污染场地竖向阻隔风险管控技术

成果编号：33542

价格：面议

完成单位：东南大学

单位类别：985系统院所

完成时间：2022年

成熟程度：批量生产阶段

服务产业领域：能源环保、新材料、其他

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发布人：受理处在线

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针对我国复杂工业污染场地，研发了多种膨润土系柔性竖向阻隔材料。研究了系列材料的施工和易性，明确了在无机盐溶液、重金属污染物作用下改性膨润土滤饼、屏障材料的防渗性能与浓度的关联性，并结合 X 射线衍射、微观扫描电镜能谱、Zeta电位等系列微观测试结果，查明了改性膨润土防渗阻隔性能的提升机理。研制出针对工程屏障的土柱化学渗透试验系统，并获得授权发明专利，该装置能测定工程屏障和天然粘土针对无机盐、重金属、有机物的有效扩散系数、阻滞因子和化学渗透膜效率系数三参数。已采用该装置研究了土-改性膨润土竖向工程屏障材料针对重金属的化学渗透膜效应及扩散特性。研究了铅-锌复合污染地下水作用下改性膨润土的液限、膨胀指数、比重等土性基本参数的影响；明确了重金属污染地下水作用下的系列柔性阻隔材料的压缩固结特性及防渗性能，结合微观试验结果揭示了土-改性膨润土屏障渗透系数变化机制，并明确了膨胀指数、液限与渗透系数的内在关联。开发了针对农药污染场地长效阻隔、化学相容和抗地下水侵蚀性能的高效复合竖向阻隔技术；开展各类污染场地中各类阻控材料的击穿时间分析，揭示阻隔屏障服役寿命主控因素，优化关键设计参数。研发了强度可控刚性阻隔材料，并研究其施工和易性（坍落度）、渗透系数、无侧限抗压强度等特性，查明其防渗阻隔重金属与有机污染物的机理和性能，更好面向长江经济带数量庞大的化工污染场地风险管控实施的重要需求，明确了重金属污染物浓度、膨润土掺量、养护时间对渗透系数和强度特性的影响规律，该材料对重金属与硫酸盐污染物具有高化学相容性，优于水泥基阻隔材料，同时具有更低的碳排放与良好的经济效益。并通过微观测试明确了其改良机理。研发的刚性阻隔材料已授权发明专利，广泛应用于对竖向工程屏障有一定抗剪切强度需要的场景，例如竖向屏障侧邻基坑开挖工程等。上述成果已应用在数个污染场地的风险管控实体工程，具有良好的经济环境效益与应用前景。

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成果介绍

科技计划：国家级：国家重点研发计划/国家自然科学基金省部级：江苏省重点研发计划

成果形式：新技术、新工艺、新产品、新材料、新标准

合作方式：技术转让、技术开发、技术咨询、技术服务、技术入股、人才培养

参与活动：

专利情况：正在申请 ,其中:发明专利 3 项
已授权专利,其中:发明专利 45 项
专利号:
ZL 201911292917.2
ZL 202010124087.9
ZL 202010402504.1
ZL 201310082070.1

成果简介

综合介绍

创新要点

1.我国天然钠基膨润土资源严重匮乏，商用膨润土均为钙基和钠化改性钙基膨润土，用于工业污染场地竖向阻隔技术时在防渗截污性能上远弱于美、欧等国所采用的天然钠基膨润土。另一方面，天然钠基膨润土在敏感水体环境下依然存在化学相容性、防渗性能衰退问题；因此，改性膨润土是各国在环境工程领域研究的共同热点。本技术成果表明，改性钙基膨润土竖向阻隔屏障材料在渗透系数和重金属污染物作用下，防渗性能超过相同条件下美国优质钠基膨润土竖向阻隔屏障材料，且前者的价格远远低于后者，具有很好的济效益。系列改性膨润土在污染场地竖向阻隔技术中具有广泛的应用前景。 2.美、英等国的竖向隔离技术施工技术普遍以开挖-回填两阶段施工模式为基础。综合考虑我国城市工业污染场地污染成分复杂、挥发性和半挥发性有机污染问题突出的实际情况，以及对土地二次开发的建设需求，未来竖向隔离技术在提高污染物作用下化学相容性以确保防渗截污的同时，需要兼具两个特点：（1）材料强度可控；（2）施工无扰动或低扰动。对于我国大量存在二次开发需求的污染场地而言，采用水泥胶结形成的竖向阻隔屏障限制了土地规划、增加了建设难度。本技术成果聚焦于柔性的土-改性膨润土柔性竖向阻隔屏障和强度可控的刚性竖向阻隔屏障，实现修复后场地不形成“地下障碍物”；同时，通过非开挖扰动单阶段方式施工技术研发，确保施工过程无环境与安全风险。所提出竖向阻隔技术新材料和施工技术以我国城市工业污染场地实际污染情况、土地二次开发再利用迫切需求出发，满足土地，再规划再利用要求。 3.国际上主要通过两类溶液开展敏感水体环境下工程屏障材料防渗截污性能的相关试验研究：①废弃物填埋场淋滤液；②无机钾、钠和钙溶液。针对重金属、有机污染物以及气候变化和季节性地下水位变动等实际敏感水体环境作用下竖向阻隔屏障防渗截污性能的试验成果及定量评价体系均严重不足。本技术成果以我国污染场地普遍的污染特征和水文地质条件出发，明确化学场-应力场-渗流场-大气环境场多场作用下，竖向阻隔屏障的防渗截污性能和关键参数的演变规律，建立定量评价理论和测试分析技术。 4.本技术成果能够率先实现具备新材料、新工艺的成套竖向隔离技术产业化发展，包括：①基于改性膨润土的新型柔性阻隔材料；②污染物关键运移参数（渗透系数、扩散系数、阻滞因子）联合测定设备和方法；③非开挖单阶段施工工艺技术和设计方法。

技术指标

1.改性膨润土颗粒粒径小于0.075mm的质量百分比大于95%，颗粒粒径小于0.002mm的质量百分比大于35%；污染物作用下改性膨润土的膨胀指数大于12mL/2 g；污染物作用下改性膨润土的液限大于200%；改性膨润土泥浆比重1.03~1.10；马氏黏度36s~50s；滤失量小于20mL/30min；污染物作用下原位土-改性膨润土的渗透系数小于10-7cm/s。 2.未受污染刚性阻隔材料在标准养护28天龄期时的渗透系数小于1.0×10-7 cm/s；污染物作用下刚性阻隔材料在标准养护28天龄期时的渗透系数小于1.0×10-6cm/s；在标准养护28天龄期时的无侧限抗压强度大于100kPa；

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