阻隔地下水層污染物水平擴散與遷移的復合屏障及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種阻隔地下水層污染物水平擴散與遷移的復合屏障及其應(yīng)用，其由水溶性高分子膜封裝膨脹性粘土構(gòu)成。應(yīng)用中，將該復合屏障放入槽底為不透水層的垂直開槽中，復合屏障在垂直開槽中的填充高度不低于所述的地下水層的上平面，移除護壁泥漿，然后向所述垂直開槽中回填土，至將所述垂直開槽填平。本發(fā)明具有施工簡單、工程造價低、防滲效果好等優(yōu)點，可以較好的阻隔污染物在地下水層的水平遷移。
【專利說明】阻隔地下水層污染物水平擴散與遷移的復合屏障及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于污染物控制【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種阻隔地下水層污染物水平擴散與遷移的復合屏障。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，地下水環(huán)境正遭受著越來越嚴重的污染。在一些化工、礦山園區(qū)的周圍，由于泄露和廢水排放等途徑，已經(jīng)使得包括重金屬和有機物在內(nèi)的污染物進入土壤及地下水環(huán)境中，對人類的健康和生態(tài)環(huán)境造成危害。
[0003]污染物在土壤和水體中的環(huán)境行為十分復雜，主要包括吸附、淋溶、富集、縱向和橫向遷移等等。當污染物在土壤中通過縱向遷移達到地下水層后，便會隨著地下水層水體的流動發(fā)生橫向遷移；污染物的水平遷移會進一步擴大污染區(qū)域，從而增加環(huán)境修復的難度。對污染區(qū)域建立物理屏蔽，將受污染的地下水體圈閉起來，是阻止污染物進一步擴散的一種有效途徑。通常采用的帷幕灌漿法，即用壓力將灰漿注入，在受污染的水體周圍形成一道帷幕，將受污染的水體阻隔起來，阻止污染物遷移。常用的灌漿技術(shù)有水泥灌漿和化學灌漿，但都存在一些問題，限制了其應(yīng)用范圍。針對水泥灌漿，由于水泥粒徑的限制，使其難以注入不透水層的巖石裂隙，同時在含高硫酸鹽或游離碳酸的環(huán)境中，水泥常常無法凝固?；瘜W灌漿也存在化學材料貴且部分漿液有毒害的缺點，不能廣泛應(yīng)用，且大量使用也不經(jīng)濟。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種阻隔地下水層污染物水平擴散與遷移的復合屏障。
[0005]本發(fā)明的阻隔地下水層污染物水平擴散與遷移的復合屏障，由水溶性高分子膜封裝膨脹性粘土構(gòu)成。
[0006]作為優(yōu)選技術(shù)方案，所述膨脹性粘土為鈉基膨潤土或凹凸棒石粘土的一種或其組口 ο
[0007]優(yōu)選地，所述水溶性高分子膜包括聚丙烯酸、聚環(huán)氧乙烷或聚乙烯醇中的一種或其組合。
[0008]優(yōu)選地，所述水溶性高分子膜的厚度為0.025-0.2mm。
[0009]優(yōu)選地，所述水溶性高分子膜在5min后開始溶解。
[0010]進一步優(yōu)選地，所述水溶性高分子膜的主要成分為聚乙烯醇1788和聚丙烯酸。更優(yōu)選地，所述水溶性高分子膜中聚乙烯醇1788與聚丙烯酸的質(zhì)量比為9:1。
[0011]具體地，所述水溶性高分子膜采用如下方法制備:醇解度88%、中聚合物的聚乙烯醇1788和聚丙烯酸(質(zhì)量比9:1)共混樹脂80-85份，水3-4份、增塑劑10-14、穩(wěn)定劑0.5-1、速溶劑0.5-1、脫模劑0.5-1，采用熔融擠出吹塑成膜工藝獲得。
[0012]優(yōu)選地，所述水溶性高分子膜的厚度為0.05mm。
[0013]本發(fā)明還提供應(yīng)用上述的復合屏障阻隔地下水層污染物水平擴散與遷移的方法，包括如下步驟:
1)開槽:在需阻隔地下水層污染物水平遷移的位置垂直開槽，至槽底部為地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的不透水層，開槽過程中采用泥漿護壁；
2)制備阻隔地下水層污染物水平擴散與遷移的復合屏障:a.制備水溶性高分子膜；
b.以所述水溶性高分子膜封裝膨脹性粘土 ；
3)將所述復合屏障在所述垂直開槽的護壁泥漿中放入到所述垂直開槽中，同時確保在放入的過程中所述復合屏障保持完好；所述復合屏障在所述垂直開槽中的填充高度不低于所述的地下水層的上平面；
4)移除護壁泥漿，然后向所述垂直開槽中回填土，至將所述垂直開槽填平。
[0014]其中，所述復合屏障為長方體形，其寬與所述垂直開槽的槽底相同，其高度不低于槽底至地下水層上平面的高度；或者，所述復合屏障為橫截面寬度小于槽底寬度的柱形、球形或多邊體形；所述垂直開槽中填充多個所述復合屏障，至所述復合屏障在所述垂直開槽中的填充高度不低于所述的地下水層的上平面。
[0015]與傳統(tǒng)的方法相比，如利用帷幕灌漿法對污染物在地下水層的水平遷移進行阻隔，本發(fā)明具有如下優(yōu)點:
本發(fā)明的復合屏障，由水溶性高分子膜封裝膨脹性粘土構(gòu)成，其制備方法簡單，原料成本低。
[0016]本發(fā)明的復合屏障在應(yīng)用中，直接填充至垂直開槽的地下水層上方，地下水通過后將外層水溶性高分子膜溶解后，使得膨脹性粘土遇水發(fā)生膨脹作用，在垂直開槽中形成一道堅固的粘土防滲墻，防滲效果好，可以較好的阻隔污染物在地下水層的水平遷移，施工簡單、工程造價低。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的一種用于阻隔地下水層污染物水平遷移的復合屏障的剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0018]圖2本發(fā)明的一種用于阻隔地下水層污染物水平遷移的復合屏障的立體結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖3為本發(fā)明的一種用于阻隔地下水層污染物水平遷移的復合屏障一實施例使用效果剖面示意圖一。
[0020]圖4為本發(fā)明的一種用于阻隔地下水層污染物水平遷移的復合屏障一實施例使用效果剖面示意圖二。
[0021]圖5為本發(fā)明的一種用于阻隔地下水層污染物水平遷移的復合屏障另一實施例使用效果剖面示意圖。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步說明，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實施，但所舉實施例不作為對本發(fā)明的限定。
[0023]如圖1和2所示，本發(fā)明的阻隔地下水層污染物水平遷移的復合屏障1，其由水溶性高分子膜11封裝膨脹性粘土 10構(gòu)成。
[0024]本發(fā)明對膨脹性粘土 10的要求為當水溶性高分子膜11溶解后，膨脹性粘土 10與水作用會發(fā)生膨脹，其膨脹系數(shù)彡10倍。膨脹之后的粘土可形成滲透系數(shù)彡0.5X10_8cm/sec的防滲墻，用于阻隔地下水層污染物的水平遷移。經(jīng)實驗篩選，本發(fā)明的膨脹性粘土 10為鈉基膨潤土或凹凸棒石粘土的一種或其組合。
[0025]本發(fā)明中，水溶性高分子膜11的種類和厚度可依實際需要的水溶時間選擇和調(diào)節(jié)，其可為一層也可為多層組合。由于在本發(fā)明中要求復合屏障1在護壁泥漿中放入到垂直開槽的過程中，復合屏障1結(jié)構(gòu)完好(即水溶性高分子膜11不能溶解而導致膨脹性粘土10與水發(fā)生接觸)，而在放入到垂直開槽槽底并回填土后，水溶性高分子膜11在一定時間完全溶解使得膨脹性粘土 10與水作用發(fā)生膨脹，使得垂直開槽中槽底至地下水層的上平面處形成一層粘土防滲墻，阻隔污染物在地下水層的水平遷移。為此，高分子聚合物膜最好具有如下性質(zhì):高分子聚合物膜在水中，5min后開始發(fā)生溶解。
[0026]水溶性高分子膜11包括聚丙烯酸、聚環(huán)氧乙烷或聚乙烯醇中的一種或其組合。膜厚在0.025- 0.2mm。優(yōu)選地，水溶性高分子膜11主要由醇解度88%、中聚合物的聚乙烯醇1788和聚丙烯酸構(gòu)成。更優(yōu)選地，所述水溶性高分子膜11采用如下方法制備:醇解度88%、中聚合物的聚乙烯醇1788和聚丙烯酸(質(zhì)量比9:1)共混樹脂80-85份，水3-4份、增塑劑
10-14份、穩(wěn)定劑0.5-1、速溶劑0.5-1、脫模劑0.5-1.采用熔融擠出吹塑成膜工藝獲得。水溶性高分子膜11的膜厚為0.05_。以此方法制得的高分子聚合物膜具有如下性質(zhì):溫水溶性；在20-25° C的水中，5min后開始發(fā)生溶解。
[0027]以下，以應(yīng)用上述復合屏障1阻隔地下水層污染物水平擴散與遷移的方法對本發(fā)明進行說明，該方法包括如下步驟:
1)開槽:在需阻隔地下水層污染物水平遷移的位置垂直開槽2 (開槽過程中使用泥漿護壁)，至槽底部為地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的不透水層400 (如圖2所示，垂直開槽2貫穿地層中的土壤層100，中間層200和地下水層300，并可選擇地深入不透水層400 —部分)，不透水層400多為巖石層。
[0028]2)制備阻隔地下水層300污染物水平擴散與遷移的復合屏障1: a.制備水溶性高分子膜11 ；
采用如下方法制備:醇解度88%、中聚合物的聚乙烯醇1788和聚丙烯酸(質(zhì)量比9:1)共混樹脂80-85份，水3-4份、增塑劑10-14份、穩(wěn)定劑0.5-1份、速溶劑0.5-1份、脫模劑0.5-1份。采用熔融擠出吹塑成膜工藝獲得。水溶性高分子膜11的膜厚為0.05mm。
[0029]b.以上述制得的水溶性高分子膜11封裝鈉基膨潤土；
3)將復合屏障1在垂直開槽2的護壁泥漿中放入到垂直開槽2中，同時確保在放入的過程中復合屏障1保持完好；復合屏障1在垂直開槽2中的填充高度不低于的地下水層的上平面；
如圖3所示，在本發(fā)明的一實施方式中，復合屏障1為長方體形，其長、寬與所述垂直開槽2的槽底相同，其高度不低于槽底至地下水層上平面的高度；垂直開槽2中填充一個復合屏障1。如圖5所示，在本發(fā)明的另一實施方式中，復合屏障1為橫截面寬度小于槽底寬度的柱形、球形或多邊體形；垂直開槽2中填充多個復合屏障1，至復合屏障1在垂直開槽2中的填充高度不低于所述的地下水層300的上平面。
[0030]以此，如圖4所示，待該復合屏障1的外層水溶性高分子膜11發(fā)生水溶后，其內(nèi)部鈉基膨潤土會與水接觸發(fā)生膨脹，形成一道粘土防滲墻，可以阻隔污染物在地下水層300的水平遷移，有效的保護未污染的地下水體。并且，膨脹性粘土會滲入不透水層400的巖石縫隙中，進一步阻擋污染物從槽底部的擴散。
[0031]4)移除護壁泥漿，向垂直開槽2中回填土，至將垂直開槽2填平。
[0032]在污染區(qū)域的下游或環(huán)繞污染區(qū)域一周，可將該復合屏障1放置于垂直開槽的地下水層。
[0033]本發(fā)明利用粘土防滲特性對污染區(qū)域建立物理屏蔽，具有造價低、防滲效果好等優(yōu)點，同時能承受一定的靜水壓，且對高硫酸鹽或游離碳酸鹽的環(huán)境具有較強的適應(yīng)性，可以克服水泥灌漿和化學灌漿等技術(shù)的缺陷。此外，由于粘土礦物的不斷吸水膨脹，使得粘土不怕地下水的稀釋、沖刷，也不受可溶性鹽或酸類的溶蝕。利用本發(fā)明的復合屏障1可廣泛用于對地下水層污染物的阻隔和屏蔽，具有較好的技術(shù)和經(jīng)濟可行性。
[0034]以上所述實施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實施例，本發(fā)明的保護范圍不限于此。本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍以權(quán)利要求書為準。
【權(quán)利要求】
1.一種阻隔地下水層污染物水平擴散與遷移的復合屏障，其特征在于，由水溶性高分子膜封裝膨脹性粘土構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻隔地下水層污染物水平擴散與遷移的復合屏障，其特征在于，所述膨脹性粘土為鈉基膨潤土或凹凸棒石粘土的一種或其組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復合屏障，其特征在于，所述水溶性高分子膜包括聚丙烯酸、聚環(huán)氧乙烷或聚乙烯醇中的一種或其組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復合屏障，其特征在于，所述水溶性高分子膜的厚度為0.025-0.2mm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復合屏障，其特征在于，所述水溶性高分子膜在水中，5min后開始溶解。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復合屏障，其特征在于，所述水溶性高分子膜的主要成分為聚乙烯醇1788和聚丙烯酸。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復合屏障，其特征在于，所述水溶性高分子膜中聚乙烯醇1788與聚丙烯酸的質(zhì)量比為9:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的復合屏障，其特征在于，所述水溶性高分子膜的厚度為0.05mmo
9.應(yīng)用權(quán)利要求1~8任一項所述的復合屏障阻隔地下水層污染物水平擴散與遷移的方法，包括如下步驟: 1)開槽:在需阻隔地下水層污染物水平遷移的位置垂直開槽，至槽底部為地質(zhì)結(jié)構(gòu)中的不透水層，開槽過程中采用泥漿護壁； 2)制備阻隔地下水層污染物水平擴散與遷移的復合屏障:a.制備水溶性高分子膜；b.以所述水溶性高分子膜封裝膨脹性粘土 ； 3)將所述復合屏障在所述垂直開槽的護壁泥漿中放入到所述垂直開槽中，同時確保在放入的過程中所述復合屏障保持完好；所述復合屏障在所述垂直開槽中的填充高度不低于所述的地下水層的上平面； 4)移除護壁泥漿，然后向所述垂直開槽中回填土，至將所述垂直開槽填平。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述復合屏障為長方體形，其寬與所述垂直開槽的槽底相同，其高度不低于槽底至地下水層上平面的高度；或者，所述復合屏障為橫截面寬度小于槽底寬度的柱形、球形或多邊體形；所述垂直開槽中填充多個所述復合屏障，至所述復合屏障在所述垂直開槽中的填充高度不低于所述的地下水層的上平面。
【文檔編號】E02D31/00GK104499509SQ201410774377
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月16日
【發(fā)明者】劉力奇, 霍成立, 金晶, 鄭中華, 劉澤軍, 鄭峰, 洪慧蘭, 李來順, 賀真 申請人:北京高能時代環(huán)境技術(shù)股份有限公司