CN104889150B - 重金属污染土壤的化学淋洗修复工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及重金属污染，提供一种重金属污染土壤的化学淋洗修复工艺，包括以下工艺步骤：破碎、搅拌、筛分、淋洗、旋流分离以及化学沉淀。在本发明的工艺步骤中，破碎后土壤中需要混入酸性水，其可保证土壤处于湿润状态，避免在后续筛分时出现较多的扬尘，以使得含有较高浓度重金属的细粒土壤均能够透过筛孔进行下一步的淋洗步骤，而在经过筛分与淋洗后，泥水混合物中土壤颗粒尺寸非常小，旋流分离步骤可采用旋流器，使其具有较好的分离效果；整个工艺简单易行，耗时短，经济可行，可用于污染场地内的原地异位修复，也可用于污染土壤的修复基地，同时能对多个污染场地的土壤进行修复处理。

Description

重金属污染土壤的化学淋洗修复工艺

技术领域

本发明涉及重金属污染，尤其涉及一种重金属污染土壤的化学淋洗修复工艺。

背景技术

近年来，随着我国产业结构的调整及城市化进程的加快，许多工业企业先后搬迁出城区，涉及到的行业有化工、冶金、石油、轻工等。这些企业搬迁关闭后，遗留下的场地往往具有较高开发利用价值，然而这些场地大多残留着重金属、农药、挥发性和持久性的有机物等污染物，存在潜在的生态环境风险和人体健康风险，严重制约了城市的建设和社会的可持续发展，尤其对土地资源的再开发利用产生了巨大的压力。因此，对这些污染场地进行修复显得十分迫切和必要。

目前，针对重金属污染土壤的修复治理方法有固化稳定化、电动修复、植物修复、微生物修复等方法。然而这些方法均存在着一些问题：比如固化稳定化法是将重金属固定在土壤中，虽然降低其环境风险，但其只是将污染物的危害暂时降低，并未将污染物从土壤中彻底去除；植物修复和微生物修复的方法虽能够将污染物从土壤中彻底去除，但是由于反应速度慢，修复周期长，短则几年，长则上十年，另外这两种方法均具有较强的选择性，对于复合污染土壤效果不佳；而采用电动修复等则产生有较高的修复成本，经济效益较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种重金属污染土壤的化学淋洗修复工艺，旨在用于解决现有的重金属污染修复工艺效率较低的问题。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种重金属污染土壤的化学淋洗修复工艺，包括以下工艺步骤：

破碎：将重金属污染土壤进行破碎处理，同时剔除土壤中含有的大尺寸块状物；

搅拌：将上述破碎后的土壤置于搅拌器内，且向所述搅拌器内导入酸性水，通过所述搅拌器搅混土壤与酸性水形成泥水混合物；

筛分：将泥水混合物通过第一过滤筛进行筛分，同时采用酸性水冲刷所述第一过滤筛筛面，将筛分后所述第一过滤筛筛面上的土壤进行堆积检测；

淋洗：将所述第一过滤筛筛面下的泥水混合物导入淋洗反应器中，且向所述淋洗反应器内加入淋洗剂，搅拌混合所述淋洗剂与泥水混合物；

旋流分离：将淋洗后的混合物导入旋流器内进行粒径分离，且将大于分离尺寸的土壤颗粒堆积检测，同时收集小于分离尺寸的土壤颗粒；

化学沉淀：调节混合溶液pH值至碱性，且向混合溶液中添加硫化物并与重金属离子反应形成沉淀并最终形成污泥，且将污泥再次脱水后收集处理。

进一步地，在搅拌步骤与筛分步骤之间增设初筛步骤，将搅拌混合的泥水混合物通过第二过滤筛进行初筛，同时采用酸性水冲刷所述第二过滤筛筛面，将筛分后所述第二过滤筛筛面上的土壤进行堆积检测，所述第二过滤筛筛面下的泥水混合物导至所述第一过滤筛的筛面上，所述第二过滤筛筛孔的直径大于所述第一过滤筛筛孔的直径。

具体地，所述淋洗剂为包含盐酸、柠檬酸以及柠檬酸钠的混合试剂，且所述淋洗剂的pH值为1-2。

具体地，在搅拌步骤中，酸性水与土壤之间的质量比值为4-5。

具体地，所述第一过滤筛筛孔的直径为0.8-1.2mm。

具体地，采用破碎机对重金属污染土壤进行破碎，且同时筛出大尺寸块状物。

进一步地，在化学沉淀步骤中，在重金属离子与硫离子形成沉淀后，还须向混合溶液中投入混凝剂，用于沉淀混合溶液中的悬浮物，同时形成位于上方的清液以及位于下方的污泥，污泥则再次脱水后收集处理。

具体地，所述混凝剂为PAM，调节清液的pH值至酸性，且将其回收利用至搅拌步骤中的所述搅拌器内。

具体地，在化学沉淀步骤中，调节混合溶液pH值至碱性时，pH值为11-12。

进一步地，对筛分后且检测不合格的土壤，再次进行搅拌步骤以及筛分步骤。

本发明具有以下有益效果：

本发明的修复工艺中，由于重金属绝大部分都附着于细粒土壤中，对此将重金属污染土壤进行破碎，且通过筛分的方法筛选出较大尺寸的土壤颗粒，其重金属含量较低，仅通过清水冲洗即可使其达标，而对透过筛孔的细粒土壤颗粒则采用淋洗的方法将土壤中的重金属转移至液体中，然后采用化学沉淀的方法将混合溶液中的重金属沉淀形成污泥，最后将该污泥脱水后收集处理。在上述工艺中，破碎后的土壤中需要混入酸性水，其可以使得土壤处于湿润状态，有效避免在后续筛分的时候出现较多的扬尘，以使得含有较高浓度重金属的细粒土壤均能够透过筛孔进行下一步的淋洗步骤，而且由于在上述筛分步骤中，筛选后的土壤颗粒尺寸均非常小，对此在淋洗后可采用旋流器对泥水混合物再次进行粒径分离，并基本能够使得土壤由液体中分离出来，分离效果好，进一步地在上述工艺过程中，均采用联动的方式进行，即重金属污染土壤依次进行破碎、搅拌、筛分、淋洗、旋流分离以及沉淀步骤，不但修复周期比较短，同时修复效果非常好，从而达到较高的修复效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的工艺流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

参见图1，本发明实施例提供一种重金属污染土壤的化学淋洗修复工艺，主要用于脱离出被重金属污染土壤中的重金属，具体为被Cr、Cd、Pb、Zn等重金属污染的土壤，以使土壤质量符合相关标准，具体包括以下工艺步骤：

破碎：收集被重金属污染后的土壤，并对该土壤进行破碎处理，同时在该过程中可以剔除土壤中含有的大尺寸块状物。在实际中，重金属大多数都附着于尺寸较小的土壤颗粒上，而对于大尺寸的块状物其重金属含量远低于细粒土壤颗粒，对此在对土壤进行破碎时，可以将土壤中含有的石块或者混凝土块等进行剔除，从而可以有效提高整个修复工艺的效率。具体可采用破碎机等打碎土壤，即在破碎机内设置有若干齿轮，通过尺寸的旋转切割与其接触的土壤，同时在破碎机上设置筛分结构，经过切割破碎后的土壤可以直接由破碎机中排出，而对于大尺寸的石块或者混凝土块等由于难以切割，且尺寸较大均被筛选分离。

搅拌：在将破碎后的土壤，具体为经过破碎机筛选后的土壤导入搅拌器内，同时向搅拌器内导入酸性水，即向搅拌器内导入pH值偏酸性的清水，当然该酸性水为稍微偏酸性即可，通过搅拌器搅混土壤与酸性水，使得两者之间充分接触，进而生成泥水混合物。通常在搅混酸性水与土壤生成泥水混合物时，酸性水与土壤之间的质量比值为4-5之间，即酸性水的质量是土壤质量的4-5倍，在搅拌器的作用下，通过这种配比可以使得土壤能够与酸性水之间具有较充分的接触，具体为在注入酸性水后，搅拌器可以15～20r/min的速度搅拌3min。对于整个搅拌动作中，其可以使得干燥的土壤比较湿润，避免出现过多的扬尘，而扬尘中通常则携带有较多的重金属，不但影响周围环境质量，而且造成重金属含量较高的细粒土壤没有进行后续的淋洗步骤，降低修复效果，同时通过酸性水还可以使得泥水混合物整体偏酸性，利于后续步骤进行，具体为可使得在淋洗步骤中淋洗剂具有较好的酸性环境。

筛分：对于筛分步骤，则是将形成的泥水混合物通过一第一过滤筛进行筛分，且在筛分的过程中还采用酸性水冲刷第一过滤筛的筛面，而将最终存于第一过滤筛筛面上的土壤进行堆积并检测。由于在土壤中，尺寸较小的土壤颗粒其重金属较高，对此通过第一过滤筛的筛选，穿过第一过滤筛筛孔的小尺寸土壤颗粒进入下一步工艺步骤，而对于筛面上的大尺寸土壤颗粒由于其上携带的重金属非常少，则可收集后进行堆积，当然还需要对其进行检测并评价是否合格。通常土壤中的重金属绝大部分都聚集吸附在粒径小于0.75mm的小颗粒土壤中，对此第一过滤筛的筛孔尺寸可为0.8-1.2mm，优选地为1mm左右，即携带有绝大数重金属的土壤颗粒均会穿过第一过滤筛的筛孔，从而可以有效保证整个工艺的修复效果。对于第一过滤筛可采用滚筒筛，将泥水混合物导入滚筒筛内，其通过沿轴线翻转的形式过滤土壤颗粒，而由于在筛选的过程中筛面上通常附着有一定量的尺寸较小的土壤颗粒，对此在其翻转的过程中，还可以注入酸性水冲刷筛面，以保证其筛分效果，同时还可以避免土壤颗粒堵塞第一过滤筛的筛孔，另外对于大尺寸土壤颗粒还可以通过这种冲刷作用清除表面附着的重金属，从而使得在检测堆积的土壤颗粒时具有较高的合格率。

淋洗：在上述步骤中，第一过滤筛筛面上的土壤颗粒进行堆积检测，而对于第一过滤筛筛面下的泥水混合物则应导入一淋洗反应器中，同时还向淋洗反应器中加入一定量的淋洗剂，持续搅拌10min后，使得淋洗剂与泥水混合物充分搅匀。在本步骤中，通过淋洗剂与泥水混合物中的重金属在酸性环境中反应以生成易溶于水的重金属离子，且在淋洗剂的冲刷作用下均由土壤颗粒中脱离，对于淋洗剂可选用主要成分为盐酸、柠檬酸以及柠檬酸钠的混合试剂，且其pH值为1-2之间，通过三种成分对重金属较强的提取特性，使得土壤颗粒上的重金属均转移至混合溶液中。

旋流分离：在淋洗后，土壤颗粒上的重金属转移至混合溶液中，对此采用旋流分离的方式再次进行粒径分离，其中将分离出的大尺寸土壤颗粒进行堆积检测，同时还收集小尺寸土壤颗粒以及混合溶液。在本发明中，由于筛分步骤中第一过滤筛的筛孔直径较小，从而使得在本步骤中分离的土壤颗粒尺寸则均比较小，对此在进行旋流分离时，则可采用水力旋流器进行旋流分离，即将淋洗后的泥水混合物采用通过泥浆泵输送至旋流器，在旋流器的旋转作用使得混合溶液中的固态颗粒因尺寸以及质量的不同做不同的离心运动，进而实现不同尺寸土壤颗粒的旋流分离，具体为旋流器的分级粒径设置为50μm，泥水混合物中大于50μm的土壤颗粒从旋流器沉砂口落下，作为净土进行堆积检测，而小于50μm的土壤同混合液体一同从旋流器的溢流口溢出，分离效果比较好。

化学沉淀：收集由旋流器的溢流口溢出的混合溶液，并调节混合溶液的pH值至碱性，通常pH值为11-12，同时还向混合溶液中添加有一定量的硫化物，硫化物可与混合溶液中的重金属离子反应生成不易溶于水的重金属硫化物沉淀，最终形成污泥堆积，此时位于下方的为含有重金属的污泥，而上方的溶液则为碱性混合溶液，可将污泥进行脱水后收集，并送至具有资质的公司进行相关处理。在本步骤中，通过化学沉淀的方式使得重金属离子由混合溶液中分离，对于硫化物可为Na₂S溶液，使水中的重金属离子与Na₂S形成沉淀。在上述化学沉淀过程中还可增设混凝沉淀步骤，即在混合溶液中还可以继续添加混凝剂，由于在进行化学沉淀的过程中混合溶液还可能存有大量的悬浮物，通过混凝沉淀则可使其团聚成大颗粒絮状物并最终形成沉淀。对于混凝剂可采用PAM(聚丙烯酰胺)，当然也可采用其它成分的混凝剂，用搅拌装置在其内进行充分搅拌，PAM与混合溶液中的悬浮物发生混凝沉淀反应形成絮体，静置一段时间絮体沉入池底也形成污泥，对此位于污泥上方形成有清液，此时可抽取上方的清液同时调节其pH值至酸性，具体pH值可为5-6，然后将其导至搅拌步骤中的搅拌器内作为酸性水使用，即在本发明的工艺步骤中沉淀获取的清液可进行有效的回收利用，而收集的污泥则脱水后进行其它外送处理。

在上述整个工艺步骤中，对于筛分步骤，第一过滤筛的筛孔口径在0.8-1.2mm，其比较接近携带有大量重金属的土壤颗粒尺寸，即筛分步骤中的第一过滤筛为细筛，对此可在筛分步骤与搅拌步骤之间增设有初筛步骤，即将搅拌混合后的泥水混合物通过一第二过滤筛进行初筛，且在筛选的过程中也采用酸性水冲刷第二过滤筛的筛面，而在筛选结束后将第二过滤筛筛面上的土壤进行堆积检测，而将第二过滤筛筛面下的泥水混合物导至第一过滤筛的筛面上。在初筛步骤中，第二过滤筛可以选用直线振动筛进行筛分，即以振动的方式使得筛面上的泥水混合物穿过筛孔，当然第二过滤筛的筛孔直径应大于第一过滤筛的筛孔直径，具体为大约10mm左右，比如8-12mm。在筛分之前增设初筛步骤，其可以形成分级筛选的效果，从而可以提高筛分精度，避免破碎搅拌后的土壤中还存在有较多的大颗粒直接封堵第一过滤筛的筛孔，大大降低整个修复工艺的工作效率，在本发明实施例中，第一过滤筛与第二过滤筛的下方均可设置有锥形的出料口，从而方便对筛面下方泥水混合物的收集。对于在初筛步骤、筛分步骤以及旋流分离步骤中堆积的土壤，在经过检测后一般情况下其均符合相关标准，可将其用于回填，也可用作路基等，实现了污染土壤的资源化利用，具有良好的环保效益和社会效益，而当存在检测不合格后，若其没有透过第一过滤筛的筛孔则将其重新置于搅拌器内进行搅拌，然后进行初筛以及筛分步骤，而其透过第一过滤筛的筛孔，则可将该土壤颗粒置于淋洗反应器中进行淋洗，然后依次进行旋流分离以及沉淀等，从而保证整个工艺具有非常好的修复效果。

综上所述，本发明的工艺步骤，在破碎步骤中剔除大尺寸块状物，同时在初筛以及筛分步骤中通过过滤筛过滤分离，最后在旋流分离步骤中则采用旋流器粒径分离，即通过各种不同的工艺方式对重金属污染的土壤颗粒按照大小尺寸进行逐步分离，进而筛选出携带有大量重金属的细粒土壤颗粒，大大提高土壤的修复效率。本发明实施例提供的修复工艺简单易行，适用广泛，反应迅速，耗时短，经济可行，可用于污染场地内的原地异位修复，也可用于污染土壤的修复基地，同时能够对多个污染场地的土壤进行修复处理。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种重金属污染土壤的化学淋洗修复工艺，其特征在于：包括以下工艺步骤：

破碎：将重金属污染土壤进行破碎处理，同时剔除土壤中含有的大尺寸块状物，采用破碎机对重金属污染土壤进行破碎，且同时筛出大尺寸块状物；

搅拌：将上述破碎后的土壤置于搅拌器内，且向所述搅拌器内导入酸性水，通过所述搅拌器搅混土壤与酸性水形成泥水混合物；

筛分：将泥水混合物通过第一过滤筛进行筛分，同时采用酸性水冲刷所述第一过滤筛筛面，将筛分后所述第一过滤筛筛面上的土壤进行堆积检测；

淋洗：将所述第一过滤筛筛面下的泥水混合物导入淋洗反应器中，且向所述淋洗反应器内加入淋洗剂，搅拌混合所述淋洗剂与泥水混合物，所述淋洗剂为包含盐酸、柠檬酸以及柠檬酸钠的混合试剂，且所述淋洗剂的pH值为1-2；

旋流分离：将淋洗后的混合物导入旋流器内进行粒径分离，且将大于分离尺寸的土壤颗粒堆积检测，同时收集小于分离尺寸的土壤颗粒；

化学沉淀：调节混合溶液pH值至碱性，且向混合溶液中添加硫化物并与重金属离子反应形成沉淀并最终形成污泥，在重金属离子与硫离子形成沉淀后，还须向混合溶液中投入混凝剂，用于沉淀混合溶液中的悬浮物，同时形成位于上方的清液以及位于下方的污泥，且将污泥再次脱水后收集处理，所述混凝剂为PAM，调节清液的pH值至酸性，且将其回收利用至搅拌步骤中的所述搅拌器内。

2.如权利要求1所述的重金属污染土壤的化学淋洗修复工艺，其特征在于：在搅拌步骤与筛分步骤之间增设初筛步骤，将搅拌混合的泥水混合物通过第二过滤筛进行初筛，同时采用酸性水冲刷所述第二过滤筛筛面，将筛分后所述第二过滤筛筛面上的土壤进行堆积检测，所述第二过滤筛筛面下的泥水混合物导至所述第一过滤筛的筛面上，所述第二过滤筛筛孔的直径大于所述第一过滤筛筛孔的直径。

3.如权利要求1所述的重金属污染土壤的化学淋洗修复工艺，其特征在于：在搅拌步骤中，酸性水与土壤之间的质量比值为4-5。

4.如权利要求1所述的重金属污染土壤的化学淋洗修复工艺，其特征在于：所述第一过滤筛筛孔的直径为0.8-1.2mm。

5.如权利要求1所述的重金属污染土壤的化学淋洗修复工艺，其特征在于：在化学沉淀步骤中，调节混合溶液pH值至碱性时，pH值为11-12。

6.如权利要求1所述的重金属污染土壤的化学淋洗修复工艺，其特征在于：对筛分后且检测不合格的土壤，再次进行搅拌步骤以及筛分步骤。