一种铬污染场地土壤与地下水生态修复系统及方法与流程

本发明涉及土壤修复，具体为一种铬污染场地土壤与地下水生态修复系统及方法。

背景技术：

1、随着铬酸盐生产、电镀和皮革鞣制等工业活动发展，铬以工业废水、废气及固体废物为媒介进入环境介质中，近年来土壤与地下水常被检测出铬超标。铬在环境中主要以六价铬和三价铬形式存在，其中六价铬的毒性远大于三价铬。土壤铬在浸淋作用下易被氧化成可溶性的复合阴离子，并通过水力径流迁移到地表水或地下水中。在地下水化学及水动力条件的影响下，铬极易迁移扩散转化，导致污染地块土壤与地下水在相当长的时间内、大面积的空间尺度上受到cr(ⅵ)潜在污染威胁。因此，开展场地土壤与地下水cr(ⅵ)污染修复具有重要的实际意义。

2、目前主流的铬污染土壤及地下水处理技术主要有：(1)将高毒性高迁移性的六价铬转化低毒性低迁移性的三价铬，并将三价铬固化稳定化在土壤中；(2)通过淋洗技术，降低土壤中铬含量；(3)利用投药-混凝-絮凝-沉淀等化学方法，去除地下水中六价铬。随着环境保护的迅速发展，人工湿地受到了越来越多的关注和发展，人工湿地系统水质净化技术作为一种新型生态污水净化处理方法，其基本原理是在人工湿地填料上种植特定的湿地植物，从而建立起一个人工湿地生态系统，当污水通过湿地系统时，其中的污染物质和营养物质被系统吸收或分解，进而实现净化功能。然而专门针对重度铬污染场地土壤与地下水处理技术非常传统且有限，亟待一种高效的铬污染修复技术来解决此类土壤及地下铬污染问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种铬污染场地土壤与地下水生态修复系统及方法，能够以环保的形式有效净化铬污染场地的土壤以及地下水。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种铬污染场地土壤与地下水生态修复系统，包括自上游至下游依次相连的预处理结构、湿地主体结构以及末端处理结构；

4、预处理结构包括预处理存储池，与预处理存储池相连设有过滤拦截结构；

5、湿地主体结构包括由环形的湿地主体外围墙所围成的湿地总区域，湿地主体外围墙内设有湿地输入分隔坝梁和湿地输出分隔坝梁，湿地输入分隔坝梁和湿地输出分隔坝梁将湿地总区域内部分隔为湿地布水池，湿地主体区域和湿地排水池；

6、湿地主体区域内设有多条相互平行布置的流通分区坝梁，流通分区坝梁将湿地主体区域分隔为多个湿地细分区域；

7、湿地细分区域内设有多条相互平行布置的通道侧边坝梁，多个通道侧边坝梁之间共同形成一条湿地水流通道；

8、湿地水流通道内铺设有通道基质层；

9、湿地水流通道内、流通分区坝梁和通道侧边坝梁上均种植有铬污染净化植物；

10、湿地水流通道内的基质中布撒有铬污染净化微生物；

11、末端处理结构包括末端净化处理池，末端净化处理池与湿地排水池相连通；

12、末端净化处理池内设有多条相互平行布置的末端处理拦滤坝体；

13、末端净化处理池的下游一侧固定有多根与其内部相连通的末端处理外排管，末端处理外排管上具有末端外排控制阀。

14、优选地，过滤拦截结构包括过滤拦截池，过滤拦截池内固定有多个相互平行且竖直放置的过滤分区隔板，过滤分区隔板将过滤拦截池内部分隔为多个分区拦滤空间；

15、自上游至下游，各分区拦滤空间分别依次填充有20～50mm的鹅卵石、5～10mm的鹅卵石、1～3mm的砂砾、0.5～1mm的沙子；

16、过滤拦截池的上游侧通过多根过滤拦截输入管与预处理存储池的下游侧相连通；

17、过滤分区隔板两侧固定有分区过滤滤网；

18、过滤分区隔板上具有多个贯通两侧的拦滤分区通孔，过滤分区隔板内部为中空结构，过滤分区隔板内部沿水平方向滑动连接有分区通断控制板，分区通断控制板上具有多个贯通两侧的拦滤分区配合孔；

19、过滤拦截池外侧固定有多个通断控制容纳壳，过滤拦截池侧壁上具有连通过滤分区隔板内部和通断控制容纳壳内部的通断控制穿孔，通断控制穿孔内滑动连接有通断控制连杆，通断控制连杆处于过滤分区隔板内部一端与分区通断控制板侧端固定相连；

20、通断控制容纳壳内固定有用于驱动通断控制连杆移动的通断控制驱动杆。

21、说明：利用过滤拦截结构便于控制污染地下水在各分区拦滤空间内的具体流通方式，沿水平方向进行潜流，或者沿竖直方向进行潜流。

22、优选地，通道基质层自下而上依次由通道基质底层、通道基质中间层和通道基质表层填充铺设而成；

23、通道基质底层由粒径20～50mm的鹅卵石，粒径20～40mm的砾石，粒径20～30mm的沸石组成；

24、通道基质中间层由粒径10～20mm的火山岩，粒径5～15mm的陶粒，粒径5～10mm的无烟煤组成；

25、通道基质表层由粒径0.5～2mm的沙子，粒径0.5～2mm的椰壳活性炭，粒径0.05～0.2mm的腐殖土组成。

26、说明：通道基质层能够起到良好的物理过滤和吸附作用，能够将铬污染物吸附在基质表面，减少污水中重金属的含量，同时通道基质层能够为微生物和植物提供生存环境，这些微生物通过代谢作用将污水中的铬污染物进行转化和去除。

27、优选地，通道侧边坝梁横截面为梯形结构，每个通道侧边坝梁内底部铺设有一条渗滤液外排管，渗滤液外排管外侧固定有多跟与其内部相连通的渗滤液流通短管，渗滤液流通短管外端固定有渗滤液滤板，多个渗滤液外排管共同相连通设有渗滤液暂存池。

28、说明：通道侧边坝梁吸水后其内部的水分会在重力作用下自上而下流通，形成渗滤液，通道侧边坝梁内部的铬污染物会掺杂进渗滤液中形成铬污染渗滤液，将这些渗滤液统一收集起来，便于输送到湿地布水池中，使铬污染渗滤液随污染地下水一起净化处理。

29、优选地，湿地总区域底部为防渗层结构，防渗层结构自下而上依次为防渗底层，防渗中间层和防渗表层；

30、防渗底层为黏土，防渗中间层为膨润土，防渗表层为黏土。

31、说明：防渗层结构能够将铬污染物限制在人工湿地系统内部，防止其通过土壤孔隙向下渗透，避免污染扩散到更深层的土壤和地下水，进而扩大污染范围。

32、优选地，防渗底层的顶部和防渗中间层底部之间铺设有底层防渗膜；

33、防渗中间层顶部和防渗表层底部之间铺设有表层防渗膜。

34、说明：双重设置的底层防渗膜能够有效避免单个防渗膜发生破损而造成的铬污染物渗漏。

35、优选地，通道侧边坝梁顶部内部固定有多个开口朝上的植物种植筒，植物种植筒侧壁上具有多个内外相通的根系穿孔。

36、说明：植物种植筒便于将其内部种植的植物整体取出进行更换，富集有铬污染物的植物也便于进行无害化处理，避免对环境造成二次污染。

37、优选地，末端处理拦滤坝体自上游至下游方向依次为煤炭炉渣层、生物陶粒层、火山岩层。

38、说明：设置末端处理拦滤坝体能够对地下水中残留的少量铬污染物进行更加彻底的去除，进一步提高净化处理后的水质，使净化处理后的地下水能够放心汇入地表径流中。

39、优选地，一种铬污染场地土壤与地下水生态修复方法，基于权利要求1～8任意一项的一种铬污染场地土壤与地下水生态修复系统，包括以下步骤：

40、s1、地下水抽提：

41、将污染地下水抽出并输送至预处理存储池中，静置6～12小时；

42、使预处理存储池中的污染地下水与外界环境温度一致；

43、s2、吸附预处理：

44、静置后的污染地下水接着输送到到过滤拦截结构中进行物理吸附过滤处理；

45、s3、湿地净化处理：

46、吸附预处理后的污染地下水再输送到到湿地总区域中；

47、污染地下水依次流经湿地布水池，湿地主体区域和湿地排水池；

48、在湿地主体区域中，污染地下水沿湿地水流通道进行流通，污染地下水在湿地水流通道内的基质中进行水平潜流；

49、利用湿地水流通道内基质的吸附作用对污染地下水中的铬污染进行净化；

50、且流通分区坝梁和通道侧边坝梁由铬污染场地的土壤建造而成，流通分区坝梁和通道侧边坝梁中的铬污染物会扩散至污染地下水中一起被吸附净化；

51、同时流通分区坝梁和通道侧边坝梁上均种植有能够吸附净化铬污染的植物，利用植物的根系吸收作用，对铬污染场地的土壤实现净化；

52、s4、末端处理：

53、经物理吸附、微生物净化以及植物净化后的污染地下水最后进入末端净化处理池中，污染地下水依次流经穿过各个末端处理拦滤坝体，利用末端处理拦滤坝体的吸附作用再去除污染地下水中残留的铬污染物；

54、最后形成清洁地下水，通过各末端处理外排管排出，使清洁地下水汇入地表径流即可，调节末端外排控制阀的开度，能够控制清洁地下水排出的速度。

55、与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几个方面：

56、1、本发明结构设计合理，该生态修复系统具备高效净化能力，能通过物理、化学和生物协同作用，高效去除土壤和地下水中的铬，物理吸附可快速截留铬离子，化学沉淀能将铬转化为低溶性化合物，植物吸收和微生物还原可降低铬的毒性和迁移性，实现对不同价态铬的有效去除；

57、2、本发明的生态修复系统能够适应不同污染程度，无论是轻度、中度还是重度铬污染场地，都能稳定运行并达到一定的净化标准；

58、3、本发明的生态修复系统具备去除多种污染物的能力，除铬污染物外，还能对场地中可能存在的其他重金属、有机物等污染物有一定的去除能力，具备宽域的污染物净化功能，可实现对土壤和地下水的综合修复；

59、4、本发明的生态修复系统无二次污染，在净化过程中，不会产生二次污染物或有害副产物，不会将铬污染物从一种形态转化为另一种更有害的形态，也不会向环境中释放其他有毒有害物质，确保修复过程的环境安全性；

60、5、本发明的生态修复系统具备长期稳定性，抗冲击负荷能力较好，对水质、水量的波动有较强的适应能力，能在一定程度的冲击负荷下保持稳定的净化效果，且场地适应性强，能适应多种类型的铬污染场地，包括工业废弃地、矿山尾矿库、垃圾填埋场等，整个生态修复系统能够根据场地的地形、地貌、土壤类型进行合理的设计、调整，实现有效的修复。