CN104984986B - 一种治理土壤重金属污染净化系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种治理土壤重金属污染净化系统。该系统包括筛网可换滚筒筛、水力旋流器、淋洗搅拌罐、反应池、沉淀池、调节池反应区、调节池储存区和板框压滤机；所述筛网可换滚筒筛、水力旋流器、淋洗搅拌罐、反应池、沉淀池、调节池反应区、调节池储存区是顺次连接；所述调节池储存区与淋洗搅拌罐连接；所述反应池和沉淀池分别与板框压滤机连接；所述水力旋流器与筛网可换滚筒筛之间设置回流通道。该系统具有高效、快速、环境友好和易工程化等优点，可显著提高重金属污染土壤的净化效果和工作效率，整个系统无废水排放，达到环境友好的效益，为我国土壤重金属污染修复工程提供了重要的技术及装备，具有显著的社会和环境效益。

Description

一种治理土壤重金属污染净化系统

技术领域

本发明属于土壤重金属污染净化修复技术领域，具体涉及一种治理土壤重金属污染净化系统。

背景技术

目前我国土壤重金属污染日益严重，随着社会的发展，生产管理的不足，废弃物的随意排放已经造成了严重的土壤重金属污染。土壤重金属污染会破坏周围的生态环境，并已经威胁到人类健康。因此，对重金属污染土壤进行净化修复已经成为当下社会民众关注的重大科学问题及民生问题，成为社会各界迫切需要攻坚的任务。

不断有众多的土壤重金属污染修复方法的报道。土壤重金属污染修复方法主要包括固定法（化学淋洗，植物吸收，生物吸附）和电动修复等。在众多的有关土壤重金属污染修复技术的申请专利中，主要表现为新化学淋洗剂的发明、化学淋洗新方法的发明、电动修复新技术的发明，植物新品种的发现、生物新品种的发现等。代表性发明专利有《一种微波辅助化学淋洗修复重金属污染场地土壤的方法》（专利号2013100493540），《一种用于修复重金属污染土壤的复合化学淋洗方法》（专利号2013103026600），《化学淋洗与生物修复相结合修复重金属污染土壤的方面》（专利号2012104542861），《一种土壤重金属污染的植物修复方法》（专利号2004100278333），《一种循环式生物淋洗修复土壤重金属污染的实验装置》（专利号2011202586813），《原位电动治理重金属污染土壤的工程实施结构》（专利号2013203581568）等。上述这些专利主要专注于方法的设计和优化，或新试剂、新品种的开发，一些装置和设备也仅局限于实验室规模，且不是成套系统，距直接应用至土壤重金属污染修复工程实践还有一定的距离。到目前为止，极少有专利介绍可直接应用于土壤重金属污染修复工程实践的成套的技术与装备。所能检索到的涉及土壤重金属污染修复工程实践技术相关的专利主要有《一种处理土壤重金属、有机污染的化学淋洗系统》（专利号2013208927435）。该专利特征在于：包括顺次连接的土壤破碎筛分设备，向上传送带，喷淋系统，向下传送带，泥水分离溢流设备，第一开关阀，自动式可移动筛板，内部桶体，外部桶体，第二开关阀，浸出液输出管道，混凝槽，沉淀槽，缓冲槽，浸出液过滤吸附装置。该专利主要涉及土壤重金属和有机污染一体化修复系统，存在以下不足：（1）应用于仅重金属污染土壤修复时显得系统过于复杂和多余，尤其是针对有机污染去除的活性炭吸附装置；（2）采用的泥水分离溢流设备存在工作效率低下的问题；（3）专利未涉及淋洗液循环使用的设计；（4）对土壤筛分处理缺乏科学设计。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有土壤重金属污染一体化修复系统的不足，提供一种环境友好的快速去除、净化、治理土壤重金属污染的系统，为解决我国土壤重金属污染的修复提供亟需的技术与装备，实现显著的社会效益和环境效益。

本发明的目的是提供一种治理土壤重金属污染净化系统。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

一种治理土壤重金属污染净化系统，包括筛网可换滚筒筛、水力旋流器、淋洗搅拌罐、反应池、沉淀池、调节池反应区、调节池储存区和板框压滤机。

所述筛网可换滚筒筛、水力旋流器、淋洗搅拌罐、反应池、沉淀池、调节池反应区、调节池储存区是顺次连接。

所述调节池储存区与淋洗搅拌罐连接；所述反应池和沉淀池分别与板框压滤机连接。

所述水力旋流器与筛网可换滚筒筛之间设置回流通道。

更进一步地，所述淋洗搅拌罐可以包括若干个重复的淋洗搅拌罐单元。

优选地，所述沉淀池为斜管沉淀池。

作为一种可实施方案，所述淋洗搅拌罐包括两个重复的淋洗搅拌罐。

一种治理土壤重金属污染的净化方法，是利用上述治理土壤重金属污染净化系统完成。

具体地，所述净化方法包括如下步骤：

S1.对待处理的重金属污染土壤中重金属在不同粒径土壤颗粒中的含量分布情况进行分析，根据分析结果确定筛网可换滚筒筛的筛网的筛孔尺寸；然后利用湿式筛分将待处理的重金属污染土壤进行筛分；

S2.筛分后的重金属污染土壤颗粒水溶液经过水力旋流器进行固液分离；

S3.步骤S2得到的固态土壤送入淋洗搅拌罐进行淋洗，淋洗溶剂为EDTA溶液；固液分离后的液体回流到筛网可换滚筒筛（即筛分喷淋系统）进行循环使用；

S4.淋洗完成后，通过重力沉降的作用实现固液分离，得到的固态土壤部分即为处理干净的土壤（经搅拌罐下出口排出）；固液分离后的含重金属离子的EDTA溶液进入反应池（水处理系统），并加入碱性溶液进行化学反应（含重金属离子的EDTA溶液在反应池内发生碱化学反应，金属离子变成固态氢氧化物，从而实现EDTA和重金属离子的分离）。

所述化学反应后的产物进入沉淀池，在沉淀池内，重金属离子氢氧化物进行沉淀；所得沉淀产物进入板框压滤机进行压滤处理，所得沉淀上清液进入调节池反应区中调节pH，调节pH后的EDTA溶液进入调节池储存区，再回流到淋洗搅拌罐中；采用由反应池、沉淀池和调节池组成的废水处理系统，水处理系统中调节池中的EDTA溶液回流到淋洗搅拌罐中循环使用，从而实现整个系统的无废水排放，达到环境友好的效益。

其中，经板框压滤机压滤后的废液进入到反应池进行反应处理（从而实现整个系统的无废水排放）；经板框压滤机压滤后得到的含有重金属离子的固体废物作为危险固废处理。

上述环境友好的快速治理土壤重金属污染净化系统或上述净化方法在重金属污染土壤净化方面的应用也都应在本发明的保护范围之内。

根据我们长期从事土壤重金属污染净化修复经验及相关实验结果可知，重金属离子在不同粒径的土壤颗粒中的分布具有一定的规律性。因此，土壤筛分前处理在土壤重金属污染修复过程中具有极其重要的意义。将重金属离子含量高的土壤颗粒与含量低的土壤颗粒筛分，进行分开处理，可以很大程度地提高土壤修复的效率和效果。

因此，为应对我国土壤重金属污染不断加重及亟需修复的要求，土壤重金属污染修复的专利不应再着重于新方法，新试剂，新物种等方面的突破，更应该着重于环保、高效、易工程化专利技术方面的突破。为此，本申请发明提出了土壤重金属污染环境友好快速净化系统，以期为我国土壤重金属污染修复提供亟需的技术与装备。

本发明经过大量的研究和探索，总结了上述净化方法，首先对重金属离子在不同粒径土壤颗粒中的分布进行分析，确定重金属含量高的和含量低的土壤颗粒粒径，根据分析结果确定滚筒筛的筛网筛孔尺寸，通过滚筒筛将含重金属离子较少或不含的土壤颗粒筛出，直接回填到取土场所；筛分过程为湿式筛分（我们选择设置筛网可换的滚筒筛对重金属含量高的土壤颗粒与重金属含量低或不含的土壤颗粒进行筛分，重金属含量高的土壤颗粒进去淋洗搅拌罐处理，重金属含量低或不含重金属的土壤颗粒筛分后直接回填取土场所，筛分系统的设置极大的提高了土壤净化的效率），筛分后的重金属含量高的土壤颗粒水溶液经泥浆泵的作用输送进入水力旋流器中。

在水力旋流器内，土壤水溶液进行固液分离，采用水力旋流器对滚筒筛流出的泥水混合物进行固液分离，水力旋流器具有处理效率高的特点，从而提高整个系统的工作效率。分离后的液体部分回流到滚筒筛的喷淋系统，实现系统的无废水排放，取得环境友好效益。

水力旋流器内固液分离后的水回流到筛分喷淋系统进行回用，固态土壤颗粒经污泥泵送入淋洗搅拌罐中。在搅拌罐中加入EDTA溶液对土壤进行淋洗，使得土壤颗粒中含有的重金属离子进去EDTA溶液中，通过重力沉降的作用，对搅拌罐中的液体进行固液分离，其中液体部分进入水处理系统的反应池，固体土壤部分回填至取土场。含重金属离子的EDTA溶液在反应池内发生碱化反应，金属离子变成固态氢氧化物，从而实现EDTA和重金属离子的分离。反应后产物进入沉淀池，在沉淀池内，重金属离子氢氧化物进行沉淀，沉淀产物进入板框压滤机进行压滤处理，沉淀上清液进入调节池反应区进行调节PH，调节PH后的EDTA溶液进入调节池储存区，再回用到淋洗搅拌罐中。经板框压滤机压滤后的废液进入到反应池进行反应处理，从而实现整个系统的无废水排放。经板框压滤机压滤后得到的含有重金属离子的固体废物作为危险固废处理。

本发明采用反应池、斜管沉淀池、调节池系统对土壤淋洗沉淀后的上清液进行处理，处理后EDTA溶液回用到淋洗搅拌罐中，实现淋洗液的循环使用，同时无废水排放，实现环境友好的效益。采用板框压滤机对沉淀池的污泥进行压滤，压滤后的废水溶液进入反应池进行处理，从而实现无废水排放的环境友好效益。

本发明具有以下有益效果：

本发明针对目前我国土壤重金属污染日益严重的问题，开发了一种土壤重金属污染环境友好快速净化系统，具有高效、快速、环境友好和易工程化等优点，为我国的土壤重金属污染修复工程提供了重要技术及装备，实现显著的社会效益和环境效益。本发明的技术方案主要具有以下显著的优势：

（1）土壤颗粒的有效、高效筛分：对重金属含量不同的土壤颗粒进行分类筛分，很大程度地提高了重金属污染土壤的净化效率。

（2）筛分土壤固液的有效、高效分离：采用水力旋流器对湿式筛分后的重金属浓度高的土壤泥水混合物进行固液分离，固液分离的目的是降低污染土壤的含水量，在其进入淋洗工序时，可以准确控制淋洗罐内淋洗液的浓度，提高淋洗效果和工作效率；

（3）水力旋流器分离后的上层液体进入筛分喷淋系统循环使用；

（4）土壤重金属的高效淋洗去除和淋洗液进入筛分喷淋系统的再生循环：采用由反应池、沉淀池和调节池组成的废水处理系统，将处理土壤淋洗沉淀后的上层清液回流到淋洗搅拌罐中循环使用，从而实现整个系统的无废水排放，达到环境友好的效益。

（5）板框压滤机压滤后的废水溶液进入废水处理系统中的反应池（板框压滤机压滤后的含有重金属离子的固废作为危废处理），实现系统无废水排放。

附图说明

图1为本发明土壤重金属污染环境友好快速净化系统图；图中，1为筛网可换滚筒筛、2为水力旋流器、3和4均为淋洗搅拌罐、5为反应池、6为沉淀池、7为调节池反应区、8为调节池储存区，9为板框压滤机，10为重金属污染土壤；11 为重金属污染含量很少的土壤颗粒；12 为含大量重金属离子的污染土壤颗粒；13为经水力旋流器2分离后的固态土壤；14为经水力旋流器2分离后的液体；15 为经搅拌罐3、4中淋洗后沉淀得到的干净土壤；16 为经搅拌罐3、4中淋洗沉淀后的含有重金属离子的上清液；17为沉淀池6的沉淀污泥；18 为调节PH后的EDTA溶液；19为经板框压滤机9压滤后的含有重金属离子的危废；20 为经板框压滤机压滤后的含有重金属离子的废液。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。

实施例1 土壤重金属污染环境友好快速净化系统

一种环境友好的快速治理土壤重金属污染净化系统，包括筛网可换滚筒筛1、水力旋流器2、淋洗搅拌罐3和4、反应池5、沉淀池6、调节池反应区7、调节池储存区8和板框压滤机9。

所述筛网可换滚筒筛1、水力旋流器2、淋洗搅拌罐3和4、反应池5、沉淀池6、调节池反应区7、调节池储存区8是顺次连接。

所述调节池储存区8与淋洗搅拌罐3连接；所述反应池5和沉淀池6分别与板框压滤机9连接。

所述水力旋流器2与筛网可换滚筒筛1之间设置回流通道。

淋洗搅拌罐3和淋洗搅拌罐4并列重复设置。

所述沉淀池6为斜管沉淀池。

实施例2土壤重金属污染环境友好快速净化

1、利用权利要求1所述系统装置对土壤重金属污染土壤进行净化。步骤如下：

（1）首先将对重金属离子在不同粒径土壤颗粒中的分布进行分析，确定不同粒径土壤颗粒中重金属的含量分布情况。

用筛网可换的滚筒筛1对不同粒径的土壤颗粒进行筛分，根据上述分析结果确定滚筒筛1的筛网筛孔尺寸，通过滚筒筛1将含重金属离子较少或不含的土壤颗粒11（即轻度或无污染土壤）筛出（通常粒径较大的土壤颗粒含有重金属离子较少），筛桶内的土壤颗粒11直接回填到取土场所。筛分后的重金属污染土壤颗粒水溶液12经泥浆泵的作用输送进入水力旋流器2中。

筛分过程为水喷淋湿式筛分，以提高筛分效率，对重金属含量不同的土壤颗粒进行筛分，分类处理可以很大程度提高土壤重金属污染净化的工程效率。

（2）采用水力旋流器2对湿式筛分后的泥水混合物进行固液分离，在水力旋流器2内，土壤水溶液进行固液分离，液体水14回流到筛分喷淋系统进行回用，固态土壤13经污泥泵送入淋洗搅拌罐3、4中。

固液分离的目的是降低污染土壤的含水量，在其进入淋洗工序时，可以准确控制淋洗罐内淋洗液的浓度，提高淋洗效果；同时分离后的液体部分循环使用到筛分喷淋系统。采用水力旋流器进行筛分后泥水混合物的固液分离主要是因为旋流器固液分离效果好，且工作效率高。

（3）在搅拌罐3、4中加入EDTA溶液对土壤进行淋洗，使得土壤颗粒中含有的重金属离子进去EDTA溶液中，通过EDTA溶液与重金属离子间的化学作用，淋洗出土壤中的重金属离子。

淋洗一段时间后，进行静置重力沉淀，通过重力沉降的作用，搅拌罐中的液体进行固液分离，其中上层液体部分即为含重金属离子的EDTA溶液16，进入水处理系统的反应池5；淋洗沉淀后的固态土壤部分15由搅拌罐下出口排出，回填至取土场（固态土壤部分15即为净化处理干净的土壤，由搅拌罐下出口排出后，也可经过压滤机压滤后再回填至土壤取样原地）。

（4）在反应池5内并加入碱性溶液，含重金属离子的EDTA溶液16在反应池5内发生碱化学反应，金属离子变成固态氢氧化物，从而实现EDTA和重金属离子的分离。

反应后产物进入沉淀池6，在沉淀池6内，重金属离子氢氧化物进行沉淀，沉淀产物17进入板框压滤机9进行压滤处理，沉淀上清液进入调节池反应区7进行调节PH，调节PH后的EDTA溶液18进入调节池储存区8，再回用到淋洗搅拌罐3、4中。

本发明设置一体化反应池、沉淀池、调节池，通过投加碱性溶液，将EDTA与重金属离子在反应池中进行分离，同时金属离子氢氧化物在斜管沉淀池进行沉降，上清的EDTA溶液在调节池调节PH后，进入搅拌罐，循环利用到土壤淋洗工序中。沉淀池中沉淀出的含有重金属的剩余污泥经压滤机压滤后作为危废处理。压滤废液接入反应池处理，从而实现整个系统的无废水排放，达到环境友好的效益。

（5）经板框压滤机9压滤后的废液20进入到反应池5进行反应处理，从而实现整个系统的无废水排放。

（6）经板框压滤机9压滤后得到的含有重金属离子的固体废物19作为危险固废处理。

显然，本发明的上述实施例仅为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种治理土壤重金属污染净化系统，其特点在于：包括筛网可换滚筒筛（1）、水力旋流器（2）、淋洗搅拌罐（3）、反应池（5）、沉淀池（6）、调节池反应区（7）、调节池储存区（8）和板框压滤机（9）；

所述筛网可换滚筒筛（1）、水力旋流器（2）、淋洗搅拌罐（3）、反应池（5）、沉淀池（6）、调节池反应区（7）、调节池储存区（8）是顺次连接；

所述调节池储存区（8）与淋洗搅拌罐（3）连接；所述反应池（5）和沉淀池（6）分别与板框压滤机（9）连接；

所述水力旋流器（2）与筛网可换滚筒筛（1）之间设置回流通道；

所述淋洗搅拌罐（3）包括若干个重复的淋洗搅拌罐单元。

2.根据权利要求1所述治理土壤重金属污染净化系统，其特征在于，所述淋洗搅拌罐（3）包括两个相同的淋洗搅拌罐一（3）和淋洗搅拌罐二（4）；所述沉淀池（6）为斜管沉淀池。

3.一种治理土壤重金属污染的净化方法，其特征在于，利用权利要求1或2所述治理土壤重金属污染净化系统完成，具体包括如下步骤：

S1.对待处理的重金属污染土壤中重金属在不同粒径土壤颗粒中的含量分布情况进行分析，根据分析结果确定筛网可换滚筒筛（1）的筛网的筛孔尺寸；然后利用湿式筛分将待处理的重金属污染土壤进行筛分；

S2.筛分后的重金属污染土壤颗粒水溶液经过水力旋流器（2）进行固液分离；

S3.步骤S2得到的固态土壤送入淋洗搅拌罐（3）进行淋洗，淋洗溶剂为EDTA溶液；

S4.淋洗完成后，通过重力沉降的作用实现固液分离，得到的固态土壤部分即为处理干净的土壤。

4.根据权利要求3所述净化方法，其特征在于，步骤S2固液分离后的液体回流到筛网可换滚筒筛（1）进行循环使用。

5.根据权利要求3所述净化方法，其特征在于，步骤S4固液分离后的含重金属离子的EDTA溶液进入反应池（5），并加入碱性溶液进行化学反应。

6.根据权利要求5所述净化方法，其特征在于，所述化学反应后的产物进入沉淀池（6），沉淀产物进入板框压滤机（9）进行压滤处理，沉淀上清液进入调节池反应区（7）中调节pH，调节pH后的EDTA溶液进入调节池储存区（8），再回流到淋洗搅拌罐（3）中。

7.根据权利要求6所述净化方法，其特征在于，经板框压滤机（9）压滤后的废液进入到反应池（5）进行反应处理；经板框压滤机（9）压滤后得到的含有重金属离子的固体废物作为危险固废处理。

8.权利要求1或2所述治理土壤重金属污染净化系统或权利要求3~7任一所述净化方法在重金属污染土壤净化方面的应用。