CN110695078B - 一种污染土壤异位修复装置、及其工作模式与工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于土壤修复领域，涉及一种污染土壤异位修复装置、及其工作模式与工艺，包括套筒以及设置在套筒内部的转筒；所述套筒的一侧开放，其余部分为保温层；所述转筒包括与套筒开放侧配合的盖板、贯穿盖板且与盖板转动连接的转轴、设置在转轴朝向套筒的一侧上的圆筒、设置在转轴上且设置在圆筒内部的搅拌桨、与转轴相连用于驱动所述转轴和/或转筒转动的驱动模块、以及用于限制转轴转动方向的限制模块。本发明可以大幅度降低修复成本，大幅提高修复效率，使铬污染土壤高温淋洗/还原技术在商业应用上成为可能。

Description

一种污染土壤异位修复装置、及其工作模式与工艺

技术领域

本发明属于土壤修复领域，涉及一种污染土壤异位修复装置、及其工作模式与工艺。

背景技术

在自然的土壤环境中，铬以三价的形式存在，通常对环境无害。六价铬则来自人类工业活动，毒性是三价铬的近千倍，属于致癌物质。因此，在未加特别说明时，铬污染土壤实质是指被六价铬污染的土壤，已经在商业上应用的修复技术分淋洗和还原两类。淋洗技术是利用水溶液将六价铬从土壤中洗出来。对绝大部分类型的土壤而言，淋洗技术无法将土壤中的六价铬降至修复目标值，尤其是粘土。还原技术是向土壤中加入各种类型的还原剂，将土壤中的六价铬还原成三价铬。还原技术的修复效果通常远优于淋洗技术，但对于污染历史长、六价铬浓度高的土壤，尤其是粘土，通常难以将土壤中六价铬的浓度降到修复目标值以下，而且经常被还原效果的长期稳定性所困扰，即：经还原技术修复后土壤中残留六价铬的检测浓度以及浸出浓度在数月至数年后发生反弹上升现象。

现有技术均基于以下假设对装置进行设计，即在常温下，只要还原剂的用量足够高、还原性足够强，无论多么严重的铬污染土壤，都能修复到修复目标值。

然而，国际上早已有研究表明，仅通过使用强还原剂和提高还原剂用量的方法，对于污染历史长、六价铬浓度高的土壤是不能达到修复目标值的。在有高剂量还原剂残留的情况下，尤其是含硫化物的还原剂(如：硫化钠、多硫化钙、硫化亚铁等)，会导致土壤、含铬固废中六价铬的检测结果被严重低估(可达×10^2-3mg/kg)。其表现为：(1)残留六价铬的检测结果被低估。EPA Method3060a+Method 7196a检测结果质控样的加标回收率不满足大于75％的要求，甚至为零，现有技术在第二、三阶段加入的强效还原剂(硫化钠或多硫化钙)和长效稳定剂(乳酸乙酯和植物油)恰恰是加重了EPA Method 3060a质控中所强调的检测结果被低估的问题，这使得现有技术中土壤残留六价铬检测结果的可信度受到质疑。(2)修复完成后的长期稳定性问题一些研究人员认为可能是部分三价铬被氧化成了六价铬，这种观点违背一个基本的事实：即自然环境下土壤中的铬均以三价形式存在，不会被氧化成六价铬，更何况在修复后的土壤中还残留有还原剂。事实上，土壤中残留六价铬浓度的反弹其实质是还原剂在雨水淋溶和溶解氧氧化等的作用下浓度逐渐降低，导致的检测误差逐渐降低，检测结果逐渐靠近真实值。现有技术中添加的长效稳定剂(乳酸乙酯和植物油)恰恰具有不容易被雨水淋洗走和被溶解氧氧化慢的特点。

我们最新的研究成果表明，对于有较长污染历史的土壤，六价铬在土壤中的存在形式按溶解能力可分为两种：易/可溶解性六价铬和难/非溶解性六价铬。易/可溶解性六价铬主要附着于土壤颗粒表面，容易解吸进入溶液与还原剂接触发生反应。难/非溶解性六价铬被土壤中的土壤沉淀物所包裹或以难溶物质铬酸铅的形式存在，由于不能与还原剂接触，因此，无法被还原。难/非溶解性六价铬的存在是污染土壤修复的难点。对于实验室自行配置的铬污染土壤或污染历史短的土壤，由于难/非溶解性六价铬占比非常小，各种还原剂通常都能取得好的修复效果。而对于真实的铬污染土壤，我们的研究显示难/非溶解性六价铬的占比可达50％以上，仅仅通过增加还原剂浓度不可能使还原剂穿透沉淀包裹层将内部的大部分六价铬还原，只有提高反应温度才能提高还原剂的穿透能力，渗入沉淀包裹层内将六价铬还原，同时也提高了六价铬穿透沉淀包裹层进入溶液的能力(事实上这也是为什么Method 3060a要求在90℃以上进行浸提操作)

另一个消除沉淀包裹层影响的方法是利用酸或研磨的方法将沉淀包裹层破坏。现有技术中首先将六价铬污染土壤进行湿磨处理，然后用硫酸-醋酸混合液进行酸化处理，最后再用还原剂进行还原处理。该发明还声明通过添加醋酸来减少湿法解毒过程硫酸钙沉淀的产生，从而避免硫酸钙沉淀将六价铬污染物颗粒包裹，提高酸浸阶段六价铬的溶出。

我们的研究也显示，对于较高浓度的铬污染土壤(如：土壤六价铬浓度>600mg/kg)，如果不先将易/可溶解性六价铬淋洗去除，直接对土壤进行还原处理，那么生成的三价铬沉淀会进一步包裹难/非溶解性六价铬，使得难/非溶解性六价铬更加难以被还原。基于上述研究成果，我们在国际上首次发表学术论文指出现有的铬污染土壤还原修复技术路线错误地拷贝了含铬固废还原处理的技术路线。含铬固废处理效果的衡量指标是浸出浓度(mg/L)，即：易/可溶解性六价铬的量。难/非溶解性六价浓度再高，因为不进入浸提液中，对浸出浓度不产生影响。因此，含铬废物处理技术路线的制定是针对易/可溶解性六价铬，只要还原剂足量，反应时间足够长，就可以将易/可溶解性六价铬全部还原。但铬污染土壤修复效果的评价指标是土壤中残留六价铬的浓度(mg/kg)，包含了易/可溶解性六价铬和难/非溶解性六价铬，且导致难以达到修复目标值的主要障碍是难/非溶解性六价铬，因此，铬污染土壤修复技术路线的制定应该针对难/非溶解性六价铬，与含铬废物的正好相反。基于该观点，针对污染历史长、六价铬浓度高的土壤，我们提出了高温淋洗+还原的修复技术路线，即：先利用热水尽可能将土壤颗粒表面的易/可溶解性六价铬去除，然后在高温条件下对难/非溶解性六价铬进行还原。该技术路线在工程实施中的一个关键障碍是由于水的升温要消耗大量能量，导致修复成本远高于其他修复技术(如：用大量的酸溶解包裹六价铬的沉淀层)。

因此，一个解决方案就是修复完成后将泥浆中的热水脱除并滞留在系统内封闭循环使用，降低下一批次对水加热的成本。这就要求：(1)尽可能降低土壤进入反应器时的含水率——这部分水在反应器内的升温需要消耗热能；(2)尽可能降低土壤离开反应器时的含水率——这部分水要带走部分热能；(3)物料转移流程短，减少中间环节的热量散失。

现有技术工艺流程的突出问题为：(1)经淋洗处理后，泥浆必须离开淋洗池，输送到脱水机上脱水后再返回，此环节(图14虚线内的泥浆泵、脱水机、水泵、集水池和传送带)导致大量热量散失。淋洗次数越多，总热量散失越多。(2)还未淋洗的泥浆、淋洗后的泥浆与还原后的泥浆三者之间，泥浆中六价铬含量相差非常大，对各自配套泥浆泵、脱水机，集水池及传送带的污染程度存在较大差异，不能共用，否则会导致交叉污染。例如：如果为了节约设备投资将还原泥浆不用泥浆泵4和脱水机4脱水，而是与淋洗泥浆共用泥浆泵3和脱水机3，那么还原泥浆将被泥浆泵3和脱水机3中残留的六价铬污染，可能导致不能达标。同样的道理，其他泥浆泵和脱水机之间也不能混用，这就导致设备投资及运行维护费用大幅增加。

对于热量的散失，实验室小试发现，80-85℃的泥浆经一次压滤脱水后，淋洗液的温度降至47-58℃。三次淋洗操作后，累计导致的温度损失可达100左右℃。实际工程中，脱水环节耗时将远大于实验室操作，保温措施也会变差，而且对于重污染土壤，淋洗次数通常要3-5次才能满足后续还原步骤的要求，这些都将导致工实际工程中热量的散失可能数倍于实验室操作。

综上所述，现有技术中的技术路线使铬污染土壤修复成本大幅提高，失去商业应用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种污染土壤异位修复装置、及其工作模式与工艺。大幅度降低修复成本，大幅提高修复效率，使铬污染土壤高温淋洗/还原技术在商业应用上成为可能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种污染土壤异位修复装置，包括套筒以及设置在套筒内部的转筒；所述套筒的一侧开放，其余部分为保温层；所述转筒包括与套筒开放侧配合的盖板、贯穿盖板且与盖板转动连接的转轴、设置在转轴朝向套筒的一侧上的圆筒、设置在转轴上且设置在圆筒内部的搅拌桨、与转轴相连用于驱动所述转轴和/或转筒转动的驱动模块、以及用于限制转轴转动方向的限制模块。

可选地，所述驱动模块为设置在盖板上的驱动电机，所述驱动电机与转轴通过设置在盖板上且与转轴相连的齿轮带动所述转轴转动。

可选地，所述驱动模块为设置在盖板上的驱动电机，所述驱动电机与转筒通过设置在盖板与转筒之间的齿轮带动所述转筒转动。

可选地，所述限制模块包括设置在转轴与圆筒之间的单向轴承。

可选地，所述限制模块包括设置在盖板与转筒之间的棘轮或擒纵机构。

可选地，所述转筒内的搅拌桨叶片间距随其与所述盖板的距离增加而减小。

可选地，所述保温层和转筒上设有气孔。

可选地，所述保温层内部设有加热装置。

可选地，转筒设有保温层。

可选地，所述套筒内设有旋转托盘，所述旋转托盘上设置有托盘转轴，所述托盘转轴穿过套筒底部并与套筒底部转动连接，托盘转轴内部为中空结构，转筒放入套筒时扣在旋转托盘上形成底部密封的转筒结构。

可选地，所述转轴内部中空。

可选地，所述转轴内部中空，其侧面设有开孔。

一种污染土壤异位修复装置的工作模式，应用上述的污染土壤异位修复装置，包括脱水模式及搅拌模式；脱水模式下，转筒与搅拌桨同步运动，转筒内泥浆同步转动，比重大的土壤颗粒因离心力作用向转筒内壁方向移动，而比重小的水被挤向轴心，造成泥水分离；搅拌模式下，搅拌桨和/或转筒与脱水模式反向转动，转筒与搅拌桨不同步转动，使得搅拌桨相对于转筒转动，在转筒中产生搅拌作用。

一种污染土壤异位修复工艺，上述的污染土壤异位修复装置的工作模式，包括以下步骤：

取脱水泥浆：在泥浆池内放置无盖圆柱筒，将转筒从套筒内移至泥浆池与圆柱筒配合，转筒启动脱水模式，一定时间后切断电源，水聚集在转筒轴线并流出转筒，留在泥浆池内，脱水泥浆留在转筒内；

转运脱水泥浆：将带有脱水泥浆的转筒移动至套筒中；

淋洗操作：向转筒和/或套筒内注入淋洗液，最高水位不高于转筒顶部；转筒启动搅拌模式，搅匀脱水泥浆与淋洗液；一定时间后将转筒切换至脱水模式；

还原操作：向转筒和/或套筒内注入还原液，最高水位不高于转筒顶部；转筒启动搅拌模式，搅匀脱水泥浆与还原液；一定时间后将转筒切换至脱水模式；

排泥操作，将转筒移出套筒，启动转筒搅拌模式，脱水泥浆在搅拌桨的推送下排出转筒。

可选地，所述淋洗操作重复多次。

可选地，在“淋洗操作”步骤中，“搅匀脱水泥浆与淋洗液”后，加热泥浆；在“还原操作”步骤中，“搅匀脱水泥浆与还原液”后，加热泥浆。

可选地，在“淋洗操作”步骤中，“向转筒和/或套筒内注入淋洗液”前，加热淋洗液；在“还原操作”步骤中，“向转筒和/或套筒内注入还原液”前，加热还原液。

与采用现有商业设备组装的处理系统相比，使用本发明装置组成的处理系统将带来以下有益效果：

设备投资降低：运用本发明将省去多台套泥浆输送及脱水设施设备。此外，淋洗液和还原液中有高浓度的化学药剂，泥浆泵和水泵必须选用昂贵的耐腐蚀泵。而且由于淋洗液和还原液中会含有少量泥沙，会对水泵造成磨损或堵塞，所以，水泵的选用还必须考虑耐磨和防堵的要求。而本装置不存在上述问题，且结构简单，加工精度要求低，套筒和转筒还可采用耐腐蚀耐高温且价格便宜的PP塑料，进一步降低本装置的制作成本。基于本装置的工艺设备投资将远远低于现有技术。

设备维护费用低：本装置的结构和运行特点保证了其低维护工作量和耐用的特点。此外，利用压缩空气驱动淋洗液和还原液的输送，避免了泥沙堵塞管道和水泵磨损问题。

热量散失少：所有淋洗、脱水及还原操作都在转筒和/或套筒内完成，避免了现有技术中物料在各设备间转运造成的大量热量散失。

操作简单：本装置的工艺流程短，涉及的设备种类和数量少，操作简单，对人员素质和数量要求降低。

时间效率提高：由于在多次淋洗、脱水及还原操作中消除了设备间的转运环节，使得每批次的修复时间成倍缩短。

上述各项优点都将导致土壤的修复成本大幅度降低，修复效率大幅提高，使铬污染土壤高温淋洗/还原技术在商业应用上成为可能。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明实施例一的装置整体结构示意图；

图2为套筒的结构示意图；

图3为转筒的结构示意图；

图4为本发明的工艺流程图；

图5为实施例二的装置整体结构示意图；

图6为实施例三的装置整体结构示意图；

图7为实施例四的装置整体结构示意图；

图8为实施例五的装置整体结构示意图；

图9为实施例六的装置整体结构示意图；

图10为实施例七的装置整体结构示意图；

图11为实施例八的装置整体结构示意图；

图12为用于淤泥清理的转筒结构示意图；

图13为另一种用于淤泥清理的转筒结构示意图；

图14为现有技术工艺流程。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1-图14，附图中的元件标号分别表示：套筒11、气孔12、排水孔13、加热装置14、定位销15、旋转托盘16、托盘转轴17、轴套18、转筒21、搅拌桨22、转轴23、第一单向轴承24、盖板25、轴套26、驱动电机27、第一齿轮28、第一棘轮或擒纵机构29、气孔210、开孔211、普通轴承212、第二棘轮或擒纵机构213、第二齿轮214、第二单向轴承215。

实施例一

本发明利用离心脱水和螺旋输送排泥原理，开发了一种污染土壤异位修复装置，兼具泥浆脱水机(dehydrator)、脱水泥浆转运(transfer)和淋洗/还原反应器(reactor)三重功能，后文称本发明为DTR装置。本发明中的DTR装置可以大幅度消减修复工艺对设备的要求以及热量的散失。

本发明的DTR装置总体上由两个可分离的部分组成(图1)，套筒11和DTS转筒21(D-dewatering脱水,T-transferring转运，S-stirring搅拌)。套筒11(图2)外部有保温层，顶部敞开，上部装有气孔12，筒底装有排水孔13和加热装置14。气孔12上安装三通阀分别与空气压缩机和大气相连。排水孔13上安装三通阀分别与淋洗液处理及储存罐和还原液处理及储存罐连接。

DTS转筒21(图3)由一个底部开口的圆筒和内部的螺旋搅拌桨22组成，二者之间有数厘米的间隙。螺旋搅拌桨22的叶片上可以开一定数量的孔洞。螺旋搅拌桨22的转轴23与转筒21顶部通过一个带有水封的第一单向轴承24相连。转轴23继续向上穿过盖板25，二者通过密封轴承或轴套26相连。盖板25上安装双向调速驱动电机27，通过驱动与转轴23固定在一起的第一齿轮28控制其转向和转速。盖板25与转筒21顶部之间有第一棘轮或擒纵机构29，限制转筒21只能正向(脱水时的旋转方向)旋转。转筒21顶部设有气孔210，用于平衡转筒21与其外部的气压。

DTS转筒21从上向下放入套筒11内(图1)，DTS转筒21上的盖板25将套筒11盖住，二者接触的地方安放密封圈，可以利用DTS转筒21自重压紧密封圈，也可以额外增加压紧装置(如：螺栓、转角气缸等)将密封圈压紧。

实施例二

转轴23可以直接加长到整个叶片的底部，并与安装在套筒11底部的定位销15套接，减小旋转过程中轴的摆动。

实施例三

转轴23可以采用中空轴(图6、图7)，且侧面有开孔211为水通过轴内孔道快速进出转筒21提供通道。中空轴顶部可以封口或不贯穿(图6)，也可以贯穿不封口(图7)，不封口时外接阀门，在排水初期替代排水孔13用于排水，排水后期关闭阀门，依然使用排水孔13将套筒11底部剩余的水排出。

实施例四

本实施例中采用没有限向功能的普通轴承212或轴套与第二棘轮机构或擒纵机构213组合成一个单向旋转限制机构替代图6中的第一单向轴承24。正向旋转时，第二棘轮机构或擒纵机构213将转轴23和转筒21锁住，二者同步旋转；反向旋转时，第二棘轮机构或擒纵机构213解锁，转轴23反向旋转，转筒21由于第一棘轮或擒纵机构29的限制静置不动。

实施例五

以驱动电机27驱动转筒21进而带动转轴23的方式替代图6中以驱动电机27驱动转轴23进而带动转筒21的方式。驱动电机27的轴穿过盖板25与转筒21顶部安装的第二齿轮214齿合，原轴套26(图6)被第二单向轴承215替代，其限制方向与第一单向轴承24相反。正向旋转时，驱动电机27驱动转筒21旋转，转轴23被第一单向轴承24锁住，与转筒21同步正向旋转；反向旋转时，驱动电机27驱动转筒21旋转，此时第一单向轴承24解锁，转轴23失去驱动力，同时，单向轴承215将转轴23锁住，使得转轴23不转动，螺旋搅拌桨22与转筒21形成相对运动。

实施例六

取消了图6中的第一棘轮或擒纵机构29。正向旋转时，第一单向轴承24锁住，转筒21和转轴23同步正向旋转；反向旋转时，第一单向轴承24解锁，转筒21失去直接的驱动力，不能与转轴23同步反向旋转，转筒21此时可能出现两种情况，一是基本静止不动，二是由于螺旋搅拌桨22与转筒内壁之间脱水泥浆提供的摩擦力，转筒21跟着转轴23反向旋转，但由于脱水泥浆的塑性和粘附能力有限，当转轴23达到一定转速时，转筒21的转速将无法同步跟上，导致螺旋搅拌桨22相对于转筒21有一个转速，在转筒21内形成搅拌和螺旋输送的作用。

实施例七

取消图2中的排水孔13和加热装置14，增加旋转托盘16，托盘转轴17与旋转托盘16固定连接，托盘转轴17穿过套筒底部与套筒底部通过轴套18转动连接，转筒21放入套筒11时扣在旋转托盘16上，二者接触部分设置密封圈，压紧密封后形成一个底部密封的转筒结构，旋转托盘16与转筒21同步静止或转动；在排泥阶段，转筒21被从套筒11内吊出，旋转托盘16与转筒21脱离并留在套筒11内。托盘转轴17内部为中空结构，在淋洗和还原阶段，已经加热到设定温度的淋洗液和还原液直接通过托盘转轴17进出转筒21。

实施例八

取消图10中套筒上的气孔12和转筒上的气孔210，转轴23采用贯穿不封口的结构，替代气孔12和气孔210为转筒21内空气的进出提供通道。转筒21增加保温层，此处的保温层可通过多种形式实现，旨在实现保温功能。例如采用中空保温结构的转筒壁，或者在转筒内、外侧加设保温层，或者在转筒壁内夹保温层等。搅拌桨22的叶片间距采用上宽下窄的结构。

在其他实施例中，也可以采用气动马达或液压马达代替驱动电机。

本发明还涉及本装置的两种工作模式：

(1)脱水工作模式，转轴23带动螺旋搅拌桨22正向高速转动，由于第一单向轴承24的锁向作用，转筒21跟螺旋搅拌桨22同步转动，转筒21内的泥浆也同步转动，其中比重大的土壤颗粒因离心力作用向转筒内壁方向移动，而比重小的水被挤向轴心，造成泥水分离，当达到设定脱水时间后，停止转动，打开套筒11底部的排水孔13，并通过气孔12向套筒11和转筒21内注入压缩空气，使转筒21和套筒11内的水排空进入到溶液处理及储存罐内，而脱水泥浆留在转筒21内，当采用图10和图11的装置时，已事先加热到设定温度的溶液通过中空的托盘转轴17进出转筒21，空气通过气孔12和气孔210(图10)或中空的转轴23(图11)进出转筒21；

(2)搅拌工作模式，转轴23带动螺旋搅拌桨22反向低速转动，此时第一单向轴承24解锁，同时，第一棘轮或擒纵机构29限制转筒21反向旋转，使转筒21处于静止状态，构成一种螺旋搅拌桨22在静止的转筒21内低速转动搅拌的工作状态。

脱水泥浆的转运和从DTS转筒21内的排出结合下面的操作流程进行介绍。

基于DTR装置的铬污染土壤高温淋洗/还原修复技术工艺流程见图4，操作流程如下：

第一步：从泥浆池取脱水泥浆。用起重设备(如：行吊或吊车等)将DTS转筒21从套筒11内吊出移至泥浆池上方(吊钩与盖板25相连)，泥浆池内安置一个直径和高度与套筒11一样的圆柱筒体，该圆柱筒体无底无盖，且侧壁下端开孔与泥浆池相通。将DTS转筒21由上至下放入该圆柱筒体内，按照上述的脱水模式启动DTS转筒，达到设定脱水时间后，切断驱动电机27的电源，待DTS转筒逐渐停止转动后，起吊。此时，聚集在DTS转筒中轴线部分的水会向下流出留在泥浆池内，而沿筒壁聚集的脱水泥浆会留在筒内。

第二步：脱水泥浆转运至DTR装置。将DTS转筒21吊至DTR装置上方，然后将其放入套筒11内，实现脱水泥浆的转运(transferring)。第一、二步操作替代和实现了图12中泥浆泵、脱水机和传送带的功能。

第三步：淋洗操作(图1)。将气孔12的三通阀与压缩空气相连的阀门关闭，同时打开与大气相连的阀门，使DTR装置内部与大气相通，将排水孔13三通阀与还原液处理及储存罐的阀门关闭，与淋洗液处理及储存罐管相连的阀门打开。向淋洗液处理及储存罐管注入内压缩空气，将罐内一定量的淋洗液经排水孔13注入到DTR装置内。淋洗液注入量由单独的解吸动力学实验确定，但最高水位不能超过转筒21的顶部。注入完成后，关闭气孔12和排水孔13的所有阀门，启动驱动电机27，使DTS转筒21按照前述的搅拌工作模式运行。在搅拌桨22的搅拌下，转筒21内的脱水泥浆与淋洗液均匀混合进行第一遍淋洗操作，同时接通加热装置14，将泥浆加热到设定的淋洗温度。待达到设定的淋洗时间后，停止搅拌工作模式操作，改变驱动电机27运转方向和速度，进入脱水工作模式，待达到设定的脱水时间后，切断驱动电机27电源，使DTS转筒21逐渐停止转动。然后，先将排水孔13与淋洗液处理及储存罐管相连的阀门打开，再将气孔12三通阀与压缩空气相连的阀门打开，将DTR装置内的淋洗液压回淋洗液处理及储存罐，完成第一次淋洗操作。含六价铬的淋洗液在其罐体内被加入的还原剂(如：硫酸亚铁)还原成三价铬，因水温高，氧化还原过程通常不会超过1分钟，而且生成的三价铬沉淀也比常温时的沉降性能好，大部分可在10分钟中内沉入罐底。上清液按照上述操作再次被注入DTR装置，进行第二次、第三次及更多次的淋洗操作。一个优化方案是使用两个淋洗液处理及储存罐，待第一次淋洗完成后，不必等第一个淋洗液处理完成，立即将第二个淋洗液处理及储存罐中的淋洗液注入到DTR装置中进行第二次淋洗操作，期间可同时对第一次淋洗液进行处理，这样可缩短总的淋洗时间。本步操作替代和实现了图14中泥浆泵、脱水机、传送带、泥浆泵、脱水机、传送带及其配套的水泵和集水池的功能。当采用图10和图11的装置时，已事先加热到设定温度的淋洗溶液通过中空的托盘转轴17进出转筒21，空气通过气孔12和气孔210(图10)或中空的转轴23(图11)进出转筒21。

第四步：还原操作。与淋洗操作相同，只是将淋洗液改成了还原液，且只进行一遍还原操作。

第五步：排泥操作。将DTS转筒21从套筒11内吊出(图2)，移至转运卡车上方。按照搅拌工作模式启动电机，此时，由于转筒21被盖板25上的第一棘轮或擒纵机构29锁住不能反向转动，只有其内部的螺旋搅拌桨22反向低速转动，二者构成了一个螺旋输送器的工作模式，脱水泥浆在螺旋搅拌桨22的推送下向转筒21底部运动最后排出，掉入正下方的卡车车斗内，完成这一批次的铬污染土壤淋洗/还原修复工作。将DTS转筒21吊至泥浆池开始下一批次修复工作。第四、五步操作替代和实现了图12中泥浆泵、脱水机、传送带及其配套的水泵和集水池的功能。

本发明的五个具体实验结果如下：

(1)脱水效果实验。南方地区的红壤黏土由于颗粒细腻，脱水比砂质土壤困难。针对重庆某场地的黏土配制成泥浆，并用湿筛法(140目)滤除泥浆中的砂石，利用小试装置脱水3min，转速500rpm，转筒直径5cm。脱水完成后，为了观察脱水污泥在转筒内的存在形式，我们将转筒拆下(直接反转螺旋搅拌桨将脱水泥浆从转筒内排出会导致脱水泥浆散开)，观察到脱水泥浆沿转筒内壁呈圆环状分布。对脱水泥浆的含水率(烘去的水分与干土的比值)进行测定，结果在22-26％之间。对另一场地砂质土壤的实验结果为含水率在18-20％之间。

(2)某场地铬污染土壤修复实验。土壤六价铬含量为630±34mg/kg。采用自来水作为淋洗液，使用硫酸将泥浆pH控制在6.0-7.0之间，淋洗温度控制在85-90℃，淋洗三次，每次15分钟。每次淋洗后在淋洗液处理及储存罐内加入一定量的硫酸亚铁将六价铬还原成三价铬。三次淋洗操作中，第一次淋洗时将泥浆从21℃加入至90℃，由于保温措施好，第二和第三次淋洗操作中没有再加热，淋洗完成后泥浆温度依然保持在85℃以上。还原液为高浓度的硫酸亚铁溶液，还原反应时间60min，保持温度85℃以上。实验后测得土壤中残留的六价铬浓度为13±3mg/kg。

(3)利用DTR装置对其他类型的污染土壤进行修复。某场地的土壤受铅、石油烃和其他有毒有机物的污染。第一步，在DTR装置中利用专门配制的淋洗液在60℃左右淋洗多次，将大部分铅、石油烃和其他有毒有机物从土壤中转移到淋洗液中，其中的铅在淋洗液处理及储存罐中通过沉淀反应被沉淀滞留在罐中，而石油烃和其他有毒有机物通过添加的氧化剂被氧化分解，处理好的淋洗液用于下一次的淋洗操作；第二步，将含有氧化剂的溶液从“氧化剂储存罐”(替代铬污染土壤处理工艺中的“还原剂储存罐”)注入到DTR装置中，将土壤中残留的石油烃和其他有毒有机物进一步氧化分解。

(4)DTR装置也可用于含铬废物(如：铬渣、含铬污泥等)的解毒处理。来自某化工企业的铬渣，六价铬含量为2560±230mg/kg，总铬11520±3495mg/kg。采用自来水作为淋洗液，淋洗液pH控制在6.0-7.0之间，淋洗温度控制在55-60℃，淋洗三次，每次15分钟。每次淋洗后在淋洗液处理及储存罐内加入一定量的硫酸亚铁将六价铬还原成三价铬。三次淋洗操作中，第一次淋洗时将淋洗液从19℃加入至60℃，第二和第三次淋洗操作中不再加热，淋洗液温度始终在55℃以上。还原液为高浓度的硫酸亚铁溶液，还原反应时间30min，保持温度55℃，实验后按照危险废物浸出毒性判别标准做浸出实验，浸提液中六价铬浓度低于检测限。

(5)利用DTR装置的脱水转运功能清理河道、沟渠、湖塘等底部沉积的淤泥。一些河道、沟渠、湖塘等底部沉积的淤泥颗粒细腻，脱水困难，现有的清淤方式是用挖掘机或吸泥泵将淤泥清运到一个专设的干化滤池，通过过滤和晾晒使淤泥干化，然后再进行填埋等最终处置。该方法清理出来的淤泥含水率常高达90％以上，且需要非常大的干化场，占地面积大、耗时长，效率非常低。采用图12所示的DTR装置，可将淤泥在河道、沟渠、湖塘等内直接脱水后起吊运至干化场。与用于反应器DTR装置不同的是，将原先套筒11的底部敞开，同时原先敞开的顶部与盖板25构成一个整体，其他各部件及运行方式不变。该DTR装置可安装在行吊上，也可替代挖掘机的挖斗安装在挖掘机上，顶部的电机也可以改成液压马达212，由挖掘机上的液压装置提供动力。操作流程：第一步，将DTR装置放入河道待清理位置，启动脱水工作模式，待达到脱水时间时，起吊DTR装置，套筒11和转筒21中的水从底部靠重力流出，关闭马达；第二步，将DTR装置调至运输车上方或淤泥存放场地；第三步，启动排泥工作模式，将脱水淤泥从DTR装置中排出。当淤泥深度较浅时，淤泥不能灌满转筒21，导致每次操作清理出来的泥量少，为此可在套筒靠近底部一侧开孔(为防止石块进入套筒内，开口处可按照格栅)(图13)，在脱水工作模式下，让DTR装置向开口方向移动，使淤泥不断进入套筒11中进行脱水，直至达到DTR装置的饱和脱水能力。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种污染土壤异位修复工艺，其特征在于，包括套筒以及设置在套筒内部的转筒；所述套筒的一侧开放，其余部分为保温层；所述转筒包括与套筒开放侧配合的盖板、贯穿盖板且与盖板转动连接的转轴、设置在转轴朝向套筒的一侧上的圆筒、设置在转轴上且设置在圆筒内部的搅拌桨、与转轴相连用于驱动所述转轴和/或转筒转动的驱动模块、以及用于限制转轴转动方向的限制模块；

其工作模式包括脱水模式及搅拌模式；脱水模式下，转筒与搅拌桨同步运动，转筒内泥浆同步转动，比重大的土壤颗粒因离心力作用向转筒内壁方向移动，而比重小的水被挤向轴心，造成泥水分离；搅拌模式下，搅拌桨和/或转筒与脱水模式反向转动，转筒与搅拌桨不同步转动，使得搅拌桨相对于转筒转动，在转筒中产生搅拌作用；

其工艺包括以下步骤：

取脱水泥浆：在泥浆池内放置无盖圆柱筒，将转筒从套筒内移至泥浆池与圆柱筒配合，转筒启动脱水模式，一定时间后切断电源，水聚集在转筒轴线并流出转筒，留在泥浆池内，脱水泥浆留在转筒内；

转运脱水泥浆：将带有脱水泥浆的转筒移动至套筒中；

淋洗操作：向转筒和/或套筒内注入淋洗液，最高水位不高于转筒顶部；转筒启动搅拌模式，搅匀脱水泥浆与淋洗液；一定时间后将转筒切换至脱水模式；

还原操作：向转筒和/或套筒内注入还原液，最高水位不高于转筒顶部；转筒启动搅拌模式，搅匀脱水泥浆与还原液；一定时间后将转筒切换至脱水模式；

排泥操作，将转筒移出套筒，启动转筒搅拌模式，脱水泥浆在搅拌桨的推送下排出转筒。

2.如权利要求1中所述的污染土壤异位修复工艺，其特征在于，所述驱动模块为设置在盖板上的驱动电机，所述驱动电机与转轴通过设置在盖板上且与转轴相连的齿轮带动所述转轴转动，或所述驱动电机与转筒通过设置在盖板与转筒之间的齿轮带动所述转筒转动。

3.如权利要求1中所述的污染土壤异位修复工艺，其特征在于，所述限制模块包括设置在转轴与圆筒之间的单向轴承。

4.如权利要求1或3中所述的污染土壤异位修复工艺，其特征在于，所述限制模块包括设置在盖板与转筒之间的棘轮或擒纵机构。

5.如权利要求1中所述的污染土壤异位修复工艺，其特征在于，所述保温层和转筒上设有气孔。

6.如权利要求1中所述的污染土壤异位修复工艺，其特征在于，所述套筒内设有旋转托盘，所述旋转托盘上设置有托盘转轴，所述托盘转轴穿过套筒底部并与套筒底部转动连接，托盘转轴内部为中空结构，转筒放入套筒时扣在旋转托盘上形成底部密封的转筒结构。

7.如权利要求1中所述的污染土壤异位修复工艺，其特征在于，所述转轴内部中空。

8.如权利要求1中所述的污染土壤异位修复工艺，其特征在于，在“淋洗操作”和/或“还原操作”步骤中，淋洗液和/或还原液在注入转筒和/或套筒之前或之后加热。

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