CN103316903A - 一种重金属污染土壤化学联合淋洗修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种重金属污染土壤化学联合淋洗修复方法。所述联合淋洗修复方法，包括如下步骤：在重金属污染土壤原场地，将待处理的污染土壤筑堆，按化学淋洗液与待处理的污染土壤体积比为0.4～0.6∶1往堆块喷淋化学淋洗液；预浸润完成后的堆块挖起，并进行筛分；然后转移至化学反应釜中，进行搅拌强化反应，同时添加化学淋洗液，化学淋洗液与待处理的污染土壤的体积比为1.8～3∶1；将强化反应完成后的土壤进行水土分离、分别处理，得到修复土壤和净化回用水。该修复方法结合了原位、异位化学淋洗法的各自的优点，其重金属去除率均高于单独采用这两种淋洗法的去处效果；且所需要的修复时间远远低于原位化学淋洗法所需的修复时间。
Description
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种重金属污染土壤化学联合淋洗修复方法。
背景技术
随着人类对环境认识的逐步加深，污染土壤尤其是重金属污染土壤修复成为国内国外环境科学界关注的热点问题。重金属污染土壤修复方法按照修复原理进行分类可以分为物理修复、化学修复、植物修复、生物修复和电动修复等；按照土壤处理方法进行分类可以分为淋洗法、破坏法和固定化法。重金属污染土壤化学淋洗修复工艺是化学法和淋洗法的结合，是基于化学淋洗液注入到污染土壤中，淋洗剂通过溶解或者络合反应将土壤中的污染物转移到淋洗剂，然后经过水土分离的原理将土壤中的污染物去除。重金属污染土壤化学淋洗修复工艺经过几十年的发展逐渐成为一种适用范围广、见效快、处理容量大、效果显著的重要土壤修复方法。
重金属污染土壤化学淋洗修复工艺按照土壤处理位置进行分类可以分为原位化学淋洗和异位化学淋洗。重金属污染土壤原位化学淋洗是在重金属污染土壤原场地进行修复；其原理是根据重金属污染物分布的深浅，让化学淋洗液在重力或者外力的作用下流通过污染土壤，并利用回收井或采用挖沟的办法收集和清除淋洗液。原位化学淋洗存在淋洗剂与土壤接触不充分、水土分离较困难、耗水量大、土壤中淋洗剂残留量大、效率低和二次污染难以控制等缺陷。重金属污染土壤异位化学淋洗是将污染土壤运输至其他地方的土壤修复区进行修复；其原理是是利用外力将化学淋洗液与污染土壤进行充分混合将污染物转移至淋洗液中，然后将淋洗液中的污染物进行处理从而达到将污染物去除的目的。重金属污染土壤异位化学淋洗方法包含如下步骤：(1)重金属污染土壤的挖掘；(2)重金属污染土壤的化学淋洗；(3)重金属污染土壤的固液分离；(4)废水中污染物的处理与处置；(5)最终土壤的处置。重金属污染土壤异位化学淋洗存在对设备依赖度高、耗电量大、修复成本高等缺陷。
现有的重金属污染土壤化学淋洗修复工艺为原位化学淋洗或者异位化学淋洗。到目前为止，重金属污染土壤修复工艺还没有使用原位与异位联合化学淋洗修复方法。原位、异位联合化学淋洗修复重金属污染土壤的工艺是在原位预浸润的基础上继续进行异位强化反应。该工艺可在重金属污染土壤原场地进行浸润，降低异位化学淋洗的耗电量以及对设备的需求量；同时可有效解决原位化学淋洗过程中药剂与土壤接触不充分、水土分离困难、淋洗液残留量大、水消耗量大、二次污染难以控制等问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种重金属污染土壤化学联合淋洗修复方法。该方法结合了原位化学淋洗和异位化学淋洗的优点，又弥补了其各自的不足，处理效果更好，对设备的要求更小，在重金属污染土壤修复中具有重大的应用价值。
本发明的上述目的通过如下技术方案予以实现：
一种重金属污染土壤化学联合淋洗修复方法，采用原位化学淋洗法与异位化学淋洗法结合进行，包括如下步骤：
(1)在重金属污染土壤原场地，将待处理的污染土壤筑堆，往堆块喷淋化学淋洗液对堆块进行预浸润，化学淋洗液与待处理的污染土壤的体积比为0.4～0.6∶1；
(2)将预浸润完成后的堆块挖起，并进行筛分；
(3)将筛分后的土壤转移至化学反应釜中，进行搅拌强化反应，同时添加化学淋洗液，化学淋洗液与待处理的污染土壤的体积比为1.8～3∶1；
(4)将强化反应完成后的土壤进行压滤脱水得到修复土壤；压滤所得废水中加入沉淀剂、絮凝剂进行净化处理后可循环使用。
本发明的原理如下：筑堆预浸润可以看成是原位淋洗技术的一部分，预浸润依靠重力或外力的作用下完成，受污土壤可以初步与化学淋洗液发生充分反应；预浸润完成后，进行后即可转移至异位化学淋洗的化学反应釜中，进行强化洗脱反应，此过程中，由于受污土壤已经与化学淋洗液发生了初步的结合，因此强化洗脱反应可以在较短的时间内即能达到很好的洗脱效果。强化反应完成后，土壤中的重金属已基本转移至液相中，按照常规的异位化学淋洗的后续处理方法处理即可。
步骤(1)中，先将待处理的污染土壤筑堆，形成堆块作预浸润处理。堆块的高度也可以表示为堆块的厚度，其对预浸润的好坏有一定的影响。过厚的堆块(即堆块高度过高)时，预浸润的时间需要延长，且预浸润的效果会略有下降，厚度过薄，则占地面积大，且容易发生渗漏，带来二次污染。作为一种优选方案，步骤(1)中，所述堆块的高度优选为20～50cm。
本发明中，所涉及的化学淋洗液是指由淋洗剂配置成的水溶液，所述的淋洗剂是本领域常用的淋洗剂，如EDTA，DTPA，EGTA，EDDS，CTAB、SDS，HCl，H2SO4、HNO3等，选用不同的淋洗剂对发明的处理效果略有区别，但对本发明的方法本身的优点影响不大。
所采用的淋洗剂还可以是常规淋洗剂中两种以上的复配。
经过我们的多次尝试，为了使污染土壤得到很好浸润，需按照化学淋洗液与待处理的污染土壤的体积比为0.4～0.6∶1的比例进行预浸润。同时，我们还发现，当化学淋洗液与待处理的污染土壤比例在某合适范围内，可以避免在预浸润步骤产生废液。经过我们反复尝试，步骤(1)中，所述化学淋洗液与待处理的污染土壤的体积比最优选为0.5∶1。
本发明的处理方法特别适用于待修复土壤面积范围广的对象，本发明中每次所处理的土壤量可以与实际中所用的设备配合进行，作为一种优选方案，步骤(1)中，所述堆块体积为4～10m3。
作为一种优选方案，步骤(1)中，所述预浸润的时间优选为20～26小时。
作为一种最优选方案，步骤(1)中，所述预浸润的时间最优选为24小时。
步骤(2)中，筛分的目的是除去土壤中的石块、树枝等杂物，作为一种优选方案，所述筛分在湿式筛分机中进行。
作为一种最优选方案，步骤(3)中，化学淋洗液与待处理的污染土壤的体积比最优选为2∶1。
作为一种优选方案，步骤(3)中，所述强化反应的时间优选为20～50分钟。
作为一种最优选方案，步骤(3)中，所述强化反应的时间最优选为30分钟。
在步骤(3)的强化反应完成后，土壤所吸附的重金属被转移至液相，要将重金属彻底从土壤中分离出来必须通过压滤将水土混合泥浆进行液固分离。作为一种优选方案，步骤(4)中，所述压滤采用带式压滤机。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明在预浸润阶段无废液产生，更节省水资源，也不会对土壤进行二次污染；
(2)本发明在预浸润阶段后的每个工艺中，土壤均处于湿润的状态，可以避免施工现场扬尘引起的二次污染和对施工人员健康带来的损害；
(3)本发明结合了原位、异位化学淋洗法的各自的优点，其重金属去除率均高于单独采用这两种淋洗法的去除效果；且所需要的修复时间远远低于原位化学淋洗法所需的修复时间；
(4)本发明对设备的要求及损耗更低，耗电量更小，每一个步骤都可以进行模块化管理，效率更高，且大大降低了土壤修复的成本。
附图说明
图1为本发明所述化学联合淋洗修复方法的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步详细说明本发明。除非特别说明，本发明实施例述及的试剂均为本技术领域常规使用的试剂。
实施例及对比例中，处理的土壤体积均与实施例1相同。
实施例及对比例中，所涉及的化学淋洗液均采用本领域常用的EDTA作为化学淋洗液。
实施例1
(1)在重金属污染土壤原场地，将待处理的污染土壤筑堆10m3，往堆块喷淋化学淋洗液对堆块进行预浸润，化学淋洗液与待处理的污染土壤的体积比为0.4∶1，预浸润26小时；
(2)将预浸润完成后的堆块挖起，并进行筛分；
(3)将筛分后的土壤转移至化学反应釜中，进行搅拌强化反应，同时添加化学淋洗液，化学淋洗液与待处理的污染土壤的体积比为1.8∶1，强化反应的时间为50分钟；
(4)将强化反应完成后的土壤经压滤脱水得到修复土壤；压滤所得废水中加入沉淀剂、絮凝剂进行净化处理，可循环使用。修复结果如表1所示：
表1
| Cd | Pb | Cu | Zn | |
| 修复前(mg/kg) | 6.2 | 342 | 180 | 280 |
| 修复后(mg/kg) | 0.43 | 99.2 | 54 | 78.4 |
| 去除率(％) | 93 | 71 | 70 | 72 |
实施例2
(1)在重金属污染土壤原场地，将待处理的污染土壤筑堆10m3，往堆块喷淋化学淋洗液对堆块进行预浸润，化学淋洗液与待处理的污染土壤的体积比为0.6∶1，预浸润20小时；
(2)将预浸润完成后的堆块挖起，并进行筛分；
(3)将筛分后的土壤转移至化学反应釜中，进行搅拌强化反应，同时添加化学淋洗液，化学淋洗液与待处理的污染土壤的体积比为3∶1，强化反应的时间为20分钟；
(4)将强化反应完成后的土壤经压滤脱水得到修复土壤；压滤所得废水中加入沉淀剂、絮凝剂进行净化处理，可循环使用。修复结果如表2所示：
表2
| Cd | Pb | Cu | Zn | |
| 修复前(mg/kg) | 6.2 | 342 | 180 | 280 |
| 修复后(mg/kg) | 0.50 | 102.6 | 57.6 | 84.0 |
| 去除率(％) | 92 | 70 | 68 | 70 |
实施例3
(1)在重金属污染土壤原场地，将待处理的污染土壤筑堆10m3，往堆块喷淋化学淋洗液对堆块进行预浸润，化学淋洗液与待处理的污染土壤的体积比为0.5∶1，预浸润24小时；
(2)将预浸润完成后的堆块挖起，并进行筛分；
(3)将筛分后的土壤转移至化学反应釜中，进行搅拌强化反应，同时添加化学淋洗液，化学淋洗液与待处理的污染土壤的体积比为2∶1，强化反应的时间为30分钟；
(4)将强化反应完成后的土壤经压滤脱水得到修复土壤；压滤所得废水中加入沉淀剂、絮凝剂进行净化处理，可循环使用。修复结果如表3所示：
表3
| Cd | Pb | Cu | Zn | |
| 修复前(mg/kg) | 6.2 | 342 | 180 | 280 |
| 修复后(mg/kg) | 0.25 | 85.5 | 50.4 | 37.8 |
| 去除率(％) | 96 | 75 | 72 | 79 |
对比例1(原位淋洗法)
在重金属污染土壤原场地进行筑堆10m3，按化学淋洗液：待修复污染土壤2∶1的体积比喷淋污染土壤，浸泡10天后(期间补充按水∶待修复污染土壤2∶1的比例，补充两次水分)，将上清液排出并用清水漂洗。收集所产生废液并加入沉淀剂、絮凝剂去除重金属污染物。修复结果如表4所示：
表4
| Cd | Pb | Cu | Zn | |
| 修复前(mg/kg) | 6.2 | 342 | 180 | 280 |
| 修复后(mg/kg) | 1.86 | 153.9 | 84.6 | 145.6 |
| 去除率(％) | 70 | 55 | 53 | 48 |
对比例2(异位淋洗法)
将待处理的重金属污染土壤输送至湿式筛分机进行筛分；将筛分好的土壤输送到异位化学反应釜中进行强化反应，向强化反应釜中按化学淋洗液与污染土壤体积比为3∶1的量加入化学淋洗液；反应时间为2小时；将强化反应后的土壤用絮凝剂絮凝，然后压滤脱水得到干净土壤，干净土壤进行回填处理；将水土分离后的废水输送到废水处理区，加入沉淀剂进行沉淀、絮凝剂絮凝去除土壤污染物；去除污染物的净水进行循环使用。修复结果如表5所示：
表5
| Cd | Pb | Cu | Zn | |
| 修复前(mg/kg) | 6.2 | 342 | 180 | 280 |
| 修复后(mg/kg) | 0.96 | 122.6 | 68.4 | 98.0 |
| 去除率(％) | 84 | 64 | 62 | 65 |
对以上5个实施例，处理10m3污染土壤至达到相近修复效果，在原位和异位阶段所消耗的时间，以及清水消耗量进行对比。对比结果如表6所示。
表6
| 原位耗时/小时 | 设备耗时/小时 | 总耗水量/立方 | 去除率 | |
| 实施例1 | 26 | 0.83 | 22 | 72 |
| 实施例2 | 20 | 0.33 | 36 | 70 |
| 实施例3 | 24 | 0.5 | 25 | 79 |
| 对比例1 | 240 | 0 | 60 | 48 |
| 对比例2 | 0 | 2 | 30 | 65 |
从实施例1、2和3及对比例1和2可以看出，本发明所述方法的其重金属去除率均高于单独采用这两种淋洗法的去除效果。相对于原位淋洗法，本发明所述的联合淋洗修复法明显缩短了修复的时间，并且其修复的效果也得到显著的提高。相对于异位淋洗法，其强化反应阶段耗电量极大，对设备要求更高，且处理时间长，本发明所述的联合淋洗修复法更有效地利用了场地的优势，缩短强化反应所需的时间，减少设备的损耗，并且取得更好的修复效果。
Claims (7)
1.一种重金属污染土壤化学联合淋洗修复方法，其特征在于，采用原位化学淋洗法与异位化学淋洗法结合进行，包括如下步骤：
(1)在重金属污染土壤原场地，将待处理的污染土壤筑堆，往堆块喷淋化学淋洗液对堆块进行预浸润，化学淋洗液与待处理的污染土壤的体积比为0.4～0.6∶1；
(2)将预浸润完成后的堆块挖起，并进行筛分；
(3)将筛分后的土壤转移至化学反应釜中，进行搅拌强化反应，同时添加化学淋洗液，化学淋洗液与待处理的污染土壤的体积比为1.8～3∶1；
(4)将强化反应完成后的土壤进行压滤脱水得到修复土壤；压滤所得废水中加入沉淀剂、絮凝剂进行净化处理。
2.如权利要求1所述重金属污染土壤化学联合淋洗修复方法，其特征在于，步骤(1)中，所述堆块体积为4～10m3。
3.如权利要求1或2任意一项权利要求中所述重金属污染土壤化学联合淋洗修复方法，其特征在于所述堆块的高度为20～50cm。
4.如权利要求1所述重金属污染土壤化学联合淋洗修复方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预浸润的时间为20～26小时。
5.如权利要求4所述重金属污染土壤化学联合淋洗修复方法，其特征在于，步骤(1)中，所述预浸润的时间为24小时。
6.如权利要求1所述重金属污染土壤化学联合淋洗修复方法，其特征在于，步骤(3)中，所述强化反应的时间为相对于每10m3体积的待处理污染土壤，强化反应20～50分钟。
7.如权利要求6所述重金属污染土壤化学联合淋洗修复方法，其特征在于，步骤(3)中，所述强化反应的时间为相对于每10m3体积的待处理污染土壤，强化反应30分钟。
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