CN109290351A - 重金属污染土壤处理系统及工艺 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种重金属污染土壤处理系统包括机械研磨机构、一级水洗机构、一级固液分离机构、深度淋洗机构、二级水洗机构、二级固液分离机构与机架。本发明还提供一种重金属污染土壤处理工艺，包括：筛选重金属污染土壤后进行机械研磨；向土壤中加入清水进行一级水洗，再离心处理得到脱水后土壤；向土壤中加入清水进行深度淋洗，再添加化学淋洗剂，搅拌、筛选，最后加入清水进行二级水洗后固液分离。本发明提供的重金属污染土壤处理系统体积紧凑，降低了土壤修复成本。本发明提供的重金属污染土壤处理工艺修复效率高，修复效果好。

Description

重金属污染土壤处理系统及工艺

技术领域

本发明涉及污染土壤修复领域，特别涉及一种重金属污染土壤处理系统及工艺。

背景技术

土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，土壤中的重金属污染主要来源于工矿及化工企业产生废渣、废水及废气未经处理的排放，污染因子主要有铅、砷、镉、锌、汞、铜等。土壤重金属污染不但影响农产品的质量，而且影响大气及水环境质量。同时，严重的土壤污染已经成为制约城市地区土地可持续开发利用的主要因素。

由于土壤具有非均一性，各区域差异十分复杂，重金属在土壤中的化学行为和生态效应也不尽相同，因此国内外尚无通用的工业化修复技术。对这种重金属污染的土壤如何有效快速地进行修复处理，是当前急需解决的难题。传统的重金属污染土壤修复技术是基于土壤理化性质和重金属特性，通过物理化学或生物的手段来分离或固定土壤中的重金属，主要包括物理技术、化学技术和生物技术三种类型，如稀释和覆土法、玻璃化技术、电化学法、植物修复法和微生物修复法等。这些方法虽然都有一定的治理效果，但是仍存在处理工艺落后、处理效率低、效果差、设备占地面积大、自动化程度低等缺点。

发明内容

本发明提供了一种重金属污染土壤处理系统及工艺，其目的是为了克服现有技术的不足，提供一种分选程度高、自动化程度高、修复效率高的重金属污染土壤处理系统及其处理工艺。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种重金属污染土壤处理系统，包括机架与机械研磨机构，所述机械研磨机构包括从上至下依次设置的进料斗、粉碎滚、球磨机以及分离筛，所述进料斗设置在所述重金属污染土壤处理系统的左侧顶部，所述重金属污染土壤处理系统还包括：

一级水洗机构，所述一级水洗机构包括一级水洗池、直线振动筛，以及设置在所述一级水洗池内的搅拌器，所述一级水洗池设置在分离筛的下方，所述一级水洗池的出口连接直线振动筛；

一级固液分离机构，所述一级固液分离机构包括泥浆缓冲池、泥浆管、渣浆泵和离心机，所述泥浆缓冲池设置在所述直线振动筛的下方，所述泥浆缓冲池通过泥浆管、渣浆泵与离心机连通，所述泥浆缓冲池内泥浆由渣浆泵提升至所述重金属污染土壤处理系统上部的离心机内；

深度淋洗机构，所述深度淋洗机构包水力漩流器、深度淋洗池、带式压滤机，以及设置在深度淋洗池内的混合搅拌器，所述离心机的出口连接深度淋洗池的入口，所述深度淋洗池的出口连接水力漩流器的入口，所述水力旋流器的出口一连接外界，出口二连接带式压滤机的入口；

二级水洗机构，所述二级水洗机构包括二级水洗池，所述带式压滤机出口连接二级水洗池的入口；

二级固液分离机构，所述二级固液分离机构包括位于所述重金属污染土壤处理系统右侧底部的渣水分离器，所述二级水洗池的出口连接所述渣水分离器的入口，所述渣水分离器的出口连接外界。

优选地，所述一级水洗池上设有进水管一。

优选地，所述二级水洗池上设有进水管二。

本发明还提供一种重金属污染土壤处理工艺，包括如下步骤：

1)筛选重度重金属污染土壤和轻度重金属污染土壤分别进行机械研磨，筛选粒径小于5毫米的重度重金属污染土壤进入步骤2)，筛选出粒径小于5毫米的轻度重金属污染土壤进入步骤4)；

2)按质量固液比为1:2～1:4的比例向步骤1)所得土壤颗粒中加入清水进行一级水洗，得到混合泥浆；

3)将步骤2)所得混合泥浆进行离心处理，得到脱水后土壤；

4)按质量固液比为1:3～1:5的比例向土壤中加入清水进行深度淋洗，再添加化学淋洗剂，搅拌后分筛出粒径大于0.08mm的土壤；

5)向步骤4)所得粒径大于0.08mm的土壤中按质量固液比为1:1～1:2的比例加入清水进行二级水洗，将二级水洗后泥浆进行固液分离得到废液和处理后土壤。

优选地，步骤1)所述重度重金属污染土壤为土壤中污染物Pb、Zn、Cd、Hg、Cu及类金属As中任一种的浓度达到环境标准限值3倍及3倍以上的土壤。

优选地，步骤1)所述轻度重金属污染土壤为土壤中污染物Pb、Zn、Cd、Hg、Cu及类金属As中任一种的浓度在环境标准限值1倍与环境标准限值3倍之间的土壤。

优选地，步骤4)所述化学淋洗剂包括增效剂和络合剂。

优选地，步骤4)所述化学淋洗剂的添加方法具体为添加增效剂搅拌20min后再添加络合剂搅拌15min。

优选地，增效剂为过硫酸钾，所述过硫酸钾与深度淋洗后土壤的质量比为1:50～100。

优选地，络合剂为乙二胺四乙酸，所述乙二胺四乙酸与深度淋洗后土壤的质量比为1:50。

与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：

本发明提供的重金属污染土壤处理系统体积紧凑、占地面积小，减少了设备投资，降低了土壤修复成本，减轻了劳动强度。

本发明提供的重金属污染土壤处理工艺采用分类研磨、一级水洗、一级固液分离、深度淋洗、二级水洗、二级固液分离的工艺，修复效率高、效果好。

本发明提供的重金属污染土壤处理工艺根据土壤的污染程度，先对土壤进行分类处理，既节约了药剂成本和运行成本，又在一定程度上减少了废液量的产生。

本发明工艺中二级水洗后废液经回收处理可循环使用，回用效率可达80％左右，从而节省了一部分药剂成本，并且避免了对外界环境造成二次污染。

整个工艺所需淋洗液总量相对于传统化浆淋洗降低了40～50％，不仅降低了成本，还可减少废液排放。

附图说明

图1为本发明的重金属污染土壤处理系统的结构示意图。

附图标记说明：1、进料斗；2、粉碎滚；3、球磨机；4、分离筛；5、搅拌器；6、一级水洗池；7、直线振动筛；8、泥浆缓冲池；9、机架；10、泥浆管；11、渣浆泵；12、离心机；13、混合搅拌器；14、水力旋流器；15、深度淋洗池；16、带式压滤机；17、二级水洗池；18渣水分离器。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明提供的重金属污染土壤处理系统，包括机架9与机械研磨机构，机械研磨机构包括从上至下依次设置的进料斗1、粉碎滚2、球磨机3以及分离筛4，进料斗1设置在所述重金属污染土壤处理系统左侧顶部。重金属污染土壤从进料斗1进入处理系统，首先到达粉碎滚2进行粉碎，粉碎过后进入球磨机3进行球磨，球磨过后的土壤落入分离筛4进行筛分。

重金属土壤污染处理系统还包括一级水洗机构。一级水洗机构由位于振动筛4下方的一级水洗池6、位于一级水洗池6下方的直线振动筛7，以及位于以及水洗池6内的搅拌器5组成。一级水洗池6的出口连接直线振动筛7。经分离筛4分离后的土壤进入一级水洗池6，一级水洗池中设有搅拌器5，一级水洗池还连接有进水管一，清水从进水管一进入后启动搅拌器，对土壤进行一级水洗。水洗过后的泥浆由一级水洗池6进入直线振动筛7进行筛分。

重金属土壤污染处理系统还包括一级固液分离机构。一级固液分离机构由位于处理系统左侧底部的泥浆缓冲池8，泥浆管10、渣浆泵11和离心机12组成。泥浆缓冲池7位于直线振动筛7下方，通过泥浆管10、渣浆泵11与离心机12连通，渣浆泵11用于将泥浆缓冲池8内泥浆提升至所述重金属污染土壤处理系统上部的离心机12进行脱水处理。

重金属土壤污染处理系统还包括深度淋洗机构。深度淋洗机构包括设置在深度淋洗池15内的混合搅拌器13，以及水力漩流器14和带式压滤机16，离心机12的出口连接深度淋洗池15的入口，深度淋洗池15的出口连接水力漩流器14的入口，水力旋流器14的出口一连接外界，出口二连接带式压滤机16的入口。经离心机脱水后的土壤在混合搅拌器中加清水进行深度淋洗后再添加化学淋洗剂进行淋洗，之后泥浆进入水力旋流器14进行筛分，筛分得到较小的土壤进入带式压滤机16进行脱水处理。

重金属土壤污染处理系统还包括二级水洗机构。二级水洗机构包括位于处理系统右侧底部的二级水洗池17，带式压滤机16出口与二级水洗池17入口相连，二级水洗池17上设有进水管二，经带式压滤机16脱水后的土壤进入二级水洗池17进行二级水洗。

重金属土壤污染处理系统还包括二级固液分离机构，二级固液分离机构包括安装在二级水洗池17下方的渣水分离器18，其对经二级水洗后的泥浆进行再次固液分离。

本发明提供处理污染土壤的工艺包括如下步骤：

S1、土壤分类：对污染片区土壤进行三维检测，按污染程度划分为重度污染土壤、轻度污染土壤和未污染土壤，并分堆堆放，重度污染土壤和轻度污染土壤进入破碎筛分，未污染土壤直接回填。

S2、机械研磨：对污染土壤分别进行初步破碎和筛分，将破碎和筛分后土壤放入湿式球磨机中进行机械研磨，时间30～40min，然后出料过筛，筛上部分进入土壤堆场，筛下部分重度污染土壤进进连续搅拌池进行一级水洗，轻度污染土壤不经历一级水洗，直接进入深度淋洗池。

S3、一级水洗：步骤S2筛分后的待淋洗重度污染土壤进入一级水洗池，按固液比1:2～1:4加入清水，启动搅拌器，使土水充分混合，土壤结构分散，土壤或岩石碎屑表面重金属在水的作用下解吸附进入水体，淋洗15min后打开淋洗池底部闸门，泥浆进入直线振动筛，筛上较大粒径岩石和岩石碎屑再经高压水枪冲洗，冲洗后土壤放置一级筛分土壤堆放区，冲洗后泥浆进入下方的泥浆缓冲池，完成一级水洗。

S4、一级固液分离：渣浆泵将泥浆提升至自动卸料离心机，由高速离心机脱水，产生的废液进入污水缓冲池。

S5、深度淋洗：脱水后土壤和轻度污染土壤经传送带送至深度淋洗池，加入化学淋洗剂，启动搅拌器，将土壤与淋洗剂充分混匀，反应结束后打开搅拌池底部阀门，泥浆在重力作用下进入水力漩流器。

S6、二级水洗：调试好的水力漩流器筛选出粒径大于0.08mm土壤，进入二级水洗池，加入清水，充分搅拌，进行二级水洗；小于0.08mm部分随废水一起进入絮凝沉淀池，进行淋洗剂回收利用和清水回用。

S7、二级固液分离：经步骤S6二级水洗后的泥浆再进行固液分离，液相进入污水缓冲池，固相进入土壤堆场进行安全处置。

S1所检测的重金属污染物包括：Pb、Zn、Cd、Hg、Cu及类金属As；重度污染土壤设计为上述六种金属任一种重金属污染物浓度达到环境标准限值3倍及3倍以上的土壤。

S1所检测的轻度重金属污染土壤为土壤中污染物Pb、Zn、Cd、Hg、Cu及类金属As中任一种的浓度在环境标准限值1倍与环境标准限值3倍之间的土壤。

S5深度淋洗总固液为1:3～1:5；S6二级水洗中淋洗土壤与清水的加入量的质量比为1:1～1:2。

用本发明提供的重金属污染土壤处理系统处理污染土壤可节约淋洗液，整个工艺所需的淋洗液比传统化浆淋洗要低，从传统1:10左右的固液比降低到1：2～1:6左右，降低了40～50％的淋洗液总量。

S5深度淋洗所用化学淋洗剂为复合淋洗剂，包括增效剂和络合剂，增效剂为过硫酸钾，络合剂为乙二胺四乙酸。

S5深度淋洗所用的复合淋洗剂中增效剂为过硫酸钾，其用量与深度淋洗后土壤的质量比为1:50～100；络合剂为乙二胺四乙酸，其用量与深度淋洗后土壤的质量比例为1:50。

S6中，将二级水洗池中的废液利用淋洗废液回收处理药剂将重金属进行处理，处理完毕后进行固液分离，滤液可返回S5重新作为化学淋洗剂，滤渣进行后续的资源回收或进行危废填埋。二级水洗后废液经回收处理可循环使用，回用效率可达80％左右，从而节省了一部分药剂成本，并且避免了对外界环境造成二次污染。

步骤S5中深度淋洗所用淋洗剂为复合淋洗剂，包括增效剂和络合剂，增效剂和络合剂分先后加入；增效剂加入搅拌反应20min后再加入络合剂，加入络合剂后反应时间为15min。

实施例1

1)筛选重度重金属污染土壤和轻度重金属污染土壤分别进行机械研磨，筛选粒径小于5毫米的重度重金属污染土壤进入步骤2)，筛选出粒径小于5毫米的轻度重金属污染土壤进入步骤4)；

2)按质量固液比为1:2的比例向步骤1)所得土壤颗粒中加入清水进行一级水洗；

其中，筛分得到大于2毫米的土壤用清水冲洗，冲洗得到泥浆与小于2毫米土壤组成混合泥浆；

3)将步骤2)所得混合泥浆进行离心处理，得到脱水后土壤；

4)按质量固液比为1:3的比例向土壤中加入清水进行深度淋洗，再添加化学淋洗剂，搅拌后筛选出粒径大于0.08mm的土壤；

其中，化学淋洗剂由组分为硫酸钾的增效剂，以及组分为乙二胺四乙酸的络合剂组成；

过硫酸钾与深度淋洗后土壤的质量比为1:50；乙二胺四乙酸与深度淋洗后土壤的质量比为1:50。

5)向步骤4)所得粒径大于0.08mm的土壤中按质量固液比为1:1的比例加入清水进行二级水洗，将水洗后泥浆进行固液分离。

实施例2

1)筛选重度重金属污染土壤和轻度重金属污染土壤分别进行机械研磨，筛选粒径小于5毫米的重度重金属污染土壤进入步骤2)，筛选出粒径小于5毫米的轻度重金属污染土壤进入步骤4)；

2)按质量固液比为1:3的比例向步骤1)所得土壤颗粒中加入清水进行一级水洗；

其中，筛分得到大于2毫米的土壤用清水冲洗，冲洗得到泥浆与小于2毫米土壤组成混合泥浆；

3)将步骤2)所得混合泥浆进行离心处理，得到脱水后土壤；

4)按质量固液比为1:4的比例向土壤中加入清水进行深度淋洗，再添加化学淋洗剂，搅拌后筛选出粒径大于0.08mm的土壤；

其中，化学淋洗剂由组分为硫酸钾的增效剂，以及组分为乙二胺四乙酸的络合剂组成；

具体的，过硫酸钾与深度淋洗后土壤的质量比为1:100；乙二胺四乙酸与深度淋洗后土壤的质量比为1:50。

5)向步骤4)所得粒径大于0.08mm的土壤中按质量固液比为1:2的比例加入清水进行二级水洗，将水洗后泥浆进行固液分离。

实施例3

1)筛选重度重金属污染土壤和轻度重金属污染土壤分别进行机械研磨，筛选粒径小于5毫米的重度重金属污染土壤进入步骤2)，筛选出粒径小于5毫米的轻度重金属污染土壤进入步骤4)；

2)按质量固液比为1:4的比例向步骤1)所得土壤颗粒中加入清水进行一级水洗；

其中，筛分得到大于2毫米的土壤用清水冲洗，冲洗得到泥浆与小于2毫米土壤组成混合泥浆；

3)将步骤2)所得混合泥浆进行离心处理，得到脱水后土壤；

4)按质量固液比为1:5的比例向土壤中加入清水进行深度淋洗，再添加化学淋洗剂，搅拌后筛选出粒径大于0.075mm的土壤；

其中，化学淋洗剂由组分为硫酸钾的增效剂，以及组分为乙二胺四乙酸的络合剂组成；

具体的，过硫酸钾与深度淋洗后土壤的质量比为1:75；乙二胺四乙酸与深度淋洗后土壤的质量比为1:50。

5)向步骤4)所得粒径大于0.08mm的土壤中按质量固液比为1:2的比例加入清水进行二级水洗，将水洗后泥浆进行固液分离。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种重金属污染土壤处理系统，其特征在于，包括机架(9)与机械研磨机构，所述机械研磨机构包括从上至下依次设置的进料斗(1)、粉碎滚(2)、球磨机(3)以及分离筛(4)，所述进料斗(1)设置在所述重金属污染土壤处理系统的左侧顶部，所述重金属污染土壤处理系统还包括：

一级水洗机构，所述一级水洗机构包括一级水洗池(6)、直线振动筛(7)，以及设置在所述一级水洗池(6)内的搅拌器(5)，所述一级水洗池(6)设置在分离筛(4)的下方，所述一级水洗池(6)的出口连接直线振动筛(7)；

一级固液分离机构，所述一级固液分离机构包括泥浆缓冲池(8)、泥浆管(10)、渣浆泵(11)和离心机(12)，所述泥浆缓冲池(8)设置在所述直线振动筛(7)的下方，所述泥浆缓冲池(8)通过泥浆管(10)、渣浆泵(11)与离心机(12)连通，所述泥浆缓冲池(8)内泥浆由渣浆泵(11)提升至所述重金属污染土壤处理系统上部的离心机(12)内；

深度淋洗机构，所述深度淋洗机构包水力漩流器(14)、深度淋洗池(15)、带式压滤机(16)，以及设置在深度淋洗池(15)内的混合搅拌器(13)，所述离心机(12)的出口连接深度淋洗池(15)的入口，所述深度淋洗池(15)的出口连接水力漩流器(14)的入口，所述水力旋流器(14)的出口一连接外界，出口二连接带式压滤机(16)的入口；

二级水洗机构，所述二级水洗机构包括二级水洗池(17)，所述带式压滤机(16)出口连接二级水洗池(17)的入口；

二级固液分离机构，所述二级固液分离机构包括位于所述重金属污染土壤处理系统右侧底部的渣水分离器(18)，所述二级水洗池(17)的出口连接所述渣水分离器(18)的入口，所述渣水分离器(18)的出口连接外界。

2.如权利要求1所述重金属污染土壤处理系统，其特征在于，所述一级水洗池(6)上设有进水管一。

3.如权利要求1所述重金属污染土壤处理系统，其特征在于，所述二级水洗池(17)上设有进水管二。

4.一种重金属污染土壤处理工艺，其特征在于，包括如下步骤：

1)筛选重度重金属污染土壤和轻度重金属污染土壤分别进行机械研磨，筛选粒径小于5毫米的重度重金属污染土壤进入步骤2)，筛选出粒径小于5毫米的轻度重金属污染土壤进入步骤4)；

2)按质量固液比为1:2～1:4的比例向步骤1)所得土壤颗粒中加入清水进行一级水洗，得到混合泥浆；

3)将步骤2)所得混合泥浆进行离心处理，得到脱水后土壤；

4)按质量固液比为1:3～1:5的比例向土壤中加入清水进行深度淋洗，再添加化学淋洗剂，搅拌后分筛出粒径大于0.08mm的土壤；

5)向步骤4)所得粒径大于0.08mm的土壤中按质量固液比为1:1～1:2的比例加入清水进行二级水洗，将二级水洗后泥浆进行固液分离得到废液和处理后土壤。

5.如权利要求4所述重金属污染土壤处理工艺，其特征在于，步骤1)所述重度重金属污染土壤为土壤中污染物Pb、Zn、Cd、Hg、Cu及类金属As中任一种的浓度达到环境标准限值3倍及3倍以上的土壤。

6.如权利要求4所述重金属污染土壤处理工艺，其特征在于，步骤1)所述轻度重金属污染土壤为土壤中污染物Pb、Zn、Cd、Hg、Cu及类金属As中任一种的浓度在环境标准限值1倍与环境标准限值3倍之间的土壤。

7.如权利要求4所述重金属污染土壤处理工艺，其特征在于，步骤4)所述化学淋洗剂包括增效剂和络合剂。

8.如权利要求7所述重金属污染土壤处理工艺，其特征在于，步骤4)所述化学淋洗剂的添加方法具体为添加增效剂搅拌20min后再添加络合剂搅拌15min。

9.如权利要求7所述重金属污染土壤处理工艺，其特征在于，增效剂为过硫酸钾，所述过硫酸钾与深度淋洗后土壤的质量比为1:50～100。

10.如权利要求7所述重金属污染土壤处理工艺，其特征在于，络合剂为乙二胺四乙酸，所述乙二胺四乙酸与深度淋洗后土壤的质量比为1:50。