CN107971329B - 一种利用螺杆压滤原位连续修复土壤的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种利用螺杆压滤原位连续修复土壤的方法，将土壤原位投入同向啮合螺杆机中，同向啮合螺杆机由进料到出料依次设置剪切细化段、酸洗段、压滤段、中和段；同向啮合螺杆机以100~150rpm的转速旋转，土壤在剪切细化段细化分散；连续进入酸洗段，在酸洗段加酸性溶液溶解重金属离子；连续进入压滤段，通过螺杆挤压，将溶有重金属离子的酸液挤压出；连续进入中和段，加入碱性物质中和，得到修复的土壤。从而实现了土壤原位快速连续修复，从根本上解决了土壤重金属污染问题。该方法突破了土壤重金属污染治理领域存在的关键瓶颈，为土壤重金属治理提供了一种新途径，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种利用螺杆压滤原位连续修复土壤的方法。
背景技术
土壤污染是指由人类活动所产生的各种污染物通过各种途径进入土壤，其数量和速度超过了土壤的容纳和净化能力，使土壤的性质、组成及性状等发生变化，破坏土壤的自然生态平衡，并导致土壤的自然功能失调、土壤质量恶化的现象。土壤污染是全球三大环境要素（大气、水体和土壤)的污染问题之一。土壤污染对环境和人类造成的影响与危害在于它能导致土壤的组成、结构和功能发生变化，进而影响植物的正常生长发育，造成有害物质在植物体内累积，井可以通过食物链进入人体，以至危害人体健康。土壤污染导致严重的直接经济损失。
土壤污染导致生物产品品质不断下降。因农田施用化肥,大多数城市近郊土壤都受到不同程度的污染,许多地方粮食、蔬菜、水果等食物中镉、砷、铬、铅等重金属含量超标或接近临界值。每年转化成为污染物而进入环境的氮素达1000万t,农产品中的硝酸盐和亚硝酸污染严重。农膜污染土壤面积超过780万hm2,残存的农膜对土壤毛细管水起阻流作用,恶化土壤物理性状,影响土壤通气透水,影响农作物产量和农产品品质。土壤污染危害人体健康。土壤污染会使污染物在植物体内积累，并通过食物链富集到人体和动物体中,危害人体健康,引发癌症和其他疾病。放射性物质可以由多种途径进入人体，它们发出的射线会破坏机体内的大分子结构，甚至直接破坏细胞和组织结构，给人体造成损伤。高强度射线会灼伤皮肤，引发白血病和各种癌症，破坏人的生殖机能，严重的能在短期内致死。少量累积照射会引起慢性放射病，使造血器官、心血管系统、内分泌系统和神经系统等受到损害，发病过程往往延续几十年。土壤生物污染在土壤、植物、动物以及人体之间构成一条链，主要通过食物链进行物质和能量传递，其危害不容忽视。土壤健康、植物健康、动物健康和人体健康由食物链紧密联系在一起。土壤污染导致其他环境问题。土壤受到污染后，含重金属浓度较高的污染土容易在风力和水力作用下分别进入到大气和水体中,导致大气污染、地表水污染、地下水污染和生态系统退化等其他次生生态环境问题。
目前国内外土壤修复的方法主要有物理修复法、化学修复法和生物修复法等，根据修复方式的不同，修复技术又可以分为原位修复和异位修复。原位修法方法虽然具有经济效益性好，但是对于许多复合污染的土壤具有修复周期长，难以达到我国城市土壤快速修复的要求，限制了其应用范围；异位修复方法可以连续精细化操作，环境影响小、修复周期短，容易实现较彻底修复，但对修复设备的要求较高。
发明内容
针对现有技术中土壤异位修复方法对修复设备的要求较高的缺陷，本发明提出一种利用螺杆压滤原位连续修复土壤的方法，它具有环境友好、使用简便高效，连续原位修复土壤作业的特点，突破了土壤重金属污染治理领域存在的关键瓶颈，为土壤重金属治理提供了一种新途径，具有良好的应用前景。
为实现上述目的，本发明采用如下具体的技术方案;
一种利用螺杆压滤原位连续修复土壤的方法，包括以下具体方法：
将土壤原位投入同向啮合螺杆机中，同向啮合螺杆机由进料到出料依次设置剪切细化段、酸洗段、压滤段、中和段；同向啮合螺杆机以100~150rpm的转速旋转，土壤在剪切细化段细化分散；连续进入酸洗段，在酸洗段加酸性溶液溶解重金属离子；连续进入压滤段，通过螺杆挤压，将溶有重金属离子的酸液挤压出；连续进入中和段，加入碱性物质中和，得到修复的土壤。
同向啮合螺杆机是一种在材料加工领域使用的常规设备，将不同的螺纹元件以积木方式组合在螺杆上，物料从加料口进入螺杆后，在螺纹元件摩擦剪切拖拽下，沿着螺杆向前输送物料，在啮合螺纹元件设置区物料将受到强力的剪切作用，由于啮合同向螺杆机的螺杆在啮合区间隙处的方向相反，它使得在啮合区间隙处有更优的剪切，通过设置不同的螺纹元件组合实现了将对土壤的连续细化、酸化、压滤和中和处理。从而将土壤中的重金属离子酸化溶解，通过压滤随酸液排除，实现了对土壤的净化。目前，也有报道对土壤酸洗除脱重金属，但均为非连续设备，不但效率低，而且需要异地设置专门的酸洗设备。本发明则通过连续设备，原位压滤实现了高效净化土壤。
根据本发明，为了提高所述土壤的细化度以及土壤处理的均匀度，优选条件下，所述同向啮合螺杆机是由螺纹元件在芯轴上组合而成，通过设置不同的螺纹元件，使土壤在螺杆旋转时沿纵向和横向方向连续剪切细化、酸洗、压滤和中和，所述的剪切细化段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成；所述的酸洗段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成；所述的压滤段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成；所述中和段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成。
根据本发明，优选条件下，所述酸性溶液为无机酸和/或有机酸，所述无机酸可以为盐酸、硝酸、硫酸、硼酸、高氯酸、硫氰酸、亚硫酸、磷酸、亚磷酸、次氯酸等中的至少一种；所述有机酸为柠檬酸、甲酸、乙酸中的至少一种。
根据本发明，为了提高土壤的酸化效率，使重金属离子溶入酸液，所述细化土壤与所述酸性溶液的体积比为1：（3~8）。
根据本发明，优选条件下，所述碱性物质为无机碱和/或有机碱，所述无机碱可以为碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物中的至少一种，所述有机碱选自脲及其衍生物和有机胺中的至少一种，例如为乙胺、三乙胺、乙二胺和丁二胺等中的至少一种，进一步优选的，所述碱源为氢氧化钠、氢氧化锂、氢氧化钾、氨水中的至少一种。
本发明一种利用螺杆压滤原位连续修复土壤的方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：
本发明利用螺杆挤出机为修复设备，设置剪切细化段、酸洗段、压滤段、中和段；通过连续将土壤原位细化、酸洗，将重金属离子溶解在酸液中，经压滤段将酸液分离出，进一步经中和段调整pH，得到修复的土壤，本发明利用螺杆挤出机可以分段加料，连续运转使土壤原位连续完成细化、分段加入酸液溶解重金属离子、压滤分离出重金属离子，加入碱液中和，快速得到修复的土壤，从而实现了土壤原位快速连续修复，从根本上解决了土壤重金属污染问题。该方法突破了土壤重金属污染治理领域存在的关键瓶颈，为土壤重金属治理提供了一种新途径，具有良好的应用前景。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下,根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更,均应包含在本发明的范围内。
实施例1
一种利用螺杆压滤原位连续修复土壤的方法，包括以下步骤：
将土壤投入同向啮合螺杆机中，以120rpm的转速混合细化分散得到细化土壤，所述的剪切细化段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成，在剪切细化段，细化土壤沿螺杆旋转方向均匀分散开，形成片形的取向，并逐渐向前输送；在酸洗段，细化土壤中加入浓度为1mol/L的盐酸溶液，其中，细化土壤与所述酸性溶液的体积比为1：4，所述的酸洗段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成，得到混合体系；并逐渐向前输送至压滤段排除酸液，所述的压滤段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成；当酸化土壤进入中和段时，在酸化土壤中加入四甲基氢氧化铵，所述中和段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成，得到修复的土壤。
实施例2
一种利用螺杆压滤原位连续修复土壤的方法，包括以下步骤：
将土壤投入同向啮合螺杆机中，以120rpm的转速混合细化分散，得到细化土壤，所述的剪切细化段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成，在剪切细化段，细化土壤沿螺杆旋转方向均匀分散开，形成片形的取向，并逐渐向前输送；在酸洗段，细化土壤中加入浓度为2mol/L的盐酸溶液，其中，细化土壤与所述酸性溶液的体积比为1：5，所述的酸洗段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成，得到混合体系；并逐渐向前输送至压滤段排除溶有重金属离子的酸液，所述的压滤段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成；当酸化土壤进入中和段时，在酸化土壤中加入氢氧化钾，所述中和段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成，得到修复的土壤。
实施例3
一种利用螺杆压滤原位连续修复土壤的方法，包括以下步骤：
将土壤投入同向啮合螺杆机中，以120rpm的转速混合细化分散，得到细化土壤，所述的剪切细化段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成，在剪切细化段，细化土壤沿螺杆旋转方向均匀分散开，形成片形的取向，并逐渐向前输送；在酸洗段，细化土壤中加入浓度为0.5mol/L的盐酸溶液，其中，细化土壤与所述酸性溶液的体积比为1：6，所述的酸洗段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件压滤段，排除溶有指那个金属离子的酸液，所述的压滤段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成；当酸化土壤进入中和段时，在酸化土壤中加入氢氧化钠，所述中和段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成，得到修复的土壤。
实施例4
一种利用螺杆压滤原位连续修复土壤的方法，包括以下步骤：
将土壤投入同向啮合螺杆机中，以100rpm的转速混合细化分散，得到细化土壤，所述的剪切细化段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成，在剪切细化段，细化土壤沿螺杆旋转方向均匀分散开，形成片形的取向，并逐渐向前输送；在酸洗段，细化土壤中加入浓度为1mol/L的盐酸溶液，其中，细化土壤与所述酸性溶液的体积比为1：8，所述的酸洗段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成，得到混合体系；并逐渐向前输送至压滤段，排除溶有重金属离子的酸液，所述的压滤段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成；当酸化土壤进入中和段时，在酸化土壤中加入氢氧化钾，调整土壤至中性，所述中和段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成，得到修复的土壤。
将实施例1-4对同一重金属污染的土壤进行修复，修复前后重金属变化如表1所示。
表1：
Claims (5)
1.一种利用螺杆压滤原位连续修复土壤的方法，包括以下具体方法：
将土壤原位投入同向啮合螺杆机中，同向啮合螺杆机由进料到出料依次设置剪切细化段、酸洗段、压滤段、中和段；同向啮合螺杆机以100~150rpm的转速旋转，土壤在剪切细化段细化分散；连续进入酸洗段，在酸洗段加酸性溶液溶解重金属离子；连续进入压滤段，通过螺杆挤压，将溶有重金属离子的酸液挤压出；连续进入中和段，加入碱性物质中和，得到修复的土壤。
2.根据权利要求1所述一种利用螺杆压滤原位连续修复土壤的方法，其特征在于：所述的剪切细化段由两组56/56输送螺纹元件、两组齿形盘、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向56/56输送螺纹元件组成；所述的酸洗段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成；所述的压滤段由四组斜角为30°的啮合螺纹元件、四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组、四组90°的直角啮合螺纹元件、四组反向60°的啮合螺纹元件组成；所述中和段由四组斜角为45°的啮合螺纹元件、四组斜角为60°的啮合螺纹元件、四组反向45°的啮合螺纹元件组成。
3.根据权利要求1所述一种利用螺杆压滤原位连续修复土壤的方法，其特征在于：所述酸性溶液无机酸和/或有机酸，所述无机酸为盐酸、硝酸、硫酸、硼酸、高氯酸、硫氰酸、亚硫酸、磷酸、亚磷酸、次氯酸中的至少一种；所述有机酸为柠檬酸、甲酸、乙酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述一种利用螺杆压滤原位连续修复土壤的方法，其特征在于：所述细化土壤与所述酸性溶液的体积比为1：（3~8）。
5.根据权利要求1所述一种利用螺杆压滤原位连续修复土壤的方法，其特征在于：所述碱性物质无机碱和/或有机碱，所述无机碱为碱金属氢氧化物、碱土金属氢氧化物中的至少一种，所述有机碱选自脲及其衍生物和有机胺中的至少一种。
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