CN104014583B - 一种重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法，包括：用土壤破碎机进行破碎预处理，用淋洗剂淋洗，用滚筒筛旋转分离出大于20mm的土壤，用振动筛分离出2-20mm的土壤，将小于2mm的土壤泥浆送至二级旋分分离器进行旋转分级并将比重轻的泥浆送入沉淀池而其余送入脱水筛，沉淀池中沉积的土壤送至第一压滤机而将上清液送至污泥浓缩池，脱水筛分离出0.075-2mm的土壤并将其余部分送至二级旋分分离器，污泥浓缩池中加入重金属去除剂、混凝剂和助凝剂进行浓缩。通过上述方式，本发明一种重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法及其设备通过淋洗技术和分级筛选可清除污染土壤中的重金属并将其高度浓缩，使之达到安全标准。
Description
技术领域
本发明涉及污染土壤治理和修复技术领域，特别是涉及一种重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法及其设备。
背景技术
现有的土壤重金属治理费用高，治理周期长，且治理后的污染物很难进行安全的资源化利用。目前，国内对土壤重金属治理多处于淋洗剂和淋洗方法的研究及实验装置探索阶段，用于工业化的大规模生产性研究还很少，其中，中国专利申请CN201310225512.3，《重金属污染场地土壤淋洗修复方法与设备》公开了一种处理重金属污染的土壤修复方法，该方法通过物理分离和化学萃取的方法将重金属污染物分离出来，且淋洗液可重复使用，具有一定的土壤处理效果，但是此发明在土壤资源的有效利用、化学试剂的取材、淋洗液使用环节的数目、土壤的浓缩技术，大规模工业化生产工艺水平的提高以及在成本和经济效益等环节，仍然存在不足，需要进行改进。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法，通过淋洗技术将附着在土壤颗粒上的重金属脱离，通过分级筛选可以将重金属污染土壤高度浓缩。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法，包括以下步骤：
1)预处理:土壤破碎机中，对污染土壤及其杂质进行破碎，然后将破碎后的土壤输送至淋洗滚筒；
2)淋洗：淋洗滚筒中，对污染土壤进行粉碎，同时加入淋洗剂，淋洗时间为10-30分钟，之后输送至滚筒筛；
3）旋转分离：滚筒筛中，旋转，分离出含有大于20mm颗粒的土壤和小于20mm颗粒的土壤泥浆，将含有小于20mm颗粒的土壤泥浆输送至振动筛；
4）振动分离：振动筛中，振动，分离出含有2-20mm颗粒的土壤，分离后的泥浆通过泵被输送至二级旋分分离器，将含有2-20mm颗粒的土壤根据要求进行稳定化处理后可作为清洁土壤进行资源利用；
5）分级：二级旋分分离器中，旋转，对泥浆中比重较轻的细颗粒土壤和比重较大的粗颗粒土壤进行分级，分级后，上层比重较轻的细颗粒土壤泥浆进入沉淀池，即进入步骤（6）；下层比重较大的粗颗粒土壤泥浆进入脱水筛，即进入步骤（7）；
6）沉淀：沉淀池中，将上清液（含有小于0.001mm的土壤颗粒）由泵输送到污泥浓缩池，即进入步骤（8）；将沉积在池子底部的土壤通过泵输送至第一压滤机，通过过滤分离出含有0.001-0.075mm颗粒的土壤，将含有0.001-0.075mm颗粒的土壤根据要求进行稳定化处理后可作为清洁土壤进行资源利用，滤液通过循环回送至沉淀池；
7）脱水：脱水筛中，分离出含有0.075-2mm颗粒的土壤，分离出的土壤根据要求进行稳定化处理后可作为清洁土壤进行资源利用,分离出的泥浆由泵循环输送至二级旋分分离器，即进入步骤（5）；
8)污泥浓缩：污泥浓缩池中，加入重金属去除剂、混凝剂和助凝剂进行污泥浓缩，分离出污泥和上清液，将上清液导入贮水池，进入步骤（9）；将底部污泥导入第二压滤机中过滤，过滤后的液体循环进入污泥浓缩池，过滤后的污泥进行资源回收利用，回收利用包括提取其中的重金属或进行填埋；
9)回用水：贮水池中的液体通过泵输送至淋洗滚筒。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中的淋洗剂为清水或低浓度酸，所述低浓度酸为稀释后的硝酸、硫酸、盐酸、磷酸和亚硝酸中的至少一种。
在本发明一个较佳实施例中，所述淋洗剂与污染土壤的投入比为2：1-5：1，所述淋洗剂为低浓度酸时，所述低浓度酸的PH值为3-5。
在本发明一个较佳实施例中，所述重金属去除剂为硫化钾、硫化铵、烧碱、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钡和氯化钡中的至少一种。
在本发明一个较佳实施例中，所述混凝剂为硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸镁、硫化亚铁、聚合氯化铝、聚合铁、明矾中的至少一种。
在本发明一个较佳实施例中，所述助凝剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯、活性硅酸、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯胺、磷酸中的至少一种。
还包括一种重金属污染土壤处理设备，包括依次相连的土壤破碎机、淋洗滚筒、滚筒筛、振动筛、二级旋分分离器、沉淀池、脱水筛和污泥浓缩池，还包括分别循环连接所述沉淀池和所述污泥浓缩池的第一压滤机和第二压滤机，所述土壤破碎机的输入端连接输送机，并在输出端通过输送机连接所述淋洗滚筒的输入端，所述淋洗滚筒的输出端连接所述滚筒筛的输入端,所述滚筒筛的输出端分别连接输送机和管道，管道连接所述振动筛的输入端，所述振动筛的输出端分别设置有连接稳定化处理设备的输送机和连接所述二级旋分分离器的带泵管道，所述二级旋分分离器在其上部设置有连接沉淀池的管道，并在其底部设置有连接所述脱水筛的管道，所述脱水筛的输出端分别设置有连接稳定化处理设备的输送机和连接二级旋分分离器的带泵管道，所述沉淀池的输出端分别设置有连接第一压滤机的带泵管道和连接所述污泥浓缩池的带泵管道，所述第一压滤机的输出端分别设置有连接稳定化处理设备的输送机和连接所述沉淀池的管道，所述污泥浓缩池的输出端分别设置有连接所述贮水池的管道和连接第二压滤机的带泵管道，所述第二压滤机的输出端分别设置有连接回收设备的输送机和连接所述污泥浓缩池的管道，所述贮水池的输出端设置有连接所述淋洗滚筒的带泵管道。
在本发明一个较佳实施例中，所述滚筒筛的孔径为20mm。
在本发明一个较佳实施例中，所述振动筛的孔径为2mm。
在本发明一个较佳实施例中，所述脱水筛的孔径为0.075mm，其作用与振动筛相同。
本发明的有益效果是：本发明一种重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法及其设备通过土壤淋洗和重金属浓缩化方法能够经济有效的对重金属污染土壤进行治理，治理彻底并能达到安全性标准，且经济成本低、适用范围广，能为后续土壤中重金属提取或资源化利用做基础。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明一种重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法及其设备的一较佳实施例的结构示意图。
附图中各部件的标记如下：1、土壤破碎机，2、淋洗滚筒，3、滚筒筛，4、振动筛，5、二级旋分分离器，6、沉淀池，7、脱水筛，8、污泥浓缩池，91、第一压滤机，92、第二压滤机，10、贮水池。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明实施例包括：
一种重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法，包括以下步骤：
1)预处理:土壤破碎机1中，对污染土壤及其杂质进行破碎，然后将破碎后的土壤输送至淋洗滚筒2；
2)淋洗：淋洗滚筒2中，对污染土壤进行粉碎，同时加入淋洗剂，淋洗时间为10-30分钟，之后输送至滚筒筛3；
3）旋转分离：滚筒筛3中，旋转，分离出含有大于20mm颗粒的土壤和小于20mm颗粒的土壤泥浆，将含有小于20mm颗粒的土壤泥浆输送至振动筛4；
4）振动分离：振动筛4中，振动，分离出含有2-20mm颗粒的土壤，分离后的泥浆通过泵被输送至二级旋分分离器5，将含有2-20mm颗粒的土壤根据要求进行稳定化处理后可作为清洁土壤进行资源利用；
5）分级：二级旋分分离器5中，旋转，对泥浆中比重较轻的细颗粒土壤和比重较大的粗颗粒土壤进行分级，分级后，上层比重较轻的细颗粒土壤泥浆进入沉淀池6，即进入步骤（6）；下层比重较大的粗颗粒土壤泥浆进入脱水筛7，即进入步骤（7）；
6）沉淀：沉淀池6中，将上清液（含有小于0.001mm的土壤颗粒）由泵输送到污泥浓缩池8，即进入步骤（8）；将沉积在池子底部的土壤通过泵输送至第一压滤机91，通过过滤分离出含有0.001-0.075mm颗粒的土壤，将含有0.001-0.075mm颗粒的土壤根据要求进行稳定化处理后可作为清洁土壤进行资源利用，滤液通过循环回送至沉淀池6；
7）脱水：脱水筛7中，分离出含有0.075-2mm颗粒的土壤，分离出的土壤根据要求进行稳定化处理后可作为清洁土壤进行资源利用,分离出的泥浆由泵循环输送至二级旋分分离器5，即进入步骤（5）；
8)污泥浓缩：污泥浓缩池8中，加入重金属去除剂、混凝剂和助凝剂进行污泥浓缩，分离出污泥和上清液，将上清液导入贮水池10，进入步骤（9）；将底部污泥导入第二压滤机92中过滤，过滤后的液体循环进入污泥浓缩池8，过滤后的污泥进行资源回收利用，回收利用包括提取其中的重金属或进行填埋；
9)回用水：贮水池10中的液体通过泵输送至淋洗滚筒2。
步骤（2）中的淋洗剂为清水或低浓度酸，所述低浓度酸为稀释后的硝酸、硫酸、盐酸、磷酸和亚硝酸中的至少一种。
所述淋洗剂与污染土壤的投入比为2：1-5：1，所述淋洗剂为低浓度酸时，所述低浓度酸的PH值为3-5。
所述重金属去除剂为硫化钾、硫化铵、烧碱、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钡和氯化钡中的至少一种。
所述混凝剂为硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸镁、硫化亚铁、聚合氯化铝、聚合铁、明矾中的至少一种。
所述助凝剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯、活性硅酸、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯胺、磷酸中的至少一种。
还包括一种重金属污染土壤处理设备，包括依次相连的土壤破碎机1、淋洗滚筒2、滚筒筛3、振动筛4、二级旋分分离器5、沉淀池6、脱水筛7和污泥浓缩池8，还包括分别循环连接所述沉淀池6和所述污泥浓缩池8的第一压滤机91和第二压滤机92，所述土壤破碎机1的输入端连接输送机，并在输出端通过输送机连接所述淋洗滚筒2的输入端，所述淋洗滚筒2的输出端连接所述滚筒筛3的输入端,所述滚筒筛3的输出端分别连接输送机和管道，其中，管道连接所述振动筛4的输入端，所述振动筛4的输出端分别设置有连接稳定化处理设备的输送机和连接所述二级旋分分离器5的带泵管道，所述二级旋分分离器5在其上部设置有连接沉淀池6的管道，并在其底部设置有连接所述脱水筛7的管道，所述脱水筛7的输出端分别设置有连接稳定化处理设备的输送机和连接二级旋分分离器5的带泵管道，所述沉淀池6的输出端分别设置有连接第一压滤机91的带泵管道和连接所述污泥浓缩池8的带泵管道，所述第一压滤机91的输出端分别设置有连接稳定化处理设备的输送机和连接所述沉淀池6的管道，所述污泥浓缩池8的输出端分别设置有连接所述贮水池10的管道和连接第二压滤机92的带泵管道，所述第二压滤机92的输出端分别设置有连接回收设备的输送机和连接所述污泥浓缩池8的管道，所述贮水池10的输出端设置有连接所述淋洗滚筒2的带泵管道。
所述滚筒筛3的孔径为20mm。
所述振动筛4的孔径为2mm。
所述脱水筛7的孔径为0.075mm，其作用与振动筛4相同。
具体实施例1：
污染土壤经检测，在粒径为0.15-2mm范围内的土壤，质量百分比为100%，含铅量为670mg/kg，通过重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法的淋洗、旋转分离、振动分离和脱水筛7的作用，得到粒径大于0.075mm颗粒的土壤，通过步骤（5）的分级作用得到含有小于0.075mm颗粒的土壤，实际上粒径是0.001-0.075mm颗粒的土壤；
含有大于0.075mm颗粒的土壤，其质量百分比为66.9%，含铅量为130mg/kg，低于《展览会用地土壤环境质量评价标准》（HJ350-2007）A级标准（140mg/kg），可以将分离出的土壤根据要求进行稳定化处理后作为清洁土壤进行资源利用；
含有小于0.075mm颗粒的土壤，其质量百分比为33.1%，含铅量为2286mg/kg，高于环境标准，将其送入下一步的分级设备，通过沉淀池6的沉淀作用得到沉淀物，通过污泥浓缩池8的污泥浓缩作用得到污泥；
沉淀物的质量百分比为32.8%，含铅量为505mg/kg，根据要求进行稳定化处理后作为清洁土壤进行资源利用；
污泥的质量百分比为0.3%，含铅量为223000mg/kg，根据要求可进行高品位土壤资源回收利用，回收利用包括提取其中的重金属或进行填埋等操作。
具体实施例2：
污染土壤经检测，在粒径为0.15-2mm范围内的土壤，质量百分比为100%，含硒量为59mg/kg，通过重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法的淋洗、旋转分离、振动分离和脱水的作用，得到粒径大于0.075mm颗粒的土壤，通过步骤（5）的分级作用得到含有小于0.075mm颗粒的土壤，实际上粒径是0.001-0.075mm颗粒的土壤；
含有大于0.075mm颗粒的土壤，其质量百分比为65.9%，含硒量小于5mg/kg，低于《展览会用地土壤环境质量评价标准》（HJ350-2007）A级标准（39mg/kg），可以将分离出的土壤根据要求进行稳定化处理后作为清洁土壤进行资源利用；
含有小于0.075mm颗粒的土壤，其质量百分比为34.1%，含硒量为174mg/kg，高于环境标准，将其送入下一步的分级设备，通过沉淀池6的沉淀作用得到沉淀物，通过污泥浓缩池8的污泥浓缩作用得到污泥；
沉淀物的质量百分比为33.8%，含硒量为17mg/kg，低于环境标准，根据要求进行稳定化处理后作为清洁土壤进行资源利用；
污泥的质量百分比为0.3%，含硒量为17400mg/kg，根据要求可进行高品位土壤资源回收利用，回收利用包括提取其中的重金属或进行填埋等操作。
总结：通过上述两个实施例的数据分析，可以看出通过本发明的多次分级作用，可以有效地将土壤资源中重金属进行逐步的且有效的分离，每一次分级产生的土壤可以根据要求进行稳定化处理后作为清洁土壤进行资源利用；在最后得到的污泥还可以进行源回收利用，有效地提高了资源的利用率。
本发明一种重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法的有益效果是：
一、本发明的有益效果是：通过淋洗技术将附着在土壤颗粒上的重金属脱离，通过分级筛选可以将重金属污染土壤高度浓缩，清洗后的土壤完全达到环境质量标准和安全标准，可进行再利用或安全填埋；
二、与普通的污染土壤治理和修复技术相比，具有安全有效、成本低、资源利用率高和适用范围广的特点，且能够为后续土壤中重金属提取或资源化利用打好基础，该技术还能充分的考虑到处理系统内资源的重复利用，经济性好。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)预处理:土壤破碎机中，对污染土壤及其杂质进行破碎，然后将破碎后的土壤输送至淋洗滚筒；
2)淋洗：淋洗滚筒中，对污染土壤进行粉碎，同时加入淋洗剂，淋洗时间为10-30分钟，之后输送至滚筒筛；
3）旋转分离：滚筒筛中，旋转，分离出含有大于20mm颗粒的土壤和小于20mm颗粒的土壤泥浆，将含有小于20mm颗粒的土壤泥浆输送至振动筛；
4）振动分离：振动筛中，振动，分离出含有2-20mm颗粒的土壤，分离后的泥浆通过泵被输送至二级旋分分离器，将含有2-20mm颗粒的土壤根据要求进行稳定化处理后可作为清洁土壤进行资源利用；
5）分级：二级旋分分离器中，旋转，对泥浆中比重较轻的细颗粒土壤和比重较大的粗颗粒土壤进行分级，分级后，上层比重较轻的细颗粒土壤泥浆进入沉淀池，即进入步骤（6）；下层比重较大的粗颗粒土壤泥浆进入脱水筛，即进入步骤（7）；
6）沉淀：沉淀池中，将含有小于0.001mm的土壤颗粒的上清液由泵输送到污泥浓缩池，即进入步骤（8）；将沉积在池子底部的土壤通过泵输送至第一压滤机，通过过滤分离出含有0.001-0.075mm颗粒的土壤，将含有0.001-0.075mm颗粒的土壤根据要求进行稳定化处理后可作为清洁土壤进行资源利用，滤液通过循环回送至沉淀池；
7）脱水：脱水筛中，分离出含有0.075-2mm颗粒的土壤，分离出的土壤根据要求进行稳定化处理后可作为清洁土壤进行资源利用,分离出的泥浆由泵循环输送至二级旋分分离器，即进入步骤（5）；
8)污泥浓缩：污泥浓缩池中，加入重金属去除剂、混凝剂和助凝剂进行污泥浓缩，分离出污泥和上清液，将上清液导入贮水池，进入步骤（9）；将底部污泥导入第二压滤机中过滤，过滤后的液体循环进入污泥浓缩池，过滤后的污泥进行资源回收利用，回收利用包括提取其中的重金属或进行填埋；
9)回用水：贮水池中的液体通过泵输送至淋洗滚筒。
2.根据权利要求1所述的重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法，其特征在于，步骤（2）中的淋洗剂为清水或低浓度酸，所述低浓度酸为稀释后的硝酸、硫酸、盐酸、磷酸和亚硝酸中的至少一种。
3.根据权利要求2所述的重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法，其特征在于，所述淋洗剂与污染土壤的投入比为2：1-5：1，所述淋洗剂为低浓度酸时，所述低浓度酸的PH值为3-5。
4.根据权利要求1所述的重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法，其特征在于，所述重金属去除剂为硫化钾、硫化铵、烧碱、氢氧化钙、碳酸钠、碳酸钡和氯化钡中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法，其特征在于，所述混凝剂为硫酸铝、三氯化铁、硫酸亚铁、硫酸镁、硫化亚铁、聚合氯化铝、聚合铁、明矾中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的重金属污染土壤淋洗和重金属浓缩化方法，其特征在于，所述助凝剂为聚丙烯酰胺、聚丙烯、活性硅酸、海藻酸钠、羧甲基纤维素钠、聚丙烯胺、磷酸中的至少一种。
7.一种用于实施权利要求1所述方法的重金属污染土壤处理设备，其特征在于，包括依次相连的土壤破碎机、淋洗滚筒、滚筒筛、振动筛、二级旋分分离器、沉淀池、脱水筛和污泥浓缩池，还包括分别循环连接所述沉淀池和所述污泥浓缩池的第一压滤机和第二压滤机，所述土壤破碎机的输入端连接输送机，并在输出端通过输送机连接所述淋洗滚筒的输入端，所述淋洗滚筒的输出端连接所述滚筒筛的输入端,所述滚筒筛的输出端分别连接输送机和管道，管道连接所述振动筛的输入端，所述振动筛的输出端分别设置有连接稳定化处理设备的输送机和连接所述二级旋分分离器的带泵管道，所述二级旋分分离器在其上部设置有连接沉淀池的管道，并在其底部设置有连接所述脱水筛的管道，所述脱水筛的输出端分别设置有连接稳定化处理设备的输送机和连接二级旋分分离器的带泵管道，所述沉淀池的输出端分别设置有连接第一压滤机的带泵管道和连接所述污泥浓缩池的带泵管道，所述第一压滤机的输出端分别设置有连接稳定化处理设备的输送机和连接所述沉淀池的管道，所述污泥浓缩池的输出端分别设置有连接所述贮水池的管道和连接第二压滤机的带泵管道，所述第二压滤机的输出端分别设置有连接回收设备的输送机和连接所述污泥浓缩池的管道，所述贮水池的输出端设置有连接所述淋洗滚筒的带泵管道。
8.根据权利要求7所述的重金属污染土壤处理设备，其特征在于，所述滚筒筛的孔径为20mm。
9.根据权利要求7所述的重金属污染土壤处理设备，其特征在于，所述振动筛的孔径为2mm。
10.根据权利要求7所述的重金属污染土壤处理设备，其特征在于，所述脱水筛的孔径为0.075mm，其作用与振动筛相同。
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