CN108817058B

CN108817058B - 一种土壤修复方法

Info

Publication number: CN108817058B
Application number: CN201810733051.3A
Authority: CN
Inventors: 高明
Original assignee: Shanghai Aiku Environment Engineering Co ltd
Current assignee: Shanghai Aiku Environment Engineering Co ltd
Priority date: 2018-07-05
Filing date: 2018-07-05
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2038-07-05
Also published as: CN108817058A

Abstract

本发明公开了一种土壤修复方法，涉及土壤修复技术领域，其技术方案要点是包括以下步骤：挖掘受污染土壤，取样检测污染物浓度；将受污染的土壤放入到冷冻系统中冷冻；将冻土通过皮带输送机输送到第一干燥装置；将土壤进行筛分，筛分后的土壤投入到搅拌机中，根据检测的污染物浓度添加修复剂并充分搅拌呈浆状；对浆状土壤进行过滤，分别得到固体土壤和滤液；对固体土壤进行处理直到取样检测合格；向检测合格的土壤中添加秸秆和动物粪便进行发酵，然后把发酵后的土壤回填至原位。本发明解决了目前土壤修复时由于高温热解析导致土壤中有机养料分解流失的问题，有利于在土壤修复时提高土壤肥沃性。

Description

一种土壤修复方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，更具体的说，它涉及一种土壤修复方法。

背景技术

土壤为人类提供生存空间和重要的生态系统服务，在人类生活中发挥着重要作用。如土壤储存和过滤水，改善粮食安全；功能性土壤在供应干净的水及抵御干旱方面发挥着关键作用；土壤渗透的水可以截留污染物，防止污染物深入地下水；肥沃的土壤是天然“储水箱”，可以固定植物根系的基底等。随着工业化和城市化的发展，土壤污染的问题日益严峻，已经影响到了食品安全与农业可持续发展。而土壤却是难以再生的资源，保护土壤刻不容缓。

现有技术参考授权公告号为CN102527704B的中国发明专利，其公开了一种土壤修复系统，包括一级螺旋输送机、振动筛、二级螺旋输送机、热解析炉回转窑、三级螺旋输送机、破碎机、第一水冷凝器、旋风除尘器、焚烧炉、气体冷凝器、第二水冷凝器、布袋除尘器、引风机、冷却塔；其中：一级螺旋输送机将待处理土壤输送至振动筛；二级螺旋输送机将过筛的土壤输送至热解析炉回转窑；热解析炉回转窑将土壤加热解析；三级螺旋输送机将加热解析过的土壤输送至破碎机破碎；第一水冷凝器将从热解析炉回转窑中排出的500-600℃的废气冷却至280-320℃；旋风除尘器分离经过第一水冷凝器冷却的废气中的汞单质与粉尘；焚烧炉焚烧从旋风除尘器排出的废气；气体冷凝器和第二水冷凝器将从焚烧炉中排出的400-500 ℃ 的废气冷却至160-200℃；布袋除尘器除去经过冷凝的废气中的粉尘；引风机将经过除尘的废气引出外排；冷却塔向第一水冷凝器和第二水冷凝器提供冷凝水；其中，过筛土壤的粒径<10mm。该发明能够有效降低土壤中的重金属污染物汞浓度以及多环芳烃的浓度，但是存在以下不足：在土壤经过500℃以上的高温热解时，土壤中肥沃的有机养料被除去，土壤修复后肥沃力大大降低，影响种植使用。

授权公告号为CN102527705B的中国发明专利公开了一种土壤修复方法，包括以下步骤：1）一级螺旋输送机将待修复土壤输送到震动筛过筛，过筛土壤经过二级螺旋输送机输送到热解析炉回转窑中加热解析；2）经过焙烧的土壤经过三级螺旋输送机输送至破碎机破碎；3）从热解析回转炉出来的废气则通过第一冷凝器降温至280-320℃；4）经过第一冷凝器的废气再进入汞分离器，分离出颗粒粉尘和液态汞；5）从汞分离器出来的废气进入二次燃烧室燃烧，再经过气体冷凝器与第二水冷凝器，使废气的温度降至150-200℃，再经过布袋除尘器除尘，除尘后的气体通过引风机外排；其中，过筛土壤的粒径<14mm；从热解析炉回转窑出来的废气的温度为500-600℃。该发明能较好的解决土壤污染问题，修复工艺成本较低，但存在以下不足：由于土壤经过500℃以上的高温热解时，土壤中肥沃的有机养料被除去，土壤修复后肥沃力大大降低，只能用作商业用地土壤，而不能用于农作物种植，减小了农作物土地利用率。

申请公布号为CN105583221A的中国发明专利申请公开了一种土壤修复系统及其土壤修复方法，土壤修复系统包括：热脱附炉，热脱附炉包括炉体、布料板和第一辐射管燃烧器，炉体内具有热脱附区，第一辐射管燃烧器设在炉体的侧壁上以对热脱附区内的土壤提供热脱附热量，炉体对应热脱附区的位置设有挥发性气体出口；燃烧装置，燃烧装置具有用于燃烧气体的燃烧室，燃烧室设有燃气口、第一烟气进口和第一烟气出口，第一烟气进口与挥发性气体出口连通；余热锅炉，余热锅炉具有第二烟气进口和第二烟气出口，第二烟气进口与第一烟气出口连通。该土壤修复系统可以使热脱附炉中产生的高温油气中的热量重复利用，避免了大量热量的散失以及能源的浪费。但存在以下不足：由于修复过程中形成高温油气时，土壤在热脱附区的温度达400℃以上，这样土壤中肥沃的有机养料被除去，土壤修复后肥沃力大大降低，只能用作商业用地土壤，而不能用于农作物种植，减小了农作物土地利用率。

综上，传统使用热脱附技术对土壤进行修复的方式，虽然能够去除土壤中的有害物质，但是以降低土壤肥沃力为代价换来的，修复后的土壤多用于商业用地土壤，减少了农业用土壤的含量，不利于农业可持续发展。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种土壤修复方法，在修复土壤减少有害物质含量的同时，提高土壤的肥沃力，用于农业种植土壤。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种土壤修复方法，包括以下步骤：

S1：挖掘湿度为10%-30%的受污染土壤，取样检测污染物浓度；

S2：将受污染的土壤放入到冷冻系统中冷冻，冷冻温度为-30℃～-10℃；

S3：将冻土通过皮带输送机输送到第一干燥装置，第一干燥装置的加热温度控制在50℃～80℃；

S4：将S3中的土壤进行筛分，筛分后的土壤投入到搅拌机中，根据S1中检测的污染物浓度添加修复剂并充分搅拌呈浆状；

S5：对S4中的浆状土壤进行过滤，分别得到固体土壤和滤液；

S6：对固体土壤进行处理：

①将固体土壤放入到第二干燥装置中进行加热干燥，温度为30℃～50℃，使得土壤湿度降低至10%～30%；

②对干燥的土壤进行取样检测，若土壤中的污染物浓度未降低到目标值以下不合格时，则把土壤再次投放到搅拌机中，并再次根据污染物浓度称量添加修复剂，重复步骤S4～S5直到取样检测合格；

S7：向检测合格的土壤中添加秸秆和动物粪便进行发酵，然后把发酵后的土壤回填至原位。

通过采用上述技术方案，低温冷冻一方面可以将土壤中的害虫冻死；另一方面低温使得土壤形成短暂冻土结构，土壤由松散状变为整体结构，便于运输过程中土壤不会散开。

由于土壤中存在着大小不等的裂隙和孔隙，它们被水分充填，土壤在冷冻系统中随着气温的下降，水分逐渐冻结、膨胀，对土块起着很大的破坏，使裂隙不断扩大。冻土在第一干燥装置中因温度上升，冰体融化，这种温度变化而引起的冻结与融化过程会造成块状土壤破碎松解，使得大块土壤裂解成土壤颗粒，而土壤中包覆的石子和混凝土块由于强度高仍保持原颗粒大小，便于筛分，减少土壤中建筑垃圾。

向土壤中添加秸秆和动物粪便并堆积起来进行发酵，使得秸秆和动物粪便在微生物作用下成为有机养料，提高土壤的肥沃力，适合作为农业种植土壤。

较佳的，将S5和S6中得到的滤液进行处理：

①对滤液进行蒸馏；

②蒸馏出的气体经过气体干燥器，干燥后的气体经过气体燃烧室燃烧，气体燃烧释放的热量经过热交换器传递到第一干燥装置用于加热。

通过采用上述技术方案，将土壤中含有的可燃性污染物通过燃烧处理，燃烧时大多产生二氧化碳和水，减少污染物转移。此外气体燃烧的热量对第一干燥装置加热，节约能源。

较佳的，将气体燃烧后的尾气通过尾气处理装置。

通过采用上述技术方案，气体燃烧后除了产生二氧化碳，还可能因为燃烧不充分形成一氧化碳或者其他氧化物如二氧化硫，尾气处理装置对这些有害气体进行处理，减少对大气的污染。

较佳的，所述第一干燥装置与第二干燥装置内的压力均为-0.01～-0.02MPa。

通过采用上述技术方案，第一干燥装置和第二干燥装置均呈负压状态，水的沸点相应减小，水分更容易从土壤中流出，这样在加热过程中产生的水汽更容易排出，加快干燥速度。

较佳的，S4步骤中搅拌完毕后将浆状土壤浸泡3H～5H。

通过采用上述技术方案，使得土壤中的污染物溶入到修复药剂中并充分反应，提高修复药剂的效果。

较佳的，S4步骤中筛分后的土壤粒径≤8mm。

通过采用上述技术方案，土壤颗粒尺寸小，相同体积的土壤整个表面积大大增加，提高土壤颗粒与修复药剂的接触面积，这样修复药剂可以更快的渗透到土壤颗粒内部，缩短修复时间。

较佳的，所述尾气处理装置为Ca(OH)₂的溶液池。

通过采用上述技术方案，气体燃烧后形成的CO2、SO2以及NOX等被吸收，排出的是干净气体，减少对空气的污染。

较佳的，气体燃烧释放的热量经过热交换器传递到第二干燥装置和蒸馏处用于加热。

通过采用上述技术方案，气体燃烧的热量同时对第二干燥装置和蒸馏位置进行加热，提高热量的利用率。

较佳的，S2步骤中干燥后的气体以400m³/h的流量经过气体燃烧室燃烧，并向气体燃烧室吹入空气，空气流量为500m³/h。

通过采用上述技术方案，空气与可燃气体的比例为1.25:1，使得可燃气体能够充分燃烧，减少排放到空气中有害气体含量。

较佳的，S7步骤中土壤发酵时间为6-15天。

通过采用上述技术方案，秸秆和动物粪便能够充分的在微生物作用下进行发酵，提高土壤肥沃力。

综上所述，本发明相比于现有技术具有以下有益效果：

1、在修复土壤减少有害物质含量的同时，提高土壤的肥沃力，用于农业种植土壤；

2、低温冷冻可以将土壤中的害虫冻死，用于种植土壤后减少农作物病虫害的发生；

3、在修复过程中没有对土壤进行高温处理，土壤性状保持好，维持土壤肥沃力。

附图说明

图1为实施例的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

实施例：一种土壤修复方法，如图1所示，包括以下步骤：

1）采用挖掘机械挖掘受污染的土壤（10%≤湿度≤30%），并采集土壤样品进行检测，土壤样品编号为TR0。当土壤中的湿度低于10%时洒水渗透，使得土壤变软，以便挖掘机械更容易进行作业。

2）将挖掘的受污染的土壤放入到冷冻系统中冷冻，冷冻系统可以是冷库，冷冻温度为-30℃～-10℃。这样一方面低温可以将土壤中的害虫冻死；另一方面低温使得土壤形成短暂冻土结构，土壤由松散状变为整体结构，便于运输过程中土壤不会散开。

3）将冻土通过皮带输送机输送到第一干燥装置，第一干燥装置的加热温度控制在50℃～80℃，压力为-0.01～-0.02MPa。由于土壤中存在着大小不等的裂隙和孔隙，它们被水分充填，土壤在冷冻系统中随着气温的下降，水分逐渐冻结、膨胀，对土块起着很大的破坏，使裂隙不断扩大。冻土在第一干燥装置中因温度上升，冰体融化，这种温度变化而引起的冻结与融化过程会造成块状土壤破碎松解，使得大块土壤裂解成粒径≤8mm的土壤颗粒，而土壤中包覆的石子和混凝土块由于强度高仍保持原颗粒大小。

4）将裂解后的土壤投入到振动筛中筛分，振动筛的孔径为8mm，这样粒径≤8mm的土壤颗粒从振动筛上落下，土壤中的石子以及混凝土块被筛分排除，减少土壤中建筑垃圾。

5）将筛分后的细颗粒土壤投入搅拌机中，根据步骤1）中取样检测所得到的污染物浓度称量添加修复剂，修复药剂按照污染物浓度稀释10倍添加充足，然后搅拌使得修复药剂与土壤充分混合呈浆状。

6）搅拌完成后，将混合后的含有修复药剂的土壤停滞浸泡3H～5H，使得土壤中的污染物溶入到修复药剂中。

7）对浆状土壤进行过滤，分别得到土壤固体和滤液，并对土壤固体和滤液分别处理。

8）固体处理：

①将过滤得到的土壤固体放入到第二干燥装置中进行加热干燥，第二干燥装置的温度为30℃～50℃，压力为-0.01～-0.02MPa，干燥时间为0.5H～1H，使得土壤湿度降低至10%～30%；

②对干燥的土壤进行取样检测，样品编号为TR1，若土壤中的污染物浓度未降低到目标值以下不合格时，则把土壤再次投放到搅拌机中，并再次根据污染物浓度称量添加修复剂，重复步骤5）～7）直到取样检测合格，每次取样分别依次编号为TR2、TR3、TR4……。

9）当土壤中污染物浓度检测合格后，向土壤中添加秸秆和动物粪便并堆积起来进行发酵，发酵6～15天，使得秸秆和动物粪便在微生物作用下成为有机养料。

10）将合格后的土壤回填至开挖位置并用机械整平。

11）滤液处理：

①对滤液进行蒸馏；

②蒸馏出的气体经过气体干燥器，将其中的水分吸收除去，气体干燥器可以是CaCl₂或CaO颗粒；

③干燥后的气体以400m³/h的流量经过气体燃烧室燃烧，为了使得气体燃烧更充分，可以向气体燃烧室用鼓风机吹入空气，空气流量为500m³/h；气体燃烧释放的热量经过热交换器分别传递到第一干燥装置、第二干燥装置以及蒸馏处用于加热，充分利用气体燃烧的热量，节约能源。

12）从气体燃烧室排出的尾气以550m³/h的流量通入到尾气处理装置，尾气处理装置可以是含有Ca(OH)₂的溶液池，这样气体燃烧后形成的CO₂、SO₂以及NO_X等被吸收，排出的是干净气体，减少对空气的污染。

修复前后土壤中污染物的浓度及肥沃力浓度对比表1所示。

表1 土壤修复前与修复后污染物浓度与肥沃力参数对比

检测项目	土壤修复前	土壤修复后
			石子	50g/kg	<5g/kg
混凝土	95g/kg	<5g/kg
			多环芳烃	231mg/kg	46mg/kg
Hg	103mg/kg	<1mg/kg
			N	37mg/kg	51mg/kg
P	24mg/kg	43mg/kg
			K	15mg/kg	21mg/kg

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种土壤修复方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：挖掘湿度为10%-30%的受污染土壤，取样检测污染物浓度；

S5：对S4中的浆状土壤进行过滤，分别得到固体土壤和滤液；

S6：对固体土壤进行处理：

2.根据权利要求1所述的一种土壤修复方法，其特征在于：将S5和S6中得到的滤液进行处理：

①对滤液进行蒸馏；

3.根据权利要求2所述的一种土壤修复方法，其特征在于：将气体燃烧后的尾气通过尾气处理装置。

4.根据权利要求1所述的一种土壤修复方法，其特征在于：所述第一干燥装置与第二干燥装置内的压力均为-0.01～-0.02MPa。

5.根据权利要求1所述的一种土壤修复方法，其特征在于：S4步骤中搅拌完毕后将浆状土壤浸泡3H～5H。

6.根据权利要求1所述的一种土壤修复方法，其特征在于：S4步骤中筛分后的土壤粒径≤8mm。

7.根据权利要求3所述的一种土壤修复方法，其特征在于：所述尾气处理装置为Ca(OH)₂的溶液池。

8.根据权利要求2所述的一种土壤修复方法，其特征在于：气体燃烧释放的热量经过热交换器传递到第二干燥装置和蒸馏处用于加热。

9.根据权利要求2所述的一种土壤修复方法，其特征在于：S2步骤中干燥后的气体以400m³/h的流量经过气体燃烧室燃烧，并向气体燃烧室吹入空气，空气流量为500m³/h。

10.根据权利要求1所述的一种土壤修复方法，其特征在于：S7步骤中土壤发酵时间为6-15天。