CN203750979U - 重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型为一种重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置，包括通过连通管道依次连接成环的淋洗塔、沉淀池、抽水泵、电化学反应器、循环泵、第一储液罐，该装置能有效去除土壤中重金属，淋洗液经过电化学处理后可以循环利用，修复效率高，运行成本低，装置结构简单，适用性强，无噪声，占地小。本实用新型适用于重金属污染土壤的修复，以及淋洗废液的循环利用。

Description

重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置

技术领域

本实用新型属于重金属污染土壤修复领域，涉及一种土壤修复和淋洗液循环利用的装置，具体地说是一种重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置。

背景技术

随着社会的发展，发达的工业和农业生产活动导致环境中的重金属污染越来越严重。由于重金属的隐蔽性、难降解性以及不可逆性，不仅使大面积土壤无法使用，而且还会通过食物链关系危害到人类的生命健康，也会直接影响到土壤生态系统的功能及结构，最终对生物生态安全造成威胁。因此，重金属污染土壤的修复和治理成为亟待解决的环境问题。

目前对重金属污染土壤的修复方法主要包括物理修复、植物修复、微生物修复和化学修复等。前三种方法中物理修复费时费力、无法从根本上降低污染物浓度；植物修复超富集植物处理量小、植物缺乏、对复合重金属污染去除效果不明显；微生物修复修复面积小、培育困难等缺点，未能被大面积的推广使用。土壤淋洗法（soil flushing/soil washing）是化学修复的一种，是运用物理或化学手段将污染土壤中的有机和无机污染物进行分离、隔离、浓缩或进行无害化处理的过程，具有修复时间短、效率高、无二次污染等优点。

淋洗剂是土壤淋洗的关键，常用的淋洗剂分为三大类，分别是无机淋洗剂（水、酸、碱、盐）、螯合剂（弱有机酸、人工螯合剂等）、生物表面活性剂（鼠李糖脂）等。无机淋洗剂会造成土壤的酸化、碱化或盐碱化，破坏土壤的理化性质和生态环境，同时带来二次污染；弱有机酸虽然能够生物降解，无二次污染，但针对的是轻度污染土壤的治理；表面活性剂虽对重金属去除效果好，但目前仍处于研究阶段。EDTA是人工螯合剂的一种，自身具有相对较大的分子量，能够依靠螯合作用，和重金属发生螯合，形成不同的螯合物，其结构比较稳定，它不仅能解吸被土壤吸附的金属，也能溶解不溶性的金属化合物，在大范围的pH下与过渡金属形成稳定复合物，对于各种浓度的重金属污染土壤都有很好的去除效果，但是淋洗液很难生物降解，易造成二次污染。对于淋洗废液，通常通过物理法、生物法或化学法进行处理：物理法主要是活性炭吸附，膜处理的方法，具有再生困难，投资大的缺点；生物法主要是利用微生物或者植物来吸附，吸附量小，超富集的植物或者微生物缺乏，培育困难等缺点；化学法主要是利用化学试剂与淋洗废液反应形成沉淀等进行处理，处理效率低，重金属不能回收利用。

公告号为 CN 102240666 B的中国发明专利，公开了“一种重金属污染土淋洗修复装置”，该发明中重金属污染土淋洗修复装置采用双循环的结构，淋洗液循环利用，重复多次淋洗既可提高污染土修复效率，又避免了污染淋洗液后处理成本的提高及淋洗液的浪费，水浴循环加热，污染土恒温均匀受热，淋洗柱保温层降低淋洗环境热量散失，消除了热量散失对加热效果的影响。水浴循环加热和底部进液对污染土淋洗，可提高污染土中重金属的去除效率。然而，该方法中每进行一次洗涤后洗液中含有重金属，由于循环洗液中的重金属浓度不断积累，多次使用循环液洗涤对减小土壤中残留的重金属并无明显作用，循环淋洗效率低，最终的洗液因重金属浓度过大不能再利用，废液若不处理将会造成二次污染。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，是提供一种重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置，该装置能有效去除土壤中高浓度的重金属，淋洗液经过电化学处理后可以循环利用，避免了二次污染，修复的效率高，运行成本低，装置简单，占地小。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

一种重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置，包括通过连通管道依次连接成环的淋洗塔、沉淀池、抽水泵、电化学反应器、循环泵、第一储液罐；所述的淋洗塔顶部设有第一进液口、固定于顶部的喷头，淋洗塔底部设有开孔的挡板、漏斗；所述的电化学反应器底部设有布风板、曝气装置和第二进液口，电化学反应器上壁左侧设有第三进液口、右侧壁上部设有排气口、左侧壁设有第二排液口，电化学反应器内部分别设有阳极电极板和阴极电极板板；所述的阳极电极板和阴极电极板的两端分别与电化学反应器内部上壁面、布风板相连，阳极电极板和阴极电极板之间填充石墨颗粒，阳极电极板和阴极电极板通过导线分别与直流电源相连。

作为本实用新型的一种限定，所述的淋洗塔内填充高度为淋洗塔高度的2/3的重金属污染土壤，重金属污染土壤上铺设有300目的第一纱布层，第一纱布层上方铺设有高度为淋洗塔高度的1/10的鹅卵石层。

作为本实用新型的另一种限定，所述的挡板设有若干直径为5mm的圆孔，挡板上表面铺设有300目的第二纱布层。

作为本实用新型的第三种限定，所述的电化学反应器外部设有盛装Fenton试剂的第二储液罐。

本实用新型还有一种限定，所述的阳极电极板和阴极电极板之间设有离子交换膜，离子交换膜的两端分别与电化学反应器内部上壁面、布风板相连。

淋洗塔中对重金属污染土壤进行修复，通过EDTA淋洗液与污染土壤中的重金属螯合，达到去除重金属的目的。淋洗液采取喷淋的方式对重金属污染土壤进行淋洗，淋洗塔内铺设鹅卵石层及第一纱布层后，增大土壤和淋洗液的接触时间，使土壤淋洗更加均匀，重金属去除效果更佳。

电化学反应器中可以将淋洗后的废液转化为EDTA和重金属，一方面，可以去除回收废液中的重金属，另一方面，处理后的废液转化为EDTA溶液，经过调节浓度和PH值后可以再次循环利用。处理过程中使用Fenton试剂结合三维电极完成相应的反应，Fenton试剂是由H₂O₂和Fe²⁺组成的酸性混合物，具有较强的氧化性，溶液中存在如下两个反应：

电化学反应器中加入Fenton试剂后，Fenton试剂中的·OH具有强氧化性，可以分解淋洗废液中的EDTA-重金属螯合物，分解后的溶液变为EDTA溶液和重金属离子，重金属离子在电化学反应器的阴极板上放电，重金属离子转变为重金属沉积在阴极附近，从而达到去除重金属的效果。电解过程中使用三维电极，它能够增加电解槽的面体比，提高电流效率和处理能力，还易于实现连续操作，可以在不同电流密度下进行操作，另外电解过程中不使用或较少量使用化学药品，后处理简单，占地面积小，处理能力大，管理方便等，它能克服原来二维电极存在的单位槽体处理量小、电流效率低等缺点，增加了单位槽体积的电极表面积，增大物质移动速度，因此，单位槽体积的处理量增大，能有效提高电导率低的处理液的电解效率。

由于采用了上述的技术方案，本实用新型与现有技术相比，所取得的技术进步在于：

本实用新型所提供的重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置，能有效去除土壤中重金属，淋洗液经过电化学处理后可以循环利用，不仅避免了二次污染，而且避免了淋洗液的后处理，修复的效率高，过程易于控制，运行成本低，装置结构简单，适用性强，易于维护，无噪声，占地小。

本实用新型适用于重金属污染土壤的修复和相应淋洗废液的处理。

本实用新型下面将结合具体实施例作进一步详细说明。

附图说明

图1为本实用新型实施例的整体结构示意图。

图2为图1所示实施例中淋洗塔1的结构示意图。

图3为图1所示实施例中电化学反应器4的结构示意图。

图中：1-淋洗塔，2-沉淀池，3-抽水泵，4-电化学反应器，5-循环泵，6-第一储液罐，7-第二储液罐，8-曝气装置，11-喷头，12-鹅卵石层，13-第一纱布层，14-重金属污染土壤，15-挡板，16-漏斗，17-第一进液口，18-第二纱布层，40-第三进液口，41-阳极电极板，42-阴极电极板，43-石墨颗粒，44-离子交换膜，45-排气孔，46-直流电源，47-第二进液口，48-布风板，49-第二排液口，A1-第一阀门，A2-第二阀门，A3-第三阀门，A4-第四阀门，A5-第五阀门，A6-第六阀门。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例对本实用新型作进一步的说明。

实施例 一种重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置

如图1所示，本实施例为一种重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置，包括通过连通管道依次连接成环的淋洗塔1、沉淀池2、抽水泵3、电化学反应器4、循环泵5、第一储液罐6，电化学反应器4外部设有第二储液罐7。

如图2所示，淋洗塔1包括第一进液口17、喷头11、挡板15、第一纱布层13、第二纱布层18、鹅卵石层12、重金属污染土壤14、漏斗16。淋洗塔1的顶部设有通过连接管道与第一储液罐6相连的第一进液口17，与第一进液口通过软管相连的多个喷头11间隔排列固定于淋洗塔1的顶部，淋洗塔1内填充高度为淋洗塔1高度的2/3的重金属污染土壤14，重金属污染土壤14上铺设有一层300目的第一纱布层13，第一纱布层13上方铺设有高度为淋洗塔1高度的1/10的鹅卵石层12，设有多个直径为5mm的圆孔的挡板15固定于淋洗塔1底部内壁并沿着淋洗塔1的内壁方向延伸，挡板15上表面铺设有300目的第二纱布层18，漏斗16与挡板15的下表面固定连接。

沉淀池2一端通过连接管道与淋洗塔1底部的漏斗16通过管道连接，漏斗16与沉淀池2之间设有第六阀门A6。

抽水泵3的一端通过管道与沉淀池2相连，抽水泵3与沉淀池2之间设有第五阀门A5。

电化学反应器4包含第三进液口40、阳极电极板41、阴极电极板42、石墨颗粒43、离子交换膜44、排气口45、直流电源46、第二进液口47、布风板48、第二排液口49、曝气装置8。布风板48固定于电化学反应器的底部，布风板48的长、宽均分别小于电化学反应室的长、宽，电化学反应器4底部左侧的第二进液口47通过管道与抽水泵3相连，第二进液口47与抽水泵3之间设有第二阀门A2，设于电化学反应器4上壁右侧的第三进液口40通过管道与第二储液罐7相连，曝气装置8设于电化学反应器4的底壁右侧，排气口45设于电化学反应器4右壁上侧，电化学反应器4左壁设有通过管道与循环泵5相连的第二排液口49，第二排液口49与循环泵5之间设有第四阀门A4，电化学反应器4内分别设置阳极电极板41和阴极电极板42，阳极电极板41和阴极电极板42一端固定于电化学反应器4内部上壁面，另一端固定于布风板48，设于阳极电极板41和阴极电极板42之间的离子交换膜44一端固定于电化学反应器4的内部上壁，另一端固定于布风板48，离子交换膜44的宽度小于电化学反应器4的宽度，阳极电极板41和阴极电极板42之间填充石墨颗粒43，阳极电极板41和阴极电极板42通过导线分别与外部直流电源46相连，电化学反应器4内盛有硫酸钠溶液。

第二储液罐7与电化学反应器4的第三进液口40之间设有第三阀门A3，第二储液罐7放置在高于电化学反应器4液面的支架上。

循环泵5的一端通过管道与电化学反应器4的第二排液口49相连，循环泵5与第二排液口49之间设有第四阀门A4。

第一储液罐6的一端与循环泵5通过管道相连，另一端与淋洗塔1的第一进液口17通过管道相连，第一储液罐6与第一进液口17之间设有第一阀门A1，第一储液罐6放置在高于淋洗塔1高度的支架上。

当打开第一阀门A1,调节流量后，第一储液罐6中的EDTA溶液通过管道流入喷淋塔1的第一进液口17，第一进液口17中的EDTA溶液通过与软管相连的喷头11喷淋，液体经过鹅卵石层12、第一纱布层13、污染土壤14、第二纱布层18、挡板15后，从漏斗16中流出，打开第六阀门A6，漏斗16中流出的溶液通过管路进入沉淀池2沉淀后，打开第五阀门A5、抽水泵3和第二阀门A2，沉淀池2中上层液体被抽至电化学反应器4内，关闭第二阀门A2、抽水泵3 、第五阀门A5，打开第三阀门A3，调节流量后，第二储液罐7中Fenton试剂从第三进液口40中流入，在Fenton试剂和电化学的作用下，EDTA-重金属的螯合物分解为EDTA溶液与重金属离子，重金属离子在阴极板附近放电还原为重金属单质，阳极产物氧气从排气口45中排走，电解过程曝气一直维持，待电解6h后，关闭第三阀门A3，打开第四阀门A4、循环泵5，电解后的溶液通过管路抽至第一储液罐6中，第一储液罐6中的EDTA溶液经调节PH和浓度为初试值后，再次循环利用。

实施例1提供的重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置能有效去除土壤中的重金属，淋洗液经过电化学处理后可以循环利用，修复的效率高，运行成本低，装置结构简单，易于维护，适用性强，无噪声，占地小。

实施例仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型所作的其它形式的限定，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述技术内容作为启示加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但凡是未脱离本实用新型权利要求的技术实质，对以上实施例所作出的简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型权利要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置，其特征在于：包括通过连通管道依次连接成环的淋洗塔（1）、沉淀池（2）、抽水泵（3）、电化学反应器（4）、循环泵（5）、第一储液罐（6）；所述的淋洗塔（1）顶部设有第一进液口（17）、固定于顶部的喷头（11），淋洗塔（1）底部设有开孔的挡板（15）、漏斗（16）；所述的电化学反应器（4）底部设有布风板（48）、曝气装置（8）和第二进液口（47），电化学反应器（4）上壁左侧设有第三进液口（40）、右侧壁上部设有排气口（45）、左侧壁设有第二排液口（49），电化学反应器（4）内部分别设有阳极电极板（41）和阴极电极板板（42）；所述的阳极电极板（41）和阴极电极板（42）的两端分别与电化学反应器（4）内部上壁面、布风板（48）相连，阳极电极板（41）和阴极电极板（42）之间填充石墨颗粒（43），阳极电极板（41）和阴极电极板（42）通过导线分别与直流电源（46）相连。

2.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置，其特征在于：所述的淋洗塔（1）内填充高度为淋洗塔（1）高度的2/3的重金属污染土壤（14），重金属污染土壤（14）上铺设有300目的第一纱布层（13），第一纱布层（13）上方铺设有高度为淋洗塔（1）高度的1/10的鹅卵石层（12）。

3.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置，其特征在于：所述的挡板（15）设有若干直径为5mm的圆孔，挡板（15）上表面铺设有300目的第二纱布层（18）。

4.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置，其特征在于：所述的电化学反应器（4）外部设有盛装Fenton试剂的第二储液罐（7）。

5.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置，其特征在于：所述的阳极电极板（41）和阴极电极板（42）之间设有离子交换膜（44），离子交换膜（44）的两端分别与电化学反应器（4）内部上壁面、布风板（48）相连。