本发明属于污染土壤处理技术领域，具体涉及一种含Cr6+污染土壤处理装置及其方法。
背景技术：
由于迅猛的经济发展与由此引发的工业化，发生由各种污染物质引发的严重的环境污染。尤其是中国以1990年代为起点获得了经济上的迅猛发展，但对工业活动引发的污染物质的处理与回收却欠佳。
以美国为首的发达国家的目前趋势是，从第一代的后处理技术经过第二代的防止污染技术，最近正进入第三代的环境净化技术，并且为净化、再生污染的土壤及地下水投入庞大的财力与人力，全世界污染土壤及地下水的净化市场规模1994年为143亿美元，1998年为195亿美元，2001年达到237亿美元正持续增加。相反，与其中国内土壤及地下水污染程度的严重性相比，环境净化技术的开发及实际现场适用情况却非常不足，对该技术的实用化水平非常低。因此为了保护环境并维护国民的健康，急需开发有效净化、修复被污染物质污染的土壤及地下水的技术。
中国内土壤污染源是将工业活动以后发生的副产物没有通过适当的处理过程处理，而随意排放使得周边土壤等已经被污染或者处在即将被污染的状态。尤其，在污染物质中含有微量的重金属时，持续放流就会引发自然生态系捕食链扰乱而发生生物累积(bioaccumulation)，并且发生人体病理现象或毒性从而引发问题。其中在国内有代表性的污染源六价铬，在21个地区约500万吨污染土壤中分布着。
铬作为比较稀有的金属，在地壳中作为组成元素平均存在100ppm左右，而在土壤中存在20ppm浓度。在矿石中含有约2-3000ppm的铬，在商业上最广为利用的源矿石为铬矿(chromite)、铬铁矿(FeCr2O4)等。由于工业活动铬流出到环境而污染地表及地下水，尤其主要污染源是银金属矿山中溶出的铬的污染。有报告说铬在地表水中检出84μg/l而在地下水中检出50μg/l(U.S.EPA，1987)。与其氧化铬(三氧化二铬、铬绿)、氢氧化铬等三价的铬化合物相比，六价的铬化合物即铬酸(三氧化铬)、铬酸盐、重铬酸盐等容易渗透皮肤粘膜，对生命体的影响大，且在生命体内转变为三价。通常Cr6+化合物比Cr3+化合物毒性强。铬的毒性主要起因于Cr6+。引发肝、肾障碍、内出血、呼吸障碍，作为急性症状引发呕吐等。因为污染范围广且受影响大，因此很早就成了各个国家集中管理的污染物质。固定技术对无机物质及放射性物质的处理效果显著，被非卤及卤素SVOCs污染的地区的净化上大体上也可以适用。然而对挥发性有机污染物质与油类及火药类的净化效果不佳，尤其是对含Cr6+污染土壤处理效果差。对土壤污染的处理对策，根据污染程度、扩散、地质、周边地区的情况、土地利用计划等自然、社会条件，应选择最适当的方法。因此如何根据污染物质适用技术存在限制的情况而选择净化技术，具有重要的现实意义。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的含Cr6+污染土壤处理效果差的技术问题，本发明的目的在于提供一种含Gr6+污染土壤处理方法。
本发明采取的技术方案为：
一种含Cr6+污染土壤处理装置，包括湿式振动选别机、水力旋流器I、搅拌机、水力旋流器II、振动脱水装置；所述湿式振动选别机通过输送管道和水力旋流器I连接，所述水力旋流器I通过搅拌机和水力旋流器II连接，水力旋流器II和振动脱水装置连接，水力旋流器I和水力旋流器II均通过沉淀槽和压力过滤机连接；所述振动脱水装置依次连接一次搅拌机和二次搅拌机；所述湿式振动选别机通过水管和补充水储槽连接。
进一步的，所述湿式振动选别机内设置有筛板，筛板上表面设置为菱形筛网，菱形筛网的下方交点位置平行设置有隔孔管，筛板两侧设置有倾斜式挡板，倾斜式挡板的下边缘设置有两排平行交错设置的喷淋孔，喷淋孔通过水管和高压水泵连接。
进一步的，所述湿式振动选别机和水力旋流器I组成的连续式污染土壤第一次洗涤装置；所述搅拌机和水力旋流器II组成的连续式污染土壤第二次洗涤装置，搅拌机中设置有高压喷气管。
进一步的，所述水力旋流器I和水力旋流器II中设置有涡流探测器，3.0mm以下的微小土沙通过水力旋流器进行粒径分离，0.15mm以下的污染微小土沙与污染洗涤水通过水力旋流器的涡流探测器移动到沉淀及中和槽中。
一种含Cr6+污染土壤处理方法，具体包括如下步骤：
(1)土壤第一次清洗：取污染土壤，放置到土壤第一次洗涤装置的湿式振动选别机的筛板上，按照污染土壤和水的体积比1:3，向污染土壤喷淋洗涤液，混合物料通过水力旋流器I进行离心分离，得到土壤I和含污染物质的废水I；
(2)土壤I二次洗涤：将步骤(1)中水力旋流器I处理得到的土壤I放置到土壤第二次洗涤装置中，按照水和土壤的体积比为1:1，向土壤第二次洗涤装置的搅拌机中添加水，同时添加按照污染土壤中Cr6+当量10倍的盐酸，搅拌10-20min，混合物料通过水力旋流器II进行离心分离，得到土壤II和含污染物质的废水II；
(3)废水处理：将步骤(1)水力旋流器I处理得到的废水I和步骤(2)水力旋流器II处理得到的废水II放置到沉淀槽中，向沉淀槽中添加与盐酸投加量相当的NaOH溶液和污染土壤中Cr6+相同当量浓度的硫酸亚铁，沉淀2-2.5h，过滤得到的滤液放置到压力过滤机中压滤，得到处理后的水和粒径为0.075mm以下的土壤；
(4)土壤II一次搅拌：将步骤(2)水力旋流器II处理得到的土壤II放置到振动脱水装置中，脱水得到土壤III和含污染物质的废水III，按照水和土壤的体积比为1:4，向振动脱水装置中的土壤添加水，同时添加按照污染土壤中Cr6+当量3倍的硫酸亚铁，均匀搅拌0.5-0.8h；
(5)土壤II二次搅拌：步骤(4)中搅拌后的土壤III中，按照土壤III中Cr6+当量3倍的磷酸钾，搅拌0.5-0.8h，过滤，得到粒径为0.075mm-3mm的净化土壤。
进一步的，所述步骤(1)中湿式振动选别机的筛选粒径为3.0mm，3.0mm以下的土沙被注入到混合搅拌装置，3.0mm以上的砾石分离成清净砾石排出。
进一步的，所述步骤(4)中处理得到的废水III放置到沉淀槽中，向沉淀槽中添加污染土壤与盐酸投加量相当的5％的NaOH和污染土壤Cr6+相当当量浓度的5％的硫酸亚铁，沉淀2-2.5h，过滤得到的滤液放置到压力过滤机中压滤，得到高污染浓度的废水和粒径为0.075mm以下的土壤。
进一步的，所述步骤(2)中HCl的加入量为污染土壤中Cr6+当量的10倍；步骤(2)中NaOH的加入量为与HCl的加入量相当。
本发明的有益效果为：
本发明中的洗涤技术采用污染土壤的最适粒径控制在0.25mm以上的沙子和砾石时，能够极大限度地发挥洗涤技术的效果，多量存在0.25mm以下微小的粉沙和粘土时，洗涤效率就会大幅提高。
本发明的土壤处理工艺将经济性与效率性作为最适技术，选择了“土壤洗涤(3次)+化学还原+固定”的复合技术，作为在技术中使用的试药选择了土壤洗涤使用蒸馏水，氯化氢；化学还原使用硫酸亚铁；化学还原：将六价铬还原为三价后沉淀为氢氧化物去除。硫磺等酸化剂或Fe2+等还原剂促进Cr6+还原为Cr3+的反应。酸性状态下促进从土壤中放出Fe2+从而还原Cr6+。
本发明先用蒸馏水洗涤一次后，再用盐酸降低污染浓度，同时起到降低pH值的作用。经过土壤洗涤阶段后利用硫酸亚铁还原为三价，最后再利用磷酸钾产品进行了固定技术。可选出了既符合中国的土壤法定标准30mg/kg，又经济且有效的土壤净化条件，节减费用。
利用蒸馏水进行一次洗涤后，利用氯化氢再洗涤一次。此后再进行了利用硫酸亚铁的化学还原技术与利用磷酸钾的固定技术。将污染土壤与溶液的液固比做成1:3，每30分钟进行了分阶段的运作时间。利用土壤净化装置的结果，最终六价铬浓度低于中国的法定标准30mg/kg。
本发明采用的设备为大容量装备的结构，由于在第一次洗涤时进行湿式振动选别后发生的土沙中含有大量的洗涤水，从而设置振动脱水装置顺利与废水分离出，在第二次洗涤装置的搅拌机中，补充设置了沉淀槽，即反应槽，从而进行两次洗涤而降低了污染物质；第一次搅拌与第二次搅拌不使用分批方式而使用了连续工程，以使大容量处理时工程保持顺流。
洗涤水处理时处理小容量时先储留在一处后再处理对工程运作有利，但处理大容量时需要将发生的洗涤水全部处理并再生使用，因此应用连续工程补充，为此设置沉沙槽处理流入的微小土沙，而沉积在下部的微细土沙则用固液分离器清除。连续设置处理六价铬废水的氧化还原槽，从而能够沿流入的水流随时进行清除。
洗涤水中的六价铬处理是在酸性条件，即pH值3以下进行的，无需添加特殊药品，只需混合第一次发生的洗涤水与第二次发生的洗涤水再调节成酸性条件，就可以节减调节pH值所需药品费用。在还原槽中添加硫酸亚铁，在中和槽中形成氢氧化物后在沉淀槽中清除。然而在中和槽中有可能发生装备上的缺陷(将pH值调节为强碱性)，从而设置第二次搅拌槽再次调节pH值后移送到沉淀槽。
附图说明
图1为本发明中土壤处理工艺流程图。
1、湿式振动选别机；2、水力旋流器I；3、搅拌机；4、水力旋流器II；5、振动脱水装置；6、一次搅拌机；7、二次搅拌机；8、沉淀槽；9、压滤机；10、补充水储槽。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
实施例1
一种含Cr6+污染土壤处理装置，包括湿式振动选别机、水力旋流器I、搅拌机、水力旋流器II、振动脱水装置；所述湿式振动选别机通过输送管道和水力旋流器I连接，所述水力旋流器I通过搅拌机和水力旋流器II连接，水力旋流器II和振动脱水装置连接，水力旋流器I和水力旋流器II均通过沉淀槽和压力过滤机连接；所述振动脱水装置依次连接一次搅拌机和二次搅拌机；所述湿式振动选别机通过水管和补充水储槽连接。
本发明采用的设备为大容量装备的结构，由于在第一次洗涤时进行湿式振动选别后发生的土沙中含有大量的洗涤水，从而设置振动脱水装置顺利与废水分离出，在第二次洗涤装置的搅拌机中，补充设置了沉淀槽，即反应槽，从而进行两次洗涤而降低了污染物质；第一次搅拌与第二次搅拌不使用分批方式而使用了连续工程，以使大容量处理时工程保持顺流，采用污染土壤的最适粒径控制在0.25mm以上的沙子和砾石时，能够极大限度地发挥洗涤技术的效果，多量存在0.25mm以下微小的粉沙和粘土时，洗涤效率就会大幅降低。
实施例2
在实施例1的基础上，区别与实施例1的技术方案中，上述湿式振动选别机和水力旋流器I组成的连续式污染土壤第一次洗涤装置；所述搅拌机和水力旋流器II组成的连续式污染土壤第二次洗涤装置，搅拌机中设置有高压喷气管，洗涤对象土壤与HCl洗涤剂一同投进洗涤装置的料斗中，进行物理混合与化学反应而去除污染物质，土沙在第一次洗涤装置的湿式振动选别机中混合洗涤水与污染土沙并移送到装置内，在第二次洗涤装置的搅拌机中设置高压喷气管进行强力的湍流。
实施例3
在实施例1的基础上，区别与实施例1的技术方案中，湿式振动选别机内设置有筛板，筛板上表面设置为菱形筛网，菱形筛网的下方交点位置平行设置有隔孔管，筛板两侧设置有倾斜式挡板，倾斜式挡板的下边缘设置有两排平行交错设置的喷淋孔，喷淋孔通过水管和高压水泵连接。筛板上菱形筛网的结构设置以及挡板结构，保证了颗粒物料筛分时必须平附于筛面沿筛面平动的要求，减小误筛率，解决颗粒物料误筛率大、筛分难的问题，同时解决传统振动筛振动方向难以保证精准的问题，进而提高了筛分效率。
实施例4
在实施例1的基础上，区别与实施例1的技术方案中，上述水力旋流器I和水力旋流器II中设置有涡流探测器，通过影响物流探测器外表面的边界层中浆料的行为而改善水力旋流器的性能。引起边界层的分离，从而侧壁表面自由边缘区域的流体流动提供溢流和边界层流的有效分离。3.0mm以下的微小土沙通过水力旋流器进行粒径分离，0.15mm以下的污染微小土沙与污染洗涤水通过水力旋流器的涡流探测器移动到沉淀槽及中和槽中。
实施例5
如图1所示，一种含Cr6+污染土壤处理方法，具体包括如下步骤：
(1)土壤第一次清洗：取污染土壤，放置到土壤第一次洗涤装置的湿式振动选别机的筛板上，按照污染土壤和水的体积比1:3，向污染土壤喷淋洗涤液，混合物料通过水力旋流器I进行离心分离，得到土壤I和含污染物质的废水I；
所述步骤(1)中湿式振动选别机的筛选粒径为3.0mm，3.0mm以下的土沙被注入到混合搅拌装置，3.0mm以上的砾石分离成清净砾石排出。
(2)土壤I二次洗涤：将步骤(1)中水力旋流器I处理得到的土壤I放置到土壤第二次洗涤装置中，按照水和土壤的体积比为1:1，向土壤第二次洗涤装置的搅拌机中添加水，同时添加按照污染土壤中Cr6+当量10倍的盐酸，搅拌10min，混合物料通过水力旋流器II进行离心分离，得到土壤II和含污染物质的废水II；
所述步骤(2)中HCl的加入量为污染土壤中Cr6+当量的10倍；步骤(2)中NaOH的加入量为与HCl的加入量相当。
(3)废水处理：将步骤(1)水力旋流器I处理得到的废水I和步骤(2)水力旋流器II处理得到的废水II放置到沉淀槽中，向沉淀槽中添加与盐酸投加量相当的NaOH溶液和污染土壤中Cr6+相同当量浓度的硫酸亚铁，沉淀2h，过滤得到的滤液放置到压滤机中压滤，得到处理后的水和粒径为0.075mm以下的土壤；
(4)土壤II一次搅拌：将步骤(2)水力旋流器II处理得到的土壤II放置到振动脱水装置中，脱水得到土壤III和含污染物质的废水III，按照水和土壤的体积比为1:4，向振动脱水装置中的土壤添加水，同时添加按照污染土壤中Cr6+当量3倍的硫酸亚铁，均匀搅拌0.5h；
所述步骤(4)中处理得到的废水III放置到沉淀槽中，向沉淀槽中添加污染土壤与盐酸投加量相当的5％的NaOH和污染土壤Cr6+相当当量浓度的5％的硫酸亚铁，沉淀2h，过滤得到的滤液放置到压滤机中压滤，得到高污染浓度的废水和粒径为0.075mm以下的土壤。
(5)土壤II二次搅拌：步骤(4)中搅拌后的土壤III中，按照土壤III中Cr6+当量3倍的磷酸钾，搅拌0.5h，过滤，得到粒径为0.075mm-3mm的净化土壤。
实施例6
如图1所示，一种含Cr6+污染土壤处理方法，具体包括如下步骤：
(1)土壤第一次清洗：取污染土壤，放置到土壤第一次洗涤装置的湿式振动选别机的筛板上，按照污染土壤和水的体积比1:3，向污染土壤喷淋洗涤液，混合物料通过水力旋流器I进行离心分离，得到土壤I和含污染物质的废水I；
所述步骤(1)中湿式振动选别机的筛选粒径为3.0mm，3.0mm以下的土沙被注入到混合搅拌装置，3.0mm以上的砾石分离成清净砾石排出。
(2)土壤I二次洗涤：将步骤(1)中水力旋流器I处理得到的土壤I放置到土壤第二次洗涤装置中，按照水和土壤的体积比为1:1，向土壤第二次洗涤装置的搅拌机中添加水，同时添加按照污染土壤中Cr6+当量10倍的盐酸，搅拌20min，混合物料通过水力旋流器II进行离心分离，得到土壤II和含污染物质的废水II；
所述步骤(2)中HCl的加入量为污染土壤中Cr6+当量的10倍；步骤(2)中NaOH的加入量为与HCl的加入量相当。
(3)废水处理：将步骤(1)水力旋流器I处理得到的废水I和步骤(2)水力旋流器II处理得到的废水II放置到沉淀槽中，向沉淀槽中添加与盐酸投加量相当的NaOH溶液和污染土壤中Cr6+相同当量浓度的硫酸亚铁，沉淀2.5h，过滤得到的滤液放置到压力过滤机中压滤，得到处理后的水和粒径为0.075mm以下的土壤；
(4)土壤II一次搅拌：将步骤(2)水力旋流器II处理得到的土壤II放置到振动脱水装置中，脱水得到土壤III和含污染物质的废水III，按照水和土壤的体积比为1:4，向振动脱水装置中的土壤添加水，同时添加按照污染土壤中Cr6+当量3倍的硫酸亚铁，均匀搅拌0.5-0.8h；
所述步骤(4)中处理得到的废水III放置到沉淀槽中，向沉淀槽中添加污染土壤与盐酸投加量相当的5％的NaOH和污染土壤Cr6+相当当量浓度的5％的硫酸亚铁，沉淀2.5h，过滤得到的滤液放置到压力过滤机中压滤，得到高污染浓度的废水和粒径为0.075mm以下的土壤。
(5)土壤II二次搅拌：步骤(4)中搅拌后的土壤III中，按照土壤III中Cr6+当量3倍的磷酸钾，搅拌0.8h，过滤，得到粒径为0.075mm-3mm的净化土壤。
中试测试结果
为本次测试使用人为地利用重铬酸钾污染成约500mg/kg浓度的六价铬污染土壤，进行了中试规模的连续土壤净化装置的现场适用，该实验结果的摘要整理内容如下。
利用蒸馏水进行一次洗涤后，利用盐酸(HCl)再洗涤一次。此后再进行了利用硫酸亚铁的化学还原技术与利用磷酸钾的固定技术。将污染土壤与溶液的液固比做成1:3，每30分钟进行了分阶段的运作时间。利用土壤净化装置的结果，最终六价铬浓度为14.83mg/kg，从而符合中国的法定标准30mg/kg。
质量平衡
以中试规模的连续土壤净化装置的现场适用结果为基础，设定了质量平衡，但初期浓度跟测定结果一样约489mg/kg为基准，为明确1吨土壤中存在的污染物质的清除及移动而实施的。
以上所述并非是对本发明的限制，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实质范围的前提下，还可以做出若干变化、改型、添加或替换，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。