一种重金属污染土壤淋洗修复系统及方法与流程

本发明属于土壤修复技术领域，涉及一种重金属污染土壤淋洗修复系统及方法。

背景技术：

随着现代农业的不断发展，土壤的污染问题日趋严重，其中重金属在土壤中较其他污染物稳定，难以被自然降解，只会发生形态的变化和迁移，形成了在土壤中积累的特性。一般而言，重金属污染土壤的修复的主要途径包括：改变重金属的存在状态，降低其活性，使其钝化，脱离食物链，减小其毒性；利用特殊植物吸收土壤中的重金属，然后将该植物除去；用工程技术将重金属变为可溶态、游离态，经过淋洗后收集淋洗液中的重金属，从而达到回收重金属和减少土壤中重金属的双重目的。

目前，重金属污染土壤的修复方法主要包括物理修复、化学修复和生物修复等，其中，化学修复是指向污染土壤、水体中投入改良剂、抑制剂，使重金属离子发生吸附、氧化还原、沉淀或拮抗等作用，从而降低其生物有效性，具有修复时间短、费用低、适用范围广、效果明显、方法相对成熟，对于中低浓度重金属的污染土壤具有较好的应用前景，但是目前所用修复剂一般为固体，固化重金属后仍留存于土壤中，容易产生二次污染，因此，选用土壤淋洗法，即采用修复溶液进行土壤修复，再将修复液排出，但目前如何将修复液排出涉及较少。

cn105586044a公开了一种适用于稻田土壤镉污染的复合钝化剂，以壳聚糖、钠基膨润土、骨粉、石灰、生物炭、zno以及纳米feo为主要原料组成，属于固相修复剂，通过多种药剂的配合来修复污染土壤，但该钝化剂对酸性土壤适用性较好，但对碱性土壤的处理效果明显减弱，适用范围有限。cn107309266a公开了一种复合重金属重度污染土壤的淋洗方法，通过采用氯化铁和柠檬酸复配组成淋洗剂，但该方法需要将污染土壤过筛，采用的是异位淋洗法，所需成本较高，且土壤中营养物质容易流失。

综上所述，选择土壤修复液进行土壤修复时，还需在原位淋洗的基础上实现淋洗液的流出、收集，减少土壤物质的流失。

技术实现要素：

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种重金属污染土壤淋洗修复系统及方法，所述系统通过地上、地下管道的设置，可以在将污染土壤中的重金属原位去除的同时，也能够将淋洗液排出，避免重金属留存于土壤中，且不会造成土壤肥力的降低。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种重金属污染土壤淋洗修复系统，所述系统包括地上单元和地下单元，所述地上单元包括平行设置的喷淋管，所述喷淋管上设置有喷淋头；所述地下单元包括交错设置的收集管，所述收集管靠近地面的一侧设有孔。

本发明中，对于重金属污染土壤的修复，淋洗液将重金属淋洗出来还需要排出，因此在地下交错设置收集管，使得土壤能够被充分覆盖到；收集管的上半部分设孔便于淋洗液进入，下半部分则为正常管路，使得收集的淋洗液流出；所述系统通过简单的管路设计构成的修复系统，可以实现土壤中重金属的高效去除，土壤治理效果好。

本发明中，所述系统也可以称为装置、设备或者其组合等。

以下作为本发明优选的技术方案，但不作为本发明提供的技术方案的限制，通过以下技术方案，可以更好地达到和实现本发明的技术目的和有益效果。

作为本发明优选的技术方案，所述喷淋管等间距设置，所述喷淋管上的喷淋头等间距设置。

优选地，所述相邻喷淋管上的喷淋头错开设置。

优选地，所述喷淋头的四周全方向上设有喷淋口。

本发明中，地上管路的设置较为简单，主要为实现淋洗液的均匀喷淋，因此，喷淋管及其上的喷淋头等间距设置，相邻喷淋管上的喷淋头错开设置均有助于实现这一目的；而喷淋管、喷淋头间距的设置与喷淋液的使用量及单个喷淋头的可覆盖范围有关。

作为本发明优选的技术方案，所述收集管沿两个方向设置，每一个方向上多根收集管平行设置。

优选地，两个方向的收集管在交错处连接。

优选地，两个方向上的收集管的夹角为60～90度，例如60度、65度、70度、75度、80度、85度或90度等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用，优选为90度。

本发明中，两个方向交错设置可以充分覆盖待处理土壤区域，但两者的夹角不宜过小，否则会造成分布不均匀，因此设为60～90度，优选为两者垂直交叉，即为90度。

作为本发明优选的技术方案，所述收集管包覆有透水材料。

优选地，每根收集管由两部分组成，上半部分为带孔塑料管，下半部分为不带孔塑料管。

本发明中，收集管外包覆透水材料，以避免土壤直接与收集管接触，造成收集管堵塞；而收集管两部分的设计则是为了更好的是淋洗液进入并流动。

优选地，所述收集管的下游端设有收集井。

作为本发明优选的技术方案，所述地下单元的收集管设置于沟槽中。

优选地，所述沟槽的坡降为0.5～1％，例如0.5％、0.6％、0.7％、0.8％、0.9％或1％等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

本发明中，铺设收集管前需要先挖沟槽，而沟槽设置一定的坡度，相应的收集管也呈一定坡度，有助于淋洗液在管道中的快速流动。

优选地，所述沟槽的横截面形状为倒梯形。

作为本发明优选的技术方案，所述沟槽中收集管的上方填充固体颗粒，形成隔淋层。

优选地，所述隔淋层的上方覆盖原待修复土壤。

本发明中，在收集管上方填充固体颗粒，可以使下移的淋洗液先经过一次过滤，再进入收集管，也可以将上半部分的收集管与土壤隔绝开来，进一步避免土壤堵塞微孔管道；隔淋层上方覆盖挖设沟槽时挖出的土壤至填平沟槽。

另一方面，本发明提供了一种采用上述系统进行重金属污染土壤淋洗修复的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)上述重金属污染土壤淋洗修复系统铺设完成后，淋洗液经喷淋管喷洒到待修复土壤表面，进入土壤发生反应，得到含重金属的淋洗液；

(2)步骤(1)得到的含重金属的淋洗液下移进入收集管，经收集管排出。

本发明中，淋洗液的选择，需要将重金属离子从土壤颗粒转移到液相中去，从而随淋洗液进入收集管，达到从土壤中去除的效果。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述淋洗液包括有机酸或碱性物质。

优选地，所述有机酸包括乙二胺四乙酸、苹果酸或柠檬酸中任意一种或至少两种的组合，所述组合典型但非限制性实例有：乙二胺四乙酸和苹果酸的组合，苹果酸和柠檬酸的组合，乙二胺四乙酸、苹果酸和柠檬酸的组合等。

优选地，所述碱性物质包括生物碱。

本发明中，淋洗液的选择可以根据污染土壤的酸碱性而调整，若为碱性土壤可加入酸性淋洗液，而若为酸性土壤可加入碱性淋洗液，选择有机酸或生物碱可与重金属相结合，从其土壤进入淋洗液中。

作为本发明优选的技术方案，步骤(1)所述淋洗液还包括生物表面活性剂。

优选地，所述生物表面活性剂包括鼠李糖脂和/或脂蛋白。

本发明中，选择生物表面活性剂可有效调整土壤性质，有助于重金属离子的转化，更容易进入到液相中。

优选地，所述有机酸或碱性药剂与生物表面活性剂的摩尔比为(1～4):1，例如1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1或4:1等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。

作为本发明优选的技术方案，步骤(2)所述含重金属的淋洗液经带孔的收集管汇集至收集井，进行集中处理。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明所述系统通过地上、地下管道以及收集管结构的设计，再辅以淋洗液，可以将污染土壤中的重金属原位去除，去除率可达70％以上；

(2)本发明所述系统能够在重金属洗出后经收集管排出，而非单纯的重金属固化，避免重金属留存于土壤中，也不会造成土壤肥力的降低。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的重金属污染土壤淋洗修复系统中地上单元的结构示意图；

图2是本发明实施例1提供的重金属污染土壤淋洗修复系统中地下单元的结构示意图；

其中，1-喷淋管，2-喷淋头，3-收集管。

具体实施方式

为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，下面对本发明以具体实施方式进一步详细说明。但下述的实施例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明保护范围以权利要求书为准。

本发明具体实施方式部分提供了一种重金属污染土壤淋洗修复系统及方法，所述系统包括地上单元和地下单元，所述地上单元包括平行设置的喷淋管1，所述喷淋管1上设置有喷淋头2；所述地下单元包括交错设置的收集管3，所述收集管3靠近地面的一侧设有孔。

所述方法包括以下步骤：

(1)上述重金属污染土壤淋洗修复系统铺设完成后，淋洗液经喷淋管1喷洒到待修复土壤表面，进入土壤发生反应，得到含重金属的淋洗液；

(2)步骤(1)得到的含重金属的淋洗液下移进入收集管3，经收集管3排出。

以下为本发明典型但非限制性实施例：

实施例1：

本实施例提供了一种重金属污染土壤淋洗修复系统，所述系统包括地上单元和地下单元，所述地上单元的结构示意图如图1所示，包括平行设置的喷淋管1，所述喷淋管1上设置有喷淋头2；所述地下单元的结构示意图如图2所示，包括交错设置的收集管3，所述收集管3靠近地面的一侧设有孔。

所述喷淋管1等间距设置，所述喷淋管1上的喷淋头2等间距设置；相邻喷淋管1上的喷淋头2错开设置，所述喷淋头2的四周全方向上设有喷淋口。

所述收集管3沿两个方向设置，每一个方向上多根收集管3平行设置，两个方向的收集管3在交错处连接，两个方向上的收集管的夹角为90度。

所述收集管3包覆有透水无纺布；每根收集管3由两部分组成，上半部分为带孔塑料管，下半部分为不带孔塑料管。

所述收集管3的下游端设有收集井。

所述地下单元的收集管3设置于沟槽中，沟槽的坡降为1％；沟槽的横截面形状为倒梯形。

所述沟槽中收集管3的上方填充固体颗粒，形成隔淋层，所述隔淋层的上方覆盖原待修复土壤。

实施例2：

本实施例提供了一种重金属污染土壤淋洗修复系统，所述系统包括地上单元和地下单元，所述地上单元包括平行设置的喷淋管1，所述喷淋管1上设置有喷淋头2；所述地下单元包括交错设置的收集管3，所述收集管3靠近地面的一侧设有孔。

所述喷淋管1等间距设置，所述喷淋管1上的喷淋头2等间距设置；相邻喷淋管1上的喷淋头2错开设置，所述喷淋头2的四周全方向上设有喷淋口。

所述收集管3沿两个方向设置，每一个方向上多根收集管3平行设置，两个方向的收集管3在交错处连接，两个方向上的收集管的夹角为60度。

所述收集管3包覆有透水无纺布；每根收集管3由两部分组成，上半部分为带孔塑料管，下半部分为不带孔塑料管。

所述收集管3的下游端设有收集井。

所述地下单元的收集管3设置于沟槽中，沟槽的坡降为0.6％；沟槽的横截面形状为倒梯形。

所述沟槽中收集管3的上方填充固体颗粒，形成隔淋层，所述隔淋层的上方覆盖原待修复土壤。

实施例3：

本实施例提供了一种重金属污染土壤淋洗修复的方法，所述方法采用实施例1中的系统进行，包括以下步骤：

(1)实施例1中的土壤淋洗修复系统铺设完成后，淋洗液经喷淋管1喷洒到待修复土壤表面，所述淋洗液包括浓度为0.1mol/l的乙二胺四乙酸和0.05mol/l的鼠李糖脂，淋洗液进入土壤发生反应，得到含重金属的淋洗液；

(2)步骤(1)得到的含重金属的淋洗液下移进入收集管3，经收集管3汇集至收集井，进行集中处理。

本实施例中，采用所述系统配合淋洗液进行土壤修复，重金属元素的洗脱率可达78％左右，所用淋洗液对土壤无污染，还可回收淋洗液及重金属元素。

实施例4：

本实施例提供了一种重金属污染土壤淋洗修复的方法，所述方法采用实施例2中的系统进行，包括以下步骤：

(1)实施例2中的土壤淋洗修复系统铺设完成后，淋洗液经喷淋管1喷洒到待修复土壤表面，所述淋洗液包括浓度为0.05mol/l的麻黄碱和0.05mol/l的脂蛋白，淋洗液进入土壤发生反应，得到含重金属的淋洗液；

(2)步骤(1)得到的含重金属的淋洗液下移进入收集管3，经收集管3汇集至收集井，进行集中处理。

本实施例中，采用所述系统配合淋洗液进行土壤修复，重金属元素的洗脱率可达75％左右，所用淋洗液及重金属元素还可回收。

实施例5：

本实施例提供了一种重金属污染土壤淋洗修复的方法，所述方法采用实施例1中的系统进行，包括以下步骤：

(1)实施例1中的土壤淋洗修复系统铺设完成后，淋洗液经喷淋管1喷洒到待修复土壤表面，所述淋洗液包括浓度为0.2mol/l的苹果酸和0.05mol/l的柠檬酸，淋洗液进入土壤发生反应，得到含重金属的淋洗液；

(2)步骤(1)得到的含重金属的淋洗液下移进入收集管3，经收集管3汇集至收集井，进行集中处理。

本实施例中，采用所述系统配合淋洗液进行土壤修复，淋洗液中只采用了有机酸而未使用生物表面活性剂，重金属元素的洗脱率可达70％左右，所用淋洗液对土壤无污染，还可回收淋洗液及重金属元素。

综合上述实施例可以看出，本发明所述系统通过地上、地下管道以及收集管结构的设计，再辅以淋洗液，可以将污染土壤中的重金属原位去除，去除率可达70％以上；所述系统能够在重金属洗出后经收集管排出，而非单纯的重金属固化，避免重金属留存于土壤中，也不会造成土壤肥力的降低。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细系统及方法，但本发明并不局限于上述详细系统及方法，即不意味着本发明必须依赖上述详细系统及方法才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明系统部件的等效替换及辅助部件的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。