CN107891055B - 一种气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置及处理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置，包括反应池，其还包括气相振动装置并设置在反应池的下部；所述气相振动装置由一对纵向管道及若干横向管道组成，横向管道平行设置在一对纵向管道之间，所述横向管道上设置有若干喷孔，所述喷孔上连接有超声雾化喷嘴；所述一侧的横向管道上通过管道与气泵连接，两者之间的管道上设置有调压阀。借助本申请所述的气相振动装置，污染土壤与稳定化药剂充分融合，保证了污染土壤固化稳定化的综合效果。本发明提供的技术方案，其结构合理，改变土壤的理化性质，使土壤成形为结构密实、抗压性强、渗透性低的固化/稳定化产物，从而降低土壤中污染物的迁移性，使得污染物溶出浓度达到稳定化目标值。

Description

一种气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置及处理方法
技术领域
本发明涉及污染土壤处理技术领域，尤其涉及一种气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置及处理方法。
背景技术
固化/稳定化技术是一种用于处理污染土壤(主要是重金属污染)及其他污染介质的技术，其利用添加剂，通过将废物或土壤中的危险组分转化为其它物理或化学形式，以消除或者减小废物的危险性质的过程。
固化/稳定化技术的主要工作原理是：通过在污染土壤中添加和混合粘合剂(如胶凝剂或凝硬剂)，使与污染土壤发生反应，改变土壤的理化性质，使土壤成形为结构密实、抗压性强、渗透性低的固化/稳定化产物，从而降低土壤中污染物的迁移性，使得污染物的溶出(浸出)浓度达到特定地块稳定化目标中规定的可接受水平，最终实现对地下水和(或)地表水的保护目的。
目前，在污染土壤固化稳定化技术应用中，通常采用机械或人工挖掘并搅拌药剂，这种处理方法常常造成污染土壤质地不均、药剂投加无序、混合不充分等问题，对污染土壤的处理效果不佳，污染物的溶出浓度达不到特定地块稳定化目标。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术问题，提供的技术方案，改变了土壤的理化性质，使土壤成形为结构密实、抗压性强、渗透性低的固化/稳定化产物，从而降低土壤中污染物的迁移性，使得污染物的溶出浓度达到稳定化目标值。
本发明的技术方案
为解决上述技术问题，本发明提供的一种气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置，包括反应池，其还包括气相振动装置并设置在反应池的下部；所述气相振动装置由一对纵向管道及若干横向管道组成，所述横向管道平行设置在一对纵向管道之间，所述横向管道上设置有若干喷孔，所述喷孔上连接有超声雾化喷嘴；所述一侧的横向管道上通过管道与气泵连接，两者之间的管道上设置有调压阀。所述气泵与横向管道之间的管道上还设置有稳定性药剂输入管道，稳定性药剂输入管道上还设置有稳定性药剂调节阀。稳定性药剂通过稳定性药剂输入管道进入横向管道中，同时，气体通过气泵进入横向管道。
进一步地，所述喷孔设置在横向管道的正下方，有效防止待处理污染土壤进入超声雾化喷嘴，保证气路的通畅及气流对污染土壤的搅和效果。
进一步地，所述相邻喷孔之间的距离为25mm。
本申请还提供了一种气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置，包括反应池，其还包括气相振动装置并设置在反应池的下部；所述气相振动装置由一对纵向管道及若干横向管道组成，所述横向管道平行设置在一对纵向管道之间，所述横向管道上正下方设置有若干喷孔，所述喷孔上连接有超声雾化喷嘴；所述一侧的横向管道上通过管道与文丘里气水混合器连接，两者之间的管道上设置有调压阀。所述文丘里气水混合器为一个三通阀，所述稳定性药剂通过文丘里气水混合器的一个接口进入横向管道，另一个接口通入适量的气体，这样稳定性药剂与气体在横向管道中混合，形成雾化气体并喷出。
进一步地，所述文丘里气水混合器的一个管口通入气体，其他管口通入处理水，这种设计方案，有效保证了流体以气雾状态从超声雾化喷嘴中喷出，保证气流对污染土壤的搅和效果，以实现稳定化药剂与污染土壤的充分接触。
进一步地，还包括筛分装置、进料斗、制泥机和螺旋洗砂设备，筛分装置、进料斗、制泥机、螺旋洗砂设备与反应池依次连接
同时，本申请还提供了一种气相振动式污染土壤固化稳定化处理方法，其具体包括以下步骤：
S1，清挖转运污染土壤，对污染土壤进行分级处理得到颗粒直径小于2mm的污染土壤；
S2，将步骤S1中的污染土壤放置在反应池中，根据土壤的污染情况添加稳定化药剂；
S3，启动气泵或文丘里气水混合器，在气相振动装置的作用下，污染土壤在反应池中流体化翻滚，污染土壤与稳定化药剂充分混合；
S4，污染土壤与稳定化药剂堆置反应；
S5，取样检测处理后的污染土壤是否达标，若不达标重复步骤S2至S4。
进一步地，步骤S1中，所述污染土壤分级处理包括以下步骤：
S1-1，污染土壤将筛分处理后，去除颗粒直径大于50mm的渣块，颗粒直径小于50mm的颗粒通过进料斗进入制泥机设备；
S1-2，在制泥机设备中经过水力分离，得到颗粒直径10～50mm及颗粒直径小于10mm两种组分，颗粒直径10～50mm的组分经冲洗后可认为是清洁粗颗粒土壤，颗粒直径小于10mm的组分进入螺旋洗砂设备；
S1-3，颗粒直径小于10mm的组分经过螺旋洗砂设备后，得到粒径直径2～10mm粗砂砾及颗粒直径小于2mm的组分，颗粒直径2～10mm的组分经冲洗后可认为是清洁粗颗粒土壤，颗粒直径小于2mm的组分进入权利要求1-5所述的气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置中。
进一步地，步骤S4中，所述污染土壤与稳定化药剂堆置反应周期为8-10小时；堆置反应后还需养护1天。
本发明有益效果：
本发明提供的一种气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置及处理方法，其结构合理，具有以下技术效果：
(1)借助本申请所述的气相振动装置，污染土壤与稳定化药剂充分融合，保证了污染土壤固化稳定化的综合效果；
(2)本申请所述的固化稳定化处理方法改变了土壤的理化性质，使土壤成形为结构密实、抗压性强、渗透性低的固化/稳定化产物，从而降低土壤中污染物的迁移性，使得污染物的溶出浓度达到稳定化目标值。
附图说明
通过结合以下附图所作的详细描述，本发明的上述优点将变得更清楚和更容易理解，这些附图只是示意性的，并不限制本发明，其中：
图1是本发明所述气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置(含气泵)的结构示意图；
图2是本发明之横向管道的截面图；
图3是本发明所述气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置(含文丘里气水混合器)的结构示意图；
图4是本发明所述气相振动式污染土壤固化稳定化处理方法的流程图；
图5是本发明之土壤分级处理的流程图；
图6是本发明所述实验之各样本处理As有效态含量的示意图；
附图中，各标号所代表的部件如下：
1.反应池；2.纵向管道；3.横向管道；4.超声雾化喷嘴；5.气泵；6.调压阀；7.文丘里气水混合器。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图，对本发明一种气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置及处理方法进行详细说明。
在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。
本说明书的附图为示意图，辅助说明本发明的构思，示意性地表示各部分的形状及其相互关系。请注意，为了便于清楚地表现出本发明实施例的各部件的结构，相同的参考标记用于表示相同的部分。
图1是一种气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置的结构示意图，其包括反应池1，其还包括气相振动装置并设置在反应池1的下部；所述气相振动装置由一对纵向管道2及若干横向管道3组成，所述横向管道3平行设置在一对纵向管道2之间，所述横向管道3上设置有若干喷孔，所述喷孔上连接有超声雾化喷嘴4，如图2所示；所述一侧的横向管道3上通过管道与气泵5连接，两者之间的管道上设置有调压阀6。所述气泵5与横向管道3之间的管道上还设置有稳定性药剂输入管道，稳定性药剂输入管道上还设置有稳定性药剂调节阀8，稳定性药剂通过稳定性药剂输入管道进入横向管道3中，同时，气体通过气泵5进入横向管道3。
本申请中，所述喷孔设置在横向管道3的正下方，所述相邻喷孔之间的距离为25mm，如图2所示，喷孔及超声雾化喷嘴4设置在横向管道3的正下方，有效防止待处理污染土壤进入超声雾化喷嘴4，保证气路的通畅及气流对污染土壤的搅和效果。
本申请所述的气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置，通过水汽喷雾及其产生的振动力，使污染土壤及固化稳定化药剂沿水平抛掷，向前连续运动。通过调压阀6的调节，增大气流通过床层的速度，当速度过大时，颗粒出现松动，颗粒间空隙增大，床层体积出现膨胀。如果再进一步提高流体速度，床层将不能维持固定状态。此时，颗粒全部悬浮于流体中，出现不规则的运动。随着流速的提高，颗粒的运动愈加剧烈，床层的膨胀也随之增大，但是颗粒仍逗留在床层内而不被流体带出，呈现液态化特征，使得污染土壤和药剂可以像流体一样运动，以增加颗粒表面积接触达到充分混合效果。由于土壤稳定化固化稳定化工艺本身需要大量的水用于土壤和药剂之间的相互反应，现有技术中常采用顶部喷淋的独立供水方式，而本申请省去了顶部喷淋结构，使反应器结构更加简单紧凑，并且创造性地将水、气、药的供给融为一体，便于控制，水、气、药剂在管道中先进行混合使药剂溶液更加均匀，溶有药剂的水气混合物通过超声雾化喷头形成高速的雾化颗粒以及微气泡，搅动污染土壤颗粒，使其流体化，同时土壤颗粒与含药剂的流体雾化颗粒充分接触，以达到充分混合效果。
本申请还提供了一种气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置的结构意图，如图3所示，其包括反应池1，其还包括气相振动装置并设置在反应池1的下部；所述气相振动装置由一对纵向管道2及若干横向管道3组成，所述横向管道3平行设置在一对纵向管道2之间，所述横向管道3上正下方设置有若干喷孔，所述喷孔上连接有超声雾化喷嘴4；所述一侧的横向管道3上通过管道与文丘里气水混合器7连接，两者之间的管道上设置有调压阀6。所述文丘里气水混合器7为一个三通阀，所述稳定性药剂通过文丘里气水混合器7的一个接口进入横向管道3，另一个接口通入适量的气体，这样稳定性药剂与气体在横向管道3中混合，形成雾化气体并喷出。这种设计方案，有效保证了流体以气雾状态从超声雾化喷嘴4中喷出，保证气流对污染土壤的搅和效果，以实现修复药剂与污染土壤的充分接触。
同时，本发明还提供了一种气相振动式污染土壤固化稳定化处理方法，其流程图，如图4所示，污染土壤固化稳定化处理方法具体包括以下步骤：
S1，清挖转运污染土壤，对污染土壤进行分级处理得到颗粒直径小于2mm的污染土壤；
在该步骤中，所述污染土壤分级处理的流程图，如图5所示，其包括以下步骤：
S1-1，污染土壤将筛分处理后，去除颗粒直径大于50mm的渣块，颗粒直径小于50mm的颗粒通过进料斗进入制泥机设备；
S1-2，在制泥机设备中经过水力分离，得到颗粒直径10～50mm及颗粒直径小于10mm两种组分，颗粒直径10～50mm的组分经冲洗后可认为是清洁粗颗粒土壤，颗粒直径小于10mm的组分进入螺旋洗砂设备；
S1-3，颗粒直径小于10mm的组分经过螺旋洗砂设备后，得到粒径直径2～10mm粗砂砾及颗粒直径小于2mm的组分，颗粒直径2～10mm的组分经冲洗后可认为是清洁粗颗粒土壤，颗粒直径小于2mm的组分进入权利要求1-5所述的气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置中。
由于一般污染物都附着于颗粒表面，筛分预处理，对于大颗粒的渣块而言，通过水力分离、螺旋洗砂装置的冲刷可以去除一部分污染物；同时颗粒分级为了土壤和雾化药剂充分混合，输出的物料具有一定水分，可以补充药剂与污染土壤反应中损失的水分。
S2，将步骤S1中的污染土壤放置在反应池1中，打开调压阀6，根据土壤的污染情况导入稳定化药剂溶液；
S3，启动气泵5或文丘里气水混合器7，在气相振动装置的作用下，污染土壤在反应池1中流体化翻滚，污染土壤与稳定化药剂充分混合；
S4，污染土壤与稳定化药剂堆置反应；
在该步骤中，所述污染土壤与稳定化药剂堆置反应周期为8-10小时；堆置反应后还需养护1天。
S5，取样检测处理后的污染土壤是否达标，若不达标重复步骤S2至S4。
下面结合一实验阐述本申请所述的技术方案：
本次试验在图1所示的反应装置中进行，试验了包括六种材料(铁粉、硫酸铁、硫酸亚铁、氯化铁、氧化铁和聚合硫酸铁)，每种材料设置4个平行，4个对照，共28个样。钝化剂添加量4g/kg。控制土壤含水量在50％-70％左右，反应装置中反应10小时，并养护1天，取样测有效态砷。实验结果如表1所示。
表1各样本处理钝化效果
处理 钝化剂 钝化剂(g) 有效态As(mg/kg) As钝化效率(％)
CK 空白CK 0 3.795±0.218 -
T1 铁粉 4 2.545±0.313 91.9
T2 硫酸铁 4 2.810±0.100 84.9
T3 硫酸亚铁 4 3.128±0.123 76.6
T4 氯化铁 4 3.088±0.034 77.6
T5 氧化铁 4 3.086±0.230 77.7
T6 聚合硫酸铁 4 2.805±0.083 85.1
本实验中，稳定化效率＝(空白砷含量-处理后砷含量)/空白砷含量*100％。通过钝化效率看，使用任一种药剂，本发明装置均能获得较高的稳定化效率，平均达到82％，比常规搅拌工艺50％左右的稳定化效率高出了32％，而且比现有技术中至少5天的处理时间用时更短，提高了效率。
由上述实验可知，可利用本申请所述的气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置及处理方法进行相应的污染土壤处理的实验研究。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案，其结构合理，改变土壤的理化性质，使土壤成形为结构密实、抗压性强、渗透性低的固化/稳定化产物，从而降低土壤中污染物的迁移性，使得污染物的溶出浓度达到稳定化目标值。
本发明不局限于上述实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种气相振动式污染土壤固化稳定化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，清挖转运污染土壤，对污染土壤进行分级处理得到颗粒直径小于2mm的污染土壤；
S2，将步骤S1中的污染土壤放置在反应池(1)中，根据土壤的污染情况添加稳定化药剂；
S3，启动气泵(5)或文丘里气水混合器(7)，在气相振动装置的作用下，污染土壤在反应池(1)中流体化翻滚，污染土壤与稳定化药剂充分混合；
S4，污染土壤与稳定化药剂堆置反应；
S5，取样检测处理后的污染土壤是否达标，若不达标重复步骤S2至S4；
步骤S1中，污染土壤进行分级处理包括以下步骤：
S1-1，污染土壤筛分处理后，去除颗粒直径大于50mm的渣块，颗粒直径小于50mm的颗粒通过进料斗进入制泥机设备；
S1-2，在制泥机设备中经过水力分离，得到颗粒直径10～50mm及颗粒直径小于10mm两种组分，颗粒直径10～50mm的组分经冲洗后可认为是清洁粗颗粒土壤，颗粒直径小于10mm的组分进入螺旋洗砂设备；
S1-3，颗粒直径小于10mm的组分经过螺旋洗砂设备后，得到粒径直径2～10mm粗砂砾及颗粒直径小于2mm的组分，颗粒直径2～10mm的组分经冲洗后可认为是清洁粗颗粒土壤，颗粒直径小于2mm的组分进入气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置中；
所述气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置，包括反应池(1)，还包括气相振动装置，其设置在反应池(1)的下部；所述气相振动装置由一对纵向管道(2)及若干横向管道(3)组成，所述横向管道(3)平行设置在一对纵向管道(2)之间，所述横向管道(3)上设置有若干喷孔，所述喷孔上连接有超声雾化喷嘴(4)；一侧的横向管道(3)上通过管道与气泵(5)连接，两者之间的管道上设置有调压阀(6)；所述气泵(5)与横向管道(3)之间的管道上还设置有稳定性药剂输入管道，稳定性药剂输入管道上还设置有稳定性药剂调节阀(8)。
2.一种气相振动式污染土壤固化稳定化处理方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，清挖转运污染土壤，对污染土壤进行分级处理得到颗粒直径小于2mm的污染土壤；
S2，将步骤S1中的污染土壤放置在反应池(1)中，根据土壤的污染情况添加稳定化药剂；
S3，启动气泵(5)或文丘里气水混合器(7)，在气相振动装置的作用下，污染土壤在反应池(1)中流体化翻滚，污染土壤与稳定化药剂充分混合；
S4，污染土壤与稳定化药剂堆置反应；
S5，取样检测处理后的污染土壤是否达标，若不达标重复步骤S2至S4；
步骤S1中，污染土壤进行分级处理包括以下步骤：
S1-1，污染土壤筛分处理后，去除颗粒直径大于50mm的渣块，颗粒直径小于50mm的颗粒通过进料斗进入制泥机设备；
S1-2，在制泥机设备中经过水力分离，得到颗粒直径10～50mm及颗粒直径小于10mm两种组分，颗粒直径10～50mm的组分经冲洗后可认为是清洁粗颗粒土壤，颗粒直径小于10mm的组分进入螺旋洗砂设备；
S1-3，颗粒直径小于10mm的组分经过螺旋洗砂设备后，得到粒径直径2～10mm粗砂砾及颗粒直径小于2mm的组分，颗粒直径2～10mm的组分经冲洗后可认为是清洁粗颗粒土壤，颗粒直径小于2mm的组分进入气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置中；
所述气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置包括反应池(1)，还包括气相振动装置，其设置在反应池(1)的下部；所述气相振动装置由一对纵向管道(2)及若干横向管道(3)组成，所述横向管道(3)平行设置在一对纵向管道(2)之间，所述横向管道(3)上正下方设置有若干喷孔，所述喷孔上连接有超声雾化喷嘴(4)；一侧的横向管道(3)上通过管道与文丘里气水混合器(7)连接，两者之间的管道上设置有调压阀(6)。
3.根据权利要求1或2所述气相振动式污染土壤固化稳定化处理方法，其特征在于，步骤S4中，所述污染土壤与稳定化药剂堆置反应周期为8-10小时；堆置反应后还需养护1天。
4.根据权利要求1或2所述气相振动式污染土壤固化稳定化处理方法，其特征在于，所述喷孔设置在横向管道(3)的正下方。
5.根据权利要求1或2所述气相振动式污染土壤固化稳定化处理方法，其特征在于，相邻喷孔之间的距离为25mm。
6.根据权利要求2所述气相振动式污染土壤固化稳定化处理方法，其特征在于，所述文丘里气水混合器(7)的一个管口通入气体，其他管口通入处理水。
7.根据权利要求1或2所述气相振动式污染土壤固化稳定化处理方法，其特征在于，气相振动式污染土壤固化稳定化反应装置还包括筛分装置、进料斗、制泥机和螺旋洗砂设备，筛分装置、进料斗、制泥机、螺旋洗砂设备与反应池(1)依次连接。
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