CN105057340B - 一种铬污染土壤异位淋洗修复工艺及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于污染土壤修复治理技术领域，特别涉及重金属(六价铬)污染土壤的异位化学淋洗修复工艺及其装置。所述铬污染土壤异位淋洗修复工艺装置，包括一级擦洗单元：制浆机、混匀均化设备、一级振动筛、一级旋流器；二级擦洗单元：强力搅拌机、二级旋流器、二级振动筛；废液处理单元：浓密机、待压泥浆罐和板框压滤机；药剂添加单元：药剂罐。所述铬污染土壤异位淋洗修复工艺包括：一级淋洗、二级淋洗和废液处理。本发明异位淋洗修复工艺可以根据含各类污染物的土壤或底泥的情况进行灵活的调整；本发明异位淋洗修复工艺装置在工程结束后可移动至下一工程现场再次使用，因此可以提高设备利用率，节约成本。

Description

一种铬污染土壤异位淋洗修复工艺及其装置

技术领域

本发明属于污染土壤修复治理技术领域，特别涉及重金属(六价铬)污染土壤的异位化学淋洗修复工艺及其装置。

背景技术

Cr污染主要来源于电镀、制革、化工及冶金行业的废水、废渣。Cr主要以Cr³⁺和Cr⁶⁺两种价态存在，Cr³⁺毒性较低，不易溶于水，是人体和动物生长必需的微量元素；Cr⁶⁺的毒性比Cr³⁺高出上百倍，易进入人体细胞，对肝、肾等内脏器官和DNA造成损伤，具有致癌性并可能诱发基因突变，是对人体有害的危险工业废物。另外，Cr⁶⁺极易溶于水，具有高迁移性，在土壤中，水平迁移将扩大污染范围，垂直迁移增加污染土壤的土方量，加大修复的难度，且可以进一步造成对地下水的污染，已被美国EPA列为环境优先污染物。铬因其高毒性及致癌性，土壤铬污染已成为最严重的环境问题。

目前国内外普遍采用的铬及其他重金属污染土壤的修复方法包括物理修复、化学修复及生物修复技术。其中，物理修复适用于污染程度轻或污染程度重但污染范围小的情况，技术施工时间较短，但资金投入大，且主要是将污染物转移或者固定，并未真正去除污染物；生物技术是利用微生物或植物的生命代谢活动，特点是安全可靠，二次污染少，但修复周期厂，受土壤类型、地质条件、气候等环境因素的影响大；化学修复是通过向土壤中加入固化剂、有机质、化学药剂等，通过吸附、氧化还原、拮抗、络合螯合或沉淀作用，以降低重金属的生物有效性，主要包括淋洗技术、固化/稳定化技术。

淋洗修复技术分为原位修复技术和异位修复技术。原位淋洗是向土壤中施加淋洗液，淋洗液在向下渗透的过程中与土壤中Cr发生反应，通过溶解、解吸、络合等作用，Cr形成迁移态物质随淋洗液流出，进入废水收集井后进行后续水处理。异位淋洗是将污染土壤挖出来，在相应的设备中加入淋洗液对土壤进行清洗，最后将污染水进行后续处理，清洁土回填的方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种铬污染土壤异位淋洗修复工艺及其装置。

为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案为：

一种铬污染土壤异位淋洗修复装置，其特征在于，包括

一级擦洗单元，其包括制浆机、混匀均化设备、一级振动筛、一级旋流器，所述制浆机、混匀均化设备和一级振动筛顺次连接，所述一级振动筛的筛下出口与一级旋流器连接；

二级擦洗单元，其包括强力搅拌机、二级旋流器、二级振动筛，所述一级旋流器的底流出口与所述强力搅拌机连接，强力搅拌机与二级旋流器连接，二级旋流器的底流出口与二级振动筛连接，二级振动筛的筛下出口重新与二级旋流器入口连接，进行二级旋流器-振动筛反复循环处理；

废液处理单元，其包括浓密机、待压泥浆罐和板框压滤机，所述一级旋流器的溢流出口、二级旋流器的溢流出口分别与浓密机连接，所述浓密机底部出口与待压泥浆罐连接，待压泥浆罐与板框压滤机连接；

药剂添加单元，其包括药剂罐，所述药剂罐分别与混匀均化设备、强力搅拌机连接。

上述方案中，所述混匀均化设备为横卧式圆桶，工作时圆桶绕轴线旋转。

上述方案中，所述强力搅拌机包括壳体和垂直搅拌器，所述垂直搅拌器包括搅拌轴和固定搅拌轴上的三层搅拌叶片组件，所述每层搅拌叶片组件上包括多个均匀分布的、具有相同倾斜方向和相同倾斜角度的叶片，相邻两层搅拌叶片组件上叶片的倾斜方向相反。

上述方案中，所述壳体的横截面为正六边形，所述垂直搅拌器包括搅拌轴和固定搅拌轴末端的三层搅拌叶片组件，所述每层搅拌叶片组件上包括6个均匀分布的、具有相同倾斜方向和相同倾斜角度的叶片，层与层之间的叶片在垂直方向上对齐。

上述方案中，所述一级振动筛的筛孔尺寸为5mm，所述二级振动筛的的筛孔尺寸为0.1mm。

上述方案中，所述一级旋流器、二级旋流器的分离粒径为75μm。

上述方案中，所述所有连接均为管道连接，所述管道上均设置有控制阀；进一步地，所述控制阀可以实现PLC控制。

本发明中，所述强力搅拌机采用坚固、耐磨，易维护钢/不锈钢材质制备而成，搅拌器为多层叶片组件，搅拌过程中能形成方向相反的涡旋；进一步地，所述强力搅拌机壳体的横截面采用正六边形造型，可以有效增加泥浆颗粒和容器壁的碰撞几率和强度，使污染物或极细颗粒更容易从大颗粒表面去除；同时，颗粒之间、颗粒和容器壁间的碰撞、摩擦使土壤浆液的温度升高，可以加速淋洗反应的进行。

一种铬污染土壤异位淋洗修复工艺，包括如下步骤：

(1)一级淋洗：污染土壤加水后在制浆机中被制成浆液，然后将其泵送至混匀均化设备，同时向混匀均化设备中添加淋洗药剂，开启混匀均化设备进行第一次淋洗，淋洗结束后，浆液被泵送至一级振动筛筛面，筛上物经冲洗水冲洗后作为大颗粒干净土排出，筛下浆液被泵送至一级旋流器进一步分离，经一级旋流器分离后，其中细颗粒悬浮物以溢流形式进入后续浓密机进行废液处理，底流物质进入下一级淋洗；

(2)二级淋洗：将底流物质泵送至强力搅拌机，同时向强力搅拌机中添加淋洗药剂，开启强力搅拌机进行第二次淋洗，淋洗结束后，底流物质被泵送至二级旋流器进一步分离，经二级旋流器分离后，其中细颗粒悬浮物以溢流形式进入后续浓密机进行废液处理，底流物质被泵送至二级振动筛筛面进行二次筛分，筛上物经冲洗水冲洗后作为干净土排出，筛下浆液再次进入二级旋流器，进行二级旋流器-二级振动筛反复循环处理；

(3)废液处理：向浓密机中加入还原剂、絮凝剂和pH调节剂，充分搅拌、静置后，细颗粒悬浮物被絮凝沉淀形成底流沉淀层和上清液，底流沉淀层进入待压泥浆罐，向待压泥浆罐中加入固化剂，随后进入板框压滤机压滤形成滤饼和滤液。

上述方案中，所述浓密机内的上清液和板框压滤机内的滤液可作为清洗水回用或做达标处理后排放，所述滤饼可作为一般固体废弃物处理。

上述方案中，所述第一次淋洗的时间为30～60分钟，第二次淋洗的时间为30～60分钟。

上述方案中，所述淋洗药剂为硫酸亚铁(FeSO₄)，两次淋洗的淋洗药剂添加量分别为60g/kg土、30g/kg土。

上述方案中，所述pH调节剂为氢氧化钙，所述还原剂为硫酸亚铁，所述絮凝剂为PAM，所述固化剂为HAS土壤修复剂。

上述方案中，所述浆液的固体浓度为500g/L～600g/L。

本发明的有益效果为：(1)本发明铬污染土壤经过异位淋洗修复工艺处理后，土壤中Cr⁶⁺的去除率可到85％以上，浓密上清液及压滤滤液中Cr⁶⁺含量很低，基本检测不出，可回流作为清洗水循环利用或做达标处理后排放，滤饼可作为一般固体废弃物处理；(2)本发明所述异位淋洗修复工艺可以根据含各类污染物的土壤或底泥的情况进行灵活的调整；异位淋洗修复设备在工程结束后可移动至下一工程现场再次使用，因此可以有效提高设备利用率，节约成本；(3)通过调整淋洗药剂，本发明也可以用于其他重金属污染土壤的淋洗，且能够有效降低污染土壤中重金属的含量。

附图说明

图1为本发明异位淋洗修复工艺装置示意图，图中1代表制浆机，2代表药剂罐，3代表混匀均化设备，4代表一级振动筛，5代表一级旋流器，6代表强力搅拌机，7代表二级旋流器，8代表二级振动筛，9代表浓密机，10代表待压泥浆罐，11代表板框压滤机。

图2本发明异位淋洗修复工艺示意图。

图3为强力搅拌机的简图，其中1为俯视图，2为主视图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。

参见图1，一种铬污染土壤异位淋洗修复工艺装置，包括

一级擦洗单元，其包括制浆机1、混匀均化设备3、一级振动筛4、一级旋流器5，所述制浆机1、混匀均化设备3和一级振动筛4顺次连接，所述一级振动筛4的筛下出口与一级旋流器5入口连接；

二级擦洗单元，其包括强力搅拌机6、二级旋流器7、二级振动筛8，所述一级旋流器5的底流出口与所述强力搅拌机6连接，强力搅拌机6与二级旋流器7入口连接，二级旋流器7的底流出口与二级振动筛8连接，二级振动筛8的筛下出口重新与二级旋流器7入口连接；

废液处理单元，其包括浓密机9、待压泥浆罐10和板框压滤机11，所述一级旋流器5的溢流出口、二级旋流器7的溢流出口分别与浓密机8连接，所述浓密机9的底部出口与待压泥浆罐10连接，待压泥浆罐10与板框压滤机11连接；

药剂添加单元，其包括药剂罐2，所述药剂罐2分别与混匀均化设备3、强力搅拌机6连接。

上述方案中，所述混匀均化设备为横卧式圆桶，工作时圆桶绕轴线旋转。

上述方案中，所述强力搅拌机包括壳体和垂直搅拌器，所述垂直搅拌器包括搅拌轴和固定搅拌轴上的三层搅拌叶片组件，所述每层搅拌叶片组件上包括多个均匀分布的、具有相同倾斜方向和相同倾斜角度的叶片，相邻两层搅拌叶片组件上叶片的倾斜方向相反。

进一步地，所述壳体的横截面为正六边形，所述垂直搅拌器包括搅拌轴和固定搅拌轴末端的三层搅拌叶片组件，所述每层搅拌叶片组件上包括6个均匀分布的、具有相同倾斜方向、相同倾斜角度的叶片，层与层之间的叶片在垂直方向上对齐。

本发明所述强力搅拌机采用坚固、耐磨，易维护钢/不锈钢材质制备而成，搅拌器为多层叶片组件，搅拌过程中能形成方向相反的涡旋；进一步地，所述强力搅拌机壳体的横截面采用正六边形造型，可以有效增加泥浆颗粒和容器壁的碰撞几率和强度，使污染物或极细颗粒更容易从大颗粒表面去除；同时，颗粒之间、颗粒和容器壁间的碰撞、摩擦使土壤浆液的温度升高，可以加速淋洗反应的进行。

上述方案中，所述一级振动筛的筛孔尺寸为5mm，所述二级振动筛的的筛孔尺寸为0.1mm。

上述方案中，所述一级旋流器、二级旋流器的分离粒径为75μm。

上述方案中，所述所有连接均为管道连接，所述管道上均设置有控制阀；进一步地，所述控制阀可以实现PLC控制。

实施例1

污染土壤取自某化工厂废弃厂址，含水率约25％，采用上述铬污染土壤异位淋洗修复装置进行淋洗修复，包括如下步骤：

(1)一级淋洗：污染土壤加水后在制浆机中被制成固体浓度为500g/L的浆液，然后将其泵送至混匀均化设备，同时向混匀均化设备中添加60g/kg土的淋洗药剂硫酸亚铁(FeSO₄)，开启混匀均化设备进行第一次淋洗，淋洗时间为40min，淋洗结束后，浆液被泵送至一级振动筛筛面筛分并用一定量冲洗水冲洗，筛面在电机产生的激振力作用下做纵向运动，筛面上的大颗粒物料在筛网上被抛起，同时向前作直线运动，5mm以上的大颗粒石子从筛网的一端落下从而被筛分出来作为干净土排出，细颗粒浆液透过筛网间隙作为筛下浆液被泵送至一级旋流器(分离粒径为75μm)进一步分离，经一级旋流器分离后，其中细颗粒悬浮物(粒径小于75μm)以溢流形式进入后续浓密机进行废液处理，底流物质进入下一级淋洗；

(2)二级淋洗：将底流物质泵送至强力搅拌机，同时向强力搅拌机中添加30g/kg土淋洗药剂，开启强力搅拌机进行第二次淋洗，淋洗时间为40min，淋洗结束后，底流物质被泵送至二级旋流器(分离粒径为75μm)进一步分离，经二级旋流器分离后，其中细颗粒悬浮物(粒径小于75μm)以溢流形式进入后续浓密机进行废液处理，底流物质被泵送至二级振动筛筛面进行二次筛分，筛分粒径0.1mm，筛上物经冲洗水冲洗后作为干净土排出，筛下浆液再次进入二级旋流器，进行二级旋流器-二级振动筛反复循环处理；

(3)废液处理：向浓密机中加入还原剂硫酸亚铁、絮凝剂PAM和pH调节剂氢氧化钙进行Cr⁶⁺的还原及部分金属离子的沉淀，充分搅拌、静置后，形成底流沉淀层和上清液，底流沉淀层进入待压泥浆罐，向待压泥浆罐中加入固化剂HAS土壤修复剂，随后进入板框压滤机压滤形成滤饼作为一般废弃物处理，浓密机上清液与压滤机滤液一起回流作用清洗水回用。

本发明污染土壤经过淋洗修复处理后，土壤中Cr⁶⁺的去除率85％，浓密上清液及压滤滤液中Cr⁶⁺含量很低，基本检测不出，可作为清洗水回用或做达标处理后排放，滤饼可作为一般固体废弃物处理。

实施例2

污染土壤取自某机械厂电镀车间废弃厂址，含水率约30％，采用上述铬污染土壤异位淋洗修复装置进行淋洗修复，包括如下步骤：

(1)一级淋洗：污染土壤加水后在制浆机中被制成固体浓度为600g/L的浆液，然后将其泵送至混匀均化设备，同时向混匀均化设备中添加40g/kg土的淋洗药剂硫酸亚铁(FeSO₄)，开启混匀均化设备进行第一次淋洗，淋洗时间为30min，淋洗结束后，浆液被泵送至一级振动筛筛面筛分并用一定量冲洗水冲洗，筛面在电机产生的激振力作用下做纵向运动，筛面上的大颗粒物料在筛网上被抛起，同时向前作直线运动，5mm以上的大颗粒石子从筛网的一端落下从而被筛分出来作为干净土排出，细颗粒浆液透过筛网间隙作为筛下浆液被泵送至一级旋流器(分离粒径为75μm)进一步分离，经一级旋流器分离后，其中细颗粒悬浮物(粒径小于75μm)以溢流形式进入后续浓密机进行废液处理，底流物质进入下一级淋洗；

(2)二级淋洗：将底流物质泵送至强力搅拌机，同时向强力搅拌机中添加20g/kg土淋洗药剂，开启强力搅拌机进行第二次淋洗，淋洗时间为30min，淋洗结束后，底流物质被泵送至二级旋流器(分离粒径为75μm)进一步分离，经二级旋流器分离后，其中细颗粒悬浮物(粒径小于75μm)以溢流形式进入后续浓密机进行废液处理，底流物质被泵送至二级振动筛筛面进行二次筛分，筛分粒径0.1mm，筛上物经冲洗水冲洗后作为干净土排出，筛下浆液再次进入二级旋流器，进行二级旋流器-二级振动筛反复循环处理；

(3)废液处理：向浓密机中加入还原剂硫酸亚铁、絮凝剂PAM和pH调节剂氢氧化钙进行Cr⁶⁺的还原及部分金属离子的沉淀，充分搅拌、静置后，形成底流沉淀层和上清液，底流沉淀层进入待压泥浆罐，向待压泥浆罐中加入固化剂HAS土壤修复剂，随后进入板框压滤机压滤形成滤饼作为一般废弃物处理，浓密机上清液与压滤机滤液一起回流作用清洗水回用。

本发明污染土壤经过淋洗修复处理后，土壤中Cr⁶⁺的去除率89％，浓密上清液及压滤滤液中Cr⁶⁺含量很低，基本检测不出，可作为清洗水回用或做达标处理后排放，滤饼可作为一般固体废弃物处理。

以上实施例表明，六价铬污染土异位淋洗系统可以使污染土壤中的六价铬明显降低，且可以通过PLC控制，实现高效连续运行。根据污染土壤的性质及污染程度可以灵活调整工艺，系统中涉及的设备在工程结束后均可移动至下一工程现场再次使用，以提高设备利用率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。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。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种铬污染土壤异位淋洗修复装置，其特征在于，包括

一级擦洗单元，其包括制浆机、混匀均化设备、一级振动筛和一级旋流器，所述制浆机、混匀均化设备和一级振动筛顺次连接，所述一级振动筛的筛下出口与一级旋流器连接；

二级擦洗单元，其包括强力搅拌机、二级旋流器和二级振动筛，所述一级旋流器的底流出口与所述强力搅拌机连接，所述强力搅拌机与二级旋流器连接，所述二级旋流器的底流出口与二级振动筛连接，二级振动筛的筛下出口重新与二级旋流器的入口连接；所述强力搅拌机包括壳体和垂直搅拌器，所述垂直搅拌器包括搅拌轴和固定在搅拌轴上的三层搅拌叶片组件，所述每层搅拌叶片组件上包括多个均匀分布的、具有相同倾斜方向和相同倾斜角度的叶片，相邻两层搅拌叶片组件上叶片的倾斜方向相反；

废液处理单元，其包括浓密机、待压泥浆罐和板框压滤机，所述一级旋流器的溢流出口和二级旋流器的溢流出口与浓密机连接，所述浓密机底部出口与待压泥浆罐、板框压滤机顺次连接；

药剂添加单元，其包括药剂罐，所述药剂罐分别与混匀均化设备、强力搅拌机连接；

所述连接均为管道连接。

2.根据权利要求1所述的铬污染土壤异位淋洗修复装置，其特征在于，所述混匀均化设备为横卧式圆桶，工作时圆桶绕轴线旋转。

3.根据权利要求1所述的铬污染土壤异位淋洗修复装置，其特征在于，所述壳体的横截面为正六边形，所述垂直搅拌器包括搅拌轴和固定在搅拌轴末端的三层搅拌叶片组件，每层搅拌叶片组件上包括6个均匀分布的、具有相同倾斜方向和相同倾斜角度的叶片，层与层之间的叶片在垂直方向上对齐。

4.根据权利要求1所述的铬污染土壤异位淋洗修复装置，其特征在于，所述一级振动筛的筛孔尺寸为5mm，二级振动筛的筛孔尺寸为0.1mm；所述一级旋流器和二级旋流器的分离粒径均为75μm。

5.利用权利要求1~4任一所述铬污染土壤异位淋洗修复装置进行铬污染土壤异位淋洗修复的方法，包括如下步骤：

（1）一级淋洗：污染土壤加水后在制浆机中被制成浆液，然后将其泵送至混匀均化设备，同时向混匀均化设备中添加淋洗药剂，开启混匀均化设备进行第一次淋洗，淋洗结束后，浆液被泵送至一级振动筛筛面，筛上物经冲洗水冲洗后作为大颗粒干净土排出，筛下浆液被泵送至一级旋流器进一步分离，经一级旋流器分离后，其中细颗粒悬浮物以溢流形式进入后续浓密机进行废液处理，底流物质进入下一级淋洗；

（2）二级淋洗：将步骤（1）得到的底流物质泵送至强力搅拌机，同时向强力搅拌机中添加淋洗药剂，开启强力搅拌机进行第二次淋洗，淋洗结束后，底流物质被泵送至二级旋流器进一步分离，经二级旋流器分离后，其中细颗粒悬浮物以溢流形式进入后续浓密机进行废液处理，二级旋流器的底流物质被泵送至二级振动筛筛面进行二次筛分，筛上物经冲洗水冲洗后作为干净土排出，筛下浆液再次进入二级旋流器，进行二级旋流器-二级振动筛反复循环处理；

（3）废液处理：向浓密机中加入还原剂、絮凝剂和pH调节剂，充分搅拌、静置后，细颗粒悬浮物被絮凝沉淀形成底流沉淀层和上清液，底流沉淀层进入待压泥浆罐，向待压泥浆罐中加入固化剂，随后进入板框压滤机压滤形成滤饼和滤液。

6.根据权利要求5所述的铬污染土壤异位淋洗修复的方法，其特征在于，所述浓密机内的上清液和板框压滤机内的滤液作为清洗水回用或做达标处理后排放，所述滤饼作为一般固体废弃物处理。

7.根据权利要求5所述的铬污染土壤异位淋洗修复的方法，其特征在于，所述一级淋洗的时间为30~60分钟，所述二级淋洗的时间为30~60分钟。

8.根据权利要求5所述的铬污染土壤异位淋洗修复的方法，其特征在于，所述淋洗药剂为硫酸亚铁，以1kg污染土壤为基准，所述一级淋洗中淋洗药剂的添加量为40g~70g，所述二级淋洗中淋洗药剂的添加量为20g~40g。

9.根据权利要求5所述的铬污染土壤异位淋洗修复的方法，其特征在于，所述pH调节剂为氢氧化钙，所述还原剂为硫酸亚铁，所述絮凝剂为聚丙烯酰胺，所述固化剂为HAS土壤修复剂。