CN111515232A - 用于土壤有机污染的治理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于土壤有机污染的治理方法，该方法将有机污染物的主要载体—土壤中的粉粒以及粘粒作为治理对象，首先通过流化步骤将土壤中的石砾以及砂粒脱除，获得治理对象—污染泥浆，然后经由吸附及分离步骤，将污染泥浆中的有机污染物由吸附材料吸附后分离，得净化后泥浆，最后将净化后泥浆经脱水步骤脱水后，再与之前脱除的石砾以及砂粒经重混步骤混合，获得治理后土壤，完成整个治理过程；该方法整体操作简单易行，而且整个治理过程全部采用物理、机械手段，没有添加任何的化学成分，在有效避免二次污染的同时，还可大幅度降低治理成本，而且治理效率高，可适用于大规模的土壤治理。

Description

用于土壤有机污染的治理方法

技术领域

本发明公开涉及土壤污染治理的技术领域，尤其涉及一种用于土壤有机污染的治理 方法。

背景技术

目前，在进行土壤有机污染治理时，通常采用的方法包括：微生物降解法、气相抽提法、化学氧化法以及热脱附法。

其中，微生物降解法是利用细菌对有机污染物进行分解，虽然可以达到一定的效果， 但存在效率低下、治理周期长等问题；气相抽提法是利用在土壤中形成负压的方法，使得易挥发的有机物以气相的形式从土壤中蒸发、逸出，该方法在使用中受土壤疏松度、 地下水赋存条件、污染土壤埋深等诸多条件限制，存在治理时间漫长，且去除率低等问 题，难以实现深度治理；化学氧化法是在土壤中添加化学氧化剂以使得有机类污染物被 氧化、分解，但该种方法存在化学药剂成本高昂、易形成二次污染的问题；热脱附法是 使用相对广泛的方法，其原理是以对受污染土壤加热的方法使得易挥发的有机污染物蒸 发、逸出并被收集，该方法的缺陷是相对少量的有机污染物的蒸发过程，通常伴随着大 量的水蒸发过程，使得热能利用效率低下，并导致能耗极高和成本高昂，且为了避免二 次污染，必须付出较大成本对该方法所形成的有机污染物蒸发气体进行治理，由于上述 问题，热脱附法难以用于土壤大规模治理的情形。

因此，如何研发一种适用于土壤有机污染物的治理，成为人们亟待解决的问题。

发明内容

鉴于此，本发明公开了一种用于土壤有机污染的治理方法，以有效去除土壤中的有 机污染物。

本发明提供的技术方案，具体为，一种用于土壤有机污染的治理方法，该治理方法包括如下步骤：

流化：将待处理的土壤与水混合，充分搅拌，使所述土壤中的石砾、砂粒、粉粒以及粘粒相互分散后，将大部分石砾以及砂粒脱除，得污染泥浆；

吸附及分离：在所述污染泥浆中放入吸附材料，通过所述污染泥浆对所述吸附材料 的冲刷和撞击，实现污染物的吸附，吸附结束后，将所述吸附材料与泥浆分离，得净化后泥浆；

脱水：将所述净化后泥浆进行脱水，得干化泥土；

重混：将所述干化泥土与流化步骤中筛分脱除的石砾以及砂粒搅拌混合，得治理后 土壤。

优选，所述流化步骤中，将大部分石砾以及砂粒脱除的方法包括：重力沉降、筛分以及旋流。

进一步优选，所述吸附与分离步骤中，所述吸附材料为亲油疏水的固体材料。

进一步优选，所述吸附与分离步骤中，在所述污染泥浆中放入吸附材料后，将所述吸附材料浸入在所述污染泥浆中，通过所述吸附材料主动搅拌和/或污染泥浆主动流动的方式，实现所述污染泥浆对所述吸附材料的冲刷和撞击，完成污染物的吸附。

进一步优选，所述脱水步骤中，采用重力沉降、离心或压滤方式，将所述净化后泥浆进行脱水。

进一步优选，将脱水步骤中脱除的水分输送到流化步骤中循环使用。

进一步优选，所述用于土壤有机污染的治理方法中，还包括：抽提解吸步骤，将吸附及分离步骤中，吸附有污染物的吸附材料放入抽提解吸罐中，在加热的同时进行气体 抽提，得抽提解吸后吸附材料，并将所述抽提解吸后吸附材料复用于吸附及分离步骤。

进一步优选，所述抽提解吸步骤中，将吸附有污染物的吸附材料脱水后，再放入抽提解吸罐中，进行抽提解吸。

进一步优选，所述用于土壤有机污染的治理方法中，还包括：冷凝回收步骤，将所述抽提解吸步骤中抽提的有机污染物蒸汽及其他分子蒸汽送进行冷凝回收，获得冷凝水和冷凝液，将冷凝水输送到流化步骤复用，将冷凝液回收。

进一步优选，所述用于土壤有机污染的治理方法中，还包括：热回收步骤，将所述冷凝回收步骤释放的热量输送到所述抽提解吸步骤中，用于抽提解吸罐内吸附有污染物的吸附材料加热使用。

本发明提供的用于土壤有机污染的治理方法，将有机污染物的主要载体—土壤中的 粉粒以及粘粒作为治理对象，首先通过流化步骤将土壤中的石砾以及砂粒脱除，获得治理对象—污染泥浆，然后经由吸附及分离步骤，将污染泥浆中的有机污染物由吸附材料 吸附后分离，得净化后泥浆，最后将净化后泥浆经脱水步骤脱水、干化后，再与之前脱 除的石砾以及砂粒经重混步骤混合，获得治理后土壤，完成整个治理过程。

本发明提供的用于土壤有机污染的治理方法，整体操作简单易行，而且整个治理过 程全部采用物理、机械手段，没有添加任何的化学成分，在有效避免二次污染的同时，还可大幅度降低治理成本，而且治理效率高，可适用于大规模的土壤治理。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能 限制本发明的公开。

具体实施方式

下面结合具体的实施方案对本发明进行进一步的解释和说明，但是并不用于限制本 发明的保护范围。

为了有效解决以往在土壤有机污染治理时，采用的微生物降解法、气相抽提法、化学氧化法以及热脱附法，均存在一定的缺陷，导致土壤治理的效率低或容易产生二次污 染等问题，无法适用于大规模土壤治理。本实施方案尝试采用一种新的思路和方式进行 土壤有机污染的治理，经过大量的研究发现，土壤中的有机污染物主要是附着在粒径较 小的粉粒和粘粒上，因此，为了实现快速以及有针对性的治理，本实施方案以土壤中的 粉粒和粘粒作为治理对象，而如何实现粉粒和粘粒中有机污染物的去除成为本实施方案 的关键。

通常本领域技术人员认为有机污染物不具有水溶性，因此，无法通过清洗的方式完 成粉粒和粘粒中有机污染物的去除，但实验中发现，虽然有机污染物不具水溶性，但可以把水作为媒介将粉粒和粘粒中的有机污染物转运到对于有机污染物吸附性更强的吸附材料上，进而实现粉粒和粘粒中有机污染物的去除。

基于上述的理论基础，遂产生了如下的技术方案，一种用于土壤有机污染的治理方 法，该治理方法包括如下步骤：

流化：将待处理的土壤与水混合，充分搅拌，破碎体积较大的土块，使所述土壤中的石砾、砂粒、粉粒以及粘粒相互分散后，将大部分直径较大的石砾以及砂粒脱除，得 挟带了土壤中大部分粉粒、粘粒及污染物的可流动的污染泥浆；

吸附及分离：在污染泥浆中放入吸附材料，通过污染泥浆对吸附材料的冲刷和撞击， 实现污染物的吸附，吸附结束后，将吸附材料与泥浆分离，得净化后泥浆；

脱水：将净化后泥浆进行脱水，得干化泥土；

重混：将干化泥土与流化步骤中筛分脱除的石砾以及砂粒搅拌混合，得治理后土壤。

其中，流化步骤既可以实现将土壤中的大部分石砾以及砂粒与粉粒以及粘粒分离脱 除，又可以实现媒介水的引入，其最终目的是为了获得治理对象(粉粒、粘粒)与水的 混合物，为吸附及分离步骤做准备。当然，该流化步骤也可以通过先进行土壤的筛分， 将石砾以及砂粒从粉粒以及粘粒中分离脱除后，再与水混合获得污染泥浆，但土壤干燥 筛分会产生大量粉尘，导致环境污染的问题。

对于上述流化步骤中，将石砾以及砂粒脱除的方法可采用例如：重力沉降、筛分以及必要时还可以采用旋流除砂等机械手段。

吸附及分离步骤，在污染泥浆中放入吸附材料，以水作为媒介，通过污染泥浆对吸附材料的冲刷和撞击，将污染泥浆中的有机污染物转运到吸附材料中，实现污染物的吸附，完成泥浆中粉粒以及粘粒与有机污染物的分离。

由于该吸附及分离步骤中，以水作为转运媒介，因此，优选吸附材料为亲油疏水的固体材料，以降低吸附中转运媒介—水的损耗，提高吸附效果，通常该吸附材料可以选 择，例如：聚丙烯(PP)、聚四氟乙烯(PTFE)以及聚偏二氟乙烯(PVDF)等。

由于以水作为转运媒介，因此，只有使转运媒介水在吸附材料和粉粒以及粘粒之间 充分的运动，才能提高其转运效果和转运速度，进而加快提高吸附材料对于有机污染物的吸附速度和吸附效果。为了通过污染泥浆对吸附材料的冲刷和撞击，加快水的流动， 可采用三种方式，分别是:吸附材料在污染泥浆中搅拌运动、污染泥浆在外力作用下主 动围绕吸附材料进行冲刷、撞击运动以及吸附材料在污染泥浆中搅拌运动和污染泥浆在 外力作用下主动围绕吸附材料进行冲刷、撞击运动同步进行，无论何种方式，其主要目 的均是为了实现污染泥浆与吸附材料的相互冲击，使得悬浮于泥浆中的粉粒及粘粒土壤 颗粒表面受到周围水的剧烈摩擦、剪切力作用，使颗粒表面吸附的非极性分子有机污染 物膜层在摩擦、剪切力的作用下被反复破碎并向水中扩散，由于亲油疏水的吸附材料对 非极性分子具有强烈的吸附作用，上述脱离土壤颗粒表面、扩散到水中的有机污染物非 极性分子在接触到吸附材料后被迅速捕获，随着上述过程的持续进行，污染泥浆中土壤 颗粒吸附的非极性分子有机污染物不断被脱除、进入吸附材料内、并被吸附材料富集， 完成有机污染物的吸附，当泥浆中的有机污染物降低至理想阈值后，便可完成吸附，将 吸附材料与泥浆分离，得净化后泥浆。

脱水步骤主要目的在于进行净化后泥浆的干燥，将净化后泥浆中的水脱除，该水脱 除的方式可以选用多种，例如：重力沉降、离心或压滤等方式。其中，在该步骤中脱除 的水分可输送到流化步骤中循环使用，以节约水能源。

为了实现吸附材料的重复循环利用，减少吸附材料的消耗量，降低成本，作为技术方案的改进，在上述实施方案提供的用于土壤有机污染的治理方法中，还设置有抽提解 吸步骤，该步骤主要目的在于，将吸附及分离步骤中富集有大量有机污染物的吸附材料 进行抽提解吸，以去除吸附材料中的有机污染物，具体而言，该步骤是将吸附有污染物 的吸附材料放入抽提解吸罐中，在加热的同时进行气体抽提，以实现吸附材料中有机污 染物的去除，完成复用目的。

通过加热的方式可使得吸附材料中吸附的有机污染物蒸发，从吸附材料中脱出并进 入吸附材料所在的抽提解吸罐内，在抽提泵的作用下抽出，最终完成吸附材料中有机污染物的去除。上述的加热方式可以选用多种，例如：热传导、热辐射以及微波加热等。

为了降低有机污染物以及水分的沸点，提高蒸发速度，降低能量消耗，在抽提解吸步骤中，将抽提解吸罐在抽提解析时，将罐内的压强始终保持在负压状态下，即小于1 个大气压。

由于水的比热容较大，在抽提解吸步骤中，吸附材料中的水分会消耗大量的热能，为了降低热能的消耗，作为技术方案的改进，将吸附有污染物的吸附材料放入抽提解吸 罐中进行抽提解吸之前，先进行吸附材料脱水，将大部分水脱除后，再进行抽提解吸， 以降低热能消耗，节约能源。

由于在上述的抽提解吸步骤中会产生大量的水分，同时为了有机污染物的收集，便 于回收再利用，作为技术方案的改进，在上述的实施方案基础上，设置有冷凝回收步骤，通过该步骤将抽提解吸前脱除的水分以及在抽提解吸步骤中的抽提气体均进行冷凝回收，该抽提气体中包含非极性分子有机污染物蒸汽及其他分子蒸汽，将该抽提的气体进 行冷凝回收后，放热、降温、凝结成混合液体，然后采用静置分层或其他方法使得混合 液体中不同组分相互分离为冷凝水和冷凝液，其中，冷凝水输送到流化步骤复用，以节 约水资源，而冷凝液中为含有有机污染物的液体，可输送到回收罐中。

由于在冷凝步骤中，会释放出大量的热量，而上述实施方案中在对于吸附材料进行 抽提解析时又需要进行加热，为了能够充分利用在冷凝步骤中产生的热量，作为技术方案的改进，可在该用于土壤有机污染的治理方法中，还设置有热回收步骤，具体而言， 将冷凝回收步骤释放的热量输送到所述抽提解吸步骤中，用于抽提解吸罐内吸附有污染 物的吸附材料加热使用。在实际生产中优先采用有冷凝步骤产生的热量进行抽提解吸罐 的预热。

下面结合具体的实施例对本发明进行更近一步的解释说明，但是并不用于限制本发 明的保护范围。

由于综合上述实施方案中，为实现土壤有机污染的治理方法，主要通过：流化、吸附及分离、脱水、重混这几个步骤就可以完成，而上述步骤中，除吸附及分离步骤之外 的其他步骤，基本是采用机械搅拌或重力沉降而实现物料分离或物料混合的简单目的， 因此，对于本领域技术人员而言，无需进行详细的解释说明，均可理解其实现。

鉴于此，本实施例主要针对吸附及分离步骤进行实验，以验证其对于污染泥浆中有 机污染物的脱除效果，具体如下：

1)选择由粉粒、粘粒组成的粉质土(不含石砾、砂粒)为实验对象，在其中加入汽油(为非极性分子有机污染物)并充分搅拌、浸润，使其石油类含量达到10000mg/kg；

2)取2kg上一步骤所制取的含油土壤，按固液比1:5的比例，加入10kg水，并充 分搅拌，以含油土壤制得12kg含油泥浆；

3)以厚度2mm、每平方米质量200g的聚丙烯织物作为吸附材料，将30块上述聚 丙烯织物(每块均为底边宽10cm、高度15cm的矩形)不重叠、不折叠、平整地衬于支 撑结构上，形成以聚丙烯织物表装的搅拌器；

4)将步骤2)所制取的含油泥浆和步骤3)所制的搅拌器共同置于容积高60cm、内径30cm的不锈钢制圆桶中，且使得泥浆浸没吸附材料，驱动搅拌器进行转动，进而搅拌 不锈钢制圆桶中的含油泥浆，搅拌转速为每分钟60转，搅拌时长10分钟，通过该步骤 实现吸附材料对泥浆中石油类的吸附；

5)待上步骤4)所述搅拌结束后，将泥浆由容器中取出，泥浆抽滤脱水后，测定泥浆干物质中石油类含量由治理前的10000mg/kg降至472mg/L，去除率达到95.28％。

通过上述的实验结果可以验证该方法中吸附及分离过程可以实现脱除泥浆中相关污 染物的目的，相应的，所述土壤有机污染治理方法能够具有实际效果。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它 实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下 面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述的内容，可以在不脱离其范围进行 各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种用于土壤有机污染的治理方法，其特征在于，包括如下步骤：

流化：将待处理的土壤与水混合，充分搅拌，使所述土壤中的石砾、砂粒、粉粒以及粘粒相互分散后，将大部分石砾以及砂粒脱除，得污染泥浆；

吸附及分离：在所述污染泥浆中放入吸附材料，通过所述污染泥浆对所述吸附材料的冲刷和撞击，实现污染物的吸附，吸附结束后，将所述吸附材料与泥浆分离，得净化后泥浆；

脱水：将所述净化后泥浆进行脱水，得干化泥土；

重混：将所述干化泥土与流化步骤中筛分脱除的石砾以及砂粒搅拌混合，得治理后土壤。

2.根据权利要求1所述用于土壤有机污染的治理方法，其特征在于，所述流化步骤中，将大部分石砾以及砂粒脱除的方法包括：重力沉降、筛分以及旋流。

3.根据权利要求1所述用于土壤有机污染的治理方法，其特征在于，所述吸附与分离步骤中，所述吸附材料为亲油疏水的固体材料。

4.根据权利要求1所述用于土壤有机污染的治理方法，其特征在于，所述吸附与分离步骤中，在所述污染泥浆中放入吸附材料后，将所述吸附材料浸入在所述污染泥浆中，通过所述吸附材料主动搅拌和/或污染泥浆主动流动的方式，实现所述污染泥浆对所述吸附材料的冲刷和撞击，完成污染物的吸附。

5.根据权利要求1所述用于土壤有机污染的治理方法，其特征在于，所述脱水步骤中，采用重力沉降、离心或压滤方式，将所述净化后泥浆进行脱水。

6.根据权利要求1所述用于土壤有机污染的治理方法，其特征在于，将脱水步骤中脱除的水分输送到流化步骤中循环使用。

7.根据权利要求1所述用于土壤有机污染的治理方法，其特征在于，还包括：抽提解吸步骤，将吸附及分离步骤中，吸附有污染物的吸附材料放入抽提解吸罐中，在加热的同时进行气体抽提，得抽提解吸后吸附材料，并将所述抽提解吸后吸附材料复用于吸附及分离步骤。

8.根据权利要求7所述用于土壤有机污染的治理方法，其特征在于，所述抽提解吸步骤中，将吸附有污染物的吸附材料脱水后，再放入抽提解吸罐中，进行抽提解吸。

9.根据权利要求8所述用于土壤有机污染的治理方法，其特征在于，还包括：冷凝回收步骤，将所述抽提解吸步骤中抽提的有机污染物蒸汽及其他分子蒸汽送进行冷凝回收，获得冷凝水和冷凝液，将冷凝水输送到流化步骤复用，将冷凝液回收。

10.根据权利要求9所述用于土壤有机污染的治理方法，其特征在于，还包括：热回收步骤，将所述冷凝回收步骤释放的热量输送到所述抽提解吸步骤中，用于抽提解吸罐内吸附有污染物的吸附材料加热使用。