CN104984992A - 一种重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法。所述修复的方法包括以下步骤：S1、将重金属污染土壤进行破碎筛分；S2、将破碎筛分后的土壤进行化浆，并加酸与土壤中可酸溶性的重金属进行充分反应；S3将上述充分反应后的浆料进行压滤，并通过清水将土壤滤饼中毛细孔中残留的酸液置换稀释；S4将淋洗剂打入压滤反应器中，让淋洗剂与土壤中的重金属进行充分反应；S5将增效剂打入压滤反应器中，让残留在土壤中游离的重金属进行稳定化，同时将稳定化过程形成的微小重金属颗粒迁移出土壤中，滤饼再经清水淋洗，使残留于滤饼中可迁移出的重金属离子或化合物或络合物进一步充分随清水流洗出，得到修复后的土壤。本发明解决了现有技术淋洗过程中淋洗液残留于土壤中导致土壤浸出毒性重金属指标超标的问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，属于环境修复领域。
背景技术
随着我国经济的高速发展，使得资源型矿产急剧开采，采矿、冶金以及化工等企业纷纷上马，由于环保措施相对落后和监管不到位，导致工业场地及周边土壤及地下水污染日益严重，并引发了一系列环境污染事件；同时随着城市化进程的加快以及人们对环境污染问题越来越敏感，因此重金属污染土壤的修复和再利用成为当前最急迫环境问题之一。由于重金属污染长期性、隐蔽性和不可逆性等特征，会直接或间接地污染地表水、地下水、空气、植物及农作物，甚至危害人类的健康和生命，因此，修复重金属污染土壤，恢复土壤原有功能，一直是国内外的难点和热点环境问题。
目前常用的土壤修复技术主要有固化/稳定化、淋洗修复和植物修复。而土壤淋洗修复是一项应用性强、可彻底去除污染物、处理过程可控且速度快的土壤修复治理技术，常用于污染场地的修复治理，已在国外污染场地修复中得到了广泛的应用，并取得了良好的修复效果。但土壤淋洗修复存在淋洗剂效率偏低、大多(酸性淋洗剂)会破坏土壤结构、淋洗液产量大且淋洗剂回收困难、成本高及可能造成严重的二次污染等弊端；同时土壤淋洗修复技术中淋洗剂的选择是修复技术的关键，淋洗剂的好坏决定了土壤修复的最终修复效果，因此土壤淋洗修复更多的偏淋洗剂修复效果的研究。
如中国专利CN 104289515 A提出了一种重金属污染土壤的淋洗方法，将有机酸与助剂复配成淋洗液促进土壤中重金属的解吸增溶，拓宽了淋洗液的适用范围和提高了淋洗剂效率，同时淋洗后的废液通过吸附剂移除其中重金属，剩余废液作为淋洗液循环使用，节约药剂和水资源。该技术仅在实验室阶段淋洗剂对重金属去除率进行研究，而没有对淋洗后的渣进行浸出毒性研究，土壤淋洗修复不仅对重金属总量(即去除率)有指标要求同时对淋洗后的土壤的浸出毒性也有指标要求，同时淋洗废液通过吸附剂移除理论上可行，但是工程化应用将不仅是简单通过吸附就能达到回用的目的。
又如专利CN104307861A提出的将受污土壤筛分后用淋洗剂进行淋洗，将重金属从土壤固相迁移进入淋洗液相中，通过固液分离后达到修复的目的。该技术属于传统的土壤淋洗修复技术，同样只对重金属去除率进行了研究，淋洗后的土壤的浸出毒性没有进行分析，该技术存在如下弊端：1、淋洗通过固液分离后淋洗剂残留在土壤中将造成二次污染问题的问题；2、淋洗液将重金属从固相中转移至淋洗液中，最终部分淋洗剂残留土壤中，导致淋洗后土壤浸出毒性重金属指标达不到风险评估浸出毒性指标要求。
发明内容
针对现有土壤淋洗修复技术所存在的缺陷，本发明旨在提供一种重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，该修复方法可以有效地解决现有技术淋洗过程中淋洗液残留于土壤中导致土壤浸出毒性重金属指标超标的问题，进一步地，本发明可以解决淋洗完后再用稳定化剂将残留土壤中游离的重金属转化为固相时，产生微小颗粒物在浸出毒性检测时进入液相导致重金属指标超标的问题。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，其特点在于，包括以下步骤：
S1、将重金属污染土壤进行破碎筛分；
S2、将破碎筛分后的土壤中加水按固液比1:3-1：5进行化浆，并加酸与土壤中可酸溶性的重金属进行充分反应；
S3将上述充分反应后的浆料在压滤反应器中进行压滤得到土壤滤饼和滤液，并通过清水将土壤滤饼中毛细孔中残留的酸液置换稀释；
S4将淋洗剂打入压滤反应器中进行压滤淋洗，让淋洗剂与土壤中的重金属进行充分反应；
S5将增效剂打入压滤反应器中，让残留在土壤中游离的重金属进行稳定化，同时将稳定化过程形成的微小重金属颗粒迁移出土壤中；
S6最后经清水淋洗步骤S5中稳定化的土壤，使残留于土壤滤饼中可迁移出的重金属离子或重金属化合物或重金属络合物进一步充分随清水流洗出，得到修复后的土壤。
根据本发明的实施例，还可以对本发明作进一步的优化，以下为优化后形成的技术方案：
为了解决本发明进一步要解决的技术问题，步骤S4中，将压滤淋洗过程产生的淋洗废液利用淋洗废液回收处理药剂将重金属进行沉淀或者絮凝，处理完毕后进行固液分离，滤液可返回步骤S2中进行化浆，滤渣进行后续的资源回收或进行危废填埋。
所述淋洗废液回收处理药剂为单一淋洗废液回收处理剂或复合型淋洗废液回收处理剂；其中单一淋洗废液回收处理剂主要有硫化盐(如硫化钠、硫化钾、硫化铵等)和金属氯化物(如氯化铁、PAC等)，复合型淋洗废液回收处理剂主要有硫化盐、金属氯化物和强碱或弱碱组合剂，例如：硫化钠和氢氧化钙；氯化铁和氢氧化钠等。
步骤S1中的破碎筛分是将重金属污染土壤进行送入破碎机中破碎，然后进入筛分系统，使土壤颗粒粒径不大于3mm，由此可以将土壤中的杂质和大颗粒石子分离。
优选地，步骤S2中的酸是指硫酸、盐酸和柠檬酸中的至少一种。更优选地，步骤S2中的酸为盐酸，浓度为0.1—1.0mol/L。
优选地，步骤S4中的淋洗剂是指EDTA、Na2-EDTA和碱液中的至少一种。进一步优选所述淋洗剂为EDTA，EDTA的添加量与破碎筛分后土壤的质量比为1:10—100。
优选地，步骤S5中的增效剂为可溶性硫化物。更优选地，所述可溶性硫化物为硫化钠、硫脲和硫化氨中的至少一种；可溶性硫化物的添加量与破碎筛分后土壤的质量比为1:10—50。
优选地，步骤S3中的清水加入量与破碎筛分后土壤的质量比为1:1-3：1步骤S6中的清水加入量与破碎筛分后土壤的质量比为0.5:1-2：1。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)能够降低淋洗液总量，本发明通过二次反应将可溶性重金属溶出，第一次注重反应效率，第二次注重淋洗效果，这样在保证淋洗剂总量的前提下，降低化浆的固液比，提高淋洗剂反应浓度，同时通过高压穿流置换淋洗，大幅度降低淋洗液用量，一般采用此类技术固液比为1:8—1:10，本发明可降至1:3—1：5，最终实现降低淋洗液总量约50％；
(2)修复后土壤毒性浸出检测时重金属指标达到《地表水质量》三类水质标准。本发明通过清水高压穿流置换淋洗，将土壤中游离的重金属充分置换洗涤出来，然后再用增效剂将残留在土壤中游离的重金属进一步进行稳定化形成微小重金属颗粒，然后通过高速水流将即时形成的颗粒及时携带出出土壤中，最终实现土壤的无害化处理，解决了现有淋洗技术土壤中残留淋洗液及重金属的问题，以及通过淋洗后再进行固定化、稳定化处理后部分重金属回填会再次释放而致使土壤毒性浸出重金属指标超标的环境风险，同时解决了在淋洗后进行固定化、稳定化后土壤毒性浸出重金属指标超标的问题。
以下结合附图和实施例对本发明作进一步阐述。
附图说明
图1是本发明一种实施例的流程图。
具体实施方式
实施例1：
一种重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，包括如下步骤：
(1)破碎筛分：以某Pb污染废弃场地土壤为基准，总Pb浓度含量3.075mg/g，将该污染土壤进行送入破碎机中破碎，然后进入筛分系统，进行两级筛分，将土壤中的杂质和大颗粒石子等分离，得到300kg筛分土壤；
(2)化浆反应：将筛分后的土壤按固液比1:4进行化浆，并与0.7mol/L盐酸进行搅拌反应30min，将土壤中可酸溶性的重金属充分进行反应；
(3)压滤淋洗：将充分反应的浆料打入压滤反应器中进行过滤，然后将350L清水用泵打入压滤反应器中，让清水将土壤滤饼中毛细孔中残留的酸液置换稀释，然后再将10kg EDTA淋洗剂打入压滤反应器中，让淋洗剂充分与土壤中的重金属进行反应，最后将15kg硫化钠增效剂打入压滤反应器中，让残留在土壤中游离的重金属进行稳定化以及将稳定化过程形成的微小重金属颗粒并伴随着高压水流迁移出土壤中，再将250L清水用泵打入压滤反应器中，使残留于滤饼中可迁移出的重金属离子或化合物或络合物进一步充分随清水流洗出，得到修复后的土壤，最终进行回填(修复效果见表1)；
(4)淋洗废液回收处理：压滤淋洗过程产生的淋洗废液利用硫化钠时将重金属进行沉淀；
(5)过滤：化学沉淀处理完后，进行固液分离，滤液返回化浆系统回用，进行土壤化浆，而滤渣进行危废填埋。
实施例2：
一种重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，包括如下步骤：
(1)破碎筛分：以某Pb污染废弃场地土壤为基准，总Pb浓度含量3.075mg/g，将该污染土壤进行送入破碎机中破碎，然后进入筛分系统，进行两级筛分，将土壤中的杂质和大颗粒石子等分离，得到250kg筛分土壤；
(2)化浆反应：将筛分后的土壤按固液比1:3进行化浆，并与1mol/L盐酸进行搅拌反应30min，将土壤中可酸溶性的重金属充分进行反应；
(3)压滤淋洗：将充分反应的浆料打入压滤反应器中进行过滤，然后将750L清水用泵打入压滤反应器中，让清水将土壤滤饼中毛细孔中残留的酸液置换稀释，然后再将2.5kg生石灰淋洗剂打入压滤反应器中，让淋洗剂充分与土壤中的重金属进行反应，最后将25kg硫脲增效剂打入压滤反应器中，让残留在土壤中游离的重金属进行稳定化以及将稳定化过程形成的微小重金属颗粒迁移出土壤中，再将500L清水用泵打入压滤反应器中，使残留于滤饼中可迁移出的重金属离子或化合物或络合物进一步充分随清水流洗出，得到修复后的土壤，最终进行回填(修复效果见表1)；
(4)淋洗废液回收处理：压滤淋洗过程产生的淋洗废液利用氯化铁将重金属进行沉淀絮凝；
(5)过滤：化学沉淀处理完后，进行固液分离，滤液返回化浆系统回用，进行土壤化浆，而滤渣进行危废填埋。
实施例3：
一种重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，包括如下步骤：
(1)破碎筛分：以某Pb污染废弃场地土壤为基准，总Pb浓度含量3.075mg/g，将该污染土壤进行送入破碎机中破碎，然后进入筛分系统，进行两级筛分，将土壤中的杂质和大颗粒石子等分离，得到400kg筛分土壤；
(2)化浆反应：将筛分后的土壤按固液比1:5进行化浆，并与0.1mol/L盐酸进行搅拌反应30min，将土壤中可酸溶性的重金属充分进行反应；
(3)压滤淋洗：将充分反应的浆料打入压滤反应器中进行过滤，然后将400L清水用泵打入压滤反应器中，让清水将土壤滤饼中毛细孔中残留的酸液置换稀释，然后再将40kg EDTA淋洗剂打入压滤反应器中，让淋洗剂充分与土壤中的重金属进行反应，最后将8kg硫化氨增效剂打入压滤反应器中，让残留在土壤中游离的重金属进行稳定化以及将稳定化过程形成的微小重金属颗粒迁移出土壤中，再将200L清水用泵打入压滤反应器中，使残留于滤饼中可迁移出的重金属离子或化合物或络合物进一步充分随清水流洗出，得到修复后的土壤，最终进行回填(修复效果见表1)；
(4)淋洗废液回收处理：压滤淋洗过程产生的淋洗废液利用硫化钠和氢氧化钙将重金属进行沉淀；
(5)过滤：化学沉淀处理完后，进行固液分离，滤液返回化浆系统回用，进行土壤化浆，而滤渣进行危废填埋。
实施例4：
一种重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，包括如下步骤：
(1)破碎筛分：以某Pb污染废弃场地土壤为基准，总Pb浓度含量3.075mg/g，将该污染土壤进行送入破碎机中破碎，然后进入筛分系统，进行两级筛分，将土壤中的杂质和大颗粒石子等分离，得到300kg筛分土壤；
(2)化浆反应：将筛分后的土壤按固液比1:4进行化浆，并与1.0mol/L硫酸进行搅拌反应30min，将土壤中可酸溶性的重金属充分进行反应；
(3)压滤淋洗：将充分反应的浆料打入压滤反应器中进行过滤，然后将350L清水用泵打入压滤反应器中，让清水将土壤滤饼中毛细孔中残留的酸液置换稀释，然后再将15kg氢氧化钠淋洗剂打入压滤反应器中，让淋洗剂充分与土壤中的重金属进行反应，最后将15kg硫化钠增效剂打入压滤反应器中，让残留在土壤中游离的重金属进行稳定化以及将稳定化过程形成的微小重金属颗粒并伴随着高压水流迁移出土壤中，再将300L清水用泵打入压滤反应器中，使残留于滤饼中可迁移出的重金属离子或化合物或络合物进一步充分随清水流洗出，得到修复后的土壤，最终进行回填(修复效果见表1)；
(4)淋洗废液回收处理：压滤淋洗过程产生的淋洗废液利用硫化钠时将重金属进行沉淀；
(5)过滤：化学沉淀处理完后，进行固液分离，滤液返回化浆系统回用，进行土壤化浆，而滤渣进行危废填埋。
实施例5：
一种重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，包括如下步骤：
(1)破碎筛分：以某Pb污染废弃场地土壤为基准，总Pb浓度含量3.075mg/g，将该污染土壤进行送入破碎机中破碎，然后进入筛分系统，进行两级筛分，将土壤中的杂质和大颗粒石子等分离，得到300kg筛分土壤；
(2)化浆反应：将筛分后的土壤按固液比1:4进行化浆，并与1.0mol/L柠檬酸进行搅拌反应30min，将土壤中可酸溶性的重金属充分进行反应；
(3)压滤淋洗：将充分反应的浆料打入压滤反应器中进行过滤，然后将350L清水用泵打入压滤反应器中，让清水将土壤滤饼中毛细孔中残留的酸液置换稀释，然后再将10kg Na2-EDTA淋洗剂打入压滤反应器中，让淋洗剂充分与土壤中的重金属进行反应，最后将15kg硫化钠增效剂打入压滤反应器中，让残留在土壤中游离的重金属进行稳定化以及将稳定化过程形成的微小重金属颗粒并伴随着高压水流迁移出土壤中，再将300L清水用泵打入压滤反应器中，使残留于滤饼中可迁移出的重金属离子或化合物或络合物进一步充分随清水流洗出，得到修复后的土壤，最终进行回填(修复效果见表1)；
(4)淋洗废液回收处理：压滤淋洗过程产生的淋洗废液利用硫化钠时将重金属进行沉淀；
(5)过滤：化学沉淀处理完后，进行固液分离，滤液返回化浆系统回用，进行土壤化浆，而滤渣进行危废填埋。
对比案例1：(现有传统技术)
一种重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，包括如下步骤：
(1)破碎筛分：以某Pb污染废弃场地土壤为基准，总Pb浓度含量3.075mg/g，将该污染土壤进行送入破碎机中破碎，然后进入筛分系统，进行两级筛分，将土壤中的杂质和大颗粒石子等分离，得到400kg筛分土壤；
(2)化浆反应1：将筛分后的土壤按固液比1:8进行化浆，并与1.2mol/L盐酸进行搅拌反应30min，将土壤中可酸溶性的重金属解离；
(3)化浆反应2：向浆液中再一步加入25kg硫化钠药剂，搅拌反应30min，将土壤中重金属充分沉淀；
(4)压滤脱水：将泥水浆液输入压滤设备脱水，使泥水分离；脱水修复后的泥土(土壤)进行回填(修复效果见表1)；
(5)化学沉淀：压滤过程产生的淋洗废液利用硫化钠将重金属进行沉淀；
(6)过滤：化学沉淀处理完后，进行固液分离，滤液经处理达标后直接排放，而滤渣进行危废填埋。
对比案例2：(现有传统技术)
一种重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，包括如下步骤：
(1)破碎筛分：以某Pb污染废弃场地土壤为基准，总Pb浓度含量3.075mg/g，将该污染土壤进行送入破碎机中破碎，然后进入筛分系统，进行两级筛分，将土壤中的杂质和大颗粒石子等分离，得到350kg筛分土壤；
(2)化浆反应1：将筛分后的土壤按固液比1:10进行化浆，并与1.4mol/L盐酸进行搅拌反应30min，将土壤中可酸溶性的重金属解离；
(3)化浆反应2：向浆液中再一步加入20kg硫化钠药剂，搅拌反应30min，将土壤中重金属充分沉淀；
(4)压滤脱水：将泥水浆液输入压滤设备脱水，使泥水分离；脱水修复后的泥土(土壤)进行回填(修复效果见表1)；
(5)化学沉淀：压滤过程产生的淋洗废液利用硫化钠将重金属进行沉淀；
(6)过滤：化学沉淀处理完后，进行固液分离，滤液经处理达标后直接排放，而滤渣进行危废填埋。
表1.本发明各实施例与常规技术的效果比对分析表
表2.地表水及污水排放Pb含量标准
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本发明，而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落入本申请所附权利要求所限定的范围。
Claims (10)
1. 一种重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将重金属污染土壤进行破碎筛分；
S2、将破碎筛分后的土壤中加水按固液比1:3-1：5进行化浆，并加酸与土壤中可酸溶性的重金属进行充分反应；
S3将上述充分反应后的浆料在压滤反应器中进行压滤得到土壤滤饼和滤液，并通过清水将土壤滤饼中毛细孔中残留的酸液置换稀释；
S4将淋洗剂打入压滤反应器中进行压滤淋洗，让淋洗剂与土壤中的重金属进行充分反应；
S5将增效剂打入压滤反应器中，让残留在土壤中游离的重金属进行稳定化，同时将稳定化过程形成的微小重金属颗粒迁移出土壤中；
S6最后经清水淋洗步骤S5中稳定化的土壤，使残留于土壤滤饼中可迁移出的重金属离子或重金属化合物或重金属络合物进一步充分随清水流洗出，得到修复后的土壤。
2. 根据权利要求1所述的重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，其特征在于，步骤S4中，将压滤淋洗过程产生的淋洗废液利用淋洗废液回收处理药剂将重金属进行处理，处理完毕后进行固液分离，滤液可返回步骤S2中进行化浆，滤渣进行后续的资源回收或进行危废填埋。
3. 根据权利要求1所述的重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，其特征在于，步骤S1中的破碎筛分是将重金属污染土壤进行送入破碎机中破碎，然后进入筛分系统，使土壤颗粒粒径不大于3mm。
4. 根据权利要求1所述的重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，其特征在于，步骤S2中的酸是指硫酸、盐酸和柠檬酸中的至少一种。
5. 根据权利要求4所述的重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，其特征在于，步骤S2中的酸为盐酸，浓度为0.1—1.0mol/L。
6. 根据权利要求1所述的重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，其特征在于，步骤S4中的淋洗剂是指EDTA、Na2-EDTA和碱液中的至少一种。
7. 根据权利要求6所述的重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，其特征在于，所述淋洗剂为EDTA，EDTA的添加量与破碎筛分后土壤的质量比为1:10—100。
8. 根据权利要求1所述的重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，其特征在于，步骤S5中的增效剂为可溶性硫化物。
9. 根据权利要求8所述的重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，其特征在于，所述可溶性硫化物为硫化钠、硫脲和硫化氨中的至少一种；可溶性硫化物的添加量与破碎筛分后土壤的质量比为1:10—50。
10.根据权利要求1所述的重金属污染土壤压滤淋洗修复的方法，其特征在于，步骤S3中的清水加入量与破碎筛分后土壤的质量比为1:1-3:1，步骤S6中的清水加入量与破碎筛分后土壤的质量比为0.5:1 -2:1。
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