CN112958619A - 一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法及装置 - Google Patents

一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法及装置，涉及污染土壤治理技术领域，其技术方案要点是：将待处理的污染土壤与发酵剂混合后堆成锥形土堆；对锥形土堆进行加热保温发酵处理，通过发酵产生有机酸溶液对污染土壤中的重金属进行溶解去除；对锥形土堆由上而下进行淋洗处理，并通过重金属吸附剂对淋洗溶液中溶解的进行吸附处理；采用多孔活性炭对吸附处理后的溶液进行过滤，并将过滤后的水溶液重新作为淋洗溶液进行淋洗，重复淋洗多次完成重金属污染土壤修复。通过原位设置修复装置进行土壤翻新混合处理，能够增强锥形土堆中的孔隙率，提高了淋洗效率，且相对于异位化学修复往返运输土壤减小了工作量，降低了修复投入成本。

Description

一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法及装置
技术领域
本发明涉及污染土壤治理技术领域，更具体地说，它涉及一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法及装置。
背景技术
重金属污染土壤修复方法按照修复原理进行分类可以分为物理修复、化学修复、植物修复、生物修复和电动修复等；按照土壤处理方法进行分类可以分为淋洗法、破坏法和固定化法。重金属污染土壤化学淋洗修复工艺是化学法和淋洗法的结合，是基于化学淋洗液注入到污染土壤中，淋洗剂通过溶解或者络合反应将土壤中的污染物转移到淋洗剂，然后经过水土分离的原理将土壤中的污染物去除。
目前，重金属污染土壤化学淋洗修复工艺按照土壤处理位置进行分类可以分为原位化学淋洗和异位化学淋洗。重金属污染土壤原位化学淋洗是在重金属污染土壤原场地进行修复；其原理是根据重金属污染物分布的深浅，让化学淋洗液在重力或者外力的作用下流通过污染土壤，并利用回收井或采用挖沟的办法收集和清除淋洗液。然而，现有的原位化学淋洗存在淋洗剂渗透效率低、与土壤接触不充分、耗水量大、土壤中淋洗剂残留量大、存在二次污染等缺陷。重金属污染土壤异位化学淋洗是将污染土壤运输至其他地方的土壤修复区进行修复；其原理是是利用外力将化学淋洗液与污染土壤进行充分混合将污染物转移至淋洗液中，然后将淋洗液中的污染物进行处理从而达到将污染物去除的目的。重金属污染土壤异位化学淋洗存在对设备依赖度高、耗电量大、修复成本高等缺陷。
上述的重金属污染土壤原位化学淋洗和异位化学淋洗存在各自的优缺点，基于此，如何研究设计投入成本低、无二次污染、修复效率高、淋洗液回收方便的土壤修复技术是我们目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法及装置。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法，包括以下步骤：
S101：将待处理的污染土壤与发酵剂混合后堆成锥形土堆；
S102：对锥形土堆进行加热保温发酵处理，通过发酵产生有机酸溶液对污染土壤中的重金属进行溶解去除；
S103：对锥形土堆由上而下进行淋洗处理，并通过重金属吸附剂对淋洗溶液中溶解的进行吸附处理；
S104：采用多孔活性炭对吸附处理后的溶液进行过滤，并将过滤后的水溶液重新作为淋洗溶液进行淋洗，重复淋洗多次完成重金属污染土壤修复。
进一步的，所述锥形土堆的母线方向与锥形土堆的底面的夹角范围为30-45度。
进一步的，所述发酵剂由以下原料成分组成：番薯藤粉末、低铁氰化钾、磷酸二氢钾、淀粉酶、芽孢杆菌、硫酸钠、蒙脱石粉、甘蔗渣、秸秆渣、麸皮。
进一步的，所述发酵剂由以下重量份的原料成分组成：
番薯藤粉末4-6份、低铁氰化钾1.5-2.5份、磷酸二氢钾2-3份、淀粉酶6-8份、芽孢杆菌3-4份、硫酸钠5-7份、蒙脱石粉6-8份、甘蔗渣20-25份、秸秆渣20-25份、麸皮20-25份。
进一步的，所述发酵剂由以下重量份的原料成分组成：
番薯藤粉末4份、低铁氰化钾2份、磷酸二氢钾3份、淀粉酶6份、芽孢杆菌3份、硫酸钠6份、蒙脱石粉6份、甘蔗渣20份、秸秆渣20份、麸皮20份。
进一步的，所述锥形土堆的加热保温发酵处理过程具体为：
通过加热装置对锥形土堆内部进行缓慢加热，直至距离表层30-50cm处的温度升温至32-36度，保持锥形土堆内部的相对湿度为80-90％；
采用保温遮盖物将锥形土堆表层密封包裹后持续发酵2-3d；
持续发酵完成后，将保温遮盖物取下后冷却12-18h开始淋洗。
进一步的，所述有机酸溶液中含有巯基、氨基、羧基。
进一步的，所述重金属吸附剂为离子吸附剂或生物吸附剂。
第二方面，提供了一种重金属污染地下水的发酵化学修复装置，包括基座和竖向设置在基座上的淋洗管，基座内由上而下依次设有网格支撑架、海绵层、活性炭吸附层、循环池，循环池内设有循环泵，淋洗管穿过网格支撑架、海绵层、活性炭吸附层后与循环泵连接；
淋洗管内设有注液管，注液管的底部设有穿过淋洗管后伸入海绵层的渗液管，淋洗管的顶端连通设有喷淋头；
淋洗管侧壁设有与网格支撑架固定连接的中空斜支管，中空斜支管侧壁设有淋洗孔；淋洗管由由内而外依次同轴设置的密封管、加热管、固定管组成。
进一步的，所述基座侧壁设有均与循环池连通的输液管道、排液管道。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明通过在污染土壤原位设置修复装置进行土壤翻新混合处理，能够增强锥形土堆中的孔隙率，提高了淋洗效率，且相对于异位化学修复往返运输土壤减小了工作量，降低了修复投入成本；
2、本发明通过将发酵剂与污染土壤混合后进行发酵处理，在发酵过程中既能够在锥形土堆内部产生均匀分布的有利于溶解吸收指汞、镉、铅、铬、铜、锌等重金属元素的有机酸，同时发酵过程能够有效降解土壤内部的有机物质，从而提高了污染土壤修复后的速效养分，使得修复后的土壤可在原位直接进行使用，无需再进行增肥、翻耕处理；
3、本发明通过对发酵剂进行创新性设计，发酵产生含有巯基、氨基、羧基的有机酸能够溶解吸收的重金属范围广；
4、本发明在发酵、淋洗过程中通过中空斜支管对锥形土堆进行支撑，保持锥形土堆相对稳定；且由密封管、加热管、固定管组成的中空斜支管同时能够对锥形土堆内部进行淋洗和加热处理，使得发酵、淋洗效果分布均匀，并结合喷淋头实现立体化喷淋，减少了淋洗周期；
5、本发明通过重金属吸附剂对淋洗溶液进行二次吸附处理，并通过循环泵进行循环淋洗，既能够降低淋洗过程的耗水量，又能够避免二次污染，且对污染土壤中的重金属去除彻底；
6、本发明注液管、渗液管配合能够灵活的向海绵层加热重金属吸附剂，利用海绵层的溪水效果，使得淋洗溶液经过海绵层时域重金属吸附剂接触充分，并通过活性炭进行过滤吸附，降低了淋洗溶液处理后的重金属含量，可重复使用；且通过循环池、输液管道、排液管道设置，方便对淋洗溶液进行回收、更换处理。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明实施例中的整体结构示意图；
图2是本发明实施例中淋洗管的内部结构示意图；
图3是本发明实施例中中空斜支管的内部结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
101、基座；102、网格支撑架；103、海绵层；104、活性炭吸附层；105、循环池；106、输液管道；107、排液管道；201、淋洗管；202、循环泵；203、喷淋头；204、渗液管；205、注液管；301、中空斜支管；302、淋洗孔；303、固定管；304、密封管；305、加热管。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图1-3，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1：一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法，包括以下步骤：
S101：将待处理的污染土壤与发酵剂混合后堆成锥形土堆；
S102：对锥形土堆进行加热保温发酵处理，通过发酵产生有机酸溶液对污染土壤中的重金属进行溶解去除；
S103：对锥形土堆由上而下进行淋洗处理，并通过重金属吸附剂对淋洗溶液中溶解的进行吸附处理；
S104：采用多孔活性炭对吸附处理后的溶液进行过滤，并将过滤后的水溶液重新作为淋洗溶液进行淋洗，重复淋洗多次完成重金属污染土壤修复。
在本实施例中，锥形土堆的母线方向与锥形土堆的底面的夹角范围为30度。
在本实施例中，发酵剂由以下重量份的原料成分组成：番薯藤粉末4份、低铁氰化钾2份、磷酸二氢钾3份、淀粉酶6份、芽孢杆菌3份、硫酸钠6份、蒙脱石粉6份、甘蔗渣20份、秸秆渣20份、麸皮20份。
在本实施例中，锥形土堆的加热保温发酵处理过程具体为：通过加热装置对锥形土堆内部进行缓慢加热，直至距离表层40cm处的温度升温至34度，保持锥形土堆内部的相对湿度为8590％；采用保温遮盖物将锥形土堆表层密封包裹后持续发酵2.5d；持续发酵完成后，将保温遮盖物取下后冷却15开始淋洗。
在本实施例中，有机酸溶液中含有巯基、氨基、羧基。
在本实施例中，重金属吸附剂为离子吸附剂。
实施例2：一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法，包括以下步骤：
S101：将待处理的污染土壤与发酵剂混合后堆成锥形土堆；
S102：对锥形土堆进行加热保温发酵处理，通过发酵产生有机酸溶液对污染土壤中的重金属进行溶解去除；
S103：对锥形土堆由上而下进行淋洗处理，并通过重金属吸附剂对淋洗溶液中溶解的进行吸附处理；
S104：采用多孔活性炭对吸附处理后的溶液进行过滤，并将过滤后的水溶液重新作为淋洗溶液进行淋洗，重复淋洗多次完成重金属污染土壤修复。
在本实施例中，锥形土堆的母线方向与锥形土堆的底面的夹角范围为30度。
在本实施例中，发酵剂由以下重量份的原料成分组成：番薯藤粉末4份、低铁氰化钾1.5份、磷酸二氢钾2份、淀粉酶6份、芽孢杆菌3份、硫酸钠5份、蒙脱石粉6份、甘蔗渣20份、秸秆渣20份、麸皮20份。
在本实施例中，锥形土堆的加热保温发酵处理过程具体为：通过加热装置对锥形土堆内部进行缓慢加热，直至距离表层30cm处的温度升温至32度，保持锥形土堆内部的相对湿度为80％；采用保温遮盖物将锥形土堆表层密封包裹后持续发酵2d；持续发酵完成后，将保温遮盖物取下后冷却12h开始淋洗。
在本实施例中，有机酸溶液中含有巯基、氨基、羧基。
在本实施例中，重金属吸附剂为离子吸附剂。
实施例3：一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法，包括以下步骤：
S101：将待处理的污染土壤与发酵剂混合后堆成锥形土堆；
S102：对锥形土堆进行加热保温发酵处理，通过发酵产生有机酸溶液对污染土壤中的重金属进行溶解去除；
S103：对锥形土堆由上而下进行淋洗处理，并通过重金属吸附剂对淋洗溶液中溶解的进行吸附处理；
S104：采用多孔活性炭对吸附处理后的溶液进行过滤，并将过滤后的水溶液重新作为淋洗溶液进行淋洗，重复淋洗多次完成重金属污染土壤修复。
在本实施例中，锥形土堆的母线方向与锥形土堆的底面的夹角范围为45度。
在本实施例中，发酵剂由以下重量份的原料成分组成：番薯藤粉末6份、低铁氰化钾2.5份、磷酸二氢钾3份、淀粉酶8份、芽孢杆菌4份、硫酸钠7份、蒙脱石粉8份、甘蔗渣25份、秸秆渣25份、麸皮25份。
在本实施例中，锥形土堆的加热保温发酵处理过程具体为：通过加热装置对锥形土堆内部进行缓慢加热，直至距离表层50cm处的温度升温至36度，保持锥形土堆内部的相对湿度为90％；采用保温遮盖物将锥形土堆表层密封包裹后持续发酵3d；持续发酵完成后，将保温遮盖物取下后冷却18h开始淋洗。
在本实施例中，有机酸溶液中含有巯基、氨基、羧基。
在本实施例中，重金属吸附剂为生物吸附剂。
实施例4：一种重金属污染地下水的发酵化学修复装置，该装置能够实现实施例1-3记载的修复方法，如图1-3所示，包括基座101和竖向设置在基座101上的淋洗管201，基座101内由上而下依次设有网格支撑架102、海绵层103、活性炭吸附层104、循环池105，循环池105内设有循环泵202，淋洗管201穿过网格支撑架102、海绵层103、活性炭吸附层104后与循环泵202连接。淋洗管201内设有注液管205，注液管205的底部设有穿过淋洗管201后伸入海绵层103的渗液管204，淋洗管201的顶端连通设有喷淋头203。淋洗管201侧壁设有与网格支撑架102固定连接的中空斜支管301，中空斜支管301侧壁设有淋洗孔302；淋洗管201由由内而外依次同轴设置的密封管304、加热管305、固定管303组成。
如图1所示，基座101侧壁设有均与循环池105连通的输液管道106、排液管道107。
工作原理：本发明通过在污染土壤原位设置修复装置进行土壤翻新混合处理，能够增强锥形土堆中的孔隙率，提高了淋洗效率，且相对于异位化学修复往返运输土壤减小了工作量，降低了修复投入成本；本发明在发酵、淋洗过程中通过中空斜支管301对锥形土堆进行支撑，保持锥形土堆相对稳定；且由密封管304、加热管305、固定管303组成的中空斜支管301同时能够对锥形土堆内部进行淋洗和加热处理，使得发酵、淋洗效果分布均匀，并结合喷淋头203实现立体化喷淋，减少了淋洗周期；通过重金属吸附剂对淋洗溶液进行二次吸附处理，并通过循环泵202进行循环淋洗，既能够降低淋洗过程的耗水量，又能够避免二次污染，且对污染土壤中的重金属去除彻底；注液管205、渗液管204配合能够灵活的向海绵层103加热重金属吸附剂，利用海绵层103的溪水效果，使得淋洗溶液经过海绵层103时域重金属吸附剂接触充分，并通过活性炭进行过滤吸附，降低了淋洗溶液处理后的重金属含量，可重复使用；且通过循环池105、输液管道106、排液管道107设置，方便对淋洗溶液进行回收、更换处理。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法，其特征是，包括以下步骤：
S101：将待处理的污染土壤与发酵剂混合后堆成锥形土堆；
S102：对锥形土堆进行加热保温发酵处理，通过发酵产生有机酸溶液对污染土壤中的重金属进行溶解去除；
S103：对锥形土堆由上而下进行淋洗处理，并通过重金属吸附剂对淋洗溶液中溶解的进行吸附处理；
S104：采用多孔活性炭对吸附处理后的溶液进行过滤，并将过滤后的水溶液重新作为淋洗溶液进行淋洗，重复淋洗多次完成重金属污染土壤修复。
2.根据权利要求1所述的一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法，其特征是，所述锥形土堆的母线方向与锥形土堆的底面的夹角范围为30-45度。
3.根据权利要求1所述的一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法，其特征是，所述发酵剂由以下原料成分组成：番薯藤粉末、低铁氰化钾、磷酸二氢钾、淀粉酶、芽孢杆菌、硫酸钠、蒙脱石粉、甘蔗渣、秸秆渣、麸皮。
4.根据权利要求1所述的一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法，其特征是，所述发酵剂由以下重量份的原料成分组成：
番薯藤粉末4-6份、低铁氰化钾1.5-2.5份、磷酸二氢钾2-3份、淀粉酶6-8份、芽孢杆菌3-4份、硫酸钠5-7份、蒙脱石粉6-8份、甘蔗渣20-25份、秸秆渣20-25份、麸皮20-25份。
5.根据权利要求1所述的一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法，其特征是，所述发酵剂由以下重量份的原料成分组成：
番薯藤粉末4份、低铁氰化钾2份、磷酸二氢钾3份、淀粉酶6份、芽孢杆菌3份、硫酸钠6份、蒙脱石粉6份、甘蔗渣20份、秸秆渣20份、麸皮20份。
6.根据权利要求1-5任意一项所述的一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法，其特征是，所述锥形土堆的加热保温发酵处理过程具体为：
通过加热装置对锥形土堆内部进行缓慢加热，直至距离表层30-50cm处的温度升温至32-36度，保持锥形土堆内部的相对湿度为80-90％；
采用保温遮盖物将锥形土堆表层密封包裹后持续发酵2-3d；
持续发酵完成后，将保温遮盖物取下后冷却12-18h开始淋洗。
7.根据权利要求1-5任意一项所述的一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法，其特征是，所述有机酸溶液中含有巯基、氨基、羧基。
8.根据权利要求1所述的一种重金属污染地下水的发酵化学修复方法，其特征是，所述重金属吸附剂为离子吸附剂或生物吸附剂。
9.一种重金属污染地下水的发酵化学修复装置，其特征是，包括基座(101)和竖向设置在基座(101)上的淋洗管(201)，基座(101)内由上而下依次设有网格支撑架(102)、海绵层(103)、活性炭吸附层(104)、循环池(105)，循环池(105)内设有循环泵(202)，淋洗管(201)穿过网格支撑架(102)、海绵层(103)、活性炭吸附层(104)后与循环泵(202)连接；
淋洗管(201)内设有注液管(205)，注液管(205)的底部设有穿过淋洗管(201)后伸入海绵层(103)的渗液管(204)，淋洗管(201)的顶端连通设有喷淋头(203)；
淋洗管(201)侧壁设有与网格支撑架(102)固定连接的中空斜支管(301)，中空斜支管(301)侧壁设有淋洗孔(302)；淋洗管(201)由由内而外依次同轴设置的密封管(304)、加热管(305)、固定管(303)组成。
10.根据权利要求9所述的一种重金属污染地下水的发酵化学修复装置，其特征是，所述基座(101)侧壁设有均与循环池(105)连通的输液管道(106)、排液管道(107)。
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