CN104889149A - 一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺 - Google Patents

一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺 Download PDF

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本发明公开了一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺,其修复过程包括:污染土壤经磁力分选提取并回收目标金属;非磁性组分初破碎后振动筛分成三级,石块石砾经清水冲洗后直接用作建筑材料,筛分所得的粗、细颗粒土壤分别进入二级淋洗搅拌设备进行洗涤;清洗后产生的泥浆经两级水力旋分装置进行固液分离,淋洗废液经净化及再生后回用;污泥脱水处理后通过添加固化/稳定化剂等修复材料对其安全处置,处理后土壤颗粒可回填,也可用作路基、建筑材料等。本发明工艺基于不同粒径土壤砷和重金属含量差异大的特点,开展分粒径土壤淋洗处理,具有修复成本低、处理效率高、节约能耗等优点,为土壤重金属污染治理提供新方法且有广阔的应用前景。

Description

一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺
技术领域
[0001] 本发明涉及环境保护领域,特别是涉及土壤重金属污染修复领域。
背景技术
[0002] 随着工业的发展及城市化进程的推进,采矿、电镀、冶炼、煤炭燃烧等人类活动致使土壤重金属污染成为当今危害最严重、分布最广泛的主要环境问题之一,并引起世界各国的广泛关注。土壤重金属污染具有污染范围广、污染隐蔽性持续时间长、不可逆性等特点,能够通过食物链传递并富集,对人体健康造成极大的威胁,重金属污染土壤的修复及治理刻不容缓。
[0003] 经过数十年的发展,国际已发展多种重金属污染土壤修复技术,主要分为物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术,包括填埋法、化学淋洗、固化/稳定化技术、电化学修复、植物修复、玻璃化法等。化学淋洗是一种通过添加水或淋洗修复制剂将污染物从固相转移至液相中去,从而达到清洁土壤的目的。土壤淋洗法按处理土壤的位置可以分为原位土壤淋洗技术和异位土壤淋洗技术两类,原位淋洗技术对于均质、水力传导系数大于10_3cm/s的多孔隙、渗透性土壤中污染物具有较高的分离与去除效率,但修复过程中无法控制淋洗液流动方向,易破坏土壤结构,造成地下水污染。异位淋洗技术是将污染土壤挖掘后,用水或淋洗剂清洗去除土壤中污染物,再处理含有污染物的淋洗废液,处理后的清洁土壤则直接回填。异位化学淋洗具有适用性高、对污染物浓度不敏感、操作简单、规范性强、修复周期短、修复成本低等特点,已成为重金属污染土壤修复领域的研宄热点之一,具有广泛的应用前景和巨大的实用价值。
[0004] 土壤中重金属的迀移转化规律及其生物有效性主要受到土壤颗粒大小及其组成影响。相比于大粒径土壤,小粒径土壤颗粒比表面积大,且往往含有粘土矿物、土壤有机质及铁氧化物、锰氧化物等吸附载体,因此更易富集重金属元素。然而化学淋洗适用条件为有机质含量较低的粗颗粒土壤的洗涤,通常情况下对粉粘粒土壤中重金属的去除效果不甚理想,因此土壤细颗粒的分离及细粒土壤中重金属的洗脱是现今的研宄热点之一。物理筛分技术能够将污染物富集到更小体积的介质中,常作为土壤预处理手段与其他修复技术联用用以降低污染土壤的处理量。
[0005]目前,我国学者对淋洗技术的研宄多集中于淋洗剂的筛选、多元淋洗剂复配及全粒径污染土壤淋洗条件优化等方面,且多停留于实验室研宄阶段,而将筛分技术与化学淋洗联合修复不同粒径重金属污染土壤的研宄鲜有报道,关于不同粒径土壤颗粒淋洗修复效果及其影响因素的研宄尚未涉及,砷及重金属共存的复合污染土壤淋洗修复集成工艺体系的建立仍然缺失。
发明内容
[0006] 为了克服上述现有技术的不足,本发明提供了一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺,可针对不同粒径土壤颗粒开展土壤淋洗修复,同时解决了淋洗液回收、再生及循环利用的难题。
[0007] 为了解决以上技术问题,本发明所采用的技术方案是:提供了一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺,具体包括以下步骤:
[0008] (I)磁力分选:经挖掘、破碎后的土壤投放至干式磁选机中,根据磁化率的不同提取并回收含磁性的目标金属;
[0009] (2)动力筛分:磁力分选后剩余土壤直接送入多级高频振动筛,筛分成石块石砾、粗颗粒土壤、细颗粒土壤三个粒级;
[0010] (3)清水冲洗:筛分得到的石块石砾上附着的污染物含量较少,经清水冲洗后直接作为建筑材料使用;
[0011] (4)粗粒土壤淋洗:粒径较大的土壤粗颗粒投放至一级淋洗搅拌设备中,通过电机带动搅拌桨对土壤颗粒与淋洗液进行机械搅拌,使其充分混合并反应;
[0012] (5)细粒土壤淋洗:粒径较小的土壤细颗粒进入二级淋洗搅拌设备,洗涤过程如步骤⑷所述;
[0013] (6)固液分离:淋洗搅拌处理后的泥浆经泥浆泵抽提至多级旋分装置进行固液分离;
[0014] (7)废液处理:经水力旋流器溢流出得到淋洗废液依次通过混凝池、沉淀池、砂滤池,对其进行絮凝沉淀及杂质滤除处理,后经由活性炭吸附柱净化后置于贮存池中储存待用;
[0015] (8)淋洗剂再生:在淋洗剂调节槽内调节处理后的淋洗剂浓度、pH等主要参数进行淋洗剂再生并回用;
[0016] (9)污泥处置:经水力旋流器沉砂得到的泥浆经由泥浆泵抽提至泥水分离装置进行脱水处理,并通过添加稳定化剂对土壤中的重金属进行固定。
[0017] 进一步地,所述步骤(I)中提取并回收的目标金属为锌、镍、铁、锰或者贵重金属中的一种或几种。
[0018] 进一步地,所述步骤(2)中多级高频振动筛将污染土壤筛分成三级,一级筛网去除大于2mm的石块石砾直接进入清水冲洗桶,二级筛网去除0.25-2mm的粗颗粒土壤,二级筛网筛下物为小于0.25mm的洗颗粒土壤,0.25_2mm及小于0.25mm的土壤颗粒分别进入步骤(4)和(5)中洗涤,根据不同粒径土壤颗粒最佳淋洗方式开展土壤淋洗修复。
[0019] 进一步地,所述步骤(4)淋洗搅拌设备中淋洗剂与污染土壤的液固比为4-10:1。
[0020] 进一步地,所述步骤(4)、(5)中的淋洗搅拌设备中设有搅拌桨,由电机控制其转速及时间,具体地,搅拌桨转速为30-45rmp,搅拌时间为30_40min,淋洗设备中淋洗温度、搅拌速率及淋洗时间等参数均可调节,有利于淋洗工艺的调整。
[0021] 进一步地,所述步骤(7)中经泥水分离出的淋洗废液进入混凝池,通过搅拌装置及池底曝气装置使反应更加充分,再进入沉淀池中沉淀30min左右后自上而下排至砂滤池去除杂质,处理后的液体以自流式方式经过活性炭吸附柱进行二次处理。
[0022] 进一步地,所述步骤(8)中调节淋洗液pH的试剂选用盐酸或氢氧化钠溶液。
[0023] 本发明与现有技术相比的优点在于:本发明针对重金属污染场地不同粒径土壤的修复治理,具有操作简单、易于实现、可控性强、适用范围广、处理效率高、资源节约等特点,同时解决了淋洗液再生及循环利用的难题,且提取及回收的土壤重金属可供后续资源化利用,可用于污染场地土壤的工程修复。
附图说明
[0024] 图1为本发明一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺流程图;
[0025] 图2为处理后土壤中重金属的去除效率。
具体实施方式
[0026] 如图1所示为本发明的工艺流程图,下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详述。
[0027] 本实施例一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺包括如下步骤:
[0028] (I)磁力分选:经挖掘、破碎后的土壤投放至干式磁选机中,根据磁化率的不同提取并回收含磁性的目标金属,进一步地,提取并回收的目标金属为锌、镍、铁、锰或者贵重金属中的一种或几种;
[0029] (2)动力筛分:磁力分选后剩余土壤直接送入多级高频振动筛,筛分成石块石石乐、粗颗粒土壤、细颗粒土壤三个粒级,进一步地,筛分的三个粒径土壤分别为大于2mm,
0.25-2mm及小于0.25mm,相应的,两级筛网分别为10目和60目;
[0030] (3)清水冲洗:筛分得到的石块石砾直接用清水冲洗,洗后可直接作为建筑材料使用,进一步地,冲洗水直接排入步骤(7)中的混凝池中;
[0031] (4)粗粒土壤淋洗:粒径较大(0.25-2mm)的土壤粗颗粒投放至一级淋洗搅拌设备中,通过电机带动搅拌桨对土壤颗粒与淋洗液进行机械搅拌,使其充分混合并反应,进一步地,本步骤所添加的淋洗剂为2M的盐酸与质量分数为I %鼠李糖脂混合溶液,淋洗液与污染土壤的液固比为4-10:1,搅拌桨转速为30-45rmp,搅拌时间为30_40min ;
[0032] (5)细粒土壤淋洗:粒径较小(〈0.25mm)的土壤细颗粒进入二级淋洗搅拌设备,洗涤过程如步骤(4)所述;
[0033] (6)固液分离:淋洗搅拌处理后的泥浆经泥浆泵抽提至多级旋分装置进行固液分离,进一步地,多级旋分装置为2级串联水力旋流器组,溢流出的液体进入步骤(7)进行废液处理,沉砂得到的泥浆进入步骤(9);
[0034] (7)废液处理:经水力旋流器溢流出得到淋洗废液依次通过混凝池、沉淀池、砂滤池,对其进行絮凝沉淀及杂质滤除处理,后经由活性炭吸附柱净化后置于贮存池中储存待用,进一步地,混凝池设有搅拌装置及曝气装置使反应更加充分,排出的废液在沉淀池中停留时间为30min左右,砂滤池内铺有石英砂,废液自上而下流入用以去除杂质,处理后的淋洗液以自流式方式经过活性炭吸附柱进行二次处理;
[0035] (8)淋洗剂再生:在淋洗剂调节槽内调节处理后的淋洗剂浓度、pH等主要参数进行淋洗液再生并回用,进一步地,调节淋洗剂PH的试剂选用盐酸或氢氧化钠溶液;
[0036] (9)污泥处置:经水力旋流器沉砂得到的泥浆经由泥浆泵抽提至泥水分离装置进行脱水处理,并通过添加稳定化剂对土壤中的重金属进行固定。
[0037] 下面结合附图对本发明的实施方式作详细描述。
[0038] 污染土壤为重金属复合污染土壤,经检测,土壤中铅、镉、锌、铜、砷的含量分别为3696mg/kg、235mg/kg、9253mg/kg、1221mg/kg和 556mg/kg。
[0039] 本实施例一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺步骤如下:
[0040] (I)污染土壤经采集后首先进行初级破碎使大块的土块分散;
[0041] (2)破碎后的土壤进入干式磁选机分离并收集污染土壤中带磁性的目标金属;
[0042] (3)磁力分选后剩余土壤首先通过1mm直线筛,>10mm的石块石砾经清水冲洗后直接填埋或安全利用;
[0043] (4)直径1mm以下土壤直接送入三级高频振动筛,筛分成粗颗粒土壤、中颗粒土壤、细颗粒土壤三个粒级,筛分的三个粒径土壤分别为2_10mm、0.l_2mm及小于0.1mm,相应的,两级筛网分别为10目和140目;
[0044] (5)筛分得到的三级土壤颗粒分别进入不同的淋洗搅拌单元进行洗涤。本步骤所添加的淋洗剂为盐酸与质量分数为I %鼠李糖脂的混合溶液(pH值为2),淋洗液与污染土壤的液固比为10:1,淋洗搅拌速度为30rmp,搅拌时间为30min,根据污染土壤洗涤情况确定淋洗次数,本实例中三级土壤淋洗次数为3次;
[0045] (6)淋洗搅拌处理后的泥浆经泥浆泵抽提至多级旋分装置进行固液分离,多级旋分装置为2级串联水力旋流器组,溢流出的液体进入步骤(7)进行废液处理,沉砂得到的泥浆进入步骤(9);
[0046] (7)经水力旋流器溢流出得到淋洗废液经混凝池进行充分混合后进入沉淀池,沉淀剂采用1.0g/L的氧化钙进行处理,沉淀时间为30min ;
[0047] (8)处理后的淋洗废液在淋洗剂调节槽内进行浓度、pH等主要参数的调节,用于后续污染土壤的淋洗,调节淋洗液pH所用试剂选用盐酸或氢氧化钠溶液;
[0048] (9)经水力旋流器沉砂得到的泥浆经由泥浆泵抽提至泥水分离装置进行脱水处理,并通过添加稳定化剂对土壤中的重金属进行固定。
[0049] 利用本发明修复重金属复合污染土壤及淋洗废液,结果表明:
[0050] (I)通过3次淋洗,不同粒径土壤颗粒中重金属浓度显著下降,各粒径土壤中铅、镉、锌、铜、砷的去除效率如图2所示,其中,2-10mm 土壤颗粒,Pb、Cd、Zn、Cu、As的去除效率分别为 64.34%,78.14%,63.31%,41.71%和 48.40% ;0.l_2mm 土壤颗粒,Pb、Cd、Zn、Cu、As 的去除效率分别为 34.43%,58.09%,43.83%,26.03%和 53.06% ;<0.1mm 土壤颗粒,Pb、Cd、Zn、Cu、As 的去除效率分别为 21.15%,44.29%,29.19%,28.65%和 37.07%。
[0051] (2)添加1.0mg/L氧化钙处理重金属淋洗废液,经30min沉淀后,废液中铅、镉、锌、铜、砷的去除效率分别为95.0%,90.1%,86.4%,36.5%和Ί2.0%。
[0052] 凡上述实施例外,本发明还有其他实施例。凡采用等同替换或等效变换设计的技术方案,均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺,其特征在于修复工艺步骤如下: (1)磁力分选:经挖掘、破碎后的土壤投放至干式磁选机中,根据磁化率的不同提取并回收含磁性的目标金属; (2)动力筛分:磁力分选后剩余土壤直接送入多级高频振动筛,筛分成>2mm的石块石石乐、0.25-2mm的粗颗粒土壤、〈0.25mm的细颗粒土壤三个粒级; (3)清水冲洗:筛分得到的石块石砾上附着的污染物含量较少,经清水冲洗后直接作为建筑材料使用; (4)粗粒土壤淋洗:0.25-2mm的土壤粗颗粒投放至一级淋洗搅拌设备中,通过电机带动搅拌桨对土壤颗粒与淋洗液进行机械搅拌,使其充分混合并反应; (5)细粒土壤淋洗:〈0.25mm的土壤细颗粒进入二级淋洗搅拌设备,洗涤过程如步骤(4)所述; (6)固液分离:淋洗搅拌处理后的泥浆经泥浆泵抽提至多级旋分装置进行固液分离;(7)废液处理:经水力旋流器溢流出得到淋洗废液依次通过混凝池、沉淀池、砂滤池,对其进行絮凝沉淀及杂质滤除处理,后经由活性炭吸附柱净化后置于贮存池中储存待用; (8)淋洗剂再生:在淋洗剂调节槽内调节处理后的淋洗液的主要参数,包括淋洗液浓度、PH、温度,并进行淋洗液再生并回用; (9)污泥处置:经水力旋流器沉砂得到的泥浆经由泥浆泵抽提至泥水分离装置进行脱水处理,并通过添加稳定化剂对土壤中的重金属进行固定。
2.根据权利要求1所述的一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺,其特征在于:所述步骤(I)中提取并回收的含磁性的目标金属为锌、镍、铁、锰或者贵重金属。
3.根据权利要求1所述的一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺,其特征在于:所述步骤(2)中多级高频振动筛将污染土壤筛分成三级,一级筛网去除>2mm的石块石砾直接进入清水冲洗桶,二级筛网去除0.25-2mm的粗颗粒土壤,二级筛网筛下物为小于0.25mm的洗颗粒土壤,0.25_2mm及〈0.25mm的土壤颗粒分别进入步骤(4)和(5)中洗涤。
4.根据权利要求1所述的一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺,其特征在于:所述步骤(4)淋洗搅拌设备中淋洗剂与污染土壤的液固比为4-10:1。
5.根据权利要求1所述的一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺,其特征在于:所述步骤(4)、(5)中的淋洗搅拌设备中设有搅拌桨,由电机控制其转速及时间,具体地,搅拌桨转速为30-45rmp,搅拌时间为30_40min。
6.根据权利要求1所述的一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺,其特征在于:所述步骤(7)中经泥水分离出的废液进入混凝池,通过搅拌装置及池底曝气装置使反应更加充分,再进入沉淀池中沉淀30min左右后自上而下排至砂滤池去除杂质,处理后的液体以自流式方式经过活性炭吸附柱进行二次处理。
7.根据权利要求1所述的一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺,其特征在于:经吸附柱过滤后的浸滤液采用自流式流动方式进入贮存池中暂存,所述步骤(8)中调节淋洗液pH的试剂选用盐酸或氢氧化钠溶液。
8.根据权利要求1所述的一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺,其特征在于:水力旋流器沉砂口排出的污泥及沉淀池底部污泥通过板框压滤机进行泥水分离,压滤出的液体循环进入权利要求1所述步骤(7)废液处理,压滤后的土壤进入所述步骤(8)进行固化稳定化处理,处理后土壤可安全再利用。
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