一种可快速更换的装配式可渗透反应墙结构及其使用方法

本发明涉及污染地下水修复与治理，具体涉及一种可快速更换的装配式可渗透反应墙结构及其使用方法。

背景技术：

1、可渗透反应墙修复技术(permeable reactive barrier,prb)是一种新兴的原位处理技术；污染物通过自然水力传输流经反应介质，并在其作用下达到净化、拦截污染的目的。该技术对重金属、有机物、氨氮无机物等污染物均有良好的去除效果。prb的运行不依靠外部力量或能源的输入，而是依靠地下水流带动污染物与反应材料接触，最终将其去除。prb具有建造快捷、综合性价比高等优点，且可根据地下水污染特点及修复目标优化整体结构参数，并实现监测修复过程，被认为是目前地下水重金属污染修复最有效的方法之一。

2、但现有的prb结构较为单一，根据结构形式可以分为三类：连续墙式、导水门式和灌注处理带式。连续墙式prb具有结构简单且不会改变地下水流动方向的特点，但如果污染区域较大或含水层高度较高时，连续墙的体积将会很大，造价也将较高，施工难度也将加大。导水门式prb是将受污染地下水汇集到较窄的范围内，但受到结构限制，化合物沉淀与微生物堵塞会严重降低反应介质活性，材料更换时会影响现场的修复效果。灌注带式prb是把溶解后的吸附介质通过井孔注入含水层，污染羽流经时得以去除，但由于没有实体挡墙的拦截，存在材料堵塞时无法更换，且会有二次污染的风险。

3、在prb运行的过程中，由于矿物沉淀钝化和介质孔隙堵塞等引起吸附介质性能的恶化，进而影响prb运行寿命和效率。重金属通过吸附介质时通过吸附、氧化/还原、共沉淀等过程而被固定，但随着反应过程的深入，材料活性和渗透性都会发生弱化，进而影响prb净化效果。prb修复效果理论上可长达十几年，但有些prb的工作性能下降较快，1～5年内就存在吸附介质孔隙堵塞和材料失活等问题。大多数prb的使用寿命不到10年，但污染羽的迁移扩散可能长达数十年，甚至更长时间。然而现有的prb结构存在一定的不足之处，由于prb内部结构封闭，无法有效对内部设备进行维护，且内部会积累大量吸附的有害污染物；若想及时更换介质材料时就得重新挖出，不仅对原有结构造成了破坏和扰动，还费时耗力，处理效率低下。

4、鉴于此，本发明针对传统prb结构易堵塞、钝化，吸附介质不易及时更换等问题，在传统prb结构的基础上，发明一种可快速更换的装配式可渗透反应墙结构，同时提供一种快速更换吸附介质的使用方法，对现场污染地下水高效修复具有重要的现实意义。

技术实现思路

1、本发明提供一种可快速更换的装配式可渗透反应墙结构及其使用方法，其能够方便快捷地更换可渗透反应墙内部的反应介质。

2、实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、本发明所述一种可快速更换的装配式可渗透反应墙结构，包括导流墙体、固定墙体、多个装配式可渗透反应墙、快速更换装置、液压推进装置、滑轨；其中导流墙体与固定墙体整体无缝连接，装配式可渗透反应墙按顺序排列，放置在固定墙体内部；滑轨分别固定在固定墙体顶部与两侧墙体中间，分别放置快速更换装置与装配式可渗透反应墙，液压推进装置固定在固定墙体内侧。

4、根据本发明提供的一种可快速更换的装配式可渗透反应墙，所述墙体结构属于导水门式结构，导流墙体呈喇叭状，并与固定墙体由一体浇筑成型，中间不存在裂缝，两者的竖向墙体均位于含水层，墙体底部均位于含水层底部；导流墙由砾石层与碎石层填充，且前后方均设有过滤网；固定墙体内部由多个装配式可渗透反应墙与过滤网、碎石层按顺序排列填充，后方设置有砾石层与过滤网。

5、进一步地，所述的装配式可渗透反应墙由框架、透水网、吊环、凹槽、顶压支座、遇水膨胀层、吸附介质、滤水管、开口组成；其中框架、透水网、吊环、滤水管均由耐腐蚀的不锈钢焊接形成，透水网孔径≤5mm，顶压支座为耐腐蚀钢板，滤水管侧壁打有直径5mm的开孔，遇水膨胀层为橡胶软垫，且装配式可渗透反应墙背面的橡胶软垫设有直径为10mm的开孔。

6、进一步地，吸附介质为颗粒状材料，粒径均大于透水网孔径，吸附介质形状包括但不限于球状、椭球状、圆柱状中的任意一种或至少两种的组合。

7、根据本发明提供的快速更换装置由支撑桁架、吊装桁架、传动装置组成；其中支撑桁架包括：竖向支撑桁架、横向支撑桁架、底部滑轮；吊装桁架包括：横向架、纵向架、定滑轮、吊钩、吊索；传动装置包括：牵引机、转动轮、传动皮带、传动轴、卷扬机、控制箱。

8、根据本发明提供的液压推进装置，固定在固定墙体内侧，由液压千斤顶与顶板组成，前后伸缩由外接电源控制。

9、根据本发明提供的滑轨，包括竖向支撑桁架底部滑轮使用的上滑轨，以及供装配式可渗透反应墙使用的下滑轨，且上滑轨前后分别安装有封堵块。

10、进一步地，所述的装配式可渗透反应墙呈长方体，由焊接的框架构成，框架四周布置有透水网，顶部焊接有两个对称的吊环，底部设置有两个对称的凹槽，装配式可渗透反应墙体可以通过凹槽与下滑轨对接并能放置在上面，装配式可渗透反应墙后侧配有四个顶压支座；墙体两侧及后侧配有一层遇水膨胀层，墙体内部设有可供取样的滤水管，顶部及底部设有装填/卸载吸附介质的开口，多个装配式可渗透反应墙的外形尺寸相同。

11、进一步地，所述的传动装置分别由牵引机、卷扬机提供动力；牵引机通过传动轴带动传动皮带转动，进而带动转动轮在横向支撑桁架上移动；卷扬机通过传动轴旋转带动吊索，进而实现吊钩的上升/下降；控制箱通过外接电源控制传动装置；传动装置与横向架通过纵向架借助锚栓固定连接，定滑轮固定在横向架上，吊索底部固定连接吊钩，并通过两侧定滑轮延伸至卷扬机，底部滑轮安装在竖向支撑桁架底部，并放置于上滑轨上面；控制箱固定在竖向支撑桁架外侧，通过外接电源控制卷扬机提升/降落吊索，并控制转动轮在横向支撑桁架上左右移动，控制支撑桁架在上滑轨上前后移动。

12、进一步地，所述的液压推进装置通过液压千斤顶推动多个装配式可渗透反应墙沿着下滑轨向前移动，其中顶板与顶压支座对接，液压千斤顶由外接电控系统进行控制。

13、根据本发明提供的一种可快速更换的装配式可渗透反应墙结构及其使用方法，使用方法包括以下步骤：(一)确定污染羽流向、地下含水层深度，选定建造位置，设置钢板桩围堰，挖掘出适当深度、长度的建造沟槽；(二)支护沟槽边坡、建造墙体模板，一次性整体浇筑导流墙体与固定墙体，并在固定墙体顶部与墙体中间固定滑轨，在墙体侧面安装液压推进装置；(三)在导流墙前后方设置过滤网，并填充砾石层与碎石层，按顺序吊装装配式可渗透反应墙安放至固定墙体中间，将凹槽对接于墙体中间的下滑轨上面，并装填过滤网、碎石层，在固定墙体后方设置砾石层与过滤网；(四)启动液压推进装置，将多个配式可渗透反应墙整体向前推动，待多个配式可渗透反应墙之间无缝隙时停止推动。

14、进一步地，当多个装配式可渗透反应墙最前面的墙体达到吸附饱和，需要更换吸附介质时，快速更换装置可以将其快速提升吊出，然后液压推进装置推动剩余的多个墙体，沿着下滑轨整体向前移动，待移至碎石层并与其接触时停止推动。然后回收液压千斤顶油缸，待完全回收后，空余出新的空间位置；通过快速更换装置吊装新的装配式可渗透反应墙，并通过控制箱控制底部滑轮在上滑轨上面向前移动；待到达新的空间位置上方时，降落吊索，将新的装配式可渗透反应墙的凹槽与下滑轨对齐；液压推进装置推动新的装配式可渗透反应墙向前移动，当与前面多个装配式可渗透反应墙紧密接触时，停止推动。

15、本发明提出的一种可快速更换的装配式可渗透反应墙结构及其使用方法，能够方便快捷地更换可渗透反应墙内部的吸附介质，具有较高的现实价值和广阔的应用前景。本发明设计了装配式可渗透反应墙结构，无需开挖即可对吸附饱和的吸附介质进行更换，可以做到随时检查与及时更换，对地下污染羽流向的影响极小，能够有效减少吸附介质的孔隙堵塞。同时，本发明可以快速实现换装工序，极大地提高了修复效率，节省大量更换吸附介质的时间，并且本发明安装施工方便、设备运行维护成本低，操作工艺简便，应用市场潜力巨大，可渗透反应墙可以实现长效性运行。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

17、(1)当装配式可渗透反应墙结构吸附饱和时，无需经过再次开挖，即可实现吸附介质的快速更换；换装工艺流程便捷高效，运行管理简单快捷，可以做到随时检查、更换，可大规模推广使用。

18、(2)装配式可渗透反应墙内部吸附介质为颗粒状材料，相较于传统的粉末状吸附材料，其孔隙结构更大且不易造成孔隙堵塞、钝化；能有效延长填充介质的使用寿命，且吸附后的颗粒状材料可以通过解吸实现再次利用。

19、(3)根据不同地质条件，通过调节透水网孔径与吸附介质粒径，改变可渗透反应墙的渗透性能，对污染羽的流向扰动极小；适应范围广，可以根据净化需求选择不同吸附介质，具有广泛的工程应用前景。