CN105170630A - 一种组合式土壤洗涤脱附的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种组合式土壤洗涤脱附的方法和装置。该方法如下：对污染土壤喷淋并用湿式多级振动筛筛分，去除可直接回填的大颗粒石块或粗砂；对细土壤颗粒悬浮液进行洗涤脱附处理，并经过串联的并分别装有固液混合器和微旋流排序器的旋流器，达到分离小粒径的粘土污染物；对剩余中间粒径的沙质土进行洗涤脱附处理并旋流分离，通过精密过滤器实现洗涤液回用；将过滤后土壤进行清水洗涤处理并旋流分离，最后经过离心机脱水，最终实现废水与土壤颗粒的深度分离，达到土壤回填，自来水回用，洗涤剂再生利用的目的。本发明的装置参数可根据实际情况调整、优化，实现了对含有重金属、农药等污染物的有效去除，弥补了目前土壤洗涤不能工业化的不足。

Description

一种组合式土壤洗涤脱附的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种旋流、超声、洗涤剂组合式土壤洗涤脱附的方法和装置，属于污染土壤异位修复领域。

背景技术

土壤是生态环境的重要组成部分，是人们赖以生存的基础。土壤环境的日益恶化是由多方面的原因造成的，比如：农业上大量化肥、农药的使用；工业上大量工业废水的排放、固体废弃物的填埋；日常生活垃圾的填埋等。被污染的土壤会通过对水资源形成二次污染，经过土壤-植物系统或土壤-植物-动物系统食物链富集进入人体，直接危及到人体健康。土壤污染具有隐蔽性、不可逆性和长期性、影响的严重性等特点，因此土壤污染的解决一直是国际上的难点和热点问题。

目前，国内外土壤修复方法主要有物理修复法、化学修复法和生物修复法等，但存在着成本高、不彻底、周期长、环境条件影响大等不足。土壤淋洗修复技术是一种快速高效的化学淋洗技术，也是二十世纪末美国EPA推荐的土壤修复方法之一。

随着技术的应用和研究的深入，发现污染物的量与土壤粒径分布息息相关，不论是吸附于土壤的有机质或与土壤表面官能基错合的重金属，污染物主要附着或吸附于粒径较小的土壤，大粒径范围2～4mm污染程度较低，介于2～0.076mm中间粒径土壤颗粒最多，属于沙质土，污染浓度较高，适合清洗，小于0.076mm的粘土污染浓度高但洗涤效果差，需采用其它方式处理。因此土壤的洗涤筛分以及提高对小粒径土壤颗粒的洗涤分离效率对于提高土壤洗涤效率降低处理成本有着至关重要的作用。国外实地修复中对重金属细土壤颗粒的分选一般采用机械筛选、水力分选、重力分选、浮选、磁力分离等方法，旋流分离技术依靠自身结构简单、处理量大、操作成本低的优势在土壤洗涤修复中得到了越来越广泛的应用。旋流土壤淋洗修复技术是采用旋流分级分离、淋洗液清洗去除土壤中污染物，使土壤环境质量标准达到相应的规划用地要求。这种异位土壤洗涤方法适用范围非常广，同时具有修复周期短、去除效率高、操作简便等优点。然而需要开发一套适用于土壤洗涤的旋流分离分级的方法和装置。

目前，国内的土壤洗涤技术还处在实验室研究阶段，研究的重点通常是筛选适合于某种重金属元素的淋洗剂、淋洗机理及淋洗条件，而对于土壤洗涤修复系统中的核心设备，如旋流分离技术在土壤洗涤应用的研究未见到相关报道。如专利授权公开号为CN202192081U，名称为一种去除污染物的实验装置。这些设备只适合实验室理想条件下进行，无法直接放大应用于土壤修复工程中。如专利申请公开号为CN103990644A，名称为一种原位全自动污染土壤修复装置。该设备处理能力弱，化学残余多。因此，需开发一种适合于我国土壤性质特点的紧凑高效、洗涤液耗量少的组合式淋洗修复方法和装置。

发明内容

鉴于以上问题，本发明提供了一种利用旋流、超声、洗涤剂组合技术进行土壤洗涤脱附的方法和装置，采用振动筛分选出大粒径的杂物、淋洗剂在搅拌和超声条件下洗涤脱附，并充分利用旋流分离结构简单、成本低、可靠性高的优点，主要经过一级旋流分级，二级旋流洗涤脱附及预分离，三级提浓和精细分离，最终实现废水与土壤颗粒的深度分离，达到土壤回填、自来水回用、洗涤剂再生利用的目的，保证系统洗涤剂、自来水消耗低、紧凑高效、经济性好、不造成再次污染。

具体的技术方案如下：

一种组合式土壤洗涤脱附的方法，包括如下步骤：

(1)喷淋污染土壤后用湿式多级振动筛进行筛分，以去除粒径大于3mm的可直接回填的石块和粗砂，保证进入洗涤脱附系统的粒径为50μm-3mm的颗粒质量浓度为70％以上；

(2)对步骤(1)得到的筛下细土壤颗粒悬浮液进行洗涤脱附处理，控制流速为2-5m/s，固液混合液的体积浓度为5～40％；通过第一固液混合器进行输送和混合，然后在第一旋流器中旋流洗涤脱附并分级，第一旋流器的功能为颗粒分级，分级精度设置为100-200μm；第一级旋流器溢流出口出来的含固洗涤液通过前端装有微旋流排序器的第二旋流器进行深度分离，第二旋流器的功能为分离功能，分离精度为3μm，以保证返回洗涤液储罐的洗涤液含固量小于0.03％；

(3)用淋洗剂淋洗步骤(2)分离出的剩余中间粒径10μm-3mm的沙质土并通过第二固液混合器进行混合和洗涤脱附，然后通过第三旋流器进行旋流脱附并提浓，第三旋流器的功能设置为含固液体增浓及土壤颗粒中污染物的深度脱附功能，达到预分离的目的；

(4)对预分离后的悬浮液进行精细分离，保证洗涤液尽量少的随土壤夹带到后续水洗过程且能达到洗涤液回用的目的；

(5)步骤(4)分离得到的土壤进入水洗罐洗涤脱附后进入前端装有微旋流排序器的第四旋流器进行提浓，第四旋流器的功能设置为增浓作用，使液体含固量从3-10％提高到40-60％，之后通过离心机进行脱水，脱除的水进入自来水罐进行回用，脱水后的土壤回填。

洗涤脱附所用洗涤剂的储罐设置有进出口管线，新鲜洗涤剂通过进口管线补充，洗涤剂循环一定次数后从出口管线流出进入再生系统或脱附系统；洗涤剂出口管线设置精密过滤器，目的是将土壤颗粒不夹带到再生系统而导致堵塞。进入再生系统的洗涤液可再次回用，达到不直接外排、不污染环境的作用。

所述洗涤脱附处理为超声、搅拌、淋洗液混合洗涤脱附。

所述水洗罐洗涤方式为搅拌、清水混合洗涤。

所述固液混合器内固液混合物旋转流动，液体的线速度控制为2-5m/s，保证输送功能的同时又具有颗粒反应洗涤脱附功能。

一种组合式旋流土壤洗涤脱附的装置，包括依次连接的以下单元：湿式多级振动筛3、泥水储罐4、第一淋洗罐5-1、第一固液混合器8-1、第一水力旋流器10-1、第一微旋流排序器9-1的第二水力旋流器10-2；

所述第一水力旋流器10-1和第二水力旋流器10-2的出口均与第二淋洗罐5-2连接；

所述第二水力旋流器10-2、洗涤剂罐15、第一精密过滤器12-1依次连接；

所述洗涤剂罐15分别与加药罐14和第二精密过滤器12-2相连；

所述第二淋洗罐5-2、第二固液混合器8-2、第三水力旋流器10-3、第二精密过滤器12-2、水洗罐6、第二微旋流排序器9-2的第四水力旋流器10-4、离心机13依次连接；

所述湿式多级振动筛3的上方配置喷淋设备2。

上述装置还具有自来水罐16，所述自来水罐16分别与喷淋设备2、水洗罐6、离心机13连接。

所述第一淋洗罐5-1、第二淋洗罐5-2分别具有超声仪11-1和超声仪11-2。

所述第一淋洗罐5-1与所述第一固液混合器8-1之间设有泥浆泵7-1；所述第二淋洗罐5-2与所述第二固液混合器8-2之间设有泥浆泵7-2；所述水洗罐6与所述第二微旋流排序器9-2之间设有泥浆泵7-3。

所述第一淋洗罐5-1、第二淋洗罐5-2和水洗罐6的上端均安装有双叶轮搅拌机；并且，所述第一淋洗罐5-1、第二淋洗罐5-2分别设有超声振动板。

所述第一微旋流排序器9-1是顺旋排序器，与所述第一水力旋流器10-1按顺旋连接；所述第二微旋流排序器9-2是逆旋排序器，与所述第四水力旋流器10-4按逆旋连接。

所述第一固液混合器8-1、第二固液混合器8-2为轴流式混合器，每隔8-12D(D指管道的公称直径，即8-12倍的管道公称直径)安装一个，按照流动方向相邻两个分别为正转和反转。

所述第一固液混合器8-1、第二固液混合器8-2为K型管道混合器，每隔8-12D(D指管道的公称直径，即8-12倍的管道公称直径)安装一个。

所述洗涤剂罐15由加药罐14不断补充新鲜的洗涤剂，第二精密过滤器12-2中含有洗涤剂的废液排出至洗涤剂罐15。

喷淋设备2具有多个喷头；湿式多级振动筛3分为两级，一级筛除大于20mm的石块，二级筛除3-20mm的粗砂。

第一水力旋流器10-1和第二水力旋流器10-2可以从土壤中分离出小于3μm左右的少部分细粒径污染物，进入洗涤剂罐15，并再次进入第一淋洗罐5-1和第二淋洗罐5-2进行淋洗。

上述装置可以采用并联水力旋流器的方法扩大处理能力。

所述第二精密过滤器12-2可以根据实际处理条件替换为离心机。

所述离心机13可以根据实际处理条件替换为压滤机。

本发明的有益效果在于：

(1)采用湿式多级振动筛和水力旋流器对土壤进行多次分级，区别处理，降低了土壤洗涤的总量；在淋洗罐中同时安装搅拌和超声，大大缩短了淋洗时间，提高处理效率；在最后采用精密反冲洗过滤器，达到废水与土壤颗粒的深度分离，并且达到废水、洗涤剂回用的目的；

(2)采用固液混合器将普通管道的流体输送功能改为既有输送功能，又有颗粒反应洗涤脱附功能；

(3)采用微旋流排序器及对应的逆旋进口和顺旋进口型旋流器，基于旋流场中微粒排序理论，通过使旋流分离器入口截面上微粒分布由均匀混合态转变为有序排列态，从而逆旋提高了微粒分离效率、顺旋提高了微粒分级效率；

(4)通过串联的两个旋流器降低了废液中粒径大小，减少了废液的量，从而提高了回填率、促进了洗涤剂的减量化；

(5)针对污染土壤修复，该方法和装置具有自动化程度高、可控性高、适用范围广、紧凑高效、洗涤液耗量少等特点。

附图说明

图1是实施例1的装置结构示意图；

图2是微旋流排序器和水力旋流器的组合方式示意图；其中，(a)是顺旋排序器和水力旋流器的连接方式示意图，(b)是逆旋排序器和水力旋流器的连接方式示意图；

图3是逆旋排序器的外部三视图和内部螺旋结构示意图，分别如(a)、(b)、(c)、(d)所示；

图4是顺旋排序器的外部三视图和内部螺旋结构示意图，分别如(a)、(b)、(c)、(d)所示。

符号说明：

1传送带；2喷淋设备；3湿式多级振动筛；4泥水储罐；5-1第一淋洗罐；5-2第二淋洗罐；6水洗罐；7-1、7-2、7-3泥浆泵；8-1第一固液混合器；8-2第二固液混合器；9-1第一微旋流排序器；9-2第二微旋流排序器；10-1第一水力旋流器；10-2第二水力旋流器；10-3第三水力旋流器；10-4第四水力旋流器；11-1、11-2超声仪；12-1、12-2为精密过滤器；13离心机；14加药罐；15洗涤剂罐；16自来水罐。

具体实施方式

下面，通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

本申请的发明人经过广泛而深入的研究后发现，对于污染土壤洗涤这种处理量大、处理难度大的固液体系，最有效、廉价的方法是采用旋流洗涤脱附。基于研究，旋流器入口截面处微粒的初始位置对分离性能有着重要的影响，而对于常规旋流器入口截面处颗粒属于混乱分布，设计基于进口微粒排序调控的新型旋流器。微粒逆旋排列的旋流器，其进口外边壁到内边壁粒径由小到大排列、浓度自高到低排序，可以提高分离效率；而顺旋排列可以提高分级效率。基于以上发现，本发明得以完成。

如图1所示，其主要包括：湿式多级振动筛3、泥水储罐4、第一淋洗罐5-1、第二淋洗罐5-2、水洗罐6、泥浆泵7-1至7-3、第一固液混合器8-1、第二固液混合器8-2、第一微旋流排序器9-1、第二微旋流排序器9-2、第一至第四水力旋流器10-1～10-4、超声仪11-1和11-2、第一精密过滤器12-1、第二精密过滤器12-2、离心机13、加药罐14、洗涤剂罐15、自来水罐16等。其中，微旋流排序器9-1是顺旋排序器；微旋流排序器9-2是逆旋排序器。

污染土壤通过传送带1连续不断的输送至振动筛上方一边喷淋一边筛分。湿式多级振动筛3具有两级筛网，一级筛网孔隙为20mm，用于去除较大的石块；二级筛网孔隙为3mm，用于去除3-20mm的粗砂，但筛网的的孔隙可根据实际情况需要选择。流入泥水储罐4的细土壤颗粒悬浮液依靠重力流入第一淋洗罐5-1，搅拌、超声混合，同时不断加入淋洗剂；泥浆泵7-1将混合液泵入串联的第一固液混合器8-1、第一水力旋流器10-1、第一微旋流排序器9-1、第二水力旋流器10-2，小于3μm的细土壤颗粒悬浮液由第二水力旋流器10-2上端溢流口排入洗涤剂罐15，洗涤剂罐15与第一淋洗罐5-1、第二淋洗罐5-2联通，促进洗涤剂多次循环，另有出口管线进再生系统，中间接精密过滤器保证土壤颗粒不夹带进再生系统而发生堵塞工况，洗涤剂罐15接加药罐14，实现新鲜洗涤剂的补充。第一水力旋流器10-1和第二水力旋流器10-2的下端混合液流入第二淋洗罐5-2，通过搅拌、超声继续混合，同时不断加入淋洗剂。泥浆泵7-2将混合液泵入顺序连接的第二固液混合器8-2和第三水力旋流器10-3，细土壤颗粒悬浮液由第三水力旋流器10-3的上端溢流口排入第二淋洗罐5-2再次淋洗，第三水力旋流器10-3下端混合液流入第二精密过滤器12-2，使洗涤剂进入洗涤剂罐实现回用，并实现尽量少的洗涤液随土壤夹带进入水洗罐6。水洗罐6通过搅拌继续混合，同时不断加入洁净的自来水。水洗后的混合液经泥浆泵7-3进入顺序连接的第二微旋流排序器9-2和第四水力旋流器10-4，再次分离，溢流口混合液再次排入水洗罐6进行水洗，下部得到悬浮液进入离心机进行脱水，下部得到可以直接回填的土壤，上部得到的水进入自来水罐16回用。整套设备的运行可经过自动控制柜控制。

如图2所示，其中，(a)是顺旋排序器和水力旋流器的连接方式示意图，(b)是逆旋排序器和水力旋流器的连接方式示意图。

图3是逆旋排序器的外部三视图和内部螺旋结构示意图，分别如(a)、(b)、(c)、(d)所示；

图4是顺旋排序器的外部三视图和内部螺旋结构示意图，分别如(a)、(b)、(c)、(d)所示。

Claims (12)

1.一种组合式土壤洗涤脱附的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)喷淋污染土壤后用湿式多级振动筛进行筛分，以去除粒径大于3mm的可直接回填的石块和粗砂，保证进入洗涤脱附系统的粒径为50μm～3mm的颗粒质量浓度为70％以上；

(2)对步骤(1)得到的筛下细土壤颗粒悬浮液进行洗涤脱附处理，控制流速为2～5m/s，固液混合液的体积浓度为5～40％；通过第一固液混合器进行输送和混合，然后在第一旋流器中旋流洗涤脱附并分级，第一旋流器的主要功能为颗粒分级，分级精度为100～200μm；第一级旋流器溢流出口出来的含固洗涤液通过前端装有微旋流排序器的第二旋流器进行深度分离，第二旋流器的功能为分离功能，分离精度为3μm，以保证返回洗涤液储罐的洗涤液含固量小于0.03％；

(3)用淋洗剂淋洗步骤(2)分离出的剩余中间粒径为10μm～3mm的沙质土并通过第二固液混合器进行混合和洗涤脱附，然后通过第三旋流器进行旋流洗涤脱附并提浓，第三旋流器的功能设置为含固液体增浓及土壤颗粒中污染物的深度脱附功能，达到预分离的目的；

(4)对预分离后的悬浮液进行精细分离；

(5)步骤(4)分离得到的土壤进入水洗罐洗涤脱附后进入前端装有微旋流排序器的第四旋流器进行提浓，第四旋流器的功能设置为增浓作用，使液体含固量从3～10％提高到40～60％，之后通过离心机进行脱水，脱除的水进入自来水罐进行回用，脱水后的土壤回填。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述洗涤脱附处理为超声、搅拌、淋洗液混合洗涤脱附。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水洗罐洗涤方式为搅拌、清水混合洗涤脱附。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固液混合器内固液混合物旋转流动，液体的线速度控制为2～5m/s。

5.一种组合式旋流土壤洗涤脱附的装置，其特征在于，包括依次连接的以下单元：

湿式多级振动筛(3)、泥水储罐(4)、第一淋洗罐(5-1)、第一固液混合器(8-1)、第一水力旋流器(10-1)、第一微旋流排序器(9-1)的第二水力旋流器(10-2)；

所述第一水力旋流器(10-1)和第二水力旋流器(10-2)的出口均与第二淋洗罐(5-2)连接；

所述第二水力旋流器(10-2)、洗涤剂罐(15)、第一精密过滤器(12-1)依次连接；

所述洗涤剂罐(15)分别与加药罐(14)和第二精密过滤器(12-2)相连；

所述第二淋洗罐(5-2)、第二固液混合器(8-2)、第三水力旋流器(10-3)、第二精密过滤器(12-2)、水洗罐(6)、第二微旋流排序器(9-2)的第四水力旋流器(10-4)、离心机(13)依次连接；

所述湿式多级振动筛(3)的上方配置喷淋设备(2)。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，还具有自来水罐(16)，所述自来水罐(16)分别与喷淋设备(2)、水洗罐(6)、离心机(13)连接。

7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一淋洗罐(5-1)、第二淋洗罐(5-2)分别具有超声仪(11-1)和超声仪(11-2)。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一淋洗罐(5-1)与所述第一固液混合器(8-1)之间设有泥浆泵(7-1)；所述第二淋洗罐(5-2)与所述第二固液混合器(8-2)之间设有泥浆泵(7-2)；所述水洗罐(6)与所述微旋流排序器(9-2)之间设有泥浆泵(7-3)。

9.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一淋洗罐(5-1)、第二淋洗罐(5-2)和水洗罐(6)的上端均安装有双叶轮搅拌机；并且，所述第一淋洗罐(5-1)、第二淋洗罐(5-2)分别设有超声振动板。

10.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一微旋流排序器(9-1)是顺旋排序器，与所述第一水力旋流器(10-1)按顺旋连接；所述第二微旋流排序器(9-2)是逆旋排序器，与所述第四水力旋流器(10-4)按逆旋连接。

11.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一固液混合器(8-1)、第二固液混合器(8-2)为轴流式混合器，每隔8～12D；安装一个，按照流动方向相邻两个分别为正转和反转；

D指管道的公称直径，即8-12倍的管道公称直径。

12.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一固液混合器(8-1)、第二固液混合器(8-2)为K型管道混合器，每隔8～12D安装一个；

D指管道的公称直径，即8-12倍的管道公称直径。