WO2020042291A1 - 一种联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺 - Google Patents

Abstract

一种联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺，包括如下步骤：建设喷淋场地（8）；污染土壤预处理及筑堆；布设喷淋装置；在药剂池（1）中配制淋洗液；实施以酸碱盐作为淋洗液的喷淋过程，并判断土壤浸出液中污染物浓度是否满足修复目标；实施以还原剂作为淋洗液的喷淋过程，判断土壤浸出液中污染物浓度是否满足修复目标。在执行酸碱盐作为淋洗液的喷淋过程之前先执行以水作为淋洗液的喷淋过程。采用筑堆喷淋工艺整合了化学还原稳定化技术和化学淋洗技术的优势，解决了这两种技术不可避免存在的问题。采用还原剂溶液循环喷淋工艺使污染物的还原更彻底，同时削减了大量的污染物污染，极大减少还原剂的使用，降低了环境风险。

Description

一种联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺 技术领域

本发明属于环境修复领域，具体涉及一种联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺。

背景技术

目前，六价铬污染渣土治理的常用的修复技术主要为化学还原稳定化技术和化学淋洗技术。而对于重度六价铬污染土壤，由于六价铬含量过高，单纯的化学还原稳定化技术和化学淋洗技术常常难以满足修复要求，存在一定的风险隐患。在工程应用中，对于重度六价铬污染渣土还原稳定化技术存在反应不彻底、药剂添加量大等问题，一方面过量的药剂对土壤性质造成了极大的破坏，另一方面药剂与污染渣土的拌合不均使得六价铬还原不彻底，使修复效果存在潜在风险，而且化学还原稳定化并未从根本上去除重金属，后期也存在“返黄”的隐患。而单独采用化学淋洗技术也存在固液分离困难、用水量大(液固比10:1～30:1)、土壤基质流失等问题，且难以直接达到修复目标，也需要配合化学还原稳定化技术使用。

现有的化学淋洗与化学还原联合修复技术，主要为异位化学淋洗与化学还原稳定化技术的简单拼接：将受污染土壤挖掘至容器中，用淋洗液清洗，使土壤中的重金属污染物转移至淋洗剂所在的液相中，再对混合物进行泥水分离，淋洗液中的污染物经处置后，可再次用于淋洗步骤中，淋洗后的土壤如符合控制标准，则可以进行回填或安全利用，淋洗后的土壤如不符合控制标准，则加入还原药剂拌合，进行化学还原稳定化处理。这种简单的拼接联合，无法实现两种技术的扬长避短，使工艺流程过于复杂，工程应用存在较大的困难。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺，其采用筑堆喷淋的工艺，实现了化学淋洗和化学还原 稳定化的有机结合。其工艺的前期通过喷淋水或者其他淋洗剂降低渣土中污染物总量，工艺的后期通过喷淋还原剂对残余的六价铬污染进行进一步的解毒处理。筑堆喷淋在集中还原稳定化技术和化学淋洗技术优势的同时，避免了其各自存在的问题。本发明的工艺中通过设置在堆浸淋洗场上的收集导排层，实现了淋洗液的自动收集导排，避免了化学淋洗中固液分离困难的问题，减少了土壤基质的破坏和流失，同时喷淋液经处理后循环使用，在液固比约为0.2:1左右的条件下即可满足循环的要求，极大的降低了用水量，节约了资源。本发明通过前期的淋洗液喷淋去除绝大部分水溶性六价铬和部分酸溶性六价铬，对于残余的六价铬采用还原剂喷淋的方式进行化学还原稳定化，相比于药剂和渣土拌合，采用还原药剂溶液循环喷淋工艺六价铬的还原更为彻底，同时由于预先削减了大量的六价铬污染，也极大的减少了还原药剂的使用，降低了环境风险。

本发明提供一种联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺，尤其适用于六价铬污染土壤的修复，具体包括如下步骤：

1)喷淋场地的建设：喷淋场地应做好防渗，避免二次污染；喷淋场地的防渗结构由上至下依次是溶液收集导排层、膜上保护层、主防渗层、膜下保护层和基础层。

2)污染土壤预处理及筑堆：污染的渣土经破碎筛分预处理后，运至喷淋场地上筑堆，优选的，筑堆高度宜为2～5m。

3)在堆体上方布设喷淋装置以便对污染土壤进行喷淋，喷淋系统包括：药剂池、喷淋管路、泵体以及溶液收集池等。所述药剂池通过泵体连接主管路一端，通过泵体将药剂池中的药剂泵入主管路中，同时所述主管路上设置有止回阀和截止阀，同时还设置有过滤器，避免药剂池中未溶解颗粒或者杂质进入主管路(直径50mm-70mm)，所述主管路的另一端连接多个支管路(直径25mm-30mm)，所述支管路间隔一定距离设置于喷淋场地的上方，各个支管路上间隔设置有多个喷头或者支管采用花管的形式，支管路的设置根据喷淋场地的覆盖面积进行设置，可以田字格形分布或者同心圆形分布，距离土壤的高度以及喷头之间的间距或花管的各个孔眼的直径可以设计不做具体规范，以能够喷淋到喷淋场地上所有土壤为基准。其中溶液收集池连接溶液收集导排层的导排盲沟，能够将导排盲沟中导出的废液收集，并连接废水处理 设备进行废水处理，废水处理设备处理后的水融入到药剂池中做溶剂，废水处理设备一般包括药剂反应池，加入一些氢氧化钠或者石灰，将污染物沉淀下来形成底泥处理，清水回用。

4)在药剂池中配制淋洗液，淋洗液可以是步骤5)中自来水、无机酸、有机酸、碱或者碳酸钠等盐溶液，也可以使步骤6)中的还原剂。通过往土堆上喷淋淋洗剂，使污染土壤中的水溶性和酸碱盐溶性污染物转移到溶液中，以及将还原后的污染物转移到溶液中，经过溶液收集导排层汇入溶液收集池中，废水经处理后可返回用于配制淋洗液。

5)实施淋洗液喷淋，喷淋强度宜为10～40L/m ²·h。在喷淋过程中，每隔一定时间取样检测。对淋出液中污染物浓度、土壤中残余污染物浓度进行监测，根据监测分析结果，设置喷淋的药剂制度和喷淋制度。

优选地药剂制度和喷淋制度如下：该阶段喷淋过程包括顺次进行的采用水作为淋洗液的喷淋过程、以及无机酸(如硫酸)、有机酸(如柠檬酸或草酸)、碱(如氢氧化钠)或者碳酸钠等盐溶液作为淋洗液(即酸碱盐作为淋洗液)的喷淋过程。其中，水作为淋洗液的喷淋过程可以省略而直接进行酸碱盐作为淋洗液的喷淋过程。

其中各个阶段喷淋过程均进行数据监控，根据过程监测数据，当污染物去除率达到25％以上时，停止水作为淋洗液的喷淋过程而进入酸碱盐作为淋洗液的喷淋过程，根据过程监测数据，当污染物去除率达到70％以上时，停止酸碱盐作为淋洗液的喷淋过程，同时判断浸出液中污染物浓度是否低于0.5mg/L，如是，停止修复程序，完成整个工艺流程，如不是，进行下一个步骤。

其中各个阶段所采用的淋洗液成分不做约束，浓度也不做规范，只要能满足各个阶段的喷淋目标的药剂均可选择。以水为淋洗液的喷淋过程和以酸碱盐为淋洗液喷淋过程中的污染物去除率的设定可以根据监测结果和实际运行的经济效益等因素确定，不以污染物去除率25％和70％为限制，并且在喷淋过程中，每隔一定时间取样检测(污染土壤中残余污染物浓度可以每两天取样检测一次，淋出液可以每天取样两次检测)，对淋出液中污染物浓度、污染土壤中残余污染物浓度进行监测。

6)当土壤原样中水溶性和酸、碱、盐溶性污染物基本去除后，为降低土 壤中残余污染物的风险，在药剂池中配制还原液，进行还原药剂的喷淋，淋洗液采用还原剂，可以是硫酸亚铁、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠等还原药剂，根据过程监测数据，每隔一定时间取样检测(污染土壤中残余污染物浓度可以每两天取样检测一次，淋出液可以每天取样两次检测)，当土壤浸出污染物浓度满足修复目标(如土壤浸出液中污染物浓度低于0.5mg/L)后，停止喷淋。通过往土堆上喷淋还原剂，针对难以去除的污染物、土壤中残余的污染物，使用还原手段将污染土壤中残余的污染物还原为低毒性、低迁移性的三价铬，实现污染土壤的彻底解毒。

优选的，过程中的运行参数(包括喷淋的时间、喷淋强度、淋洗液的种类及浓度等)应根据过程监测数据进行适当的调整优化。以上工艺适用于六价铬污染土壤的修复，也适用于其他重金属污染土壤的修复，当适用于六价铬污染土壤的修复时，上文所述污染物为六价铬。

本发明具有的优点在于：

本发明采用筑堆喷淋工艺整合了化学还原稳定化技术和化学淋洗技术的优势，解决了这两种技术不可避免存在的问题。筑堆喷淋工艺不受设备处理能力的限制，极大的缩短施工工期。同时筑堆喷淋修复工艺具有操作简单、资源节约、二次污染小、自动化程度高等特点，并且本发明中的喷淋场地使淋洗液能够自动收集导排，免去了土壤与废水分离的困难，操作简单、工艺运行稳定可靠，能够极大的缩短工期、节省成本、避免二次污染的产生。本发明采用还原剂溶液循环喷淋工艺使污染物(如六价铬)的还原更为彻底，同时由于预先削减了大量的六价铬污染，也极大的减少了还原剂的使用，降低了环境风险，也尽可能避免了对土壤性质的破坏。因此本发明提供的筑堆喷淋修复工艺是一种绿色的修复工艺，能够实现污染物的去除与残余污染物的稳定化的完美结合，在处理污染土壤时，能尽最大可能的降低土壤中的污染物，对残余的少量污染物进一步进行稳定化处理，修复效果更加稳定。

附图说明

图1是本发明提供的联合使用化学淋洗与化学还原修复六价铬污染土壤的工艺流程图；

图2是本发明中喷淋系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本实施例提供一种联合使用化学淋洗与化学还原修复六价铬污染土壤的工艺，如图1所示，具体包括如下步骤：

1)喷淋场地8建设：喷淋场的防渗结构由上至下依次是溶液收集导排层、膜上保护层、主防渗层、膜下保护层和基础层；

所述的溶液收集导排层由场内导排盲沟10(满铺碎石、导排花管)、四周截水沟9和混凝土面层构成；其中导排盲沟10形成于混凝土面层之中，通过导排盲沟10,使堆体中流入的液体经导排盲沟10收集流出，四周截水沟9形成于混凝土面层四周，并与导排盲沟10连接，以将导排盲沟10中的液体通过该截水沟9集结与导流。

所述的膜上保护层可以选用土工布或膨润土毯，本实例中选用600g/m ²无纺土工布作为膜上保护层；

所述的主防渗层建议选用HDPE土工膜，本实例中选用1.5mm厚HDPE土工膜作为主防渗层；

所述的膜下保护层可以选用粘土、土工布或膨润土毯，本实例中选用600g/m ²无纺土工布作为膜下保护层；

所述基础层需要压实以及保证表面的平整即可。

2)污染土壤预处理及筑堆：对清挖出来的污染土壤进行破碎筛分。本实例中采用ALLU破碎筛分斗进行污染土壤的破碎筛分。将污染土壤转运至步骤1)所构建的喷淋场地8上筑堆，形成堆体11。

3)在堆体11上方布设喷淋装置以便对污染土壤进行喷淋，喷淋系统如图2所示，包括：药剂池1、喷淋管路、泵体16以及溶液收集池3等。所述药剂池1通过泵体16连接主管路5一端，通过泵体16将药剂池1中的药剂泵入主管路中，同时所述主管路上设置有止回阀14、流量计15，泵体16的 两端设置有入口门17和出口门18，以形成主管路5的开关，同时还设置有过滤器12，避免药剂池1中未溶解颗粒或者杂质进入主管路5(直径50mm-70mm)，所述主管路5的另一端连接多个支管路6(直径25mm-30mm)，所述支管路6间隔一定距离设置于喷淋场地8的上方，各个支管路6上间隔设置有多个喷头7或者支管路6采用花管的形式，支管路6的设置根据喷淋场地的覆盖面积进行设置，可以田字格形分布或者同心圆形分布，距离堆体11的高度以及喷头7之间的间距或花管的各个孔眼的直径可以设计不做具体规范，以能够喷淋到喷淋场地8上所有土壤为基准。其中溶液收集池3连接溶液收集导排层的导排盲沟10(导排盲沟10汇聚与四周的截水沟9，通过连接截水沟9间接连接导排盲沟10)，能够将导排盲沟10中导出的废液收集，并连接废水处理设备2进行废水处理，废水处理设备2处理后的水融入到药剂池1中做溶剂，废水处理设备2一般包括药剂反应池，加入一些氢氧化钠或者石灰，将六价铬沉淀下来形成底泥，进行污泥处置，清水回用。

4)喷淋运行：本实例中所用土壤中六价铬总量为5670mg/kg，其中水溶性六价铬占比22.75％，酸溶性六价铬占比40.92％，本实例根据污染土壤性质及前期小试试验设计运行的药剂制度和喷淋制度。喷淋强度宜为10～40L/m ²·h，本实例中喷淋强度为20L/m ²·h左右。第一阶段喷淋过程淋洗液选择自来水，根据过程监测数据，当六价铬去除率达到25％以上时，停止第一阶段喷淋过程而开启第二阶段喷淋过程。第二阶段喷淋过程改为喷淋无机酸、有机酸、碱或碳酸钠等盐溶液的淋洗液，本实施例中复配绿色环保的盐溶液(如碳酸钠和硫酸钠的混合溶液，其中碳酸钠与硫酸钠的质量比满足3:1-5:1之间，具体混合溶液中的碳酸钠和硫酸钠的浓度不做规范，可以根据淋洗效果不断调整)作为淋洗药剂，根据过程监测数据，当六价铬去除率达到70％以上时，停止第二阶段喷淋过程而开启第三阶段喷淋过程。第三阶段喷淋过程喷淋还原液，还原剂可以是硫酸亚铁、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、焦亚硫酸钠等还原药剂，本实例中采用硫酸亚铁溶液(常用的化工领域使用浓度，浓度不做规范，且在修复过程中根据监测数据不断调整该溶液的浓度)作为还原药剂，根据过程监测数据，当土壤中六价铬总量和土壤浸出六价铬浓度满足修复目标(浸出液中六价铬浓度低于0.5mg/L)后，停止第三阶段喷淋。

本实施例中，喷淋运行1个月后，最终土壤采用《固体废物浸出毒性 浸出方法 翻转法》(GB5086.1-1997)制备浸出液，浸出液中六价铬浓度低于0.5mg/L，达到修复目标。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、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. 一种联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺，其特征在于，具体包括如下步骤：

   1)建设喷淋场地；

   2)污染土壤预处理及筑堆；

   3)在土堆上方布设喷淋装置；

   4)在药剂池中配制淋洗液；

   5)实施以酸碱盐作为淋洗液的喷淋过程，并判断土壤浸出液中污染物浓度是否满足修复目标，如不满足进行下一步骤；

   6)实施以还原剂作为淋洗液的喷淋过程，判断土壤浸出液中污染物浓度是否满足修复目标，如不满足，继续实施本步骤，直至满足修复目标。
2. 根据权利要求1所述的联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺，其特征在于，所述步骤5)在执行酸碱盐作为淋洗液的喷淋过程之前可以先执行以水作为淋洗液的喷淋过程。
3. 根据权利要求1所述的联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺，其特征在于，所述污染土壤预处理为污染的渣土经破碎筛分预处理后尺径小于4cm，运至喷淋场地上筑堆，筑堆高度为2～5m。
4. 根据权利要求1或2所述的联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺，其特征在于，各阶段的喷淋过程的喷淋强度为10～40L/m ²·h；当执行以水作为淋洗液的喷淋过程时，当污染土壤的污染物去除率达到25％以上时停止水喷淋，进入酸碱盐作为淋洗液的喷淋过程，当污染土壤的污染物去除率达到70％以上时停止喷淋，同时判断土壤浸出液中污染物浓度是否满足修复目标，如满足则停止修复工艺，如不满足进入步骤6)。
5. 根据权利要求1所述的联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺，其特征在于，所述酸碱盐作为淋洗液的喷淋过程中的淋洗液为无机酸、有机酸、碱或者碳酸钠溶液；所述还原剂为硫酸亚铁、亚硫酸钠、亚硫酸氢钠或焦亚硫酸钠。
6. 根据权利要求1或2所述的联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺，其特征在于，在各喷淋过程中，进行污染土壤中残余污染物浓度检测以及淋出液中污染物浓度检测，根据检测结果不断调整淋洗液的喷淋药 剂种类及浓度以及喷淋强度。
7. 一种适用于权利要求1所述的联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺的喷淋场地，其特征在于，所述喷淋场地具有防渗结构，由上至下依次包括溶液收集导排层、膜上保护层、主防渗层、膜下保护层和基础层。
8. 根据权利要求7所述的适用于联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺的喷淋场地，其特征在于，所述的溶液收集导排层由混凝土面层构成，该混凝土面层中设置有场内导排盲沟，四周设置有截水沟；所述的膜上保护层选用土工布或膨润土毯；所述的主防渗层选用HDPE土工膜；所述的膜下保护层选用粘土、土工布或膨润土毯；所述基础层经过压实以及表面处理。
9. 根据权利要求8所述的联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺的喷淋场地，其特征在于，所述喷淋场地还搭配设置有喷淋系统，所述喷淋系统包括药剂池、喷淋管路、泵体以及溶液收集池；所述喷淋管路包括主管路以及支管路，所述药剂池通过泵体连接主管路一端，通过泵体将药剂池中的药剂泵入主管路中，所述主管路的另一端连接多个支管路，所述支管路设置于喷淋场地的上方，各个支管路上间隔设置有多个喷头或者采用花管形式的支管路，所述溶液收集池连接溶液收集导排层的导排盲沟，能够将导排盲沟中导出的废液收集，并连接废水处理设备进行废水处理，废水处理设备处理后的水融入到药剂池中回用。
10. 根据权利要求9所述的联合使用化学淋洗与化学还原修复污染土壤的工艺，其特征在于，所述主管路上设置有止回阀，同时还设置有过滤器；所述主管路的直径为50mm-70mm，选择UPVC、PE或PPR管，所述支管路的直径为25mm-30mm，选择PE管，并且支管采用便于运行中拆卸及调整喷头布点位的软管。

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