阻断场地中苯系物向大气迁移途径的生物阻隔系统的制作方法

本实用新型涉及污染场地风险管控技术领域，具体涉及一种用于阻断场地中苯系物向大气迁移途径的生物阻隔系统。

背景技术：

具有较强挥发性的苯系物在工业污染场地土壤和地下水普遍被高频率检出，此类污染物可通过一系列的迁移转化最终进入地表空气，通过呼吸吸入后对人体健康造成危害。

目前，国内对于此类污染场地的风险管控，主要以修复为主。通过采取一系列高能耗、高扰动的工程修复措施，将苯系物从土壤和地下水中去除，以消除其对人群健康可能造成的风险。但是，这些工程修复措施在实施过程中，因苯系物具有较强的挥发性，极易逃散进入周围大气环境，从而造成二次污染。同时，实施过程中的气味问题极易引起周边群众的抗议，并最终导致群体聚众事件发生。此外，因土壤有机质对污染物的吸附，修复过程中容易出现“拖尾”现象，使修复工程的周期延长，修复效果具有一定的不确定性，最终影响场地的再开发利用。

技术实现要素：

本实用新型公开了一种成本低，原位阻断，无二次污染，经济环保，对苯系物阻隔效果好，能有效控制苯系物呼吸暴露健康风险目标的用于阻断场地中苯系物向大气迁移途径的生物阻隔系统。

本实用新型解决了传统的土壤修复工艺中极易产生的二次污染情况，隔断了苯系物向大气中迁移的途径，避免了土壤修复过程中产生的废气对大气的污染，经济环保，修复周期长。

本实用新型阻断场地中苯系物向大气迁移途径的生物阻隔系统，覆盖于污染区域正上方，自下而上依次包括曝气层和阻隔层，还包括土壤气监测系统，所述阻隔层为具有生物活性的清洁土壤；

曝气层包括铺设在污染区域上方的滤料层和埋设在滤料层内的曝气管，曝气管通过连接管与曝气风机连接；

土壤气监测系统包括分层监测气井和土壤气采集装置，分层监测气井在污染区域平面范围内间隔分布；土壤气采集装置包括埋设在分层监测气井中的导气装置，位于地面上的抽气装置和收集装置；导气装置分别通过导管与地面上的抽气装置进气口连通，导气装置沿分层监测气井的深度方向间隔设置，埋设在导气料层内，导气料层上下两侧分别铺设隔离层，上下相邻的导气装置的隔离层之间填充有连接层。

本实用新型阻断场地中苯系物向大气迁移途径的生物阻隔系统，进一步的，所述滤料层的厚度不小于30cm，为粒径2-5mm的石英砂铺设而成，所述曝气管水平设置，平行间隔排布。

本实用新型阻断场地壤中苯系物向大气迁移途径的生物阻隔系统，进一步的，所述连接管一端与曝气管连通，另一端竖直向上伸至地面上后与曝气风机连接，位于地面上的连接管上沿空气流动方向依次串联有压力表、涡街流量计和调节阀。

本实用新型阻断场地中苯系物向大气迁移途径的生物阻隔系统，进一步的，所述曝气管上间隔设置有曝气缝，曝气缝沿曝气管的轴向设置，长度不大于20mm，曝气缝宽度不大于1mm，同根曝气管上相邻曝气缝之间的距离不大于10mm，每根曝气管上的开缝率不大于8%。

本实用新型阻断场地中苯系物向大气迁移途径的生物阻隔系统，进一步的，所述曝气层与阻隔层之间还设置有土工膜。

本实用新型阻断场地中苯系物向大气迁移途径的生物阻隔系统，进一步的，当污染区域的土壤无非水相液体存在时，阻隔层的厚度不小于1.5m，当污染区域的土壤存在非水相液体时，阻隔层的厚度不得小于4.5m。

本实用新型阻断场地中苯系物向大气迁移途径的生物阻隔系统，进一步的，所述清洁土壤的土壤本征为渗透系数不低于10^-8cm²，重量含水率为10-15%，土壤ph为6-9，土壤中的c：n：p：k的重量比为100:10~15:1:1，清洁土壤中含有的土著微生物数量不低于10⁵cfu每克干燥土壤。

本实用新型阻断场地中苯系物向大气迁移途径的生物阻隔系统，进一步的，上下相邻的所述导气装置之间的距离不大于1.5m；导气料层为粒径2-4mm的石英砂铺设而成，厚度不小于30cm，隔离层为厚度不超过10cm的干膨润土层，连接层为湿膨润土层。

本实用新型阻断场地中苯系物向大气迁移途径的生物阻隔系统，进一步的，所述导管进气口与导气装置出气口连通，出气口一端竖直向上穿过层层填料至井口，穿过位于井口的封口台后抽气装置连接，导管的出气口处设置有气密性阀门。

本实用新型阻断场地中苯系物向大气迁移途径的生物阻隔系统具有如下有益效果：

对于以苯系物为主的石油烃类污染场地，土壤中的苯系物蒸气在包气带的土壤空隙中垂直向上迁移，在本实用新型中，苯系物蒸气向上迁移穿过曝气层进入阻隔层，在阻隔层中，清洁土壤中的微生物在水分、氧气浓度等微生态环境适宜的情况下，与苯系物进行好氧生物降解，将苯系物降解为无毒或低毒的物质；通过人工调控，创造一个一定厚度的好氧微生物降解带，促进苯系物垂向迁移进入地表大气过程中微生物对苯系物的生物降解，阻断苯系物挥发迁移进入地表大气，最终实现控制苯系物呼吸暴露健康风险的目标。

本实用新型生物阻隔系统对苯系物的阻隔效果较好，连续运行后，对苯系物蒸气的阻隔率不低于98%，基本可以阻断苯系物的迁移途径，避免其对大气的污染。

附图说明：

图1为本实用新型的生物阻隔系统的主视图；

图2为曝气系统的结构示意图；

图3为分层监测气井的结构示意图。

附图标记：1-污染区域；2-滤料层；21-土工膜；3-曝气管；4-连接管；41-压力表；42-涡街流量计；43-调节阀；5-曝气风机；6-阻隔层；7-分层监测气井；71-导气料层；72-隔离层；73-连接层；74-封口台；75-盖罩；8-土壤气采集装置；81-导气装置；82-导管；83-气密性阀门；9-变频控制系统。

具体实施方式

如图1-图3所示，本实用新型阻断场地中苯系物向大气迁移途径的生物阻隔系统，覆盖于污染区域1正上方，自下而上依次包括曝气层和阻隔层6，还包括土壤气监测系统和变频控制系统9。

曝气层包括铺设在污染区域1上方的滤料层2和埋设在滤料层2内的曝气管3，曝气管3通过连接管4与曝气风机5连接。滤料层2的厚度不小于30cm，为粒径2-5mm的石英砂铺设而成，不仅可以形成曝气管3的支撑骨架，避免在阻隔层6回填压实时对曝气管3造成损伤，同时石英砂的粒料之间可形成合适的缝隙，为曝气提供可以通过的通道，便于曝气可以顺利有效的向上进入阻隔层6内。

曝气管3水平设置，平行间隔排布，相邻曝气管3之间的距离不大于4m，曝气管3为外径不小于5cm的硬质聚乙烯管材，壁厚选择可耐压至少1.6mpa的管材，曝气管3上间隔设置有曝气缝，曝气缝沿曝气管3的轴向设置，长度不大于20mm，曝气缝为激光切割而成，宽度不大于1mm，同根曝气管3上相邻曝气缝之间的距离不大于10mm，每根曝气管3上的开缝率不大于8%；曝气管3与滤料层2的上表面或下表面的距离不小于10cm，既确保曝气效果，又避免曝气管3被压坏。

曝气管3一端封闭设置，另一端通过连接管4与曝气风机5连接，连接管4一端通过90°弯头与曝气管3连通，另一端竖直向上伸至地面上后与曝气风机5连接，连接管4为外径不小于5cm的硬质聚乙烯管材，位于地面上的连接管4上沿空气流动方向依次串联有压力表41、涡街流量计42和调节阀43，便于随时监测、调节曝气量，进而可以随时调控阻隔层6中的氧气含量；调节阀43为球形阀门，压力表41、涡街流量计42和调节阀43的信号输入端分别与变频控制系统9的信号输出端电连接。

曝气风机5为涡轮气泵，出口气压20-40kpa，涡轮气泵的信号输入端与变频控制系统9的信号输出端电连接。

曝气层与阻隔层6之间还设置有土工膜21。

阻隔层6为具有生物活性的清洁土壤，厚度不小于1.5m，具体根据污染区域1的土壤情况有所区别，当污染区域1的土壤无非水相液体存在时，阻隔层6的厚度不小于1.5m，当污染区域1的土壤存在非水相液体时，阻隔层6的厚度不得小于4.5m，清洁土壤的土壤本征为渗透系数不低于10^-8cm²，重量含水率为10-15%，土壤ph为6-9，土壤中的c：n：p：k的重量比为100:10~15:1:1，清洁土壤中含有的土著微生物数量不低于10⁵cfu每克干燥土壤，为微生物好氧降解苯系物提供一个适宜的环境。

土壤气监测系统包括分层监测气井7和设置在分层监测气井7内的土壤气采集装置8，分层监测气井7在污染区域1平面范围内间隔分布，相邻分层监测气井7的间距不小于4m，并且分层监测气井7位于相邻的曝气管3之间，更加优选的，是与相邻两侧曝气管3之间的距离相同的中心位置上，分层监测气井7设置的时候，同时考虑优先在曝气流场不利的区域设置，便于均匀全面的实时掌握污染区域1范围内的好氧降解情况，便于根据情况的不同，灵活调整，以保持较高的降解效果，有效阻断苯系物蒸气的迁移途径。

分层监测气井7的井口处设置有封口台74，封口台74为混凝土结构，用于封闭分层监测气井7，便于形成密闭的取样环境，封口台74上方罩设有盖罩75，盖罩75为upvc材质，在不进行取样工作时，起到密封作用，避免雨水进入分层监测气井7，影响内部的土壤气采集装置8。

土壤气采集装置8选择使用实用新型专利cn102288457b，名称为“便携式土壤中挥发气体采集系统及其采集方法”中的气体采集系统，可以定时采集分层监测气井7中的土壤挥发气体，土壤气采集装置8包括埋设在分层监测气井7中的导气装置81、位于地面上的抽气装置和收集装置，导气装置81分别通过导管82与地面上的抽气装置进气口连通，导气装置81沿分层监测气井7的深度方向间隔设置，埋设在导气料层71内，上下相邻的导气装置81之间的距离不大于1.5m；导气料层71为粒径2-4mm的石英砂铺设而成，厚度不小于30cm，导气装置81埋设在导气料层71中部，导气料层71上下两侧分别铺设隔离层72，隔离层72为厚度不超过10cm的干膨润土层，干膨润土选择粒径不大于4mm的干燥膨润土；上下相邻的导气装置81的隔离层72之间填充有连接层73，连接层73为湿膨润土层，为粒径不大于4mm、含水量25%~40%的湿膨润土，导管82进气口与导气装置81出气口连通，出气口一端竖直向上穿过层层填料至井口，穿过封口台74后抽气装置连接，导管82的出气口处设置有气密性阀门83，便于控制采样的开启和关闭，导管82为直径不小于4mm的尼龙管，抽气装置的出气口与收集装置的进气口连通，抽气装置与收集装置为上述实用新型专利cn102288457b中的抽气装置和收集装置。

当不做取样操作时，导管82不与抽气装置连接，盖罩75覆盖在封口台74上，将裸露在外的导管82出气口和调节阀43覆盖住，避免雨水和大气的污染；当做取样操作时，将导管82出气口与抽气装置连接，开启取样操作。

以某焦化厂苯系物污染区域1为例进行说明，实施区域面积约400m²(20m×20m)，苯系物污染土壤埋深于地面5m以下，污染区域1存在残留相轻质非水相液体（lnapl）。

本实用新型阻断场地中苯系物向大气迁移途径的生物阻隔系统的方法，具体包括以下步骤：

步骤一、依据国家相关污染场地调查评估技术导则，划定场地土壤和地下水中苯系物污染范围，查明污染区域1内是否存在非水相液体。

步骤二、依据污染区域1内是否存在非水相液体的调查结果，将污染区域1上方的土壤进行清挖。

其中，如污染区存在非水相液体，清挖深度不小于4.5m；如不存在非水相液体，清挖深度不小于1.5m；本实施例的污染区域1内确定存在残留相轻质非水相液体，故确定清挖深度为4.5m，将400m²的污染区域1内地面以下4.5m的土壤进行清挖，并对坑底和侧壁的土壤进行修整，确保表面的平整。

步骤三、对污染区域1清挖形成的基坑底部进行平整后，进行曝气层的施工，具体的施工方法包括以下步骤：

3.1、铺设一层厚度约10cm的清洁石英砂滤料层2，石英砂滤料的粒径为2-5mm；

3.2、将曝气管3水平布置于下层的石英砂滤料之上；

3.3、每根曝气管3一端用管堵密封，另一端通过90°弯头转接后分别通过upvc连接管4连接至地面；

3.4、继续铺设厚度约20cm的清洁石英砂滤料层2，将曝气管3均匀覆盖，然后将滤料层2上表面进行平整。

步骤四、在平整后的滤料层2表面铺设土工膜21。

步骤五、将具有生物活性的清洁土壤回填至土工膜21之上，分层回填，每层适当压实，直至达到阻隔层6的要求高度，阻隔层6的上表面与地面平齐，压实的清洁土壤要求保持阻隔层6的土壤本征渗透系数不低于10^-8cm²。

同时，清洁土壤应符合以下要求：

土壤的重量含水率为10-15%，土壤ph为6-9，土壤中的c：n：p：k的重量比为100:10~15:1:1，清洁土壤中含有的土著微生物数量不低于10⁵cfu每克干燥土壤。

在本实施例中，压实后清洁土层的本征渗透系数约10^-7cm²、土壤质量含水率约12%，ph为6.8~8.5，微生物数量4×10⁵~8×10⁵cfu每克干燥土壤，c:n:p:k的比例100:15:1:1。

步骤六、清洁土壤回填完毕并稳定后，在污染区域1范围内的曝气流场不利的区域设置分层监测气井7，并在分层监测气井7内的不同深度位置安装土壤气采集装置8。

在本实施例中设置分层监测气井79个，并分别在深度1.5m、2.5m、3.5m和5m的位置设置导气装置81，共设计了36个取样位置，分布在阻隔层6的不同深度和污染区域1土壤内。

步骤七、将伸至地面上方的连接管4与曝气风机5连通，并在连接管4上设置压力表41、涡街流量计42和调节阀43，并完成曝气系统与变频控制系统9的连接。

步骤八、开启曝气风机5和调节阀43，对阻隔层6进行曝气，以调节阻隔层6内的有氧降解效率，具体的曝气阻隔过程如下：

8.1、通过曝气风机5向曝气管3中送风，并通过调节阀43调节曝气量，以调节曝气层和阻隔层6内的氧气含量，控制连接管4内的空气实时流量在70-80m³/h；

8.2、空气通过曝气管3进入曝气层内，并通过滤料层2的石英料材之间的缝隙进入阻隔层6内，改善阻隔层6内的微生物生存环境中的氧气含量，控制清洁土壤中的氧气含量分布均匀且不低于10%，清洁土壤中的土著微生物以自污染区域1垂直向上迁移的苯系物蒸气为碳源和氮源进行好氧生物降解，在阻隔层6内形成好氧生物降解带；微生物在进行自身繁殖的同时，将苯系物降解为低毒或无毒的代谢产物，彻底隔断苯系物垂直向上迁移的途径；

8.3、定期采集土壤气样品，检测分析气体成分，确定气体样中的氧气含量和苯系物含量，并根据氧气含量调节曝气量，当监测结果显示土壤气中氧气含量低于10%时，适当调大调节阀43，增加曝气量，并持续较大的曝气量，确保测试土壤气中的氧气含量不低于10%。

取样的土壤气利用便携式仪器现场检测采集气体中的氧气、二氧化碳和甲烷，根据检测结果及时的调整清洁土壤中的氧气含量，确保清洁土壤中的微生物可以在良好适宜的环境中对苯系物进行好氧生物降解，以有效阻断苯系物的垂直迁移，防止其进入地表大气。同时将采集气体送实验室检测，进行gc-ms分析，检测样品气体中的苯系物含量，具体分析目标污染物苯、甲苯、乙苯和苯乙烯。

在本实施例中，本实用新型生物阻隔系统连续运行了18个月，运行过程中每个月对各监测取样点进行采样检测，分析样本中的气体成分，平均监测结果显示，每次的取样检测，位于污染区域1内的9个取样监测点（导气装置81设置深度5m）的平均取样监测气体样本中苯、甲苯、乙苯和苯乙烯的浓度均超过10⁵μg/m³，污染区域1上层的苯系物浓度较大。而自运行开始的第一个月起，设置深度在3.5m及以上的各监测取样点，土壤气中苯、甲苯、乙苯、苯乙烯浓度明显降低，基本未检出。将未检出样品按检出限一半计算，本实用新型生物阻隔系统对苯、甲苯、乙苯、苯乙烯的阻隔效率分别为98.0%、99.8%、99.7%和99.2%，达到很好的阻隔效果。

以上所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本实用新型的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本实用新型权利要求书确定的保护范围内。