CN103316907A

CN103316907A - 重金属污染场地土壤淋洗修复方法与设备

Info

Publication number: CN103316907A
Application number: CN2013102255123A
Authority: CN
Inventors: 邓国平; 杨文清; 周冠晔; 杨小兵; 刘士励; 谢亨华
Original assignee: DONGJIANG ENVIRONMENTAL Co Ltd
Current assignee: DONGJIANG ENVIRONMENTAL Co Ltd
Priority date: 2013-06-07
Filing date: 2013-06-07
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-06-07
Also published as: CN103316907B

Abstract

本发明涉及一种重金属污染场地土壤淋洗修复方法和设备，其方法依次包括步骤：（1）检测污染土壤的污染物种类及浓度、颗粒组成、pH值和有机质含量；（2）用水冲洗污染土壤、加入淋洗剂淋洗；（3）通过滚筒筛分离，筛上物回填，筛下物进行细分离；（4）筛下物通过水力旋流分离器处理，所得的砂检测达标可回填；（5）加入碱调节pH值和重金属沉淀剂Na₂S将重金属转化成金属硫化沉淀；（6）重金属沉淀反应后加入絮凝剂，混凝沉淀后采用板框压滤机将固液分离；（7）固液分离产生的废水加入硫酸调节pH值后，返回至淋洗步骤用。本发明的技术效果在于：重金属污染土壤通过处理后，可通过物理分离（颗粒分离）及化学萃取的方法将重金属污染物分离出来，且淋洗液（水）可重复使用。

Description

重金属污染场地土壤淋洗修复方法与设备

技术领域

本发明涉及污染土壤修复技术领域，特别是涉及一种重金属污染土壤的方法和设备。

背景技术

近年来，我国在工业结构调整和城市用地结构调整之中，占据市区优越位置的一些工业企业，纷纷通过易地、搬迁改造，退出繁华地段。这些企业搬迁后场地遗留着重金属、农药、挥发性和持久性的有机毒害物等污染物已经成为城市土地开发利用环境隐患，城市人居环境安全问题令人担忧，亟待开展风险评估与修复治理。在国家环境保护“十二五”规划中，加强土壤环境保护作为需要切实解决的突出环境问题，排在改善水环境质量和控制大气污染物之后，位列第三。这是土壤环境保护在国家环境保护规划中首次出现，标志着土壤环境保护已成为我国最受关注并将着手解决的环境问题之一。

土壤淋洗修复技术是利用水或含有冲洗助剂的水溶液、酸/碱溶液、络合剂或表面活性剂等淋洗剂的媒介洗脱土壤中的污染物的过程。淋洗的废水经处理后达标排放，处理后的土壤可以再安全利用。国内多停留在淋洗剂和淋洗方法的研究及实验装置探索阶段，比较典型的例如：

中国专利申请CN101224468A，名称为《修复重金属铜污染土壤的淋洗剂及方法》公开了一种修复重金属铜污染土壤的淋洗剂及方法，淋洗剂由乙二胺二琥珀酸和乳酸乙酯组成，淋洗方法采用淋洗柱自上而下淋滤土壤，同时收集淋滤液。

中国专利申请CN101947539A，名称为《一种处理重金属污染物的土壤修复方法》公开了一种处理重金属污染的土壤修复方法，该方法将土壤分成高、中、低污染土壤，后分别采用淋洗、动植物相结合的修复方法达到治理目标。

中国专利申请CN101585045A，名称为《一种利用化学淋洗和深层固定联合技术修复重金属污染土壤的方法》公开了一种化学淋洗和深层固定联合技术修复重金属污染土壤的方法，将淋出的重金属深层固定，减少二次污染。

中国专利申请CN102825063A，名称为《一种有机污染土壤修复淋洗液再生方法及循环修复装置》公开了一种以硫酸根自由基氧化为基础，对淋洗液有机物进行选择性降解，使其能循环利用。

中国专利申请CN1022240666A，名称为《一种重金属污染土壤淋洗修复装置》公开了一种采用双循环结构，同时具备水浴加热和保温功能的装置，实现淋洗液多次利用、洗出率高效的目的。

中国专利申请CN101244424A，名称为《重金属污染土壤淋洗实验装置及其方法》公开了一套包括蠕动泵、淋洗柱、胶管等组成的土壤淋洗实验装置及其实验使用方法。

现有技术中基本都集中在淋洗剂的开发应用研究和少量的实验装置开发方面，而对场地土壤异位修复工程实施设备的组合优化和消化吸收方面鲜有研究，这极大地限制了该项技术在土壤修复工程中的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种重金属污染场地土壤异位淋洗修复方法和装置。

本发明方法采用的技术方案包括以下几步骤：

一种重金属污染场地土壤淋洗修复方法，包括步骤：

（1）检测：检测污染土壤的污染物种类及浓度、颗粒组成、pH值和有机质含量；

（2）淋洗：用水冲洗污染土壤，同时加入EDTANa₂淋洗剂；

（3）初分离：经淋洗反应后的泥水通过滚筒筛分离，筛上物作为处理达标土壤回填，筛下物进行细分离；

（4）细分离：滚筒筛分离的泥浆通过水力旋流分离器处理，所得的砂检测达标可回填，不达标则返回进行淋洗处理；

（5）重金属沉淀反应：在经过水力旋流分离器细分离的泥浆中加入碱调节pH值和重金属沉淀剂Na₂S将重金属转化成金属硫化沉淀；

（6）固液分离：重金属沉淀反应后分别按体积比100:1加入PAC和PAM，混凝沉淀后采用板框压滤机将固液分离，所产生的污泥作为危险废物交有处理资质单位处理；

（7）中水回用：固液分离产生的废水加入硫酸调节pH值后，返回至淋洗步骤用。

进一步地，所述步骤（2）中，土壤与水的质量比为1：10~15。

进一步地，步骤（5）中，调节PH值至11~13。

进一步地，步骤（7）中，调节PH值至4~6。

本发明一种用于实施重金属污染场地土壤淋洗修复的设备，包括依次相连的土壤输送机、淋洗反应罐、滚筒筛、水力旋流分离器、重金属沉淀反应罐、混凝反应沉淀槽、板框压滤机和中水储罐，还包括加药系统，该加药系统分别与淋洗反应罐、重金属沉淀反应罐和混凝反应沉淀槽相连。

进一步地，所述土壤输送机为可移动调整输送距离的皮带式传输机。

进一步地，所述淋洗反应罐进料口设计20mm的格栅，配制机械搅拌系统和pH计，出料口位于淋洗反应罐底部。

进一步地，所述混凝反应沉淀槽由混凝反应罐和斜管沉淀槽串联组成，斜管沉淀槽上清液用管道收集于中水储罐，而沉淀污泥由泵输送至板框压滤机进行固液分离。

进一步地，所述滚筒筛底部设置有泥浆收集槽，所述水力旋流分离器中设置有泥浆泵，该泥浆泵将泥浆从滚筒筛泥浆收集槽送至水力旋流分离器处理。

进一步地，所述加药系统包括加酸罐、加碱罐、淋洗剂罐、重金属沉淀剂罐、PAC药剂罐和PAM药剂罐，各药剂罐出料分别由单独的计量泵输送。

本发明技术效果在于：重金属污染土壤通过本技术方法及设备处理后，可通过物理分离（颗粒分离）及化学萃取的方法将重金属污染物分离出来，且淋洗液（水）可重复使用。处理后达标的土壤可原位填埋，以达到修复场地土壤的目的，分离得到的少量含重金属的污泥交由处理资质单位处理。

附图说明

图1为本发明重金属污染场地土壤淋洗修复设备示意图；

图2 为加药系统示意图。

图中各主要部件标号为：1为土壤输送机，2为淋洗反应罐（配进料格栅和机械搅拌系统），3为滚筒筛，4为水力旋流分离器（配进料泥浆泵），5为重金属沉淀反应罐，6为混凝沉淀槽，7为板框压滤机，8为中水储罐，9为加药系统，10为加酸罐，11为加碱罐，12为淋洗剂罐，13为重金属沉淀剂罐，14为PAC药剂罐，15为PAM药剂罐，16至21为计量泵。

具体实施方式

见图1，本实施例重金属污染场地土壤淋洗修复设备包括：土壤输送机1、淋洗反应罐（配进料格栅和机械搅拌系统）2、滚筒筛3、水力旋流分离器（配进料泥浆泵）4、重金属沉淀反应罐5、混凝沉淀槽6、板框压滤机7、中水储罐8和加药系统9。上述主要构件单元均可以单独拆卸组装，土壤输送机1通过机械皮带传输模式将挖掘的土壤输送至淋洗反应罐2中；淋洗反应罐2进料口配格栅（规格为20mm）可将大件杂质和石块分离，同时配制机械搅拌系统和pH计。位于淋洗反应罐2底部出料口将处理完的物料在重力的作用下输送至滚筒筛3处理单元进行大颗粒土壤分离。滚筒筛3收集的泥浆液由泥浆泵输送至水力旋流分离器4进行处理，处理后的粗颗粒在现场沉淀回填，溢流泥浆通过管道输送至重金属沉淀反应罐5中。重金属沉淀反应罐5配制机械搅拌系统和pH计；重金属反应完后溢流至串联组装的混凝沉淀槽6中。混凝沉淀槽6由混凝反应槽和斜管沉淀槽两部分组成；混凝沉淀槽6上清液通过管道回流至中水储罐8，而污泥则通过水泵输送至板框压滤机7处理。板框压滤机液相收集至中水储罐8，中水储罐8中的水经调节pH值后可由水泵输送至淋洗反应罐重复利用。加药系统9由六种药剂母液罐组成，分别为加酸罐10、加碱罐11、淋洗剂罐12、重金属沉淀剂罐13、PAC药剂罐14和PAM药剂罐15，配制好的这六种药剂分别通过计量泵添加至需要的处理工序单元中。

本实施例重金属污染场地土壤淋洗修复方法如下：

处理深圳市某电镀工业园区污染土壤，该场地土壤主要污染物铜（Cu）离子浓度达到2140mg/kg，超过《土壤环境质量标准》（GB15618-1999），和《北京市场地土壤环境风险评价筛选值》（DB11-811-2011）相关标准值，具体理化指标见表1。

表1 电镀工业园区土壤性质

表注：砂粒径20~0.15mm、粉砂粒径0.15~0.02mm、粘土＜0.02mm

1. 挖掘输送：场地污染土壤挖掘后经土壤输送机1输送至高位的淋洗反应罐2，淋洗反应罐2格栅可将粒径大于20mm的物理分离出来回填。

2. 淋洗反应：污染土壤进料的同时用水泵将中水储罐9中的水冲洗进料格栅，将大颗粒土壤水力破碎，水的用量为土壤质量的10倍；淋洗反应罐2中具有实时pH值测试装置，通过加药系统9中的加酸罐10添加一定量的酸调节淋洗反应罐中的pH值5.0左右；同时通过淋洗剂罐12添加淋洗剂（EDTANa₂），使得淋洗反应罐中EDTANa₂的浓度维持在0.001mol/L；淋洗反应罐2的机械搅拌转速为120r/min，物料的停留时间为20分钟。

3. 粗分离：淋洗反应罐2处理后的物料经管道进入滚筒筛3分离出颗粒直径≥0.15mm的土壤，该部分土壤经检测合格后原地回填。

4. 细分离：滚筒筛3分离的泥浆（粒径小于0.15mm的土壤与淋洗液）被泵送至水力旋流分离器4进行细分离，旋流分离的大颗粒（粒径＞0.02mm）部分至现场沉砂池，沉砂池细砂经检测合格进行原地回填，如不合格则返回淋洗反应罐重复淋洗。

5. 重金属沉淀反应：水力旋流器4溢流液（含粘土）与现场沉砂池上清液收集泵送至重金属沉淀反应罐5，重金属沉淀反应罐5具机械搅拌（搅拌转速为60r/min）和pH计，同时通过加药系统9中加碱罐11和重金属沉淀剂添剂罐13加一定量的碱（调节淋洗反应罐中的pH值12.0）和重金属沉淀剂（Na₂S溶液），其中Na₂S使用浓度为0.001mol/L，重金属沉淀反应停留时间为5分钟。

6. 混凝沉淀：混凝沉淀槽6由混凝反应池与斜管沉淀槽串联组成，重金属沉淀反应完后物料溢流至混凝沉淀槽6中进行混凝沉淀反应，混凝反应是通过加药系统9中PAC药剂罐14和PAM药剂罐15加1%的PAC聚合氯化铝（浓度为1%）和PAM聚丙烯酰胺（浓度为0.1%）。

7. 液固分离：混凝沉淀槽6的污泥通过水泵输送至板框压滤机7进行液固分离，所得的固体污泥交有处理资质单位处理，液体收集于中水储罐8。

8. 中水收集及处理：混凝沉淀槽6上清液与板框压滤液收集的废水均收集于中水储罐8中，并通过加药系统9中的加酸罐10向中水储罐添加一定量的酸调节pH值至5.0，同时会补充约15%的自来水（因淋洗过程有15%左右是水损失）。

本实施例主要处理对象为污染土壤中的铜，表2是本场地土壤淋洗修复过程中铜离子浓度变化。处理结果表明，处理后的土壤砂和粉砂中铜浓度低于《土壤环境质量标准》（GB15618-1999）三级标准和《北京市场地土壤环境风险评价筛选值》（DB11-811-2011）各项标准，淋洗液通过处理后可循环使用。

表2 淋洗过程中主要工序铜离子浓度

Figure 2013102255123100002DEST_PATH_IMAGE002

Claims

1.一种重金属污染场地土壤淋洗修复方法，其特征在于，包括步骤：

（2）淋洗：用水冲洗污染土壤，同时加入淋洗剂；

（6）固液分离：重金属沉淀反应后在物料中加入絮凝剂，混凝沉淀后采用板框压滤机将固液分离，所产生的污泥作为危险废物交有处理资质单位处理；

2.根据权利要求1所述的重金属污染场地土壤淋洗修复方法，其特征在于：所述步骤（2）中，淋洗剂为EDTANa2，土壤与水的质量比为1：10~15。

3.根据权利要求1所述的重金属污染场地土壤淋洗修复方法，其特征在于：步骤（5）中，调节PH值至11~13。

4.根据权利要求1所述的重金属污染场地土壤淋洗修复方法，其特征在于：步骤（7）中，调节PH值至4~6。

5.一种用于实施权利要求1所述方法的设备，其特征在于：包括依次相连的土壤输送机、淋洗反应罐、滚筒筛、水力旋流分离器、重金属沉淀反应罐、混凝反应沉淀槽、板框压滤机和中水储罐，还包括加药系统，该加药系统分别与淋洗反应罐、重金属沉淀反应罐和混凝反应沉淀槽相连。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述土壤输送机为可移动调整输送距离的皮带式传输机。

7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述淋洗反应罐进料口设计20mm的格栅，配制机械搅拌系统和pH计，出料口位于淋洗反应罐底部。

8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述混凝反应沉淀槽由混凝反应罐和斜管沉淀槽串联组成，斜管沉淀槽上清液用管道收集于中水储罐，而沉淀污泥由泵输送至板框压滤机进行固液分离。

9.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述滚筒筛底部设置有泥浆收集槽，所述水力旋流分离器中设置有泥浆泵，该泥浆泵将泥浆从滚筒筛泥浆收集槽送至水力旋流分离器处理。

10.根据权利要求5所述的设备，其特征在于：所述加药系统包括加酸罐、加碱罐、淋洗剂罐、重金属沉淀剂罐、PAC药剂罐和PAM药剂罐，各药剂罐出料分别由单独的计量泵输送。