CN105880272A - 重金属污染土壤淋洗修复系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了重金属污染土壤淋洗修复系统，农林废弃物水解酸化罐与回转筒重金属淋洗反应器连接，回转筒重金属淋洗反应器的淋洗产物出口下方设置有泥水混合池，泥水混合池与卧螺离心机的连接，卧螺离心机的排液口与浸没蒸发器连接，农林废弃物水解酸化罐还与酸化液厌氧反应罐的连接，酸化液厌氧反应罐顶部的沼气出口与热风炉的燃料气进口连接，热风炉的出风端通过风管延伸至浸没蒸发器的内部底端。本发明利用餐厨垃圾、作物秸秆等农林废弃物厌氧发酵产生的有机酸液作为修复重金属污染土壤的淋洗剂，对重金属有较强的清除能力，且生物降解性好，能改善土壤结构，还可使土壤有机质、全氮、全磷及有效磷等养分均有不同程度的提高。

Description

重金属污染土壤淋洗修复系统

技术领域

本发明涉及土壤重金属污染处理技术领域，尤其涉及了重金属污染土壤淋洗修复系统，适用于重金属污染土壤淋洗修复。

背景技术

土壤是由各种矿物组成的大自然主体，是调控环境的中心要素。随着人口快速增长、工业迅速发展，产生的大量污染物导致土壤环境受到不同程度的污染。

据估测，目前中国受污染的耕地面积近2000万hm²，约占耕地总面积的1/5，其中工业“三废”污染1000万hm²，农田污灌面积已达130多万hm²。每年因土壤污染而减少的粮食产量高达1000万t，直接经济损失达100多亿元。导致土壤污染的重金属主要包括汞(Hg)、镉(Cd)、钴(Co)、铅(Pb)、铬(Cr)、锌(Zn)、锰(Mn)、铜(Cu)和镍(Ni)以及类金属砷(As)等，一般为几种重金属的复合污染。其来源广泛, 包括采矿、冶炼、金属加工、化工、废电池处理、电子、制革和染料等工业排放的三废和汽车尾气排放，农药和化肥的施用，以及家庭生活产生废弃物的堆放等。

重金属是一类毒性比较大且具有潜在危害的无机污染物，可以在土壤和生物体内进行富集。与大气、水体中重金属污染相比，土壤中的重金属污染具有隐蔽性、累积性、滞后性、修复周期长且毒性强和易被生物吸收的特点。所以，关于重金属污染土壤的修复技术成为污染土壤修复技术领域的一大研究热点。

土壤中重金属的治理主要基于2种策略：一是将重金属从土壤中去除；二是改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定从而降低其活性和在环境中的迁移性。考虑到污染土地的另外用途大多是作为居民住宅或其它建设，因此选用农林废弃物发酵产生的有机酸液（乙酸、丙酸和丁酸等混合液）淋洗工艺：一方面与植物修复相比有机酸液淋洗效率高，能有效地去除各种形态的重金属污染物，不会破坏土壤基本理化性质而且有机酸液还可为土壤提供必需的营养成分；另一方面，对污染土壤的再利用需求比较迫切，其修复周期不宜太长，有机酸化学淋洗工艺可以满足重金属污染土壤修复市场的客观要求。

发明内容

本发明的目的是在于针对现有化学淋洗技术或植物修复技术存在的不足，提供重金属污染土壤淋洗修复系统。相比重金属污染土壤植物修复技术和常规的化学淋洗技术，本发明充分利用农林废弃物发酵产生的酸化液（乙酸、丙酸和丁酸等），一方面这些有机酸化液对土壤有益；同时可以起到化学淋洗污染土壤中重金属的优势，结合新型的生物质水解酸化技术和浸没蒸发处理重金属污水的工艺，使难以修复的重金属污染土壤得到迅速恢复。

本发明的上述目的通过以下技术方案实现：

重金属污染土壤淋洗修复系统，包括回转筒重金属淋洗反应器，还包括农林废弃物水解酸化罐，农林废弃物水解酸化罐与第一水泵的进口连接，第一水泵的出口通过第二流量计与回转筒重金属淋洗反应器的进液口连接，回转筒重金属淋洗反应器包括淋洗产物出口和污染土壤进口，淋洗产物出口下方设置有泥水混合池，泥水混合池通过第二水泵与卧螺离心机的输入端连接，卧螺离心机的输出端包括排渣口和排液口，卧螺离心机的排液口依次通过第三水泵和第三流量计与浸没蒸发器连接，第一水泵的出口还通过第一流量计与酸化液厌氧反应罐的底部连接，酸化液厌氧反应罐顶部的沼气出口依次通过沼气气柜和第四流量计与热风炉的燃料气进口连接，热风炉的燃料气进口还通过第五流量计与液化气瓶连接，热风炉的出风端通过风管延伸至浸没蒸发器的内部底端。

如上所述的浸没蒸发器的底部通过第四水泵与浓缩液出口连通。

如上所述的热风炉的进风口通过第六流量计与鼓风机连接。

如上所述的卧螺离心机包括转鼓和推料螺旋，转鼓和推料螺旋均为筒状，转鼓套设在推料螺旋上，转鼓和推料螺旋共旋转轴，转鼓和推料螺旋同向旋转且旋转速度不同，泥水混合池通过第二水泵与推料螺旋的一端连接，推料螺旋的中部侧壁开设有分料口，转鼓两端分别设置有排渣口和排液口。

如上所述的农林废弃物水解酸化罐内设置有搅拌叶轮，农林废弃物水解酸化罐内还设置有pH检测及控制装置。

本发明与现有技术相比，本发明具有的优点和效果如下：

1、利用餐厨垃圾、作物秸秆等农林废弃物厌氧发酵产生的有机酸液作为修复重金属污染土壤的淋洗剂，重金属更易于溶于有机酸液中而非继续吸附在土壤表面，故有机酸液对重金属有较强的清除能力，且生物降解性好，能改善土壤结构，还可使土壤有机质、全氮、全磷及有效磷等养分均有不同程度的提高；

2、利用回转筒反应器对重金属污染的土壤进行淋洗处理，再利用卧螺离心机进行固液两相的分离，分工明确，工艺优化；

3、利用浸没蒸发器处理淋出液，可对淋出液进行有效浓缩，并通过水泥固化处理重金属浓缩液，从而不污染环境；

4、经淋洗处理后的土壤，重金属的去除率在90%以上；

5、大大提高了重金属污染土壤的修复效率，修复效率达90%以上；

6、适宜大面积受污染场地土壤的处理修复，时间短，效率高；

7、水解酸化罐产生的沼气还可作为浸没蒸发器的燃料使用，工艺优化，节能效率高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图中：1-加料口，2-pH检测及控制装置，3-电动机，4-搅拌叶轮，5-农林废弃物水解酸化罐，6-第一基础，7-酸液出口，8-第一水泵，9-第一流量计，10-第二基础，11-贮气间，12-沼气出口，13-酸化液厌氧反应罐，14-第二流量计，15-污染土壤进口，

16-轮带，17-托轮，18-第三基础，19-挡轮，20-转动机构，21-第四基础，22-大齿圈，23-筒体，24-第五基础，25-淋洗产物出口，26-回转筒重金属淋洗反应器，27-泥水混合池，28-第二水泵，29-第一电机，30-进料口，31-轴承座，32-排渣口，33-分料口，34-推料螺旋，35-转鼓，36-机座，37-机罩，38-溢流口，39-差速器，40-第二电机，41-卧螺离心机，42-第三水泵，43-第三流量计，44-淋出液进口，45-第四水泵，46-浓缩液出口，47-浸没蒸发器，48-沼气气柜，49-第四流量计，50-液化气瓶，51-第五流量计，52-鼓风机，53-第六流量计，54-热风炉，55-燃料气进口。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

如图1所示，重金属污染土壤淋洗修复系统，包括回转筒重金属淋洗反应器26，还包括农林废弃物水解酸化罐5，农林废弃物水解酸化罐5与第一水泵8的进口连接，第一水泵8的出口通过第二流量计14与回转筒重金属淋洗反应器26的进液口连接，回转筒重金属淋洗反应器26包括淋洗产物出口25和污染土壤进口15，淋洗产物出口25下方设置有泥水混合池27，泥水混合池27通过第二水泵28与卧螺离心机41的输入端连接，卧螺离心机41的输出端包括排渣口32和排液口，卧螺离心机41的排液口依次通过第三水泵42和第三流量计43与浸没蒸发器47连接，第一水泵8的出口还通过第一流量计9与酸化液厌氧反应罐13的底部连接，酸化液厌氧反应罐13顶部的沼气出口12依次通过沼气气柜48和第四流量计49与热风炉54的燃料气进口55连接，热风炉54的燃料气进口55还通过第五流量计51与液化气瓶50连接，热风炉54的出风端通过风管延伸至浸没蒸发器47的内部底端。浸没蒸发器47的底部通过第四水泵45与浓缩液出口46连通。热风炉54的进风口通过第六流量计53与鼓风机52连接。卧螺离心机41包括转鼓35和推料螺旋34，转鼓35和推料螺旋34均为筒状，转鼓35套设在推料螺旋34上，转鼓35和推料螺旋34共旋转轴，转鼓35和推料螺旋34同向旋转且旋转速度不同，泥水混合池27通过第二水泵28与推料螺旋34的一端连接，推料螺旋34的中部侧壁开设有分料口33，转鼓35两端分别设置有排渣口32和排液口。农林废弃物水解酸化罐5内设置有搅拌叶轮4，农林废弃物水解酸化罐5内还设置有pH检测及控制装置2。

农林废弃物水解酸化罐5包括水解酸化罐体和设置在水解酸化罐体下方的第一基础6，水解酸化罐体内设置有由电动机3带动旋转的搅拌叶轮4，水解酸化罐体上方设有pH检测及控制装置2，水解酸化罐体底部设有酸液出口7，酸液出口7与第一水泵8相连。

酸化液厌氧反应罐13包括酸化液厌氧反应罐体和设置在酸化液厌氧反应罐体下方的第二基础10，酸化液厌氧反应罐13通过第一流量计9与第一水泵8连接，酸化液厌氧反应罐体内部上方为贮气间(11)，酸化液厌氧反应罐体顶端设有沼气出口(12)，沼气出口(12)与沼气气柜(48)相连。

回转筒重金属淋洗反应器26包括筒体23和设置在筒体23下方的第三基础18、第四基础21和第五基础24，筒体23微倾斜放置(倾斜角度设为10°左右)，筒体23上固定套设有大齿圈22，第四基础21上设有用于驱动大齿圈22旋转的转动机构20，筒体23上还套设有轮带16，第三基础18、第四基础21和第五基础24上均设置有托轮17，筒体23通过轮带16放置在托轮17上。轮带16为三个，分别固定套设在筒体23的两端及中部，各个轮带16下均设置有托轮17，大齿圈22固定套设在筒体23的中部。重金属污染淋洗修复系统还包括设置在轮带16两侧的液压推力的挡轮19。

卧螺离心机41包括转鼓35和推料螺旋34，转鼓35和推料螺旋34均为筒状，转鼓35套设在推料螺旋34上，转鼓35和推料螺旋34共旋转轴，转鼓35和推料螺旋34同向旋转且旋转速度不同，泥水混合池27通过第二水泵28与推料螺旋34的一端连接，推料螺旋34的中部侧壁开设有分料口33，转鼓35两端分别设置有排渣口32和排液口。

浸没蒸发器47包括容器体和其上方的热风炉54。浸没蒸发器47的淋出液进口44依次通过第三流量计43与第三水泵42和卧螺离心机41的淋出液出口相连。浸没蒸发器47的底部连有第四水泵45和浓缩液出口46。浸没蒸发器47的顶部连接热风炉54，热风炉54通过第六流量计53和鼓风机52连接。热风炉52的燃料气进口55通过第五流量计51和液化气瓶50连接，热风炉52的燃料气进口55还通过第四流量计49和沼气气柜48相连，而沼气气柜48和酸化液厌氧反应罐13的沼气出口12相连。

水解酸化罐和酸化液厌氧反应罐中的厌氧发酵过程：餐厨废弃物、禽畜粪便和植物秸秆以1.5:0.5:1的质量比从农林废弃物水解酸化罐5的加料口1给入，在农林废弃物水解酸化罐5内进行厌氧发酵，由pH检测及控制装置监测、进料比例调节水解酸化罐中的酸化度(pH偏低则增加禽畜粪便的质量比例，pH偏高则增加餐厨废弃物的质量比例)，使pH保持在5.0-7.5的范围内。厌氧发酵反应产生乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸等大量小分子有机酸，富含这些有机酸的酸液从酸液出口7排出。酸液经第一水泵8抽取，一部分经第一流量计9运输至酸化液厌氧反应罐13，由第一流量计9控制进液流速，进行进一步厌氧发酵产生沼气，产生的沼气首先集中在酸化液厌氧反应罐13的贮气间11，然后从沼气出口12运输至沼气气柜47；另一部分酸液则通过第二流量计14运输至回转筒重金属淋洗反应器26，由第二流量计14设定酸液的流速。

回转筒重金属淋洗反应器内的淋洗过程：重金属污染土壤从回转筒重金属淋洗反应器26的污染土壤进口15给入，由于回转筒重金属淋洗反应器26的筒体有一定的倾斜度，且不断回转，因此使污染的土壤沿着筒体23连续向下慢慢滚动。轮带16两侧的液压推力的挡轮19用以控制回转筒重金属淋洗反应器26的轴向窜动，使其按照预想的速度(一般约3-4mm/h)强制上窜和有控制地下滑，从而有效地保证轮带16与托轮17均匀接触和磨损，节省托轮17调整的工作量。淋洗剂来自水解酸化罐5中的酸液，经第一水泵8输送至回转筒重金属淋洗反应器26，用来淋洗回转筒重金属淋洗反应器26内的重金属污染土壤，并用第二流量计14控制酸液流速，使酸液与重金属污染土壤的质量混合比例为m_{土壤 :} m_酸液=1 : (2-9)。重金属污染土壤在回转筒重金属淋洗反应器26内经混合、淋洗后，与淋洗剂以泥水混合物的方式的淋洗产物从回转筒重金属淋洗反应器26的淋洗产物出口25排出至泥水混合池27。

卧螺离心机中的固液分离过程：泥水混合池27中的淋洗产物经第二水泵28提升、运输至卧螺离心机41。转鼓35与推料螺旋34以一定差速(10-30转/分)同向高速(大于3000转/分)旋转，淋洗产物被引入到推料螺旋34，加速后进入转鼓35，在离心力场作用力下，较重的固相物即已修复的重金属污染土壤沉积在转鼓壁35上形成沉渣层，推料螺旋34将沉渣层连续不断地推至转鼓锥端，经排渣口32排出；较轻的液相物即淋出液则形成内层液环，由转鼓大端溢流口38连续溢出转鼓，经排液口排出。

浸没蒸发器中的浓缩过程：排出的淋出液通过第三水泵42和第三流量计43运输至浸没蒸发器47。由酸化液厌氧反应罐13产生的沼气通过管道运输至沼气气柜48，再经第四流量计49运输至热风炉54的燃料气进口55。鼓风机52通过第六流量计53控制流速向热风炉54不断鼓入空气。液化气瓶50的液化气通过第五流量计51和沼气一同在热风炉54内燃烧，用以加热鼓入的空气至200-300℃。用加热后的空气吹脱浸没蒸发器47内的淋出液，促使液体沸腾汽化，水蒸汽大量蒸发，重金属等非挥发性物质则留在浸没蒸发器47底端形成重金属浓缩液，重金属浓缩液通过第四水泵45从浓缩液出口46排出。

排出的浓缩重金属液采用水泥固化法处理，生成的水泥固化体可直接填埋或作为建筑材料用。

具体处理步骤

步骤1、餐厨废弃物、禽畜粪便和植物秸秆以1.5:0.5:1的质量比从农林废弃物水解酸化罐5的加料口1给入，在农林废弃物水解酸化罐5内进行厌氧发酵3-5h，产生乙酸、丙酸、丁酸、异丁酸、戊酸等大量小分子有机酸，富含这些有机酸的酸液从酸液出口7排出。

步骤2、酸液经第一水泵8抽取，一部分经第一流量计9运输至酸化液厌氧反应罐13，由第一流量计9控制进液流速，进行进一步厌氧发酵产生沼气，产生的沼气首先集中在酸化液厌氧反应罐13的贮气间11，然后从沼气出口12运输至沼气气柜48；另一部分酸液则通过第二流量计14运输至回转筒重金属淋洗反应器26，由第二流量计14设定酸液的流速。

步骤3、重金属污染土壤由回转筒重金属淋洗反应器26的污染土壤进口15给入，与运输至回转筒重金属淋洗反应器26内的酸液混合，质量混合比例为：m_{土壤 :} m_酸液=1 : (2-9)，使污染的土壤沿着回转筒重金属淋洗反应器26的筒体23连续搅拌滚动进行淋洗3-5 h(与农林废弃物水解酸化罐中的厌氧发酵时间一致)，筒体23内的温度为40-80℃。

步骤4、经淋洗之后的淋洗产物一同由回转筒重金属淋洗反应器26的淋洗产物出口25排出至泥水混合池27；淋洗产物包括重金属污染土壤与酸液。

步骤5、泥水混合池27中的淋洗产物经第二水泵28提升、运输至卧螺离心机41。转鼓35与推料螺旋34以一定差速(10-30转/分)同向高速(大于3000转/分)旋转，淋洗产物被引入到推料螺旋34，加速后通过分料口33进入转鼓35，在离心力场作用力下，较重的固相物即已修复的重金属污染土壤沉积在转鼓35内壁上形成沉渣层，推料螺旋34将沉渣层连续不断地推至转鼓35一端，经排渣口32排出；较轻的液相物经排液口排出。

步骤6、排出的液相物通过第三水泵42和第三流量计43运输至浸没蒸发器47。由酸化液厌氧反应罐13产生的沼气由沼气气柜48收集起来，并通过第四流量计49控制流速运输至热风炉54的燃料气进口55，鼓风机52通过第六流量计53控制流速向热风炉54不断鼓入空气。液化气瓶50的液化气通过第五流量计51和沼气一同在热风炉54内燃烧，用以加热鼓入的空气至200-300℃。用加热后的空气吹脱浸没蒸发器47内的液相物，促使液体沸腾汽化，水蒸汽大量蒸发，重金属等非挥发性物质则留在浸没蒸发器47底端形成重金属浓缩液，重金属浓缩液通过第四水泵45从浓缩液出口46排出。

步骤7、排出的重金属浓缩液采用水泥固化法处理，生成的水泥固化体可直接填埋或作为建筑材料用。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本申请的保护范围内。

Claims (5)

1.重金属污染土壤淋洗修复系统，包括回转筒重金属淋洗反应器（26），其特征在于，还包括农林废弃物水解酸化罐（5），农林废弃物水解酸化罐（5）与第一水泵（8）的进口连接，第一水泵（8）的出口通过第二流量计（14）与回转筒重金属淋洗反应器（26）的进液口连接，回转筒重金属淋洗反应器（26）包括淋洗产物出口（25）和污染土壤进口（15），淋洗产物出口（25）下方设置有泥水混合池（27），泥水混合池（27）通过第二水泵（28）与卧螺离心机（41）的输入端连接，卧螺离心机（41）的输出端包括排渣口（32）和排液口，卧螺离心机（41）的排液口依次通过第三水泵（42）和第三流量计（43）与浸没蒸发器（47）连接，第一水泵（8）的出口还通过第一流量计（9）与酸化液厌氧反应罐（13）的底部连接，酸化液厌氧反应罐（13）顶部的沼气出口（12）依次通过沼气气柜（48）和第四流量计（49）与热风炉（54）的燃料气进口（55）连接，热风炉（54）的燃料气进口（55）还通过第五流量计（51）与液化气瓶（50）连接，热风炉（54）的出风端通过风管延伸至浸没蒸发器（47）的内部底端。

2.根据权利要求1所述的重金属污染土壤淋洗修复系统，其特征在于，所述的浸没蒸发器（47）的底部通过第四水泵（45）与浓缩液出口（46）连通。

3.根据权利要求1所述的重金属污染土壤淋洗修复系统，其特征在于，所述的热风炉（54）的进风口通过第六流量计（53）与鼓风机（52）连接。

4.根据权利要求1所述的重金属污染土壤淋洗修复系统，其特征在于，所述的卧螺离心机（41）包括转鼓（35）和推料螺旋（34），转鼓（35）和推料螺旋（34）均为筒状，转鼓（35）套设在推料螺旋（34）上，转鼓（35）和推料螺旋（34）共旋转轴，转鼓（35）和推料螺旋（34）同向旋转且旋转速度不同，泥水混合池（27）通过第二水泵（28）与推料螺旋（34）的一端连接，推料螺旋（34）的中部侧壁开设有分料口（33），转鼓（35）两端分别设置有排渣口（32）和排液口。

5.根据权利要求1所述的重金属污染土壤淋洗修复系统，其特征在于，所述的农林废弃物水解酸化罐（5）内设置有搅拌叶轮（4），农林废弃物水解酸化罐（5）内还设置有pH检测及控制装置（2）。