密封的可行技术，本发明将竖向屏障施工与柔性衬套技术相结合，有效的防止施工过程中的交叉污染，并可以提供污染场地土体的渗透系数和污染物特征，且防止了施工过程中产生的二次污染。
附图说明
图1为本发明的柔性衬套结构示意图；
图2为实施例污染场地监测点位布置图；
图3为实施例检测水层分析剖析系统组件图；
图4为实施例假想衬套降速曲线图；
图5为实施例施工示意图。
具体实施方式
结合实施例说明本发明的具体技术方案。
如图1所示，柔性衬套，包括不透水的柔性材料制成的圆柱形套筒5，圆柱形套筒5布置在钻空中，在钻空内形成严密的密封层；在圆柱形套筒5外壁上每隔一段距离设置外侧透水且内侧密封的环状的隔段，隔段通过软管与圆柱形套筒5底部的暂存区3连接；圆柱形套筒5内通过导气管1与空气动力装置4连通；暂存区3内设有取样管2，对暂存区3取样。
根据污染场地的前期勘察资料确定柔性衬套的布置位置，在污染较为严重的地区增加柔性衬套的布设密度，如图2所示，图中污染地块7周围布置多个柔性衬套技术监测点位6。根据柔性衬套技术的原理进行地下水采样与分析。
利用柔性衬套中测速装置测量衬套在孔洞中的下落速度，如图3所示的检测水层分析剖析系统组件图。测速装置包括测速器8、注水管9、压力计10、传感器11，通过内翻衬套绞盘12将装置放下。
根据衬套降速数据，即如图4假想衬套降速曲线图和压力计读数P，计算渗水区的渗透系数K值(岩层为透水系数，土层为水力传导性系数)。
式中：K为渗透系数，m/s；k为渗透率，D，1D＝1m2；ρ为流体密度，N·s2/m4；g为重力加速度，m/s2；μ为动力粘度，N·s/m2；η为运动粘度，
式中，Q为渗流量，m3/s；k为渗透率，D，1D＝1m2；A为孔洞的横截面积，m2；△P为压差，即压力表读数，Pa；μ为流体动力粘度，Pa·s，即N·s/m2；△L为渗流长度，m。
ΔL＝L-L1 (3)
式中，△L为渗流长度，m；L为钻孔总长度，m；L1为已下放套管长度，m。
Q＝v·A (4)
式中，Q为渗流量，m3/s；v为衬管下放速度，即测速器读数，m/s；A为孔洞的横截面积，m2。
根据计算所得透水区渗透系数K值得到污染场地的水文地质特征，分析地下水样品得到待处理区域的污染物15的特征。结合所得信息确定竖向屏障14的具体施工方案，确定是否结合活性PRB反应墙13等技术进行施工，并在污染场地边缘设置柔性衬套，如图5。
在竖向屏障的施工过程中，由于人为或自然因素，有可能造成一小部分屏障产生缺陷，导致微量污染物出现泄漏现象，应在施工的同时继续在柔性衬套中布设监测设备或传感器监测周围土体中的污染物浓度，判断是否发生泄漏。
将柔性衬套技术应用到竖向屏障的施工中，可以使施工方法更为合理，提高污染场地的修复效果。
