专利名称：一种砷污染土壤及废弃物的淋洗修复装置与修复方法
技术领域：
本发明涉及一种砷污染土壤和废弃物(尾矿渣、底泥)淋洗修复技术及废液回收处理技术，特别是一种砷污染土壤及废弃物的淋洗修复装置与修复方法，属于环境工程技术领域，实现土壤淋洗和渗滤液处理回收循环利用的一体化，可广泛应用于在土壤淋洗、化工、冶金等行业中产生的各种含砷废物的的处理。
背景技术：
由于砷的广泛存在和使用，造成许多国家砷污染状况严重。在美国新泽西州的许多农田、果园的土壤均受到了严重的砷污染，据统计，在1900至1980年间，大约有6804吨的砷以农药的形式进入到土壤，比利时每年从大气进入土壤中的砷为15g/ha。在澳大利亚，共有超过I万个土壤砷污染场地。美国环境保护署(USEPA)把砷定为表土污染的五大有害元素之一。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，同时，产生大量砷污染废弃物，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。在我国南方一些地区，采矿和冶炼厂水稻田的砷污染现象日趋严重，湖南常宁县大面积的水稻已遭受到砷污染，其含量为92-840mg/kg，远远超出土壤的背景值。广西、湖南两省受到砷污染的土壤至少有上千平方公里。另外，我国污灌引起的土壤污染中，砷居第5位。修复砷污染土壤和废弃物是一个亟待解决的问题，淋洗法作为一种有效手段，正在被一些国家研究应用。淋洗法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。淋洗液可以是水、化学溶液，同时，淋洗后的含砷废液处理已成为眼下棘手的问题。根据现有资料，目前针对重金属污染土壤和废弃物淋洗修复装置及淋洗废液处理方法存在以下不足之处(I) 土壤和废弃物都需要进行筛分、搅拌等前处理过程，严重破坏的土壤的理化性质。(2)装置设计复杂，成本能耗过高，且实用性不强。(3)对污染物的去除效果不佳，产生的淋洗废液没有回收再利用，对环境会造成二次污染。
发明内容
本发明技术解决问题克服现有技术的不足，提供一种半自动化的、快速、经济、有效的、原地异位/异位用于砷污染土壤及废弃物的淋洗修复装置与修复方法，对砷污染土壤和废弃物(尾矿渣、底泥)不需经过前处理就可以直接进行淋洗，此方法也可推广应用于原地异位淋洗修复其他污染物，实现淋洗废液循环再利用。本发明技术解决方案一种砷污染土壤及废弃物的淋洗修复装置，包括淋喷装置淋洗槽、卸料开关、过滤防堵塞装置、废液取样口、淋洗废液处理罐、砷吸附装置、砷吸附材料替换开关、淋洗滤液储存罐、电动泵、淋洗剂贮存罐、干粉料斗、自来水进水管道、电磁阀、投料电机、物位计、液体搅拌器、液位计、溶液浓度检验装置、流量计、淋洗剂输送管道、报警器、触摸屏操作系统、电控柜组成；砷吸附装置由打孔不锈钢板、打孔PVC板、300g/m2长丝土工布、砷吸附材料组成。所述淋喷装置、卸料开关、过滤防堵塞装置位于淋洗槽中， 分别用于对污染物的淋洗，将污染物排出的开关，防止泥沙堵塞淋洗废液排放口 ；废液取样口用于监控废液污染物含量；砷吸附装置位于淋洗废液处理罐中，用于净化处理淋洗废液; 淋洗滤液储存罐用来回收净化后的淋洗剂；所述物位计安装在干粉料斗中，用于低位报警， 投料电机用于向淋洗剂贮存罐中投加固体制剂，干粉料斗、自来水进水管路和电动泵用于向淋洗剂贮存罐中加入水和液体制剂；液体搅拌装置用来使淋洗剂混合均匀，液位计和溶液浓度检验装置，用来监控和调节贮存罐中淋洗剂的体积和浓度；电磁阀、电动泵和流量计用来控制输送至淋喷装置中淋洗剂的流速及用量；电控柜上的触摸屏操作系统用于控制所有设施的运行，报警器对淋洗剂和物料的数量进行预警。
所述砷污染土壤和废弃物(尾矿渣、底泥)淋洗修复装置，通过触摸屏操作系统进行控制，可以选择手动操作/自动运行，也可以选择配置固体制剂/液体制剂/回收试剂， 并可以设置投加比例等相关参数，以及显示即时的淋洗剂浓度、体积、流量等参数。
所述的砷污染物淋洗修复装置，当干粉料斗中物料位于低位时，报警器会发出警报，提醒操作者添加物料；当淋洗剂贮存罐中液体位于低液位时，报警器也会发出警报，同时，电磁阀关闭，电动泵停止向淋喷装置中泵送淋洗剂，另一个电动泵开始运行将淋洗滤液储存罐中的试剂泵入淋洗剂贮存罐中，此时系统会自动打开进水电磁阀，并启动投料电机和液体搅拌装置，开始配料，待混合制剂罐中液位达到高位时，电磁阀开启，电动泵重新启动。
所述的砷污染物淋洗砷吸附装置，由两层土工布和打孔PVC板中间填放砷吸附材料(纯度为99%三氧化二铁和99%活性炭按照相同比例构成)，底部为打孔不锈钢板作为加固支撑。
本发明用于修复砷污染土壤和废弃物(尾矿渣、底泥)的方法如下将磷酸二氢钾固体制剂加入干粉料斗中，将不少于5m3砷污染物装载至淋洗槽，在淋洗废液处理罐中装配砷吸附装置，利用电控柜上的触摸屏操作系统，设置好相关参数后，启动自动运行，进水电磁阀自动打开，投料电机和搅拌机自动启动，开始配置浓度为8%_10%的磷酸二氢钾淋洗制剂，当淋洗剂贮存罐中的液体处于低位，同时，淋洗滤液储存罐中的液体处于高位，电动泵开始运行将淋洗滤液储存罐中的试剂泵入淋洗剂贮存罐中，将淋洗剂输送管道上的电磁阀和电动泵同时开启，向淋洗槽中加注淋洗试剂，通过废液取样口对淋洗效果进行监控，当废液中浓度达到预设值时电源总开关关闭，即停止淋洗，把卸料开关打开将经淋洗后的污染物导出，重新装填污染物，再次启动上述流程。
所述的砷污染土壤和废弃物(尾矿渣、底泥)淋洗修复装置操作系统通过无线网络连接到电脑的DCS控制系统，通过DCS系统中的数据报表可以记录整个淋洗过程中的进水流量、固体制剂添加量、液体输出流量、时间等相关信息，起到监测和统计的作用。
本发明的修改方法是将污染物壤置于淋喷装置中，利用配制的淋洗剂对其进行淋洗处理，所产生的淋洗废液经过砷吸附材料净化后回收再利用。当淋洗剂贮存罐中液体制剂处于低位时，系统自动启动电动泵将淋洗滤液储存罐中的回收试剂泵入淋洗剂贮存罐中，同时，也可以通过料斗进料和加入自来水配制新的淋洗剂，淋洗剂浓度通过溶液浓度检验装置进行监控。通过淋洗剂同污染物在淋喷装置中发生反应，砷吸附材料净化回收淋洗废液，达到修复砷污染物的目的。将淋洗系统，淋洗废液回收系统与控制系统有机组合在一起，形成一套完整的闭路循环原地异位/异位淋洗修复装置，能够用于高浓度砷污染土壤和废弃物(尾矿渣、底泥)的快速有效修复，同时，不产生二次污染实现零排放且节能、高效、安全、环保。本发明与现有技术相比的优点在于(I)本发明将淋洗系统，淋洗废液回收再利用系统与控制系统有机组合在一起，形成一套完整的半自动化、快速、经济、有效的原地异位或异位化学淋洗修复装置，能够用于高浓度砷污染土壤和废弃物(尾矿渣、底泥)的快速有效修复，对砷污染土壤和废弃物(尾矿渣、底泥)不需经过前处理就可以直接进行淋洗，此方法也可推广应用于原地异位淋洗修复其他污染物。(2)本发明中的砷吸附装置可以将淋洗产生的大量废液高效的处理回收再利用，二次污染风险低，实现零排放且节能、高效、安全、环保，砷吸附装置对含砷淋洗废液的处理效果十分明显，且容易获取、成本低廉。(3)本发明还可随时监测淋洗过程中溶液流量，固体制剂投加量,液体输出流量，作业时间等参数，并能通过DCS对其进行记录。(4)本发明适用于高浓度的砷污染土壤和废弃物(尾矿渣、底泥)，只要调节好淋洗流量和浓度等相关参数，即可有效地修复污染物。(5)本发明通过淋洗剂种类和浓度等相关参数的调整，也可以用来高效淋洗修复其他类型的重金属污染土壤和污染物。(6)本发明能够根据污染物的类型，既可以配置固体制剂，也可以配置液体淋洗剂。
图1为本发明修复装置组成框图；图2为本发明的触摸屏操作系统具体实现的流程图(即软件实现流程图)。
具体实施例方式如图1所示，本发明的修复装置包括淋喷装置I、淋洗槽2、卸料开关3、过滤防堵塞装置4、废液取样口 5、淋洗废液处理罐6、砷吸附装置7、砷吸附材料替换开关8、淋洗滤液储存罐9、第一液位计10、第一电动泵11、淋洗剂贮存罐12、干粉料斗13、投料电机14、物位计15、第一电磁阀16、自来水进水管道17、搅拌装置18、第二液位计19、溶液浓度检验装置20、第二电磁阀21、第二电动泵22、流量计23、淋洗剂输送管道24、报警器25、触摸屏操作系统26、总开关27、电控柜28 ;所述淋喷装置I与淋洗剂输送管道24相连接位于淋洗槽2的上方，卸料开关3和过滤防堵塞装置4分别安置在淋洗槽2右侧和底部，分别用于对污染物的淋洗、将淋洗处理后的污染物排出、防止泥沙堵塞淋洗废液排放口 ；废液取样口 5安置在淋洗槽2和淋洗废液处理罐6之间的管道上，用于监控废液污染物含量；砷吸附装置7用于净化处理淋洗废液，砷吸附材料替换开关8用来更换砷吸附材料，分别位于淋洗废液处理罐6内部和外侧；淋洗滤液储存罐9用来收集经过砷吸附装置7处理后的溶剂，位于第一电动泵11和淋洗废液处理罐6之间；第一液位计10用来监测淋洗滤液储存罐9中淋洗滤液的体积，位于淋洗滤液储存罐9的内部；第一电动泵11用来泵送试剂，位于淋洗剂贮存罐12和淋洗滤液储存罐9之间；所述物位计15安装在干粉料斗12中，用于低位报警；投料电机14用于向淋洗剂贮存罐12中投加固体制剂，位于淋洗剂贮存罐12顶部；第一电磁阀16和自来水进水管路17用于向淋洗剂贮存罐12中加入水和液体制剂，两者都与淋洗剂贮存罐12相连接并位于其顶部；搅拌装置18用来使淋洗剂混合均匀，固定在淋洗剂贮存罐 12内部；第二液位计19和溶液浓度检验装置20用来监控和调节贮存罐中淋洗剂的体积和浓度，都安置在淋洗剂贮存罐12内部；第二电磁阀21、第二电动泵22和流量计23用来控制输送至淋喷装置I中淋洗剂的流速及用量，三者都装备在连接淋喷装置I和淋洗剂贮存罐12的淋洗剂输送管道24上；电控柜28上的触摸屏操作系统26用于控制所有设施的运行，第一液位计10、第一电动泵11、投料电机14、物位计15、第一电磁阀16、搅拌装置18、第二液位计19、溶液浓度检验装置20、第二电磁阀21、第二电动泵22、流量计23和报警器25 的电信号都在电控柜28处汇集连接；报警器25和总开关27分别对淋洗剂和物料的数量进行预警和控制总电源，两者位于电控柜28上部和外侧。
如图I所示，本发明修复砷污染土壤/和废弃物(尾矿渣、底泥)的具体方法为将磷酸二氢钾固体制剂加入干粉料斗13中，将不少于5m3砷污染物装载至淋洗槽2，在淋洗废液处理罐6中装填砷吸附装置7，利用电控柜上28的触摸屏操作系统26，设置好所需要的相关参数后，启动自动运行，第一电磁阀16自动打开进水，投料电机14和搅拌装置18自动启动，开始配置淋洗制剂，当淋洗剂贮存罐12中的液体处于低位后，同时，淋洗滤液储存罐 9中的液体处于高位，第一电动泵11开始运行将淋洗滤液储存罐9中的试剂泵入淋洗剂贮存罐12中，同时系统会自动打开第一电磁阀16进水，并启动投料电机14和搅拌装置18， 开始配料，待淋洗剂贮存罐12中液位处于高位且达到预设的浓度时，第二电磁阀21和第二电动泵22同时启动，通过淋洗剂输送管道23向淋洗槽2中加注淋洗试剂，通过废液取样口 5对淋洗效果进行监控，当废液中浓度达到预设值即停止淋洗，电源总开关27自动关闭，把卸料开关3打开，将经淋洗后的污染物导出，装填新的污染物，重新启动上述流程。
如图I所示，为本发明的触摸屏操作系统26的按钮控制面板包括系统开始、系统停止、帮助说明、打印、参数设置、连锁设置、自动设置；软件操作流程如图2所示，点击触摸屏操作系统上的控制面板“开始”按钮，选择手动或者自动模式，第一液位计10是否指示高位，如果“否”，则投料电机14和第一电磁阀16同时启动运行配制淋洗剂，如果“是”，则第一电动泵11、投料电机14和第一电磁阀16 —起运行共同配制淋洗剂；第二液位计19是否达到预设的高位和浓度，如果“是”，则泵送淋洗剂进行淋喷处理，如果“否”，则继续进行淋洗剂的配制；淋喷处理产生的废液如果不能到达预设值，则继续进行淋喷处理，如果能达到预设值，则总开关27关闭，淋洗完成；淋喷处理产生的淋洗废液经淋洗废液处理罐6净化后存放在淋洗滤液储存罐9中，当第一液位计10到达指示高位则泵送至淋洗剂贮存罐12中进行淋洗剂的配制，达到自动回收和配制淋洗剂、自动进行淋洗作业的效果。
此外，本发明中的触摸屏操作系统26还可以通过无线网络连接到电脑的DCS控制系统，通过DCS系统中的数据报表记录整个淋洗过程中的进水流量、固体制剂添加量、液体输出流量、时间相关信息，起到监测和统计的作用。
下面结合具体的修复实例对本发明进行详细说明。
I、淋洗修复砷污染砂性土壤实例
连接好电源，自来水进水管道17、淋洗剂输出管路24等，打开触摸屏操作系统26，选择制剂类型为固体，选择运行方式为自动运行，固体制剂自动投加质量比为10%。将磷酸二氢钾固体制剂加入干粉料斗13中，不少于5m3砷污染物装载至淋洗槽2，在淋洗废液处理罐6中装填砷吸附装置7，利用电控柜28上的触摸屏操作系统26，设置好所需要的相关参数后，启动自动运行，第一电磁阀16自动打开进水，投料电机14和搅拌装置18自动启动，开始配置淋洗制剂，当淋洗剂贮存罐12中的液体处于低位，同时，淋洗滤液储存罐9中的液体处于高位，第一电动泵10开始运行将淋洗滤液储存罐9中的试剂泵入淋洗剂贮存罐12中，同时系统会自动打开第一电磁阀16进水，并启动投料电机14和搅拌装置18，开始配料，待淋洗剂贮存罐12中液位处于高位且达到预设的浓度时，第二电磁阀21和第二电动泵22同时启动，通过淋洗剂输送管道24向淋洗槽2中加注淋洗试剂，通过废液取样口 5对淋洗效果进行监控，当废液中浓度达到预设值即停止淋洗，电源总开关27自动关闭，把卸料开关3打开，将经淋洗后的污染物导出，装填新的污染物，重新启动上述流程。每次淋洗时间为lh，砷吸附材料每处理IOOm3废液更换一次，砷污染土壤、尾矿渣和底泥需分别消耗10m3、8m3、9m3的淋洗试剂,就能显著降低污染物中的砷浓度。表I淋洗修复装置处理前后土壤砷浓度变化和去除率
权利要求
1.一种砷污染土壤及废弃物的淋洗修复装置，其特征在于包括淋喷装置(I)、淋洗槽(2)、卸料开关(3)、过滤防堵塞装置(4)、废液取样口(5)、淋洗废液处理罐(6)、砷吸附装置(7 )、砷吸附材料替换开关(8 )、淋洗滤液储存罐(9 )、第一液位计(10 )、第一电动泵(11)、淋洗剂贮存罐(12)、干粉料斗(13)、投料电机(14)、物位计(15)、第一电磁阀(16)、自来水进水管道(17 )、搅拌装置(18 )、第二液位计(19 )、溶液浓度检验装置(20 )、第二电磁阀(21)、第二电动泵(22)、流量计(23)、淋洗剂输送管道(24)、报警器(25)、触摸屏操作系统(26)、总开关(27)、电控柜(28);所述淋喷装置(I)与淋洗剂输送管道(24)相连接，用于淋洗污染物，位于淋洗槽(2 )的上方，卸料开关(3 )和过滤防堵塞装置(4)分别安置在淋洗槽(2 )右侧和底部，其作用分别为将淋洗处理后污染物排出、防止泥沙堵塞淋洗废液排放口 ；废液取样口(5)安置在淋洗槽(2)和淋洗废液处理罐(6)之间的管道上，用于监控废液污染物含量；砷吸附装置(7)用于净化处理淋洗废液，砷吸附材料替换开关(8)用来更换吸附材料，分别位于淋洗废液处理罐(6 )内部和外侧；淋洗滤液储存罐(9 )用来收集经过砷吸附装置(7 )处理后的溶剂，位于第一电动泵(11)和淋洗废液处理罐(6)之间；第一液位计(10)用来监测淋洗滤液储存罐(9)中淋洗滤液的体积，位于淋洗滤液储存罐(9)的内部；第一电动泵(11)用来泵送试剂，位于淋洗剂贮存罐(12)和淋洗滤液储存罐(9)之间；所述物位计(15)安装在干粉料斗(12)中，用于低位报警；投料电机(14)用于向淋洗剂贮存罐(12)中投加固体制齐U，位于淋洗剂贮存罐(12)顶部；第一电磁阀(16)和自来水进水管路(17)用于向淋洗剂贮存罐(12)中加入水和液体制剂，两者都与淋洗剂贮存罐(12)相连接并位于其顶部；搅拌装置(18)用来使淋洗剂混合均匀，固定在淋洗剂贮存罐(12)内部；第二液位计(19)和溶液浓度检验装置(20)用来监控和调节贮存罐中淋洗剂的体积和浓度，都安置在淋洗剂贮存罐(12)内部；第二电磁阀(21)、第二电动泵(22)和流量计(23)用来控制输送至淋喷装置(I)中淋洗剂的流速及用量，三者都装备在连接淋喷装置(I)和淋洗剂贮存罐(12)的淋洗剂输送管道(24)上；电控柜(28)上的触摸屏操作系统(26)用于控制所有设施的运行，第一液位计(10)、第一电动泵(11)、投料电机(14)、物位计(15)、第一电磁阀(16)、搅拌装置(18)、第二液位计(19 )、溶液浓度检验装置(20 )、第二电磁阀(21)、第二电动泵(22 )、流量计(23 )和报警器(25 )的电信号都在电控柜(28 )处汇集连接；报警器(25 )和总开关(27 )分别对淋洗剂和物料的数量进行预警和控制总电源，两者位于电控柜(28)上部和外侧。
2.根据权利要求I所述的砷污染土壤及废弃物的淋洗修复装置，其特征在于所述砷吸附装置(7)的构成是上下两层为打孔PVC板，位于打孔PVC板之间的两层土工布，在土工布之间填放砷吸附材料，最底部为打孔不锈钢板作为支撑。
3.根据权利要求2所述的砷污染土壤及废弃物的淋洗修复装置，其特征在于所述砷吸附材料由纯度大于99%的三氧化二铁和活性炭按照相同的质量配比构成。
4.根据权利要求I所述的砷污染土壤及废弃物的淋洗修复装置，其特征在于通过所述触摸屏操作系统(26 )选择手动操作或自动运行，也可以选择配制固体制剂或液体制剂或回收试剂，并设置投加比例相关参数，以及显示即时的淋洗剂浓度、体积、流量参数。
5.根据权利要求I或4所述的砷污染土壤及废弃物的淋洗修复装置，其特征在于所述触摸屏操作系统(26)通过无线网络连接到电脑的DCS控制系统，通过DCS系统中的数据报表记录整个淋洗过程中的进水流量、固体制剂添加量、液体输出流量、时间相关信息，起到监测和统计的作用。
6.根据权利要求I所述的砷污染土壤及废弃物的淋洗修复装置，其特征在于当所述干粉料斗(13)中物料位于低位时，报警器(25)会发出警报，提醒操作者添加物料；当淋洗剂贮存罐(12)中液体位于低液位时，报警器(25)也会发出警报，同时，第二电磁阀(21)关闭，第二电动泵(22)停止向淋喷装置(I)中泵送淋洗剂，淋洗滤液储存罐(9)中的液体处于高位，第一电动泵(11)开始运行将淋洗滤液储存罐(9 )中的试剂泵入淋洗剂贮存罐(12)中，同时系统会自动打开第一电磁阀(16)进水，并启动投料电机(14)和搅拌装置(18)，开始配料，待淋洗剂贮存罐(12)中液位处于高位且达到预设的浓度时，第二电磁阀(21)开启，弟~■电动栗(22)重新启动。
7.利用权利要求I所述装置修复砷污染物的修复方法，其特征在于实现如下将磷酸二氢钾固体制剂加入干粉料斗(13)中，将不少于5m3砷污染物装载至淋洗槽(2)，在淋洗废液处理罐(6)中装填砷吸附装置(7)，利用电控柜上(28)的触摸屏操作系统(26)，设置好所需要的相关参数后，启动自动运行，第一电磁阀(16)自动打开进水，投料电机(14)和搅拌装置(18)自动启动，开始配置淋洗制剂，当淋洗剂贮存罐(12)中的液体处于低位，同时，淋洗滤液储存罐(9)中的液体处于高位，第一电动泵(11)开始运行将淋洗滤液储存罐(9)中的试剂泵入淋洗剂贮存罐(12)中，同时系统会自动打开第一电磁阀(16)进水，并启动投料电机(14)和搅拌装置(18)，开始配料，待淋洗剂贮存罐(12)中液位处于高位且达到预设的浓度时，第二电磁阀(21)和第二电动泵(22)同时启动，通过淋洗剂输送管道(23)向淋洗槽(2)中加注淋洗试剂，通过废液取样口(5)对淋洗效果进行监控，当废液中浓度达到预设值即停止淋洗，电源总开关(27)自动关闭，把卸料开关(3)打开，将经淋洗后的污染物导出，装填新的污染物，重新启动上述流程。
全文摘要
一种砷污染土壤及废弃物的淋洗修复装置及修复方法，由淋喷装置、淋洗槽、卸料开关、过滤防堵塞装置、废液取样口、淋洗废液处理罐、砷吸附装置、砷吸附材料替换开关、淋洗滤液储存罐、第一液位计、第一电动泵、淋洗剂贮存罐、干粉料斗、投料电机、物位计、第一电磁阀、自来水进水管道、搅拌装置、第二液位计、溶液浓度检验装置、第二电磁阀、第二电动泵、流量计、淋洗剂输送管道、报警器、触摸屏操作系统、总开关、电控柜组成。本发明将淋洗系统，淋洗废液回收系统与控制系统有机组合在一起，形成一套二次污染风险低的异位淋洗修复装置，能够用于高浓度砷污染土壤和废弃物的快速有效修复，同时，实现低排放且节能、高效、安全、环保。
文档编号B09C1/02GK102974607SQ201210563898
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月21日 优先权日2012年12月21日
发明者阎秀兰, 廖晓勇, 王建益 申请人:中国科学院地理科学与资源研究所, 北京中科九州环境工程有限责任公司