一种六价铬污染土壤及地下水的修复方法
【技术领域】
[0001] 本发明属土木工程、环境岩土工程技术领域，具体来说，涉及一种六价铬污染土壤 及地下水的修复方法，该修复方法可用于绿化、建设用地的六价铬污染地层的修复工程中， 尤其适用于低渗透性的六价铬污染黏、粉土。
【背景技术】
[0002] 不同于其他有毒重金属，铬在自然界中以六价和三价两种价态存在。六价铬由于 具有氧化性，能够强烈的腐蚀并破坏有机体，是国际公认的三种致癌金属物之一，而三价铬 则是人类和动物所必须的微量营养元素，但过量摄入亦会对人体产生危害。铬及其化合物 在现代工业生产的各个领域获得了广泛应用，是冶金、印染、制革、制药等行业必不可少的 重要原料。在工业化进程中由于对三废排放的管理不善，大量含铬废水、废气、废渣在未获 得解毒处理的情况下就被直接排放到周围环境中，使其成为中、重度六价铬污染场地。场地 土壤和地下水中三价铬和六价铬在一定环境下能够互相转化，因此我国《土壤环境质量标 准》（GB15618-1995)和《地下水质量标准》（GB/T14848-93)对土壤和地下水中的总铬、六价 铬含量均有严格规定。
[0003] 现阶段使用的六价铬污染土壤治理技术包括原位及异位修复两种，均存在不同 程度的局限性，不利于大规模推广使用。其中异位修复由于需要搬运土壤，土方工作量较 多，对岩土环境破坏程度大，仅适用于少量土壤的修复。而现阶段的原位修复方法在获得广 泛应用的同时也具有以下多种问题：水泥固化/稳定化技术向土壤中添加水泥使得污染土 壤形成稳定的固化体，进而将六价铬及三价铬密封包裹在惰性的基质中，减小土壤中的铬 向周围环境的迁移能力，但其未改变六价铬的形态，固化污染土体在复杂环境下存在再次 污染的隐患；同时水泥固化的高碱性会改变土体及水体的酸碱平衡，对周边生物产生不利 影响；修复后土壤强度高，不利于后续的取样检测和土方开挖作业；此外水泥固化/稳定化 技术对六价铬污染地下水的处理效果较差。化学淋洗法（Soil washing)则是通过点井注入 具有高度萃取或还原能力的化学溶液反复淋洗铬污染土壤，进而将原本吸附在土壤中的铬 萃取到溶液中并还原为三价铬，其药剂使用量大，酸碱环境单一，无法同时保证六价铬的还 原和三价铬的沉淀；且易导致土壤矿物物理化学特性改变，同时不适用于黏土、粉土等渗透 系数较小的地层；此外其使用的硫酸亚铁（FeSO 4)、焦亚硫酸钠（Na2S2O5)、氯化亚铁（FeCl 2) 等还原药剂中含有大量腐蚀性阴离子，会对土壤及地下水造成二次污染，危险地下工程水 泥、钢筋等构筑物安全。生物修复法（Bioremediation)则是通过在污染土中种植特殊植物 或添加微生物来减小铬在土壤和地下水中的富集，然而植物修复的作用深度有限，只能处 理浅层铬污染土壤及地下水，且修复工期较长，富集铬的植物需要再处理；而微生物修复技 术对温度、PH等环境条件要求苛刻，现场施工时不易满足，其修复效率易受影响。电修复 法（elect roremediation)则近些年来新兴的原位土壤修复技术，其基本原理是在铬污染 土壤两端加上低压直流电场，利用电场电渗和电迁移的作用，将铬从污染土壤及地下水中 分离处理；其修复成本较高，通常只适用于小范围污染场地，同时修复能力易受污染物溶解 和解吸、土壤中碳酸盐、铁类矿物等影响，并且不适用酸性环境及低含水率地层。
[0004] 针对现有修复方法具有的上述缺陷，寻找一种能较彻底地还原污染土壤、地下水 中的六价铬，同时能有效降低游离态三价铬含量，成本低廉，适用范围广，修复能力稳定，修 复后土壤和地下水有利于生物生长，且无二次污染的原位六价铬污染地层修复方法成为业 内人士日益关注的焦点。
【发明内容】
[0005] 技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种六价铬污染土壤及地下水的 修复方法，该修复方法可使修复药剂与土壤、地下水直接充分接触并发生反应，能够彻底还 原土壤及地下水中的六价铬，同时使三价铬形成难溶的稳定化合物，并可减小修复药剂的 无益损耗，平衡地层的酸碱度，适用于大面积、多种酸碱度、多种含水率的六价铬污染地层， 尤其是低渗透性六价铬污染地层的修复工程，修复能力受场地环境影响小且修复后的土 壤、地下水适于周围生物生长。
[0006] 技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
[0007] -种六价铬污染土壤及地下水的修复方法，该修复方法包括以下步骤：
[0008] 步骤10):桩机就位：使用全站仪精准放出桩位，并以石灰标示点位，再引导搅拌 注入设备就位，使得钻杆与搅拌点位准确对中；搅拌设备就位时考虑"退打"方向，以便机械 进出；搅拌注入设备为单向或双向搅拌机械，当搅拌注入设备为单向搅拌注入设备时，单向 搅拌注入设备设置一根钻杆，该钻杆同时作为输料管道；当搅拌注入设备为双向搅拌注入 设备时，双向搅拌注入设备设置内外两组钻杆，内管和内外管之间的通道均作为输料管道， 可独立注入两种浆液；
[0009] 步骤20):使用搅拌注入设备将负载活性炭粉的酸化膨润土浆液和负载零价铁粉 的膨润土浆液，分别独立地注入地下并搅拌；
[0010] 步骤30):检测土壤及地下水中六价铬还原效果：采用Geoprobe 土壤、地下水取 样系统，取样点位水平间隔5X5m，深度范围内每2m取一土样，每土层取土样不少于1个， 每取样点位处取水样不少于1个；测试地下水中的六价铬浓度和土壤硫酸硝酸法浸出液中 六价铬浓度，当地下水中六价铬浓度小于或等于〇. lmg/L，且土壤硫酸硝酸法浸出液中六 价铬浓度值小于或等于5mg/L时，则该场地六价铬的修复达到合格标准，进入步骤40);当 地下水中六价铬浓度大于0. lmg/L或土壤硫酸硝酸法浸出液六价铬浓度大于5mg/L时，则 该场地六价铬的修复未达到合格标准，返回步骤20)，直至地下水中六价铬浓度小于或等于 0. lmg/L，且土壤硫酸硝酸法浸出液中六价铬浓度均小于或等于5mg/L ;
[0011] 步骤40):注入膨润土与工业废碱混合浆液；
[0012] 步骤50):检验六价铬、三价铬修复效果：使用Geoprobe 土壤、地下水取样系统，取 样点位水平间隔5 X 5m，深度范围内每2m取一土样，每土层取土样不少于1个，每取样点位 处取水样不少于1个，检测地下水中三价铬及六价铬浓度、土壤硫酸硝酸法浸出液三价铬 及六价铬浓度、土壤及地下水PH值；当地下水中总铬浓度小于或等于0. lmg/L，且土壤硫酸 硝酸法浸出液中总铬浓度值小于或等于15mg/L，土壤及地下水的pH值均在5. 5~9之间 时，则该场地三价铬的修复达到合格标准，修复结束；当地下水中总铬浓度大于〇. lmg/L, 或者土壤硫酸硝酸法浸出液总铬浓度大于15mg/L，或者土壤的pH值在5. 5~9区间以外， 或者地下水的pH值在5. 5~9区间以外时，则该场地三价铬的修复未达到合格标准，返回 步骤40)，直至地下水中总铬浓度小于或等于0. lmg/L，且土壤硫酸硝酸法浸出液中总铬浓 度小于或等于15mg/L，同时土壤的pH值和地下水的pH值均在5. 5~9之间。
[0013] 进一步，所述的步骤10)中，处于同一排的桩位中，相邻两个桩位相交；相邻两排 的桩位相互错位布设，且相邻两排的桩位之间相切。
[0014] 进一步，所述的步骤20)中，当拟修复六价铬污染地层设计上限深度在地表以下 时，应首先启动搅拌注入设备，使搅拌注入设备钻杆上的叶片旋转搅拌土体并下沉；其中当 搅拌注入设备为单向搅拌注入设备时，应在钻进过程中注入并搅拌少量负载活性炭粉的酸 性膨润土浆液；当搅拌注入设备为双向搅拌注入设备时，应在钻进过程中同时注入并搅拌 负载活性炭粉的酸性膨润土浆液和负载零价铁粉的膨润土浆液；单向及双向搅拌注入设备 钻杆和叶片的下沉速度均由电机电流检测表控制，在1~I. 5m/min之间，钻进过程中喷射 少量浆液的目的是防止浆液喷出口处被土壤堵塞，其中单向搅拌注入设备每分钟喷浆量在 0. 5~IL之间，双向搅拌注入设备每分钟喷浆量在1~2L之间，直至搅拌叶片达到拟修复 污染土层的设计上限深度。
[0015] 进一步，所述的步骤20)中，在搅拌叶片达到拟修复污染土层的设计上限深度后， 启动送浆泵，一边注入浆液一边钻进并搅拌；其中当搅拌注入设备为单向搅拌注入设备时， 应在钻杆钻进过程中注入并搅拌负载活性炭粉的酸性膨润土浆液，钻进速度应小于〇. 8m/ min，每分钟喷浆量10~15L ;在搅拌叶片到达设计最大深度后，钻杆继续原位喷射负载活 性炭粉的酸性膨润土浆液并搅拌10~20s，喷浆速率为10~15L/min ;然后通过钻杆注入 负载零价铁粉的膨润土浆液，原位持续喷浆并搅拌10~20s，喷浆速率为10~15L/min ;