CN104190701A

CN104190701A - 一种利用磁分离修复砷污染土壤的淋洗方法

Info

Publication number: CN104190701A
Application number: CN201410480304.2A
Authority: CN
Inventors: 张翔宇; 王浩; 邹正禹; 邹昊辰; 李实�; 潘利祥; 刘颖; 伊洋
Original assignee: Cecep Liuhe Talroad Environmental Technology Co Ltd
Current assignee: Cecep Liuhe Talroad Environmental Technology Co Ltd
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2014-12-10

Abstract

本发明公开了一种利用磁分离修复砷污染土壤的淋洗方法，其特征在于，待处理受污染土壤进行预处理，进入淋洗系统，依次加入配制好的淋洗液和辅助剂，经过充分混合淋洗后，以翻搅模式通过强力磁选设备，砷污染物被磁选分离，剩余土壤和淋洗液采用固液分离，干净土壤可直接回填或它用，淋洗废液进行混凝沉淀后回用制备淋洗液，沉淀废渣可与磁选废渣一并进行后续处置。本发明可以彻底解决重金属尤其是砷污染土壤的问题，能够稳定、连续、高效地进行处理，适用不同污染浓度的砷或其复合污染土壤的治理。

Description

一种利用磁分离修复砷污染土壤的淋洗方法

技术领域

本发明属于重金属污染土壤治理与修复技术领域，涉及一种利用磁分离修复砷污染土壤的淋洗方法。

背景技术

土壤是人类赖以生存的重要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。随着工矿业的迅速发展，土壤污染已日益严重。大批高污企业的搬迁，已产生了大量高污染风险土壤。土壤中重金属污染物会改变土壤理化性质，破坏局部生态系统，给区域内动植物带来直接和间接的毒性作用，并通过生物链的富集给人类造成危害风险，并严重影响土地使用功能。

土壤修复一直是国际上的难点和热点研究课题。目前常用的修复技术可分为物理、化学、生物或联合修复技术等。通常填埋和稳定化技术费用昂贵，存在二次污染风险，生物技术处理周期长，效果不理想。淋洗技术是一种新型的修复技术，为保证淋洗效率，目前淋洗工艺主要采用复合淋洗剂使土壤中污染物溶解于淋洗剂中，并通过淋洗过程带出，受限于淋洗液再生困难而产生的修复费用较高的问题，虽然已有部分专利提出解决方法，但对处理设备要求高、配套工艺复杂、操作难度高，仍然无法实现有效利用和推广。

同时磁分离技术在选矿领域已得到广泛应用，是一种成熟的技术，但是在修复领域极少使用，主要受限于污染物浓度和磁性特征。目前，尚没有磁分离技术在土壤淋洗领域的应用，相关专利也没有涉及，主要存在淋洗预处理困难的问题，需要保证分离污染物的磁化和分离，这些关键问题亟需解决。

发明专利(CN 102527319 A)公布了一种高效超顺磁性铁酸盐纳米砷吸附剂及其制备工艺，利用制备的纳米吸附材料，用于水体中砷离子的吸附，但是原料制备复杂、成本较高，且适用领域受限。

发明专利(CN 101362145 A)公开了一种用于重金属和砷汞污染土壤的化学淋洗修复方法，采用三种复合试剂进行分级淋洗，工艺复杂且存在淋洗液处理困难的问题。

发明专利(CN 102921719 A)公开了砷污染土壤的淋洗修复方法，采用柠檬酸进行淋洗，价格昂贵，回收难度大。

发明专利(CN 102951763 A)公开了采用预沉结合磁分离技术处理市政污水的方法以及实用新型专利(CN 202968220 U)公开的磁分离污水处理机，说明了磁分离技术在水泥处理领域的适用性。

为克服上述现有技术缺点，更好的发挥淋洗技术优势，本发明提出一种利用磁分离修复砷污染土壤的淋洗方法，通过先期对土壤的预处理与合理选择淋洗液，引入磁性物质充分利用磁选技术，能够避免后续淋洗液处理，实现循环利用，对砷及复合污染土壤实现稳定、连续、高效地处理，适用不同污染浓度的砷或其复合污染土壤的治理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用磁分离修复砷污染土壤的淋洗方法，通过淋洗剂的选择和磁选工艺的利用，有效修复含砷及其复合污染土壤。

本发明技术方案是：

将待处理受污染土壤进行预处理后，进入淋洗系统，依次加入配制好的淋洗液和辅助剂，经过充分混合淋洗后，以翻搅模式通过强力磁选设备，砷污染物被磁选分离，剩余土壤和淋洗液采用固液分离，干净土壤直接回填或它用，淋洗废液进行混凝沉淀后回用制备淋洗液，沉淀废渣可与磁选废渣一并进行后续处置。

如上所述的一种利用磁分离修复砷污染土壤的淋洗方法，所述预处理由破碎、筛分、氧化等工艺步骤组成。破碎、筛分工艺由具体污染土壤特征确定，氧化推荐采用H₂O₂。

如上所述的一种利用磁分离修复砷污染土壤的淋洗方法，所述淋洗液由磷酸氢盐和氢氧化钠配制，pH为9.0～10之间效率最高。

如上所述的一种利用磁分离修复砷污染土壤的淋洗方法，所述辅助剂由顺磁性铁酸盐和三价铁盐组成，添加量摩尔比例为顺磁性铁酸盐∶三价铁盐∶砷＝0.5～0.6∶1.1～1.2∶1，可有效去除土壤中砷。

本发明设计原理如下：

氧化剂的引入主要促进土壤中三价砷向五价砷的转化，降低其毒性并有利于其生成稳定的沉淀化合物；

淋洗液中磷酸氢盐有利于砷由土壤中析出呈溶解态，氢氧化钠带来的碱性环境能够促进砷及复合污染物沉淀的形成，具体pH值由土壤实际特征确定，通常情况下污染土壤为酸性，宜调节pH至8～9，如＞9易生成其它沉淀物，影响砷沉淀物的磁化，直接影响到淋洗分离效果，同时还需要后续pH调节处理；若＜8则形成的砷沉淀比率较低，不易去除；

辅助剂中三价铁盐能够与生成的五价砷反应，生成不溶于水的砷酸铁，所加入顺磁性铁酸盐能够和沉淀物相结合形成磁性物，容易被磁选分离；试剂添加量由具体污染土壤特征确定，通常三价铁盐与五价砷的摩尔比为1.1～1.2∶1，以保证充分反应；顺磁性铁盐与污染物中五价砷的摩尔比0.5～0.6∶1，过高的铁盐加入会造成资源浪费，其磁性强于生成的砷沉淀物，磁分离时竞争更强，不利于砷的分离；过低的比例难以保证砷沉淀物的充分反应与去除。

本发明的优点在于：

通过淋洗可以降低污染土壤中污染的含量，修复后土壤可直接回填或路基等使用，避免了常规稳定化需要建填埋厂且存在二次污染的风险；

所产生废液中无溶解态污染无需进行化学回收处理，混凝沉淀后即可回用，避免了常规淋洗后续处理困难的问题，实现循环，降低成本；

所收集磁选废渣量少，可进行资源化回收或填埋，运行成本低；

本发明可以彻底解决重金属尤其是砷污染土壤的问题，能够稳定、连续、高效地进行处理，适用不同浓度的砷或其复合污染土壤的治理。

附图说明

图1一种利用磁分离修复砷污染土壤的淋洗方法工艺简图

具体实施方式

结合图1，具体实施工艺流程：

实施例1

某砒霜冶炼厂遗址，污染因子为砷、铜、锡、锰，各因子含量见表1。

表1 各污染因子含量

污染因子	砷	铜	锰	铁	锡
						含量(mg/kg)	6899	213	525	24500	110

依据风险评价及相关国家标准，修复目标值见表2。

表2 修复目标值

污染因子	砷	铜
			含量(mg/kg)	30	100

具体实施工艺流程：

取土壤风干、破碎、过筛(10目)，然后加入H₂O₂进行氧化处理，之后进入淋洗系统，配制磷酸氢钠和氢氧化钠溶液，pH＝9.0，与预处理后土壤充分混合，依次加入Fe(OH)₃和顺磁性铁酸锰，其中摩尔比顺磁性铁酸盐∶三价铁盐∶砷＝0.5∶1.1∶1，进行混合搅拌，缓慢通过强力磁选设备。

对处理后土壤进行固液分离，固体部分即为处理后干净土壤，废液则进行混凝沉淀，清液可回用配备淋洗液。

磁选废渣和废液沉淀废渣统一回收，进行安全处置，该处置量仅为常规稳定化处理的9％，节省了大量土地资源，且处理干净土壤可回填；该处理时间仅需植物修复时间的1/30，具有明显优势。

处理后土壤中各污染因子含量见表3。

表3 修复后各污染因子含量

污染因子	砷	铜	锰	铁	锡
						含量(mg/kg)	15	30	5	112	22

按照上述流程，配制磷酸氢钠和氢氧化钠溶液，pH＝8.5或pH＝10.5，其余均相同，处理后土壤中各污染因子含量见表4。

表4 修复后各污染因子含量

其中，砷均出现超标问题，且pH＝10.5时，导致修复后土壤pH＞9，不符合标准。

实施例2

某化工厂遗址，污染因子为砷，各因子含量见表5。

表5 各污染因子含量

污染因子	砷	铁
			含量(mg/kg)	4230	8988

按照实施例1具体实施，取土壤风干、破碎、过筛(10目)，然后加入H₂O₂进行氧化处理，之后进入淋洗系统，配制磷酸氢钠和氢氧化钠溶液，pH＝9.50，与预处理后土壤充分混合，依次加入Fe(OH)₃和顺磁性铁酸锰，其中摩尔比顺磁性铁酸盐∶三价铁盐∶砷＝0.55∶1.15∶1，进行混合搅拌，缓慢通过强力磁选设备。

对处理后土壤进行固液分离，固体部分即为处理后干净土壤，废液则进行混凝沉淀，清液可回用配制淋洗液。

磁选废渣和废液沉淀废渣统一回收，进行安全处置。该处置量仅为常规稳定化处理的5％，节省了大量土地资源，且处理干净土壤可回填；该处理时间仅需植物修复时间的1/20，具有明显优势。

处理后土壤中各污染因子含量见表6。

表6 修复后各污染因子含量

污染因子	砷	铁
			含量(mg/kg)	11	78

按照上述流程，其中摩尔比顺磁性铁酸盐∶三价铁盐∶砷＝0.5∶1.0∶1及0.5∶1.3∶1，其余均相同，处理后土壤中各污染因子含量见表7。

表7 修复后各污染因子含量

其中，三价铁盐比例较低时(1.0倍)，处理后砷含量超标，而三价铁盐含量较高时(1.3倍)，处理后砷含量无明显降低，而只是原料添加的单纯增加，造成资源的不必要浪费和增加工程量，不作推荐。

实施例3

某砷冶炼废渣土混合物，污染因子为砷，各因子含量见表8。

表8 各污染因子含量

污染因子	砷
		含量(mg/kg)	10763

按照实施例1具体实施，取土壤风干、破碎、过筛(10目)，然后加入H₂O₂进行氧化处理，之后进入淋洗系统，配制磷酸氢钠和氢氧化钠溶液，pH＝10.0，与预处理后土壤充分混合，依次加入Fe(OH)₃和顺磁性铁酸锰，其中摩尔比顺磁性铁酸盐∶三价铁盐∶砷＝0.6∶1.2∶1，进行混合搅拌，缓慢通过强力磁选设备，实施中进行两级磁选分离。

磁选废渣和废液沉淀废渣统一回收，进行安全处置。该处置量仅为常规稳定化处理的6％，节省了大量土地资源，且处理干净土壤可回填；该处理时间仅需植物修复时间的1/40，具有明显优势。

处理后土壤中各污染因子含量见表9。

表9 修复后各污染因子含量

污染因子	砷
		含量(mg/kg)	23

按照上述流程，其中摩尔比顺磁性铁酸盐∶三价铁盐∶砷＝0.4∶1.2∶1及0.7∶1.2∶1，其余均相同，处理后土壤中各污染因子含量见表10。

表10 修复后各污染因子含量

其中，顺磁性铁酸盐比例较低时(0.4倍)，处理后砷含量超标，而顺磁性铁酸盐含量较高时(0.7倍)，处理后砷含量变化不明显，而只是原料添加的单纯增加，造成资源的不必要浪费和增加回收工程量，不作推荐。

Claims

1.一种利用磁分离修复砷污染土壤的淋洗方法，其特征在于：将待处理受污染土壤进行预处理后，进入淋洗系统，依次加入配制好的淋洗液和辅助剂，经过充分混合淋洗后，以翻搅模式通过强力磁选设备，砷污染物被磁选分离，剩余土壤和淋洗液采用固液分离，干净土壤直接回填或它用，淋洗废液进行混凝沉淀后回用制备淋洗液，沉淀废渣与磁选废渣一并进行后续处置。

2.如权利要求1所述的一种利用磁分离修复砷污染土壤的淋洗方法，其特征在于，所述预处理包括破碎、筛分、氧化工艺步骤。

3.如权利要求1所述的一种利用磁分离修复砷污染土壤的淋洗方法，其特征在于，所述淋洗液由磷酸氢盐和氢氧化钠配制，配制液pH为9.0～10之间。

4.如权利要求1所述的一种利用磁分离修复砷污染土壤的淋洗方法，其特征在于，所述辅助剂由顺磁性铁酸盐和三价铁盐组成，添加量摩尔比例为顺磁性铁酸盐∶三价铁盐∶砷＝0.5～0.6∶1.1～1.2∶1。