一种砷污染土壤淋洗装置以及对砷污染土壤的处置方法
【专利摘要】一种砷污染土壤淋洗装置以及对砷污染土壤的处置方法，所述淋洗装置包括一个淋洗容器，所述淋洗容器由上到下包括：淋洗液储备室，第一过滤层，砷污染土壤层，第二过滤层，阻隔材料层和第三过滤层，在所述淋洗容器的底部侧面具有下端出水口，在所述容器的顶部侧面具有上端进水口，所述下端出水口通过连接管与上端入水口连接，在连接管中间具有泵以将下端出水口的流出的淋洗液抽取到上端入水口，在所述上端入水口处具有阀。该淋洗装置采用单循环结构，通过将土壤淋洗系统、淋洗液的安全处置系统与淋洗液的循环系统有效结合，实现重金属同土壤的分离、淋洗液的净化和淋洗液的循环利用。
【专利说明】一种砷污染土壤淋洗装置以及对砷污染土壤的处置方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及生态与环保领域，具体是，涉及一种砷污染土壤淋洗装置以及对砷污染土壤的处置方法。
【背景技术】
[0002]砷在地壳中的丰度排在第20位，含量为4.01 X 1016kg。世界土壤中砷浓度的平均值为6mg/kg,而我国为11.2mg/kg。由于砷的广泛存在和使用，造成许多国家砷污染的发生。我国是矿业大国，砷矿广泛分布在我国中南和西南的湖南、云南、广西、广东等省区，这些地区含砷矿的开采或冶炼过程中极易造成附近土壤污染。据不完全统计，在1956至1984年间，曾发生过30余起砷污染中毒事件。另外，我国污灌引起的土壤污染中，砷居第5位，土壤砷污染对人体健康和生态安全都存在着极大威胁。当前，砷污染安全处置理技术已成为环境科学领域关注的焦点问题之一。
[0003]土壤淋洗修复技术是将水或含有冲洗助剂的水溶液、酸/碱溶液、络合剂或表面活性剂等淋洗液注入到污染土壤或沉积物中，洗脱和清洗土壤中的污染物的过程，其技术研究开始于上世纪70年代，进入90年代后成为重金属污染的土壤治理的主流技术之一，根据2000年美国国家环保局的报告(U.S.EPA，2000)，在600多个政府资助的场地修复示范工程中，有4.2%的项目采用了土壤淋洗技术，但是淋洗处理对于砷污染治理方式应用过程中存在很多的弊端，并受到诸多因素限制。选择有效的淋洗剂是化学淋洗技术的关键。具体的来说:淋洗剂不能对土壤的理化性质造成严重破坏；淋洗剂要经济、高效；淋洗剂要对土壤中的重金属有很强的溶解能力；淋洗剂和重金属的结合体应当易于分离且可以往复利用，不对环境造成二次污染。因此，对于淋洗剂具有如下的几个关键问题:(I)淋洗剂的种类选择是淋洗技术的关键:不同的淋洗剂对土壤中污染物的萃出能力有很大的差异。如各种淋洗剂对重金属的螯合作用能力以及重金属螯合物的水溶性不同，这些都会影响到淋洗剂对重金属的淋洗效率。所以淋洗剂的选择取决于污染物的性质及土壤的特性。一般地具有强的螯合作用或具有强酸性的化学试剂对土壤中重金属的淋洗效果好。(2)淋洗液的浓度:不同淋洗剂对不同土壤中不同的污染物的淋洗有不同的最合适浓度，在此浓度下能取得高的污染物去除效率和低的淋洗剂消耗量，可以有效的提高淋洗效率，减低淋洗修复工程成本。(3)淋洗液的处理:传统淋洗处理方法通常需要消耗大量淋洗液，而且这一方法从某种程度上说只是将污染物转入淋洗液中，因此有必要对淋洗液进行处理及循环利用，否则土壤淋洗法的优势也难于发挥。(4) 二次污染防范:淋洗过程中淋洗液的处理不当容易造成环境的二次污染。
[0004]因此，如何选取安全高效淋洗液、实现淋洗效率的效果与成本最优化、通过有效方式对淋洗液采用简易可行工艺进行安全处置与防范二次污染是当前对砷污染安全处置技术的关键。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种砷污染土壤淋洗装置以及对砷污染土壤的处置方法，该砷污染土壤淋洗装置采用单循环结构，通过将土壤淋洗系统、淋洗液的安全处置系统与淋洗液的循环系统有效结合，实现重金属同土壤的分离、淋洗液的净化和淋洗液的循环利用。
[0006]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0007]—种砷污染土壤淋洗装置，包括一个淋洗容器，所述淋洗容器由上到下包括:淋洗液储备室，第一过滤层，砷污染土壤层，第二过滤层，阻隔材料层和第三过滤层，在所述淋洗容器的底部侧面，即所述第三过滤层的底部侧面具有下端出水口，在所述容器的顶部侧面，即所述淋洗液储备室的顶部侧面具有上端进水口，所述下端出水口通过连接管与上端入水口连接，在连接管中间具有泵以将下端出水口的流出的淋洗液抽取到上端入水口，在所述上端入水口处具有阀以开闭所述连接管，其中所述淋洗液储备室用于储备淋洗液，各个过滤层包含有过滤层材料，所述阻隔材料层包含有对淋洗液中的砷进行阻隔吸附的阻隔材料。
[0008]优选地，在所述下端出水口处具有微孔滤板进行封堵，所述微孔滤板的厚度为
0.5cm,所述微孔滤板的孔径为〈2.0mm。
[0009]优选地，所述淋洗液储备室的高度为30cm，所述连接管为PVC管，所述PVC管的直径为2.0cm ;所述泵的额定功率为P = 1.0KW。
[0010]一种利用上述的砷污染土壤淋洗装置对砷污染土壤的处置方法，包括如下步骤:
[0011](I) 土壤筛分:对砷污染土壤进行筛分处理，去除土壤中大块石块；
[0012](2)过滤层材料的选定:确定所述淋洗装置中过滤层材料的种类和用量；
[0013](3)阻隔材料的选定:确定所述淋洗装置中阻隔材料的种类、配比与用量；
[0014](4)淋洗液的选定:根据污染土壤理化性质确定淋洗液的种类、浓度与用量；
[0015](5)材料分层填充:将所选定的过滤层材料以及待处理的砷污染土壤填充至所述砷污染土壤淋洗装置中；
[0016](6)淋洗处理:在所述泵与重力作用下，对所述砷污染土壤进行淋洗，淋洗液经过所述阻隔材料净化，并通过下端出水口和上端进水口实现所述淋洗液的循环利用；
[0017](7)动态监测:在淋洗过程中对砷污染土壤实施动态监测，当土壤砷含量达到标准，停止淋洗过程，洁净土壤可再利用；
[0018](8)阻隔材料处置:对所述阻隔材料进行安全处置。
[0019]优选地，在本方法的各个步骤中:
[0020]步骤(I)中对砷污染土壤的破碎处理直径要求优选为〈2.0cm,以确保含砷污染土壤与淋洗液能够充分混合接触，提高淋洗效率。
[0021]步骤(2)中过滤层材料选用优选为:石英砂和/或尼龙纱布；石英砂直径要求为〈2.0cm ;尼龙纱布要求孔径〈12目/寸，以降低由于淋洗液对土壤冲刷从而导致堵塞淋洗通道的风险。
[0022]步骤(3)中阻隔材料(即除砷材料)选用活性炭与零价铁，其体积比优选为1:2，混合方式为充分搅拌混合，其作为砷的吸附材料对淋洗后的含砷淋洗液中的砷有效去除。
[0023]步骤⑷中淋洗液优选为10%的KH2PO4溶液，淋洗液与砷污染土壤的用量体积比优选为2:5。P043_和As043_物理化学性质相近，在结构上均属于四面体，且晶型相同，可以实现同晶置换，将As043_从土壤进入溶液环境，加速淋洗过程。
[0024]步骤(5)中过滤层材料以及待处理的砷污染土壤的填充顺序与厚度由下到上依次优先为:所述第三过滤层依次为厚度为IOcm的第三石英砂层9和厚度为0.2cm的第三尼龙层8 ;厚度为20cm的阻隔材料层7 ;所述第二过滤层依次为厚度为0.2cm的第二尼龙纱布层6、厚度为5cm的第二石英砂层5和厚度为0.2cm的第一尼龙纱布层6 ;厚度为80cm的砷污染土壤层3 ;以及所述第一过滤层为厚度为5cm的第一石英砂层2。
[0025]步骤(6)中淋洗处理过程首先通过上端入水口 14加入淋洗液，淋洗液添加高度优先为30cm，然后启动泵10。
[0026]步骤(7)中对砷污染土壤中砷含量进行动态监测，环境质量参照标准优选为《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)，土壤砷含量达到该标准对砷含量的限值要求后停止淋洗过程，洁净土壤可以再利用。
[0027]步骤(8)对优选为多次淋洗后对阻隔材料进行安全处置，处置方法优选为参照《危险废物收集、贮存、运输技术规范》(HJ2025-2012)。
[0028]本发明的砷污染土壤安全处置方法采用单循环结构，通过将土壤淋洗系统、淋洗液的安全处置系统与淋洗液的循环系统有效结合，实现重金属同土壤的分离、淋洗液的净化和淋洗液的循环利用。本发明对砷污染土壤进行处置的方法改变了传统的淋洗处理方式，集污染土壤淋洗、淋洗液净化处理和淋洗液循环利用为一体，有效的解决了淋洗液净化处理的复杂工艺工序。通过本方法，污染土壤中重金属集中于可渗透反应材料层，即阻隔材料层，土壤安全处置后，可以集中对阻隔材料进行安全处置。通过本装置的反复淋洗，污染土壤中重金属含量达到土壤环境质量标准(GB15618-1995)，可以再次利用；淋洗液中污染物含量符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)限值要求，循环利用结束后可以安全排放。本方法工艺程序简单、操作简易、成本低、效率高、可以实现砷污染土壤治理的规模化与工程化应用，同时，整个工艺而流程污染物均在密闭空间内，有效的避免污染治理过程中二次污染的产生，可广泛应用于不同浓度砷污染土壤的安全处置。
【专利附图】
【附图说明】
[0029]图1是根据本发明具体实施例的砷污染土壤淋洗装置；
[0030]图2是利用本发明的砷污染土壤淋洗装置对砷污染土壤进行安全处置的方法。
[0031]图中的附图标记所分别指代的技术特征为:
[0032]1、淋洗液储备室；2、第一石英砂层；3、砷污染土壤层；4、第一尼龙纱布层；5、第二石英砂层；6、第二尼龙纱布层；7、阻隔材料层；8、第三尼龙纱布层；9、第三石英砂层；10、泵；11、下端出水口 ；12、微孔滤板；13、连接管；14、上端进水口 ；15、阀。
【具体实施方式】
[0033]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0034]参见图1，公开了根据本发明的具体实施例的砷污染土壤淋洗装置。所述砷污染土壤淋洗装置包括一个大的淋洗容器，所述容器由上到下包括:淋洗液储备室1，第一过滤层2，砷污染土壤层3，第二过滤层，阻隔材料层7和第三过滤层，在所述容器的底部侧面，即所述第三过滤层的底部侧面具有下端出水口 11，在所述容器的顶部侧面，即所述淋洗液储备室I的顶部侧面具有上端进水口 14。所述下端出水口 11通过连接管13与上端入水口 14连接，在连接管13中间具有泵10以将下端出水口的流出的淋洗液抽取到上端入水口 14，从而形成“连接管-泵-连接管”的结构，在所述上端入水口 14处具有阀15以开闭所述连接管13。
[0035]其中所述淋洗液储备室I储备淋洗液，各个过滤层包含有过滤材料。所述阻隔材料层包含有对淋洗液中的砷进行阻隔吸附的阻隔吸附材料。
[0036]优选地，在下端出水口 11处具有微孔滤板12进行封堵。所述微孔滤板12的厚度优选为0.5cm,所述微孔滤板的孔径优选为〈2.0mm。
[0037]优选地，所述淋洗容器上层的淋洗液储备室的高度优选为30cm，所述连接管优选为PVC管，所述PVC管的直径优选为2.0cm ;所述泵15的额定功率优选为P = 1.0KW。
[0038]参见图2，公开了利用图1的所示的砷污染土壤淋洗装置对砷污染土壤进行物理化学的安全处置的方法，所述方法包括如下步骤:
[0039](I) 土壤筛分:对砷污染土壤进行筛分处理，去除土壤中大块石块；
[0040](2)过滤层材料的选定:确定所述淋洗装置中过滤层材料的种类和用量；
[0041](3)阻隔材料的选定:确定所述淋洗装置中阻隔材料的种类、配比与用量；
[0042](4)淋洗液的选定:根据污染土壤理化性质确定淋洗液的种类、浓度与用量；
[0043](5)材料分层填充:将所选定的过滤层材料以及待处理的砷污染土壤填充至所述砷污染土壤淋洗装置中；
[0044](6)淋洗处理:在所述泵与重力作用下，对所述砷污染土壤进行淋洗，淋洗液经过所述阻隔材料净化，并通过下端出水口和上端进水口实现所述淋洗液的循环利用；
[0045](7)动态监测:在淋洗过程中对砷污染土壤实施动态监测，当土壤砷含量达到标准，例如《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)三级标准对砷限值要求后，停止淋洗过程，洁净土壤可再利用；
[0046](8)阻隔材料处置:对所述阻隔材料进行安全处置。
[0047]优选地，在本方法的各个步骤中:
[0048]步骤(I)中对砷污染土壤的破碎处理直径要求优选为〈2.0cm,以确保含砷污染土壤与淋洗液能够充分混合接触，提高淋洗效率。
[0049]步骤(2)中过滤层材料选用优选为:石英砂和/或尼龙纱布；石英砂直径要求为〈2.0cm ;尼龙纱布要求孔径〈12目/寸，以降低由于淋洗液对土壤冲刷从而导致堵塞淋洗通道的风险。
[0050]步骤(3)中阻隔材料(即除砷材料)选用活性炭与零价铁，其体积比优选为1:2，混合方式为充分搅拌混合，其作为砷的吸附材料对淋洗后的含砷淋洗液中的砷有效去除。
[0051]步骤⑷中淋洗液优选为10%的KH2PO4溶液，淋洗液与砷污染土壤的用量体积比优选为2:5。P043_和As043_物理化学性质相近，在结构上均属于四面体，且晶型相同，可以实现同晶置换，将As043_从土壤进入溶液环境，加速淋洗过程。
[0052]步骤(5)中过滤层材料以及待处理的砷污染土壤的填充顺序与厚度由下到上依次优先为:所述第三过滤层依次为厚度为IOcm的第三石英砂层9和厚度为0.2cm的第三尼龙层8 ;厚度为20cm的阻隔材料层7 ;所述第二过滤层依次为厚度为0.2cm的第二尼龙纱布层6、厚度为5cm的第二石英砂层5和厚度为0.2cm的第一尼龙纱布层6 ;厚度为80cm的砷污染土壤层3 ;以及所述第一过滤层为厚度为5cm的第一石英砂层2。
[0053]步骤(6)中淋洗处理过程首先通过上端入水口 14加入淋洗液，淋洗液添加高度优先为30cm，然后启动泵10。
[0054]步骤(7)中对砷污染土壤中砷含量进行动态监测，环境质量参照标准优选为《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)，土壤砷含量达到该标准对砷含量的限值要求后停止淋洗过程，洁净土壤可以再利用。
[0055]步骤(8)对优选为多次淋洗后对阻隔材料进行安全处置，处置方法优选为参照《危险废物收集、贮存、运输技术规范》(HJ2025-2012)。
[0056]下面的实施例可以使本领域的普通技术人员更全面的理解本发明，但不以任何方式限值本发明。
[0057]土壤砷全量分析采用:GB/T22105.2-2008 土壤中总砷的测定法(原子荧光法)测定。
[0058]具体实施步骤如图2所示；材料填充与结构如图1所示。
[0059](I) 土壤筛分:根据《土壤环境监测技术规范》(HJ-T166-2004)对某砷污染场地土壤采集，对采集样品进行破碎筛分，测定样品总砷含量。样品砷浓度由低到高依次为:65.5mg/kg、230.lmg/kg>1512.2mg/kg、4873.9mg/kg>23865.3mg/kg。
[0060](2)选用直径D〈2.0cm石英砂和孔径〈12目/寸的尼龙纱布作为过滤层材料，备用。
[0061](3)选用体积比为2:1的活性炭与零价铁作为阻隔材料(除砷材料)，对阻隔材料充分混合，备用。
[0062](4)使用KH2PO4与自来水配制10 % KH2PO4溶液作为淋洗液，备用。
[0063](5)在如图1所示的淋洗装置中填充所选定的材料以及待处理的砷污染土壤，各材料的填充顺序与厚度由下到上依次为:厚度为IOcm的第三石英砂层9，厚度为0.2cm的第三尼龙层8，厚度为20cm的阻隔材料层7，厚度为0.2cm的第二尼龙纱布层6，厚度为5cm的第二石英砂层，厚度为0.2cm第一尼龙纱布层6，厚度为80cm的砷污染土壤层3，厚度为5cm的第一石英砂层2。
[0064](6)通过上端进水口加入步骤(4)配制的10% KH2PO4淋洗液，淋洗液添加高度为30cm ;添加完毕后进水口同连接管连接，启动泵。
[0065](7)淋洗过程中对土壤中砷含量进行动态监测，土壤砷含量达《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)对砷含量的限值要求后停止淋洗过程，淋洗液可多次、循环利用。
[0066](8)多次淋洗后对阻隔材料进行安全处置，处置方法参照《危险废物收集、贮存、运输技术规范》(HJ2025-2012)。
[0067]砷污染土壤动态监测过程如下表。
[0068]土壤砷含量动态监测表单位:mg/kg
[0069]
【权利要求】
1.一种砷污染土壤淋洗装置，包括一个淋洗容器，所述淋洗容器由上到下包括:淋洗液储备室，第一过滤层，砷污染土壤层，第二过滤层，阻隔材料层和第三过滤层，在所述淋洗容器的底部侧面，即所述第三过滤层的底部侧面具有下端出水口，在所述容器的顶部侧面，即所述淋洗液储备室的顶部侧面具有上端进水口，所述下端出水口通过连接管与上端入水口连接，在连接管中间具有泵以将下端出水口的流出的淋洗液抽取到上端入水口，在所述上端入水口处具有阀以开闭所述连接管， 其中所述淋洗液储备室用于储备淋洗液，各个过滤层包含有过滤层材料，所述阻隔材料层包含有对淋洗液中的砷进行阻隔吸附的阻隔材料。
2.根据权利要求1所述的砷污染土壤淋洗装置，其特征在于: 在所述下端出水口处具有微孔滤板进行封堵，所述微孔滤板的厚度为0.5cm，所述微孔滤板的孔径为〈2.0mm。
3.根据权利要求1所述的，其特征在于: 所述淋洗液储备室的高度为30cm，所述连接管为PVC管，所述PVC管的直径为2.0cm ；所述泵的额定功率为P = 1.0KW。
4.一种利用权利要求1-3中任意一项所述的砷污染土壤淋洗装置对砷污染土壤的处置方法，包括如下步骤: (1)土壤筛分 :对砷污染土壤进行筛分处理，去除土壤中大块石块； (2)过滤层材料的选定:确定所述淋洗装置中过滤层材料的种类和用量； (3)阻隔材料的选定:确定所述淋洗装置中阻隔材料的种类、配比与用量； (4)淋洗液的选定:根据污染土壤理化性质确定淋洗液的种类、浓度与用量； (5)材料分层填充:将所选定的过滤层材料以及待处理的砷污染土壤填充至所述砷污染土壤淋洗装置中； (6)淋洗处理:在所述泵与重力作用下，对所述砷污染土壤进行淋洗，淋洗液经过所述阻隔材料净化，并通过下端出水口和上端进水口实现所述淋洗液的循环利用； (7)动态监测:在淋洗过程中对砷污染土壤实施动态监测，当土壤砷含量达到标准，停止淋洗过程，洁净土壤可再利用； (8)阻隔材料处置:对所述阻隔材料进行安全处置。
5.根据权利要求4所述的处置方法，其特征在于: 步骤(1)中对砷污染土壤的破碎处理直径要求为〈2.0cm0
6.根据权利要求4所述的处置方法，其特征在于: 步骤(2)中过滤层材料选用为:石英砂和/或尼龙纱布；石英砂直径要求为〈2.0cm ;尼龙纱布要求孔径〈12目/寸。
7.根据权利要求4所述的处置方法，其特征在于: 步骤(3)中阻隔材料选用活性炭与零价铁，将其按照体积比1:2充分搅拌混合。
8.根据权利要求4所述的处置方法，其特征在于: 步骤⑷中淋洗液为10%的KH2PO4溶液，淋洗液与砷污染土壤的用量体积比为2:5。
9.根据权利要求4所述的处置方法，其特征在于: 步骤(5)中过滤层材料以及待处理的砷污染土壤的填充顺序与厚度由下到上依次为:所述第三过滤层依次为厚度为IOcm的第三石英砂层和厚度为0.2cm的第三尼龙层；厚度为20cm的阻隔材料层；所述第二过滤层依次为厚度为0.2cm的第二尼龙纱布层、厚度为5cm的第二石英砂层和厚度为0.2cm的第一尼龙纱布层；厚度为80cm的砷污染土壤层；以及所述第一过滤层为厚度为5cm的第一石英砂层。
10.根据权利要求4所述的处置方法，其特征在于: 步骤(6)中淋洗处理过程首先通过上端入水口加入淋洗液，淋洗液添加高度为30cm，然后启动栗； 步骤(8)中是在多次淋洗后对阻隔材料进行安全处置。
【文档编号】B09C1/08GK103990646SQ201410171464
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年4月25日 优先权日:2014年4月25日
【发明者】卜庆国, 张春禹, 王新民, 徐奥, 张娇, 段高旗 申请人:路域生态工程有限公司