CN105026062A - 用于土壤淋洗的产酸渗沥液的应用、方法和设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及使用产酸渗沥液的土壤淋洗。描述了使用产酸渗沥液用于土壤淋洗的设备和方法。优选地,该设备设置为被输送至污染土壤位于的地点,以使土壤淋洗可在现场实施。
Description
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的产酸渗沥液的应用。其还涉及土壤淋洗的方法和用于土壤淋洗的设备。
背景技术
传统地,砷、铜和铬已被用作木材的浸渍剂。这些都是有毒的,且废弃的浸渍木材被认为是危险废弃物。其他浸渍剂包括杂酚油,这将聚芳烃PAH泄漏至环境中。浸渍木材的制造、使用或丢弃是土壤的污染来源,在某些情况下,长期使用将导致大面积的危机。
仅在瑞典,约有80,000污染区域,并且砷是这些区域中最普遍的问题元素之一。为确保这些区域的使用,污染土壤需要移除并且通常在垃圾填埋前进行处理。随后,必须挖出纯净物料用于污染地点的补救,这将导致高成本和对环境的压力。由于绝大多数有害材料往往与最小颗粒结合,所以土壤淋洗通常通过筛分土壤已获得最小颗粒来实施。这些颗粒随后被分离并移除。土壤的剩余部分仅包含少部分的初始污染物,使得该区域再次适于使用。该流程产生了土壤的三个部分:一个部分为高度污染的并必须被移除。更大一部分为较轻微地高度污染,但仍必须移除。剩余的部份大体上无污染物,并且可安全放回同一地点。因此,用这种土壤淋洗方法,必须移除大部分土壤。
这是一种非常昂贵的流程,并且对于那些主要含有小颗粒的、将被污染至同一水平的土壤来说也是无效的。在这种情况下,将没有不含污染物的土壤部分。这是例如河岸边的情况。例如在斯堪的纳维亚的乡间,大部分的工业习惯上被设置于河边,存在现有技术的土壤淋洗方法无用的污染区域。
还有利用化学试剂进行土壤淋洗的实验。如果该处理方法足以有效从土壤中移除污染物,该土壤可被放回同一地点。例如,诸如EDTA的络合形成化学品可被加入液体,将随后从土壤中提取某些重金属。详见,Bossart,K.、Muller,R.的Schwermetallextraktion aus kontaminiertenmittelsbiologisch abbaubarer Chelatbildner;Diploma thesis,ETH Zürich,2002年。使用的液体制备非常昂贵,这是对大规模使用的障碍。同样地,由于EDTA不易降解,该过程可能导致络合形成物向水源受体的排放。
因此需要一种土壤淋洗方法,其能淋洗任何类型的土壤,包括主要由细颗粒构成的土壤。
发明内容
本发明的一个方面由此涉及使用产酸渗沥液淋洗土壤。在本文中,将在下文中讨论,术语产酸渗沥液将被用于在厌氧条件下通过分解有机废物制备的渗沥液。该产酸渗沥液有效用于从污染土壤中移除诸如金属阳离子和PAH的污染物。该产酸渗沥液可例如通过使有机材料与液体在厌氧条件下反应获得。该液体可为水或渗沥液、或另一种合适的液体。
基于下面将讨论的理由,用于土壤淋洗的液体应具有低pH值和低氧化还原电势,并且具有一个或多个结合金属离子形成络合物的组分。本发明使用的产酸渗沥液满足所有这些标准。
如Bowell R.J.(1994):Sorption of arsenic by iron oxides and oxyhydroxides insoils,Applied Geochemistry,9卷,第279-286页中所示,低pH值结合低氧化还原电势将提高As(III)/As(V)率,导致从土壤中放出更多砷。
与根据本发明使用的类型相似的酸溶液可通过向水中添加诸如硫酸的酸和诸如EDTA的络合形成物制备。该方法造价高并且通常产生经济上不可用于土壤淋洗的溶液。
因此根据本发明,优选使用产酸渗沥液。产酸渗沥液通常是有机废物在水解和发酵微生物的帮助下的不完全无氧分解、导致溶液中有机酸和醇的积累的结果。该细菌可天然存在于有机废物中或被添加其中以促进产酸反应。当有机材料在无氧和其他氧化剂条件下与水接触时,该无氧分解自发发生,并且由于该分解在产酸状态下停止、而不是继续制备甲烷、二氧化碳和水,该无氧分解通常被称作不完全无氧分解。产生的溶液实际上无成本并且非常适于土壤淋洗。用于制备产酸渗沥液的有机废料可为不同种类的诸如食品废物的普通家庭废物、或任何其他类型有机材料,包括污水污泥、肥料、或诸如木材废料或森林残留物的工业废料。
所述产酸渗沥液的功能为三重的:
砷天然存在AsV和AsIII间的平衡。产酸渗沥液提供带有低氧化还原电势的环境,将导致污染土壤中AsV向AsIII的还原。因此,相比于AsV,土壤中AsIII部分增加。AsIII比AsV更不稳定且易溶于水,这导致产酸渗沥液存在下,As从土壤相中更高的迁出率和提取度。此外,产酸渗沥液的低pH引起As从正电土壤表面的解吸。同样地,由于铁被还原为三价铁(ferro iron)并且团聚体溶解,络合并吸附铁化合物的很多污染物将被调动起来。
AsV通常集合诸如Fe离子的其他离子,然而,AsIII一般更溶于水。还原AsV至AsIII是有利的,因为AsIII较AsV更易与所述渗沥液中络合形成有机组分形成络合物。由此形成的络合物可在随后步骤中从土壤中分离。
所述产酸渗沥液还提供酸性环境,帮助还原砷离子的化合价,使其更易溶并帮助络合物的形成。
所述产酸渗沥液还包括较大部分的有机络合形成化合物,该化合物将结合要被洗去的离子。所述渗沥液还有效用于结合与诸如富里酸的有机大分子形成强络合物的其他类型污染物。其他这种污染物包括PAH、二恶英类、和诸如汞的金属离子。因此,用于土壤淋洗的液体应优选拥有低pH值和低氧化还原电势,并还拥有一种或多种结合金属离子将形成络合物的组分。
本发明还涉及用于土壤淋洗的设备,其包括用于污染土壤接触产酸渗沥液以制备淋洗的土壤和污染的渗沥液的淋洗容器、设置为向所述淋洗容器提供产酸渗沥液的液体供给装置、和设置为从所述淋洗的土壤分离所述污染的产酸渗沥液的第一分离装置。
本发明还涉及土壤淋洗的方法,其包括如下步骤:
●污染土壤接触产酸渗沥液第一段时间,以制备淋洗的土壤,其中所述产酸渗沥液中脂肪酸与所述土壤中污染物形成络合物,产生污染的渗沥液,以及
●从所述污染的渗沥液分离所述土壤,以制备淋洗的土壤。
因此,根据本方法,吸附的污染物被带入溶液中并与脂肪酸以及其他可能的络合形成物反应,将产生污染的渗沥液。
优选地,所述方法进一步包括漂洗所述淋洗的土壤以除去所述土壤内存留的任何污染的渗沥液的步骤。这可使用漂洗液和/或真空过滤完成、以制备清洁土壤。如果使用漂洗液,该步骤的结果是漂洗的土壤和污染的漂洗液。
在本发明的实施方式中,所述设备进一步包括实施所述漂洗步骤的漂洗容器、和设置为从所述污染的漂洗液中分离所述漂洗的土壤的第二分离装置。所述漂洗容器可与所述淋洗容器为同一容器或可为不同容器。如果所述漂洗容器是另一容器,所述第一分离装置优选包括将淋洗土壤从所述淋洗容器输送至所述漂洗容器的第一输送装置。还可使用诸如挖掘机的外部装置输送输送淋洗的土壤和所述漂洗的土壤。
所述第一和/或第二分离装置可包括分别排放所述污染的渗沥液和/或所述污染的漂洗液的龙头。可选地,或此外,所述第一和/或第二分离装置包括诸如输送线或进给螺杆的机制,以将所述淋洗的和/或漂洗的土壤从所述淋洗和/或漂洗容器运送至下一容器。沉淀步骤也可在所述分离中使用,根据具体情况,在分别除去所述污染的渗沥液或漂洗液之前,使所述淋洗的土壤、或所述漂洗的土壤在所述容器的底部沉淀。
所述设备可进一步包括用于接收来自漂洗容器的漂洗的土壤的土壤容器。
所述土壤可接触预先已制备产酸渗沥液。可选地,所述土壤淋洗可与所述产酸渗沥液的制备并行实施。在后一种情况中,将分解的所述有机材料在所述淋洗容器中与所述土壤混合,并且添加水以通过所述有机材料的分解形成产酸渗沥液。所述有机材料的分解后,所述淋洗的土壤可以以任何适宜的方式从所述污染的渗沥液中分离。所述淋洗的土壤和所述污染的渗沥液可随后如以上概述地处理。
可制成以上概述的设备,以使其仅包括在需淋洗的污染土壤的地点之间可移动的部件。例如,一个或多个所述淋洗、漂洗和土壤容器可依据它们的尺寸和重量适于通过一个或多个卡车输送。或可使用输送用标准容器,并且可通过例如包括液体排放口的方式进行改进。上述的方法和设备由此特别适于现场土壤淋洗,即,不需移动土壤至另一地点淋洗。同样地,由于所有土壤可使其不含污染物,淋洗后没有土壤需要从该地点移除。在这种情况下,所述方法可进一步包括将一个或多个所述容器输送至所述污染土壤位于的地点的步骤,其中所述方法在所述污染土壤的位置附近实施。
用于所述方法中的所述产酸渗沥液可在该地点或其他位置、通过在厌氧环境中分解有机材料并加入水或另一种合适的液体制备。根据本发明的化学处理,可实现用于土壤淋洗的小型化设备。优选地,所述土壤可在现场淋洗,而不需长距离运输。所述淋洗方法和设备的优先实施方式使得所述设备在需要土壤淋洗的地点间可移动。
优选地,所述方法包括纯化已用于淋洗所述土壤的所述污染的渗沥液(且如适用的漂洗液)的附加步骤。这可通过完成所述厌氧降解链至甲烷生成来实现,其中溶液中的大部分有机化合物将降解为水、二氧化碳和甲烷。通过这样的方式,pH将升至约中性条件并且将消耗有机络合形成物。这种结合氢氧化物和硫化物的无电荷络合物的形成将导致在少量的泥浆相中金属和砷的分离和浓缩,而多数有机物将进入气相中。
如上所述,本文中术语产酸渗沥液是指分解有机废物的产酸相中制备的渗沥液,其发生在如垃圾填埋中需氧相后和产甲烷相前。
在产酸降解条件下,有机材料主要降解为以下最终产品:挥发性脂肪酸、醇、二氧化碳和氢气。这些降解产物在很大范围上溶于水造成在形成的渗沥液中有机材料的高负载。脂肪酸将通过降低渗沥液pH并通过它们形成金属络合物的能力,提高很多金属的移动性。
附图说明
本发明将在下面参照附图进行更详细地描述,其中
图1公开了用于土壤淋洗的现有技术设备,其可被用于实施本发明。
图2公开了根据第一、简单实施方式,可用于实施本发明的土壤淋洗设备。
图3是概述使用图1或图2的设备的土壤淋洗的第一可能方法的流程图。
图4公开可用于实施本发明的土壤淋洗设备的第二实施方式。
图5是概述使用图3的设备的土壤淋洗的第一可能方法的流程图。
图6示出可用于实施本发明的土壤淋洗设备的第三实施方式。
图7阐释根据本发明的实施方式的总过程。
图8阐释图3和5中示出的方法的可选起始步骤。
图9阐释图7的总过程对应于图8中示出的可选项的改进。
具体实施方式
根据本发明的实施方式的过程中使用的渗沥液可通过有机废物可在带有诸如乳酸菌的水解和发酵微生物的无氧环境中分解的方法获得。这种乳酸菌可天然存在于有机废物中或主动将其加入。当加入水时,获得具有低pH的溶液。该溶液,或渗沥液,是包括挥发性脂肪酸VFA和富里酸的产酸渗沥液。这些VFA和富里酸是通过形成强络合物与各种污染物结合的大分子。如上所述,该产酸渗沥液的特性使其特别适于淋洗污染土壤。
淋洗土壤的基本要求是污染土壤与产酸渗沥液接触一段适宜的时间,用于污染物从污染土壤中提取。结果为淋洗的土壤和包括含有污染物的络合物的产酸渗沥液。优选地,其后,淋洗的土壤通过可为纯水的漂洗液漂洗。可知的其他液体为例如乙醇或其他醇,但水很可能为最具成本效率的。还可行的是可在产酸渗沥液处理后使用恢复pH值的液体。例如,漂洗液可含有碱化合物,用来提高pH值。漂洗过程的结果是清洁的土壤和具有含污染物的络合物的残余的污染的水。
清洁的土壤可再次被铺展于环境中。优选纯化污染的渗沥液和漂洗液。纯化渗沥液的优选方式是使用厌氧反应器通过微生物降解有机成分,产生沼气(甲烷和二氧化碳)。当污染的渗沥液中络合形成剂被分解时,涉及的元素(即,砷、锌、铅、铜、铬、镉等)的溶解度将下降,并且它们将从水中沉淀。该过程由此有助于清洁水。沉淀可通过在生物反应器前添加硫磺至渗沥液而被增进。硫磺的添加将引起很多涉及的元素在生物反应器中成为硫化物而沉淀。在城市固体废料填埋中可见相同的过程,其中金属与S以硫化物的形式络合发生在产甲烷相、厌氧条件以及低氧化还原作用下。这使金属更少溶于水,并由此导致金属的还原沥滤。生物反应器可因此可被视为填埋区,其中有机废物被填埋并提取沼气。当络合剂被降解,污染的渗沥液中诸如PAH的有机污染物将留在生物反应器中。一些有机污染物可在生物反应器中被降解。基于诸如PAH的污染物的量,渗沥液和漂洗水将均可能需要处理。从水中除去PAH的已知方法包括例如使用活性炭的过滤、或用臭氧的PAH降解。这样的方法存在于现有技术中且并非本发明的一部分。
图1示出现有技术土壤淋洗设备,其可实施本创造性的方法。示出需淋洗的挖出的土壤堆1。该土壤1通过例如挖掘机、装载机或类似的装置(未示出)供应至淋洗槽2。根据现有技术,液体槽4设置为容纳包括水和清洁剂的淋洗液。从液体中分离土壤后,结果为淋洗的土壤堆6,如下面将讨论的,其可被进一步处理。根据现有技术的方法,废料槽8设置为接收任何仍污染过重而无法返回地点的土壤。污染的液体可输送至水处理设备5,清洁的水通过该设备5可在淋洗槽2中再使用、或排出。
本发明的上下文中,液体槽4可通过向淋洗槽2供给产酸渗沥液被替代。将土壤接触淋洗槽2中产酸渗沥液一段恰当的时间后,土壤可从现被污染的渗沥液中分离。在这种情况下,所有的土壤(可能在漂洗后)应足够干净至返回该地点。优选地,污染的渗沥液以下面将要讨论的方法处理。
图2中阐释土壤淋洗设备的另一可能实施方式,其示出包含容纳一定量的土壤13的大型开放第一容器11的土壤淋洗设备。在容器的底部,具有龙头15用于放出液体。在龙头的下方,具有第二容器17。在使用中,需淋洗的土壤13置于第一容器11中,并且产酸渗沥液添加至第一容器11,以使所有土壤接触该渗沥液。渗沥液保存于大袋19或其他合适的容器中。当渗沥液已与土壤反应合适的时间,以将尽量多的砷、和/或其他土壤中发现的污染物结合至络合形成分子时,渗沥液可通过龙头15从第一容器11移除。其后,添加漂洗液,漂洗第一容器中的土壤。
为了使反应更有效,使得土壤和渗沥液形成悬浊液将是可行的。在那种情况下,可使用搅拌器搅拌悬浊液以减少处理时间。如果制成悬浊液,可包括沉淀步骤以使固体沉淀。
图3的流程图中阐释了方法,现结合图2描述。
在步骤S21中,需淋洗的土壤置于第一容器11中。
在步骤S22中,产酸渗沥液添加至第一容器11,且反应器关闭。
优选地,反应器应密封关闭以确立厌氧条件并且捕获污染土壤和渗沥液间反应中形成的甲烷。
当然可颠倒步骤S21和S22的顺序,或同时引入渗沥液和土壤。
在合理的反应时间后,在步骤S23中,如上所述,现在包含污染物的产酸渗沥液通过龙头15排放至第二容器17中。反应时间取决于渗沥液的属性和品质、以及污染物的量和种类。
在步骤S24中,例如纯水的漂洗液添加至土壤,并且,可经过一段时间后,通过龙头15排放至第二容器17中。步骤S24,以及如必需的步骤S23和S24可根据需要重复。
当土壤为清洁的,可通过例如倾倒容器将土壤从第一容器11移除,并且土壤回到其取走的地点、或另一个地方。
现在,第二容器17存有污染的流体,该流体是产酸渗沥液和用于漂洗土壤的水的混合物。该污染的流体可在随后的步骤中通过适于污染存在的任何已知的方法进行处理。这通常通过向污染的流体添加适于结合各自的污染物的一种或多种试剂来实现的。在砷和一些其他金属的情况中,合适的试剂是硫磺。在厌氧条件下使用诸如二氧化碳、甲基和乙酸营养(acetatotrophic)基质的细菌的帮助下向液体添加硫磺的结果是:砷与硫反应形成硫化砷,AsS,而烃被拆分以形成可作为能源的甲烷、和二氧化碳。在图1和3中示出的实施方式中,这通常在液体收集容器中进行。
优选地,在前述步骤S21中,渗沥液也可在现场,在如以上概述的适于制备产酸渗沥液的反应槽、大型袋等中制备。这可为用于向第一容器1添加渗沥液的容器19。
图4中示出土壤淋洗设备的第二实施方式。图5中概述使用该实施方式的方法。
图4的设备包括第一容器21,在第一容器21中土壤与产酸渗沥液混合以淋洗。第一容器21优选具有土壤与渗沥液反应时紧紧闭合的盖(未示出)、和在底部或近底部用于排放液体至设置为容纳污染液体的第二容器27的龙头25。第三容器31设为从第一容器21接收淋洗的土壤。在第三容器31中,淋洗的土壤用水或另一合适的漂洗液清洗。第三容器31也具有排放污染的漂洗液至第二容器27或一个不同容器(未示出)中的龙头33。
还有第四容器35从第三容器31接收清洁的土壤。第一输送装置37设为将淋洗的土壤从第一容器21输送至第三容器31,并且第二输送装置39设为将清洁的土壤从第三容器31输送至第四容器35。第一37和第二39输送装置可为例如输送线或进给螺杆,设为将土壤从一个容器运送至下一容器上方的一点并将其排放至下一容器中。还可能使用移动土壤的诸如挖掘机的机器,如以这样方式进行实施,以将渗沥液的主要部分留在第一容器中。
第一和第三容器中,可搅拌土壤以增加土壤分别与产酸渗沥液或漂洗液间的接触。这可通过第一容器21和第三容器31中各自的第一和第二搅拌装置22,、32或其他方式完成。如果进给螺杆设置在容器内,容器的内含物可通过反向运行进给螺杆搅拌。
如第一和第二输送装置37、39的类似型输送装置可设为从第四容器35输送清洁的土壤,但这并未示出。可选地,第四容器35可设置为倾斜的以排放清洁的土壤。如上所述,容器21、27、31、35的每一个优选设置为可移动的,以使第四容器35可移至需施用清洁土壤的位置并在此处清空。
图5是阐释可用图4设备的方法的流程图。在步骤S41中,适量产酸渗沥液引入第一容器21中,并且步骤S42中,适量需淋洗的土壤引入第一容器21中。该顺序可颠倒;土壤或渗沥液均可先引入、或二者同时引入。
足以使污染颗粒与渗沥液反应的适量时间后,清洁的土壤在步骤S43中通过第一输送装置37被输送至第三容器31。在第三容器31中,淋洗的土壤在步骤S44中使用优选为纯水的另一种漂洗液进行清洗,该漂洗液可在淋洗的土壤之前、之后或同时引入第三容器。土壤在第四容器35中保留一段适量的时间。清洁的土壤,在步骤S45中,随后从第三容器31输送至第四容器35、或可选地直接输送至将要放置的土地。
来自第一容器21的污染的渗沥液和来自第三容器31的污染的漂洗液被排放至第二容器27中用于进一步处理。第二容器27中污染的液体可如图2相关讨论的相同方式处理。所有实施方式中污染的液体将可能包括部分的最细的土壤颗粒。在这种情况下,液体可在第二容器27中停留足够长的时间以使土壤颗粒沉淀于底部,这样污染的渗沥液和沉淀产生的污泥可分别处理。渗沥液应输送至水处理设备,而可能仍被污染的污泥应输送至填埋堆。
如图3中示出的方法,可优选存在在先步骤,其中产酸渗沥液在现场制备。第一和第三容器的内含物优选进行搅拌,以增加土壤与每个容器中的各自液体的接触。
作为分别通过第一和第三容器底部的龙头25、33排放渗沥液和漂洗液的替代,包括土壤和液体的各容器全部内含物可倾倒至另一容器上方的筛中,这样土壤被保留在筛中,而污染的液体将被收集到另一容器中。
在优选实施方式中,根据本发明的土壤淋洗设备是可移动的。这可通过图1中示出的实施方式和图3中示出的实施方式实现。
优选地,土壤淋洗过程后将伴随着纯化上述图3相关的污染的渗沥液和/漂洗液的过程。
图6是根据本发明的土壤淋洗设备的另一实施方式的概述。如本领域技术人可理解的,本实施方式的元素可与前述实施方式的元素结合。例如,在本实施方式中,使用管线用于输送所有容器间的液体和土壤,然而在前述实施方式中,各种运送设置用于土壤,而液体通过容器中的龙头从容器中排放。可能在一些容器间使用管线和泵,并在其他容器间使用运输机制。
图6示出需淋洗的土壤堆61。土壤从通常附近某处被挖掘出。土壤61通过例如挖掘机、装载机等(未示出)供给至接收槽63。渗沥液槽65设置为容纳用于土壤淋洗的产酸渗沥液。渗沥液可在槽中制备,或可在他处制备并供给至槽。在前者的情况中,有机废物和水供给至渗沥液槽65并反应一段时间、以供给产酸渗沥液。从渗沥液槽中,设置渗沥液管线67供给渗沥液至接收槽65。为了控制渗沥液的流,在渗沥液管线67中提供阀68以及可选的泵69。
功能对应于图3的第一容器的混合容器71设置为接收通过混合物管线73的来自接收槽63的土壤和渗沥液的混合物。在混合物管线73中设置泵74,用于泵送从接收槽63至混合容器71的混合物。在混合容器71中,通过一条渗沥液管线67从渗沥液槽65供给更多的渗沥液。可理解的,接收槽为可选的,但是当其存在时,可用作促进土壤和渗沥液的混合。可从将来自堆61和渗沥液槽65的土壤和渗沥液直接供给至混合槽71。在混合槽71中,土壤和渗沥液的混合物优选持续或间歇搅拌,以最大化土壤与渗沥液的接触。专用混合装置72可在混合槽71中提供,或者该混合可通过挖掘机或类似装置实施。混合物在混合槽71中停留适量时间,该时间可在一或几小时的范围。
来自混合槽71的混合物通过带有泵76的管线75供应至一个或多个沉淀槽73。在沉淀槽(或多个槽)73中,淋洗的土壤沉入底部,并且渗沥液通过管线78排放至渗沥液处理槽77中。渗沥液的出口可基于沉淀槽中污泥水平设置在容器中。如可能,渗沥液可通过自由下落排放,否则其可通过例如泵的装置主动除去。沉淀槽73中剩余的土壤仍将用必须从土壤中除去的污染的渗沥液浸泡。来自沉淀槽73的土壤因此借助泵81通过土壤管线80输送至漂洗槽83。在漂洗槽中添加漂洗液,以取代土壤中缝隙中的渗沥液。如上所述,漂洗液可为水、醇或另一合适液体。可行的是,可使得该液体呈轻微碱性,以在土壤接触产酸渗沥液后恢复土壤pH值。这可通过例如向水中添加钙实现。与混合槽中相同地,为了是漂洗过程更有效,搅拌漂洗槽中的内含物是有益的。这可通过专用混合装置84或其他一些合适的手段实现。
来自漂洗槽83的漂洗的土壤通过包括泵88的管线87输送至最终槽85。最终槽85优选为沉淀槽,其中使土壤沉淀并且移除剩余漂洗流体。漂洗流体通常被输送至水处理设备(未示出)。在通往处理设备的途中和/或处理设备本身内,可接触诸如过滤或沉淀的处理。最终槽85中剩余的土壤可输送至填埋堆或至某处重新使用。
漂洗槽83中漂洗淋洗后的土壤的替代是土壤的真空过滤。这将从土壤中的孔隙和缝隙中提取水,得到更致密的土壤。
混合槽71和沉淀槽73以及二者之间的管线用于与图2和4中第一容器的相同的作用。漂洗槽用于与图4中第三容器相同的作用。本领域技术人员将理解,只要所有的功能得以实现,不同设备的元件可合并。
渗沥液处理槽可以与图2或3的第二容器27以相同方式使用。
渗沥液处理的另一选择是将其再循环至填埋堆。在包括瑞典很多国家中,以这种方式沉积液体目前是禁止的。但如允许,填埋堆在这种情况下将作为一种反应器。填埋堆通常包含足够水平的硫,用于不添加硫的情况下引发与上述相同的反应:砷和其他重金属离子将以硫化物的形式沉淀,并恰当地存储于填埋堆中,而不需任何进一步输送。如不允许,显然地,可添加硫。需要促进该反应的细菌已存在于填埋堆中并依赖渗沥液的内含物。这由此将是处理渗沥液的成本有效方式。
图7阐释根据本发明的一个实施方式的土壤淋洗的全过程。首先,在步骤S61中污染土壤储存于仓库中,并且步骤S65中产酸渗沥液储存在渗沥液槽中。渗沥液可在渗沥液槽65中通过混合有机废料和水并使其反应一段时间制成。不用水,而是诸如来自填埋区的渗沥液的另一种流体可用于制备本实施方式和所有其他实施方式中的渗沥液。在步骤S71中,土壤和渗沥液供给至混合容器71并混合成悬浊液。如上所述,混合容器71优选为闭合的,已提供厌氧条件。
如上所述的相同类型的反应将发生在混合容器71中。在步骤S73中,经过使污染离子尽可能与渗沥液中的络合形成物反应的适量的时间后,土壤从渗沥液中分离。如上所示,该步骤可通过不同方式实现,包括:在沉淀槽73中土壤的沉淀,如图3中所示将混合槽的土壤运送出,以及筛分土壤。分离步骤S73后,土壤在漂洗步骤S83中被漂洗,并且渗沥液在步骤S77中管理。通常漂洗步骤S83通过如上所述的漂洗液实现,但是其还可通过依靠真空过滤提取污染的渗沥液,或通过这两种方法的结合完成。如图2中所示,土壤可因此被保存在混合槽71中,但该过程可通过移动土壤至单独的漂洗槽83使混合槽71中淋洗新的土壤而更有效运转。在步骤S85中,土壤从漂洗液中分离。同样的,如步骤S73所述,这也可以不同方式完成。漂洗的土壤可置于填埋堆中或可作为新鲜土壤置于土地上。步骤S85后的漂洗液输送至水处理设备。
步骤S77中,污染的渗沥液优选在封闭容器77中通过向渗沥液添加硫化物和/或其他合适的反应物进行处理。如上所述,这将导致重金属离子的沉淀。在该反应中,还将释放诸如二氧化碳和甲烷的气体。通常,渗沥液还含有溶解的土壤颗粒。沉淀步骤后,渗沥液可被输送至水处理设备,而沉淀污泥可被输送至填埋堆。
取代分开制备渗沥液并将其添加至淋洗容器中的是:渗沥液可在淋洗容器内制备。这种情况下优选通过例如土壤搅拌器混合土壤和有机材料,或仅通过在淋洗容器中放置土壤和有机材料的交替层。有机材料的分解将导致产酸渗沥液的形成,将随着产酸渗沥液的制成而启动土壤淋洗过程。
这可在适于该方法的任何设备中实施,例如图1、2、4或6中阐释的设备。图1、4和6中分别示出的渗沥液槽4、19和65可不包括,或可用作向淋洗槽供给水而不是渗沥液的水槽。再次的,淋洗槽优选为闭合的,以促进厌氧条件。
图8是说明该替换的方法的最初的步骤的流程图,分别对应于图3和5中步骤S21和S22或S41步骤S42:
步骤S81中,土壤和有机物质添加至淋洗容器。优选也将它们混合,以增加分解的有机物质和土壤间的接触,以使与分解并行的淋洗程序尽可能地有效。它们可以任何合适的方式混合,例如通过土壤搅拌机或仅在淋洗容器中通过添加土壤和有机材料的交替层。
在步骤S82中,添加水促进产酸渗沥液的制备。当然,水可在过程中的任意点添加,土壤和有机物质添加前或后、或同时添加。
足够渗沥液形成并足够污染颗粒与渗沥液反应的适量时间后,根据例如步骤S23和S24或步骤S43-S45,该过程继续淋洗土壤从污染的渗沥液的分离。
图9示出与图7中示出的过程类似的、应用于该替换过程的全过程。可以看出,唯一的不同是有机废物和水随着污染土壤直接递送至混合容器。搅拌器确保有机物质、土壤和水混合为悬浊液。因此,产酸渗沥液制备的同时,土壤在混合室中淋洗。
产酸渗沥液可从若干不同来源的有机材料制备,该有机材料包括食品废物、面食品、蔬菜、燃料垃圾、造纸污泥、或诸如马粪的粪便。也使用有机材料的混合物,包括造纸污泥和食品废物的混合物、以及马粪和燃料垃圾的混合物。在实验中,已发现产酸渗沥液在洗除诸如砷、铜和锌的离子上数倍有效于用蒸馏水淋洗土壤。
下面,将列举一些这种实验的结果。应注意这些数据基于有限次实验。它们不应在任何方面被认为是对本发明的范围的限制,而仅仅作为说明本发明构思的一些实施例。在每个案例中,数值为2的液固比(L/S)用于土壤淋洗,也就是说,土壤的量与两倍量的渗沥液混合并使其反应一段时间。
下述表1示出分别由混合食品废物、面食品、蔬菜制备的渗沥液淋洗As污染的土壤的Al、As、Ca、Cu、Fe、K、Mg、Na、P、S和Zn离子的量。虽未在表1中反映出,但产酸渗沥液还已发现从土壤洗去汞。
混合食品废物 | 面食品 | 蔬菜 | 蒸馏水 | |
Al | 23.2 | 110.24 | 28.16 | 无数据 |
As | 148.6 | 271.16 | 192.73 | 25.42 |
Ca | 3831.7 | 989.29 | 839.04 | 无数据 |
Cu | 8.9 | 29.54 | 12.33 | 0.22 |
Fe | 6.6 | 166.75 | 25.97 | 无数据 |
K | 1495.2 | 446.06 | 923.28 | 无数据 |
Mg | 580.4 | 178.32 | 140.94 | 无数据 |
Na | 1443.1 | 1000.48 | 121.64 | 无数据 |
P | 48.9 | 182.7 | 68.1 | 无数据 |
S | 528.1 | 97.77 | 146.29 | 无数据 |
Zn | 169.7 | 642.26 | 339.44 | 0.77 |
图1 用不同种类渗沥液和蒸馏水淋洗出的离子的量,单位mg/kg土壤。
可以看出,所有不同类型的产酸渗沥液证实较水更有效,实际结果针对不同类离子而变化。在这些实验中,从有机废物开始制备产酸渗沥液的反应时间将近两个月。添加至基质的水的量大约是有机废物中干基量的两倍。用于土壤淋洗的时间是24小时。
制备产酸渗沥液所需时间天然取决于多种因素,包括
●使用的废物的类型,特别是其易降解的程度
●添加至废物的水的量
●温度
●生酸菌的量
●生酸菌的种类
例如,食品废物将较造纸泥污更易降解,燃料垃圾介于二者之间。
土壤淋洗需要的时间,即土壤应接触产酸渗沥液的时间也取决于多个因素,包括
●产酸渗沥液的属性,例如各种反应物的浓度,
●渗沥液和土壤各自的量之间的比率,
●温度
●土壤/渗沥液表面的几何结构。这可通过搅拌土壤和渗沥液的混合物改善。
在最佳条件下,土壤和渗沥液间的接触时间可降至一小时或更少。
下面,将讨论包括各种渗沥液、具有商业上可获得的络合形成物(EDTA)的水和蒸馏水的实验的一些数据:
使用食品废物、燃料垃圾、造纸污泥和马粪分别制备不同类型的渗沥液。
使用的不同类型的有机废物的主要特点在表2中示出:
表2 用于制备渗沥液的不同类型的有机废物的特征,包括通过±指示的TS、VS的标准偏差。
EC 用mS/cm表示的导电率。在本文中,这是样品中总盐度和溶解的离子量的指标。
TS 总固体,指示材料的干组分。
VS 挥发性固体,材料中可燃部分,大致指示材料的有机物含量。
COD 化学需氧量,是氧化样品中所有还原化合物至水和二氧化碳所需的氧气的量度,指示废物的有机物质含量水平。
实验建立时,食品废物已在冰箱中缓慢产酸一个月,这解释了其初始的低pH值。
每种废物还进行微量元素分析。燃料垃圾含有一定量的Zn、Pb和Cr,而其他类废物不含。
如表3中列出的,实验含盖废物的五种不同组成,A、B、C、D和E:
食品废物 | 燃料垃圾 | 造纸污泥 | 马粪 | 自来水 | |
A | 0.39kg | 3.33kg | |||
B | 0.97kg | 4.11kg | |||
C | 0.54kg | 3.33kg | |||
D | 0.16kg | 0.87kg | 6.75kg | ||
E | 0.49g | 0.09kg | 4.50kg |
表3 用于获得不同渗沥液的不同类型废物。
表4阐释基于表3中示出的组合制备产酸渗沥液的主要特征,且还基于稀释的食品废物:
表4 渗沥液的特征
食品废物产酸3个月且其他废物产酸2个月后,所有pH下降、但并不显著。所有废物中COD值下降,尤其是食品废物、燃料垃圾和马粪+燃料垃圾的组合中。
表5阐释Hg土壤淋洗后基于表3中的A、B、C、D、E的渗沥液,以及稀释的食物废料渗沥液以及带EDTA的水以及蒸馏水的洗脱性质。
废物源 | pH | EC(ms/cm) | COD(g/l) |
食品废物 | 4.9 | 6.26 | 200±5 |
稀释食品废物(20%conc.) | --- | --- | --- |
燃料垃圾 | 6.91 | 5.35 | 12.83±4.04 |
造纸污泥 | 5.94 | 7.87 | 22.17±0.76 |
造纸污泥+食品废物 | 5.81 | 7.68 | 25±5.3 |
马粪+燃料垃圾 | 7.15 | 5.27 | 19.38±4.42 |
带EDTA的水 | 6.53 | 2.17 | --- |
蒸馏水 | 7.32 | 1.6 | --- |
表5 Hg淋洗后的洗脱性质
表6阐释As土壤淋洗后基于表3中的A、B、C、D、E的渗沥液,以及稀释的食物废料渗沥液以及带EDTA的水以及蒸馏水的洗脱性质。
废物源 | pH | EC(ms/cm) | COD(g/l) |
食品废物 | 6.43 | 8.44 | 87.5±23.8 |
稀释食品废物(20%conc.) | 6.99 | 2.67 | 25.75±4.6 |
燃料垃圾 | 7.63 | 5.88 | 13.17±3.47 |
造纸污泥 | 6.11 | 7.92 | 19.75±2.6 |
造纸污泥+食品废物 | 6.18 | 7.67 | 25.5±4.24 |
马粪+燃料垃圾 | 7.7 | 5.23 | 11.88±4.42 |
带EDTA的水 | 7.49 | 2.23 | --- |
蒸馏水 | 8.51 | 1.2 | --- |
表6 As淋洗后的洗脱性质
从表5和6可看出,土壤淋洗后COD值下降,而pH值升高。两者的变化在As污染土壤的淋洗中比Hg污染土壤的淋洗中更显著。
图7阐释不同类型渗沥液和蒸馏水的As土壤淋洗后洗脱元素的量。
面食品 | 蔬菜 | 混合食品废物 | 蒸馏水 | |
Al | 55.24 | 13.69 | 11.6 | 0.08 |
As | 135.87 | 93.77 | 74.5 | 12.74 |
Ca | 495.71 | 422.80 | 1920.0 | 51.14 |
Cd | 0.83 | 0.44 | 0.3 | 0.05 |
Cr | 7.26 | 2.43 | 1.2 | 0.06 |
Cu | 14.80 | 6.23 | 4.5 | 0.11 |
Fe | 83.55 | 15.89 | 3.3 | 0.18 |
K | 223.51 | 457.94 | 749.2 | 8.48 |
Mg | 89.35 | 71.91 | 290.8 | 6.27 |
Mn | 42.77 | 31.03 | 31.1 | 0.72 |
Na | 501.32 | 59.44 | 723.1 | 17.84 |
Zn | 321.82 | 173.74 | 85.0 | 0.39 |
P | 91.55 | 34.45 | 24.5 | 0.33 |
S | 48.99 | 74.18 | 264.6 | 35.91 |
表7 使用基于不用类有机废料的渗沥液的As土壤淋洗后洗脱液中元素浓度,单位mg/l
如表1中,所有渗沥液显然较蒸馏水更有效。应注意的是不同类型渗沥液间的差异可能是由于不同类型有机废物的性质;然而,也有可能由于其他诸如不同废物/水的比例或不同渗沥液强度的因素。
Claims (23)
1.用于土壤淋洗的产酸渗沥液的应用,所述产酸渗沥液通过厌氧条件下有机废物的不完全分解获得。
2.根据权利要求1所述的产酸渗沥液的应用,其中所述产酸渗沥液能够通过在诸如制甲酸、乙酸、丙酸和乳酸的细菌的产酸菌的存在下分解有机物质,并向分解的有机物质添加水以获得所述产酸渗沥液的方法得到。
3.根据权利要求2所述的产酸渗沥液的应用,其中所述方法进一步包括从残余固体物质分离所述产酸渗沥液。
4.根据权利要求2或3所述的产酸渗沥液的应用,其中所述有机物质是面食品或蔬菜。
5.根据前述任一权利要求所述的产酸渗沥液的应用,其中有机物质的分解在需淋洗的土壤存在条件下进行。
6.用于土壤淋洗的设备,该设备包括淋洗容器(2;11;21;71),用于污染土壤接触产酸渗沥液以制备淋洗的土壤和污染的渗沥液;液体供给装置(19;65),设置为向所述淋洗容器(2;11;21;71)供给液体;以及第一分离装置(15;37;73;78;80),设置为从所述淋洗的土壤分离所述污染的产酸渗沥液。
7.根据权利要求6所述的设备,其中所述液体供给装置(19;65)设置为向所述淋洗容器(2;11;21;71)供给产酸渗沥液。
8.根据权利要求6所述的设备,其中所述淋洗容器设置为容纳污染土壤和有机物质、并使所述有机物质在厌氧条件下分解,其中所述液体供给装置设置为向土壤和有机物质的混合物供给水,以此可通过所述有机物质的分解制备所述产酸渗沥液。
9.根据权利要求5所述的设备,进一步包括漂洗容器(11;31;83),用于所述淋洗的土壤接触漂洗液、从所述淋洗的土壤除去污染的产酸渗沥液、以制备漂洗的土壤和污染的漂洗液;以及第二分离装置(15;39;85),设置为从所述污染的漂洗液分离所述漂洗的土壤。
10.根据权利要求6所述的设备,其中所述漂洗容器与所述淋洗容器是同一容器。
11.根据权利要求5至7任一所述的设备,其中所述第一和/或第二分离装置包括用于排放所述污染的渗沥液和/或所述污染的漂洗液的龙头(15)。
12.根据权利要求5至7任一所述的设备,其中所述第一和/或第二分离装置包括诸如输送线或进给螺杆的机制,用于将所述淋洗的和/或漂洗的土壤从所述淋洗和/或漂洗容器运送至下一容器。
13.根据权利要求6所述的设备,其中所述漂洗容器(11;31;83)是分离于所述淋洗容器(2;11;21;71)的另一容器,所述第一分离装置包括第一输送装置(37;75;76;80;81),用于将淋洗的土壤从所述淋洗容器(2;11;21;71)输送至所述漂洗容器(11;31;83)。
14.根据权利要求6所述的设备,进一步包括土壤容器(35;85),用于从所述漂洗容器(11;31;83)接收漂洗的土壤。
15.根据权利要求5至11任一所述的设备,其中至少所述淋洗容器(2;11;21;71)和/或所述漂洗容器(11;31;83)设置为可搬运的,以在不同位置进行土壤淋洗。
16.土壤淋洗的方法,该方法包括以下步骤:
a.污染土壤接触产酸渗沥液第一段时间,以制备渗沥液和淋洗的土壤的悬浊液,其中所述产酸渗沥液中脂肪酸分子与土壤中污染物形成络合物,产生污染的渗沥液;
b.从所述污染的渗沥液中分离土壤,以制得淋洗的土壤。
17.根据权利要求10所述的方法,其中所述第一段时间是1至48小时的区间内,优选为2至24小时。
18.根据权利要求14所述的方法,其中,通过在有机材料产酸条件下分解前混合有机材料、需淋洗的土壤和水,使所述土壤与产酸渗沥液的接触与所述产酸渗沥液的制备并行发生。
19.根据权利要求16所述的方法,其中所述有机材料在厌氧条件下分解,优选在诸如制乳酸、甲酸、乙酸或丙酸的细菌的产酸菌存在下。
20.根据权利要求13所述的方法,进一步包括步骤:
c.使用漂洗液和/或真空过滤漂洗所述淋洗的土壤,以制备清洁的土壤。
21.根据权利要求13或14所述的方法,进一步包括步骤:
d.通过沉淀污染的渗沥液中诸如金属阳离子的污染物纯化所述污染的渗沥液,例如通过向所述污染的渗沥液添加诸如硫酸盐的物质。
22.根据权利要求13至15任一所述的方法,在方法步骤a之前,该方法进一步包括通过在厌氧环境下分解有机材料制备所述产酸渗沥液的步骤。
23.根据权利要求13至16任一所述的方法,该方法进一步包括输送所述淋洗和/或漂洗容器至所述污染土壤位于的地点的步骤,其中所述方法在所述污染土壤的位置附近实施。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: Sorentina, Sweden Applicant after: Ron Sears recycling Address before: Sorentina, Sweden Applicant before: RAGN-SELLS AB |
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CB02 | Change of applicant information | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20151104 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |