一种铬污染土壤异位分选清洗修复装置及其清洗修复工艺的制作方法

本发明属于土壤污染治理修复技术领域，具体涉及一种铬污染土壤异位分选清洗修复装置及其清洗修复工艺。

背景技术：

自2005年，国家发布《铬渣污染综合整治方案》以来，我国已经完成所有历史堆存铬渣的无害化处置，但遗留的铬污染土壤和地下水未得到处理。由于铬污染土壤中主要污染物铬（Ⅵ）易溶于水且毒性大，对长期堆放地周围的土壤、河流及污染地下水源构成极大的威胁，铬渣场地土壤已经列为我国土壤污染重点治理对象，我国目前急需修复铬渣污染场地土壤的关键技术。

根据铬污染场地的特点和场地中污染物的特性，目前铬污染场地修复的基本思路有三种：一是将受污染的土壤及地下水中的 Cr 固定，使其难以释放；二是将其中毒性较高的 Cr⁶⁺还原为毒性很低的 Cr³⁺并形成沉淀，降低其毒性和生物可利用性；三是将 Cr 从土壤和地下水中彻底去除，消除其危害。围绕这三个基本思路，发展出了一系列修复技术，主要有：固化∕稳定化、化学还原、土壤清洗、电动力学修复、玻璃化等，其中技术成熟、已有实际工程应用、具有可操作性的技术有固化/稳定化、化学还原和土壤清洗技术。固化/稳定化技术工艺简单，费用相对较低，可利用现有的工程设备。但该技术主要存在如下一些不足：①增容比大，污染土壤处置后形成混合物的体积增大；②固化/稳定化后的混合体需要进行安全处置，且对混合体需要后期长期的监测和跟踪；③有机污染物和水分含量、化学吸附和老化过程均可影响其效果,且该技术不能从根本上去除重金属。化学还原法成本较低,有大规模应用的可能。但是该技术存在不少缺点如：①土壤/沉积物颗粒内部的Cr(VI)难以与还原剂接触并发生氧化还原反应，去除土壤颗粒内部的六价铬是难以克服；②添加还原剂有可能造成二次污染；一定条件下Cr³⁺可能转变为Cr⁶⁺，还有一定的环境风险。土壤清洗技术是一种发展潜力比较大的土壤污染治理技术，它具有以下优势：①可大大减少污染土壤的体积，使污染物浓缩于小部分土壤或污泥中，理想状态下可使污染土壤的体积减少 90%以上；②清洗过程在的封闭的系统中进行，不受外界条件的影响，并且可对处理条件（温度、pH 等）进行控制，处理过程易于控制；③产生二次污染的风险小。

目前，对于铬污染土壤异位淋洗的修复技术，已有多篇公开的文献报道。其中；王兴润等（专利申请号：200910241688.1）采用两级逆流洗涤加药剂稳定化组合工艺，虽然采用清水为淋洗剂，处理成本和风险都大大降低，但是处置后的土壤还会不断出现返黄现象，它说明土壤中的六价铬处置并不彻底，还需要进行二次或多次处置；翟永洪等（专利申请号：201510494866.7）采用乙二胺四乙酸钠的碱性水溶液为污染土壤中六价铬的淋洗剂，没有具体的步骤方法和固液分离措施和设备，不能满足工程实施要求；郑好等（专利申请号：201520566384.3）采用两级清洗，方法步骤具体，设备、工艺等可操作性强，但是该方法只适用于砂土，应用范围太窄，并且该技术仅分离出粒径大于75μm的砂粒，污染土壤体积减小有限。

技术实现要素：

本发明针对现有技术的不足而提供了一种铬污染土壤异位分选清洗修复装置及其清洗修复工艺，能根据场地具体情况进行独立调整，可连续、全自动运行的有效处理铬污染土壤并无二次污染。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种铬污染土壤异位分选清洗修复装置，它包括：

原料处理单元，其包括配浆器、输水管线、搅拌罐I、振动筛I，所述配浆器、搅拌罐I和振动筛I顺次连接，输水管线与配浆器相连；

一级筛出颗粒物处理单元，其包括搅拌罐II和振动筛II，振动筛I的筛上颗粒物输出口与搅拌罐II的入口相连，搅拌罐II和振动筛II顺次连接；

一级筛下液处理单元，其包括一级旋流器I、搅拌罐III和一级旋流器II，振动筛I的筛下出口与一级旋流器I连接, 一级旋流器I、搅拌罐III和一级旋流器II顺次连接；

二级筛下液处理单元，其包括二级旋流器I、搅拌罐IV和二级旋流器II，一级旋流器I的溢流液出口与二级旋流器I连接, 二级旋流器I、搅拌罐IV和二级旋流器II顺次连接；

废液汇集单元：二级旋流器I的溢流液出口、振动筛II的筛下液出口、一级旋流器II的溢流液出口及二级旋流器II的溢流液出口均与废液储罐相通；

废液处理单元，其包括浓密机、待压泥浆罐和板框压滤机，所述废液储罐的液体排出口与浓密机连接，所述浓密机底部出口与待压泥浆罐连接，待压泥浆罐与板框压滤机连接；

清洗液添加单元，其包括清洗液储罐，所述清洗液储罐分别与搅拌罐II、搅拌罐III、搅拌罐IV、废液储罐相连；

药剂添加单元，其包括还原剂储罐和pH值调节剂储罐，还原剂储罐和pH值调节剂储罐均与废液储罐相连。

根据上述的铬污染土壤异位分选清洗修复装置，所述清洗液储罐内的清洗液为质量百分比浓度为10~15%的硫酸水溶液。

根据上述的铬污染土壤异位分选清洗修复装置，所述还原剂储罐内的还原剂为质量百分比浓度为15～30%硫酸亚铁水溶液。

根据上述的铬污染土壤异位分选清洗修复装置，所述pH值调节剂储罐内的调节剂为氧化钙或氢氧化钙。

上述振动筛I及振动筛II的筛孔尺寸均为75μm；一级旋流器I和一级旋流器II的分离粒径为10~74μm；二级旋流器I和二级旋流器II的分离粒径为2~10μm。

上述方案中，所有连接均为管道连接，管道上可根据需要设置控制阀。

采用上述铬污染土壤异位分选清洗修复装置的异位分选清洗的修复工艺，包括如下步骤：

1、制浆：将铬污染土壤与由输水管线进入的清水通过配浆器混合进入搅拌罐I中搅拌30～40分钟；土水的配比（土的质量／水的体积）80g/L～200g/L，泥浆密度在1.06～1.1之间；

2、土壤颗粒分级：采用浆液泵送至振动筛I的筛面，筛上物经水冲洗后大颗粒砂粒为≧75μm粒径的砂粒排泥浆到搅拌罐II，筛下浆液被浆液泵送至一级旋流器I进行固液分离，经旋流器分离后，底流物质即10～74μm粒径的土壤颗粒粒经水清洗后排泥浆到搅拌罐III，其中细颗粒悬浮物以溢流形式排出泵送至二级旋流器I进行固液分离，经二级旋流器II分离后，底流物质为2～10μm粒径的土壤颗粒粒排到搅拌罐IV，其中溢流物质为≦2μm粒径的土壤颗粒粒排到废液罐；

3、不同级别土壤颗粒清洗：≧75μm粒径的砂粒进入搅拌罐II后加入清洗液，搅拌30～50分钟，泵送至振动筛II，筛上物经清水清洗后排出，筛下浆液进入废液罐；10～74μm粒径的土壤颗粒粒进入搅拌罐III后，加入清洗剂，搅拌30～50分钟，泵送至一级旋流器II进行固液分离，底流物质排出，溢流进入废液罐；2～10μm粒径的土壤颗粒粒进行搅拌罐IV后，加入清洗液，搅拌30～50分钟，泵送至二级旋流器II进行固液分离，底流物质排出，溢流进入废液罐；

4、废液处理：废液罐中的粘粒悬浮液经加还原剂、pH值调节剂，沉淀后，底流沉淀层进入待压泥浆罐，随后进入板框压滤机压滤形成滤饼和滤液，滤饼可作为一般固体废弃物处理；滤液返回沉淀池，上清液进入清洗液处理罐，调整pH值后循环使用。

上述的铬污染土壤主要源于铬渣堆存场地或者铬盐工业遗留物场地及其周围的重度铬污染的土壤。

与现有技术相比，本发明取得的有益效果：

（1）、本发明整套工艺流程简单，设备易加工，可采用公知设备且价格低廉，占地面积小，能连续操作，能耗低，土壤中六价铬的去除率可达到95% 以上，六价铬的残留浓度低于50mg/kg，消除了铬对土壤、地下水及周边环境的影响。

（2）、采用水作为土壤颗粒分级介质，即可分选土壤颗粒，又能去除大部分六价铬，节约药剂成本。

（3）、稀硫酸作为清洗剂可以从铬污染土壤中有效脱除六价铬，和大部分的三价铬，达到从土壤中清除或大幅降低铬含量的目的，经处理后对环境不产生二次污染。

（4）、使用的土壤淋洗剂配制简单，浓度要求较低，因此，对设备要求并不高，可以采用公知设备。

（5）、处理后的土壤环境安全，可以回填利用，无后续的处置问题；本发明方法的整个土壤修复过程药剂成本为150-200 元/(m³土)，运行成本为150-300 元/( m³土)，处理成本大大降低，可广泛处理铬渣堆存场地、或者铬盐工业遗留场地、以及其它各种因铬污染的土壤，其经济和社会效益十分显著。

附图说明

图1为本发明铬污染土壤异位分选清洗修复装置的整体结构示意图；

图2为本发明整体结构用于清洗的工艺流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

实施例

结合附图1所示，本发明提供了一种铬污染土壤异位分选清洗修复装置，它包括：

原料处理单元，其包括配浆器1、输水管线2、搅拌罐I3、振动筛I4，所述配浆器1、搅拌罐I3和振动筛I4顺次连接，输水管线2与配浆器1相连；

一级筛出颗粒物处理单元，其包括搅拌罐II5和振动筛II6，振动筛I4的筛上颗粒物输出口与搅拌罐II5的入口相连，搅拌罐II5和振动筛II6顺次连接；

一级筛下液处理单元，其包括一级旋流器I7、搅拌罐III8和一级旋流器II9，振动筛I4的筛下出口与一级旋流器I7连接, 一级旋流器I7、搅拌罐III8和一级旋流器II9顺次连接；

二级筛下液处理单元，其包括二级旋流器I10、搅拌罐IV11和二级旋流器II12，一级旋流器I7的溢流液出口与二级旋流器I10连接, 二级旋流器I10、搅拌罐IV11和二级旋流器II12顺次连接；

废液汇集单元：二级旋流器I10的溢流液出口、振动筛II6的筛下液出口、一级旋流器II9的溢流液出口及二级旋流器II12的溢流液出口均与废液储罐13相通；

废液处理单元，其包括浓密机14、待压泥浆罐15和板框压滤机16，所述废液储罐13的液体排出口与浓密机14连接，所述浓密机14底部出口与待压泥浆罐15连接，待压泥浆罐15与板框压滤机16连接；

清洗液添加单元，其包括清洗液储罐17，所述清洗液储罐17分别与搅拌罐II5、搅拌罐III8、搅拌罐IV11、废液储罐13相连；

药剂添加单元，其包括还原剂储罐18和pH值调节剂储罐19，还原剂储罐18和pH值调节剂储罐19均与废液储罐13相连；

结合附图2所示，根据上述的铬污染土壤异位分选清洗修复装置，所述清洗液储罐内的清洗液为质量百分比浓度为10~15%的硫酸水溶液；所述还原剂储罐内的还原剂为质量百分比浓度为15～30%硫酸亚铁水溶液；所述pH值调节剂储罐内的调节剂为氧化钙或氢氧化钙；上述振动筛I及振动筛II的筛孔尺寸均为75μm；一级旋流器I和一级旋流器II的分离粒径为10~74μm；二级旋流器I和二级旋流器II的分离粒径为2~10μm。

案例1

污染土壤取自新乡某铬渣场地，为粉质壤土，有机质含量为13.7g/kg，总铬含量为2511.22 mg/kg，六价铬含量为815.65 mg/kg，pH值为8.06，采用上述铬污染土壤异位分选清洗修复装置对铬污染土壤进行异位分选清洗的清洗修复工艺，包括如下步骤：

（1）、制浆：将铬污染土壤与由输水管线进入的清水通过配浆器混合进入搅拌罐I中搅拌40分钟；土水的质量比1:10，泥浆密度在1.06～1.1之间；

（2）、土壤颗粒分级：采用浆液泵送至振动筛I的筛面进行筛分，振动筛I筛孔孔径为75μm，筛上物经水冲洗后大颗粒砂粒为≧75μm粒径的砂粒排泥浆到搅拌罐II，筛下浆液被浆液泵送至一级旋流器I进行固液分离，经旋流器分离后，底流物质为10～74μm粒径的土壤颗粒粒经水清洗后排泥浆到搅拌罐III，其中细颗粒悬浮物以溢流形式排出泵送至二级旋流器I进行固液分离，经二级旋流器II分离后，底流物质为2～10μm粒径的土壤颗粒粒排到搅拌罐IV，其中溢流物质为≦2μm粒径的土壤颗粒以溢流形式排到废液罐；

（3）、不同级别土壤颗粒清洗：≧75μm粒径的砂粒进入搅拌罐II后加入0.15mol/L的稀硫酸，土液比m/v=1:10，搅拌40分钟，泵送至振动筛II，筛上物经清水清洗后排出，筛下浆液进入废液罐；10～74μm粒径的土壤颗粒粒进入搅拌罐III后，加入0.15mol/L的稀硫酸，搅拌30～50分钟，泵送至一级旋流器II进行固液分离，底流物质排出，溢流进入废液罐；2～10μm粒径的土壤颗粒粒进行搅拌罐IV后，加入0.15mol/L的稀硫酸，搅拌30～50分钟，泵送至二级旋流器II进行固液分离，底流物质排出，溢流进入废液罐；

（4）、废液处理：废液罐中的粘粒悬浮液经加硫酸亚铁、氢氧化钙，沉淀后，底流沉淀层进入待压泥浆罐，随后进入板框压滤机压滤形成滤饼和滤液，滤饼可作为一般固体废弃物处理；滤液返回沉淀池，上清液进入清洗液处理罐，调整pH值后循环使用。

修复效果：对修复后土壤中的总铬和六价铬含量进行分析测试，采用火焰原子吸收分光光度法（GB/T17137-1997）测土壤中的总铬，用《固体废物进出毒性进出方法- 硫酸硝酸法》（HJ/T 299-2007）对修复后土壤进行浸出处理，再使用二苯碳酰二肼分光光度法（GB/T15555.4-1995）测定浸出液中六价铬含量。

铬污染土壤经过分选清洗修复处理后，土壤中的六价铬浓度为28.48mg/kg,土壤中六价铬去除率96.5%，修复后土壤满足该场地风险控制要求（Cr6+<50mg/kg，该值根据《污染场地风险评估技术导则》（HJ25.3-2014）计算得出）；土壤中的总铬含量为534.38，总铬去除率为78.8%，经计算三价铬的去除率达到70.16%。

根据测定结果，经处理后的废液六价铬未检出，满足《地下水质量标准》（GB/T14848-93）Ⅲ类水质标准要求（0.05mg/L）。

案例2

污染土壤取自巩义某铬渣场地，为粉质粘土，有机质含量为40.8g/kg，总铬含量为5847.83 mg/kg，六价铬含量为3339.95 mg/kg，pH值为8.47，采用上述铬污染土壤异位分选清洗修复装置对铬污染土壤进行异位分选清洗修复的工艺，包括如下步骤：

（1）、制浆：将铬污染土壤与由输水管线进入的清水通过配浆器混合进入搅拌罐I中搅拌40分钟；土水的质量比1:10，泥浆密度在1.06～1.1之间；

（2）、土壤颗粒分级：采用浆液泵送至振动筛I的筛面进行筛分，振动筛I筛孔孔径为75μm，筛上物经水冲洗后大颗粒砂粒为≧75μm粒径的砂粒排泥浆到搅拌罐II，筛下浆液被浆液泵送至一级旋流器I进行固液分离，经旋流器分离后，底流物质为10～74μm粒径的土壤颗粒粒经水清洗后排泥浆到搅拌罐III，其中细颗粒悬浮物以溢流形式排出泵送至二级旋流器I进行固液分离，经二级旋流器II分离后，底流物质为2～10μm粒径的土壤颗粒粒排到搅拌罐IV，其中溢流物质为≦2μm粒径的土壤颗粒以溢流形式排到废液罐；

（3）、不同级别土壤颗粒清洗：≧75μm粒径的砂粒进入搅拌罐II后加入0.15mol/L的稀硫酸，土液比m/v=1:10，搅拌40分钟，泵送至振动筛II，筛上物经清水清洗后排出，筛下浆液进入废液罐；10～74μm粒径的土壤颗粒粒进入搅拌罐III后，加入0.15mol/L的稀硫酸，搅拌30～50分钟，泵送至一级旋流器II进行固液分离，底流物质排出，溢流进入废液罐；2～10μm粒径的土壤颗粒粒进行搅拌罐IV后，加入0.15mol/L的稀硫酸，搅拌30～50分钟，泵送至二级旋流器II进行固液分离，底流物质排出，溢流进入废液罐；

（4）、废液处理：废液罐中的粘粒悬浮液经加硫酸亚铁、氢氧化钙，沉淀后，底流沉淀层进入待压泥浆罐，随后进入板框压滤机压滤形成滤饼和滤液，滤饼可作为一般固体废弃物处理；滤液返回沉淀池，上清液进入清洗液处理罐，调整pH值后循环使用。

修复效果：对修复后土壤中的总铬和六价铬含量进行分析测试，采用火焰原子吸收分光光度法（GB/T17137-1997）测土壤中的总铬，用《固体废物进出毒性进出方法- 硫酸硝酸法》（HJ/T 299-2007）对修复后土壤进行浸出处理，再使用二苯碳酰二肼分光光度法（GB/T15555.4-1995）测定浸出液中六价铬含量。

铬污染土壤经过分选清洗修复处理后，土壤中的六价铬浓度为35.21mg/kg,土壤中六价铬去除率98.96%，修复后土壤满足该场地风险控制要求（Cr6+<50mg/kg，该值根据《污染场地风险评估技术导则》（HJ25.3-2014）计算得出）；土壤中的总铬含量为1076.86 mg/kg，总铬去除率为81.59%，经计算三价铬的去除率达到58.46%。

根据测定结果，经处理后的废液六价铬未检出，满足《地下水质量标准》（GB/T14848-93）Ⅲ类水质标准要求（0.05mg/L）。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的实例，而并非对实施方式的限制。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而因此所引申的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之内。