本發(fā)明屬于環(huán)境巖土工程技術(shù)領(lǐng)域，涉及阻隔有機(jī)污染物揮發(fā)的粘土覆層開裂的修補(bǔ)裝置及其方法。

背景技術(shù)：

由于我國(guó)城市化進(jìn)程加快，原城市范圍內(nèi)遺留下眾多工業(yè)場(chǎng)地搬遷遺留的污染場(chǎng)地。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，揮發(fā)性及半揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOCs/SVOCs)包括石油類污染物、有機(jī)氯溶劑，持久性有機(jī)污染物(POPs)如多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴、有機(jī)氯農(nóng)藥等是我國(guó)城市污染場(chǎng)地土壤中的主要污染物，在污染場(chǎng)地中有機(jī)污染物往往在土壤中長(zhǎng)期高濃度聚集。

土壤中揮發(fā)及半揮發(fā)性有機(jī)污染物可通過(guò)孔隙氣體與大氣交換遷移到大氣，尤其對(duì)于污染嚴(yán)重的有機(jī)污染場(chǎng)地，污染物聚集在土壤表層，很容易在短時(shí)間內(nèi)形成高濃度釋放，污染周圍大氣環(huán)境，導(dǎo)致人身的健康風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于此類有機(jī)污染場(chǎng)地，一般做法是在場(chǎng)地表面上覆一層0.8～1.0m厚擊實(shí)粘土層，以形成一道透氣性極低的封層，用來(lái)封隔有機(jī)物與大氣的直接接觸，進(jìn)而防止有機(jī)物的揮發(fā)對(duì)大氣環(huán)境造成污染。對(duì)于有機(jī)污染場(chǎng)地中的上覆擊實(shí)墊層，由于長(zhǎng)期經(jīng)受日曬，粘土層會(huì)發(fā)生開裂，場(chǎng)地中有機(jī)物會(huì)沿著粘土層裂隙擴(kuò)散至大氣中，進(jìn)而影響其封隔效果。為了保證粘土上覆層的長(zhǎng)期封隔效果，工程上一般會(huì)在覆蓋粘土層之前在場(chǎng)地中先行鋪設(shè)一層高密度聚乙烯(文中簡(jiǎn)稱HDPE)膜。然而此種方法存在一個(gè)缺點(diǎn)：如若HDPE膜發(fā)生破裂，由于上覆土層的存在，無(wú)法對(duì)破裂處進(jìn)行修補(bǔ)，有機(jī)污染物會(huì)沿著破裂口擴(kuò)散至大氣中，進(jìn)而污染周圍大氣環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種阻隔有機(jī)污染物揮發(fā)的粘土覆層開裂的修補(bǔ)裝置及其方法，可以有效阻隔粘土上覆層中有機(jī)污染物揮發(fā)、遷移，且修補(bǔ)方法操作方便，對(duì)于周圍環(huán)境的影響較小，成本較低。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例采用如下的技術(shù)方案：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種阻隔有機(jī)污染物揮發(fā)的粘土覆層開裂的修補(bǔ)裝置，該裝置包括第一加液容器、第二加液容器、第一閥門通水導(dǎo)管、第二閥門通水導(dǎo)管、加壓裝置、注液池、攪拌葉片、閥門注液導(dǎo)管、注液軟通管和開孔注漿管；第一加液容器的出液口通過(guò)第一閥門通水導(dǎo)管與注液池的第一進(jìn)口連接，第二加液容器的出液口通過(guò)第二閥門通水導(dǎo)管與注液池的第二進(jìn)口連接；加壓裝置固定連接在注液池的頂部，攪拌葉片連接在注液池的內(nèi)部，注水池的出液口通過(guò)閥門注液導(dǎo)管與注液軟通管的一端連接，注液軟通管的另一端與開孔注漿管的頂部可拆卸連接。

作為優(yōu)選例，所述的開孔注漿管還包括防塞濾網(wǎng)，防塞濾網(wǎng)固定連接在開孔注漿管的壁面上，且覆蓋開孔注漿管的開孔。

作為優(yōu)選例，所述的阻隔有機(jī)污染物揮發(fā)的粘土覆層開裂的修補(bǔ)裝置，還包括噴霧噴頭，使用噴霧噴頭時(shí)，先卸下開孔注漿管，注液軟通管的另一端與噴霧噴頭的進(jìn)液端可拆卸連接。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供一種阻隔有機(jī)污染物揮發(fā)的粘土覆層開裂的修補(bǔ)方法，該方法包括以下過(guò)程：

第一步：將微生物營(yíng)養(yǎng)液加入第一加液容器中，將鹽溶液加入第二加液容器中；

第二步：打開第一閥門通水導(dǎo)管的閥門和第二閥門通水導(dǎo)管的閥門，微生物營(yíng)養(yǎng)液和鹽溶液分別流入注液池中，利用攪拌葉片攪拌溶液，形成微生物混合液，然后關(guān)閉第一閥門通水導(dǎo)管的閥門和第二閥門通水導(dǎo)管的閥門；

第三步：調(diào)節(jié)加壓裝置，使得注液池內(nèi)微生物混合液具有一定壓強(qiáng)；將開孔注漿管插入粘土層中開口裂縫中；

第四步：打開閥門注液導(dǎo)管的閥門，使得微生物混合液通過(guò)注液軟通管從開孔注漿管的開孔注入粘土層開口裂縫中。

作為優(yōu)選例，所述的第二步中，調(diào)節(jié)第一閥門通水導(dǎo)管的閥門和第二閥門通水導(dǎo)管的閥門大小，使得微生物營(yíng)養(yǎng)液和鹽溶液按設(shè)定配比流入注液池；調(diào)節(jié)攪拌葉片的旋轉(zhuǎn)速度為120r/min。

作為優(yōu)選例，所述的阻隔有機(jī)污染物揮發(fā)的粘土覆層開裂的修補(bǔ)方法，還包括第五步：在粘土層開口裂縫注漿結(jié)束后，卸下開孔注漿管，在注液軟通管出液口安裝噴霧噴頭，并調(diào)節(jié)加壓裝置，使得注液池內(nèi)微生物混合液的壓力達(dá)到噴霧要求；利用噴霧噴頭在粘土擊實(shí)層表面噴灑微生物混合液。

作為優(yōu)選例，所述的第五步中，在粘土擊實(shí)層表面噴灑微生物混合液，使混合液流入粘土層表層縫隙中，通過(guò)微生物的反應(yīng)進(jìn)行縫隙的填補(bǔ)，并最終在粘土層表面形成一生物膜薄層。

有益效果：與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明實(shí)施例可以有效阻隔粘土上覆層中有機(jī)污染物揮發(fā)、遷移。本發(fā)明實(shí)施例的阻隔有機(jī)污染物揮發(fā)的粘土覆層開裂的修補(bǔ)裝置及其方法，將微生物混合溶液注入粘土層裂隙中，微生物混合溶液中的反硝化細(xì)菌的反硝化作用在粘土層裂隙中產(chǎn)生碳酸鈣結(jié)晶沉淀，對(duì)粘土層裂隙部分進(jìn)行結(jié)晶沉淀填補(bǔ)，使得粘土擊實(shí)層封隔能力得到提升，進(jìn)而有機(jī)污染物不易擴(kuò)散至大氣中。粘土中天然地含有大量的細(xì)菌微生物，本發(fā)明實(shí)施例采用將反硝化細(xì)菌注入土體中的填補(bǔ)方法，不會(huì)對(duì)土壤進(jìn)行挖掘和擾動(dòng)以致污染物在短時(shí)間形成高濃度釋放，并且它是一種天然的生物化學(xué)縫隙填補(bǔ)方法。本發(fā)明實(shí)施例的修補(bǔ)方法操作便利、施工周期短，對(duì)于周圍環(huán)境的影響較小，效率高，且成本較低。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例中采用開孔注漿管的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例中采用噴霧噴頭的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中有：第一加液容器1、第二加液容器2、第一閥門通水導(dǎo)管3、第二閥門通水導(dǎo)管4、加壓裝置5、注液池6、攪拌葉片7、閥門注液導(dǎo)管8、注液軟通管9、開孔注漿管10、防塞濾網(wǎng)11、噴霧噴頭12、粘土擊實(shí)層13、有機(jī)污染土層14、大開口裂縫15、細(xì)小裂縫16。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。

現(xiàn)有的粘土層包括粘土擊實(shí)層13、有機(jī)污染土層14，粘土擊實(shí)層13位于有機(jī)污染土14層上方。同時(shí)，粘土擊實(shí)層13中有大開口裂縫15和細(xì)小裂縫16。開孔注漿管10可出入大開口裂縫15中，不能插入細(xì)小裂縫16中。粘土層中的有機(jī)污染物可以通過(guò)大開口裂縫15和細(xì)小裂縫16揮發(fā)至外界，造成污染。

如圖1和圖2所示，本發(fā)明實(shí)施例的一種阻隔有機(jī)污染物揮發(fā)的粘土覆層開裂的修補(bǔ)裝置，包括第一加液容器1、第二加液容器2、第一閥門通水導(dǎo)管3、第二閥門通水導(dǎo)管4、加壓裝置5、注液池6、攪拌葉片7、閥門注液導(dǎo)管8、注液軟通管9和開孔注漿管10。第一加液容器1的出液口通過(guò)第一閥門通水導(dǎo)管3與注液池6的第一進(jìn)口連接，第二加液容器2的出液口通過(guò)第二閥門通水導(dǎo)管4與注液池6的第二進(jìn)口連接；加壓裝置5固定連接在注液池6的頂部，攪拌葉片7連接在注液池6的內(nèi)部，注水池6的出液口通過(guò)閥門注液導(dǎo)管8與注液軟通管9的一端連接，注液軟通管9的另一端與開孔注漿管10的頂部可拆卸連接。

作為優(yōu)選例，所述的開孔注漿管10的上部直徑為4～6cm，下部直徑為1～2cm，高度為1～1.2m的倒圓臺(tái)形空心結(jié)構(gòu)體。上粗下細(xì)的結(jié)構(gòu)更便于開孔注漿管10插入土層裂縫中。

作為優(yōu)選例，所述的開孔注漿管10的管壁上設(shè)置四層橫向孔，每層均勻設(shè)置3個(gè)孔，相鄰兩層孔之間的距離為0.2m。這樣開孔設(shè)計(jì)的原因是使得微生物混合液可以均勻注入粘土層孔隙各個(gè)深度處，同時(shí)開多個(gè)孔的目的是避免由于開孔過(guò)少使得注入液水流過(guò)于集中，對(duì)出液口附近粘土產(chǎn)生沖刷作用。

作為優(yōu)選例，所述的開孔注漿管10還包括防塞濾網(wǎng)11，防塞濾網(wǎng)11固定連接在開孔注漿管10的壁面上，且覆蓋開孔注漿管10的開孔。防塞濾網(wǎng)11可以有效防止外界雜物進(jìn)入開孔注漿管10中，堵塞開孔注漿管10的開孔。

作為優(yōu)選例，所述的阻隔有機(jī)污染物揮發(fā)的粘土覆層開裂的修補(bǔ)裝置，還包括噴霧噴頭12，使用噴霧噴頭12時(shí)，先卸下開孔注漿管10，注液軟通管9的另一端與噴霧噴頭12的進(jìn)液端可拆卸連接。在優(yōu)選例中，噴霧噴頭12和開孔注漿管10擇一使用。在不同的場(chǎng)合，采用不同的設(shè)備。當(dāng)土體中的縫隙較大時(shí)，采用開孔注漿管10，向較大的縫隙中填充溶液。當(dāng)土體中的縫隙較小時(shí)，采用噴霧噴頭12對(duì)土體表面進(jìn)行噴灑，對(duì)較小的縫隙填充溶液。

粘土層開口大裂縫填補(bǔ)操作時(shí)，先將微生物營(yíng)養(yǎng)液倒入第一加液容器1，鹽溶液倒入第二加液容器2，打開第一閥門通水導(dǎo)管3的閥門和第二閥門通水導(dǎo)管4的閥門，微生物營(yíng)養(yǎng)液和鹽溶液流入注液池6中，打開攪拌葉片7，調(diào)節(jié)攪拌葉片7的旋轉(zhuǎn)速度可以為120r/min，進(jìn)行攪拌，然后關(guān)閉閥門。調(diào)節(jié)加壓裝置5，調(diào)節(jié)注入漿液的壓力為100～200kPa，使得注液池6內(nèi)達(dá)到要求壓強(qiáng)。將開孔注漿管10插入粘土層大開口裂縫15處，打開閥門注液導(dǎo)管8的閥門，使得微生物混合液通過(guò)注液軟通管9從開孔注漿管10的開孔注入粘土層大開口裂縫15處。在粘土層大開口裂縫15注漿結(jié)束后，卸下開孔注漿管10，在注液軟通管9出液口安裝扇形噴霧噴頭12，在粘土擊實(shí)層13表面噴灑微生物混合液，使混合液流入粘土層表層細(xì)小裂縫16，通過(guò)微生物的反應(yīng)進(jìn)行細(xì)小裂縫的填補(bǔ)，并最終在粘土層表面形成一道薄層生物膜。完成上述完整注漿操作后，將注漿設(shè)備拆除并運(yùn)離現(xiàn)場(chǎng)。

微生物混合溶液通過(guò)可卸開孔注漿管10進(jìn)入粘土擊實(shí)層13的裂縫中，與裂縫通道的內(nèi)壁接觸并發(fā)生生物化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生碳酸鈣結(jié)晶沉降，在土顆粒之間形成搭橋，從而對(duì)土體顆粒形成了膠結(jié)和孔隙填充的作用。微生物反應(yīng)機(jī)理為：

使用上述實(shí)施例的阻隔有機(jī)污染物揮發(fā)的粘土覆層開裂的修補(bǔ)裝置進(jìn)行修補(bǔ)的方法，包括以下過(guò)程：

第一步：將微生物營(yíng)養(yǎng)液加入第一加液容器1中，將鹽溶液加入第二加液容器2中；

第二步：打開第一閥門通水導(dǎo)管3的閥門和第二閥門通水導(dǎo)管4的閥門，微生物營(yíng)養(yǎng)液和鹽溶液分別流入注液池6中，利用攪拌葉片7攪拌溶液，形成微生物混合液，然后關(guān)閉第一閥門通水導(dǎo)管3的閥門和第二閥門通水導(dǎo)管4的閥門；

第三步：調(diào)節(jié)加壓裝置5，使得注液池6內(nèi)微生物混合液具有一定壓強(qiáng)，例如，使得注液池6內(nèi)注入漿液的壓力達(dá)到100～200kPa。這使得注液池6內(nèi)微生物混合液從注液池6中噴流出去，進(jìn)入開孔注漿管10中。開孔注漿管10插入粘土層中開口裂縫15中；

第四步：打開閥門注液導(dǎo)管8的閥門，使得微生物混合液通過(guò)注液軟通管9從開孔注漿管10的開孔注入粘土層開口裂縫15中。

通過(guò)上述步驟，對(duì)粘土層中開口裂縫15中填充了微生物混合液，使得上覆層有機(jī)污染物不易通過(guò)開口裂縫15揮發(fā)。

上述實(shí)施例的修補(bǔ)方法，還包括第五步：在粘土層大開口裂縫15注漿結(jié)束后，卸下開孔注漿管10，在注液軟通管9出液口安裝噴霧噴頭12，并調(diào)節(jié)加壓裝置5，使得注液池6內(nèi)微生物混合液的壓力達(dá)到噴霧要求，例如，使得注液池6內(nèi)注入漿液的壓力達(dá)到400～600kPa。利用噴霧噴頭12在粘土擊實(shí)層13表面噴灑微生物混合液。

所述的第五步中，在粘土擊實(shí)層13表面噴灑微生物混合液，使混合液流入粘土層表層縫隙16中，通過(guò)微生物的反應(yīng)進(jìn)行縫隙16的填補(bǔ)，并最終在粘土層表面形成一生物膜薄層。這樣，整個(gè)粘土上覆層的表面形成的生物膜薄層，有效阻隔了有機(jī)污染物揮發(fā)。

在第二步中，調(diào)節(jié)第一閥門通水導(dǎo)管3的閥門和第二閥門通水導(dǎo)管4的閥門大小，使得微生物營(yíng)養(yǎng)液和鹽溶液按設(shè)定配比流入注液池6；調(diào)節(jié)攪拌葉片7的旋轉(zhuǎn)速度為120r/min。

作為優(yōu)選例，所述的第二步和第三步的總完成時(shí)間在5分鐘之內(nèi)?？刂莆⑸餇I(yíng)養(yǎng)液、鹽溶液混合攪拌及加壓操作的時(shí)間在5分鐘之內(nèi)完成，并立即進(jìn)行注漿操作，其目的是為防止微生物營(yíng)養(yǎng)液與鹽溶液混合后快速反應(yīng)生成沉淀堵塞開孔注漿管，影響注漿效果。

在上述實(shí)施例中，微生物營(yíng)養(yǎng)液和鹽溶液的體積用量用粘土層12的縫隙體積進(jìn)行控制，控制在2-4倍的縫隙體積。這樣可以精確地控制微生物混合溶液的使用量，進(jìn)而控制成本。微生物營(yíng)養(yǎng)液和鹽溶液的混合液以水為溶媒并含有反硝化細(xì)菌、鈣離子、硝酸根離子、有機(jī)物和供細(xì)菌生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。其中，反硝化細(xì)菌的濃度為10⁹-10¹⁰個(gè)/L，鈣離子和硝酸根離子的數(shù)量比為0.9-2.2:1，有機(jī)物的質(zhì)量濃度為2-5g/L，供細(xì)菌生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的質(zhì)量濃度為5-10g/L，且加固液的PH為7-7.5。微生物營(yíng)養(yǎng)液中的反硝化細(xì)菌為反硝化桿菌、斯氏桿菌或者螢氣極毛桿菌。鹽溶液中的鈣離子和硝酸根離子均來(lái)自可溶性鈣鹽硝酸鈣。微生物營(yíng)養(yǎng)液中的有機(jī)物為乙醇、醋酸鹽或者葡萄糖。微生物營(yíng)養(yǎng)液中的供細(xì)菌生長(zhǎng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)選自牛肉浸膏3-6g/L、蛋白胨4-8g/L或者5-10g/L酵母膏的一種或幾種。

制備微生物營(yíng)養(yǎng)液和鹽溶液：先將反硝化細(xì)菌按常規(guī)方法培養(yǎng)后備用，然后在每升去離子水中加入6g的乙醇以及4g的牛肉浸膏，溶解均勻，最后將反硝化細(xì)菌按照濃度為10⁹-10¹⁰個(gè)/L加入制備好的溶液中，得到微生物營(yíng)養(yǎng)液；然后在每升去離子水中2.4mol的硝酸鈣制備鹽溶液。微生物營(yíng)養(yǎng)液和鹽溶液的體積用量用粘土層12的縫隙體積進(jìn)行控制，一般控制在2-4倍的縫隙體積。

反硝化細(xì)菌按常規(guī)方法培養(yǎng)的常規(guī)培養(yǎng)方法為先制備培養(yǎng)基，基礎(chǔ)培養(yǎng)基的制作方法為：向1000mL去離子水中加入NaNO₃ 2g，葡萄糖1.2g和KH₂PO₄ 0.5g，然后用堿性緩沖液調(diào)節(jié)pH在7.0-7.5，溫度為25℃。然后進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)，取1000mL活性污泥和1000mL的培養(yǎng)基加入到5L的培養(yǎng)容器4中，用移液槍加入250mL的菌種。將培養(yǎng)容器放置于磁力攪拌器上，在厭氧條件下，控制溫度25℃，pH在7.0-7.5范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)速500r/min，進(jìn)行培養(yǎng)。每2天將活性污泥靜置12h后棄去500mL上清液，500mL去離子水，并補(bǔ)加葡萄糖和硝酸鈉。

上述實(shí)施例，打開閥門，使得注液池6中的混合溶液通過(guò)管路從開孔注漿管10注入粘土擊實(shí)層13大開口裂縫15處，混合溶液在粘土擊實(shí)層縫隙間快速進(jìn)行生物化學(xué)反應(yīng)。在開口大裂縫15注漿結(jié)束后，關(guān)閉出液閥門并將開孔注漿管從粘土層縫隙抽出并卸下，裝上扇形噴霧噴頭12，在粘土擊實(shí)層13表面噴灑微生物混合液，使微生物混合液流入粘土層表層細(xì)小裂縫，通過(guò)微生物的反應(yīng)進(jìn)行細(xì)小裂縫的填補(bǔ)，并最終在粘土層表面形成一道薄層生物膜。該修補(bǔ)方法能夠有效地填補(bǔ)粘土上覆層開裂縫隙，作業(yè)方便，對(duì)周圍環(huán)境的影響小，效率高，能夠大幅降低有機(jī)污染場(chǎng)地上覆粘土層裂隙處理的成本，并提高處理效果。

以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述具體實(shí)施例的限制，上述具體實(shí)施例和說(shuō)明書中的描述只是為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)的范圍由權(quán)利要求書及其等效物界定。