一种污染土壤分级浓缩及淋洗修复装置及工艺的制作方法

本发明涉及一种污染土壤分级浓缩及淋洗修复工艺，可以对污染土壤进行高效修复处理。

背景技术

随着社会现代化进程的推进，人类的工农业活动给环境造成了很大污染。尤其是土壤环境问题，已经对人类的健康产生极大的危害。对污染土壤进行修复治理，已经成为我国城市转型发展过程中的重大问题。土壤淋洗技术既可以用于重金属污染土壤修复，也可用于有机污染土壤修复，技术灵活，工艺简单，但是淋洗效率较低的问题，特别是针对粘性土壤，成为限制此技术发挥较大作用的关键。由于污染物在土壤中分布不均，不同粒径土壤对污染的吸附和富集趋势也有明显差别，其在特定粒径富集明显，而粗粒等范围的土壤中污染物浓度较低。因此可利用此特性进行分级后的土壤性质改良或修复。对其土壤粒径进行分级的常用方法有筛分法、重力沉降法等，但是该操作对细粒径土壤的分级以及获得大量的细粒径土壤等，存在效率低下、精度较低等问题。筛分法操作的过程中，由于颗粒容易在筛网表面堆积，造成粒径分级不精确，容易造成筛网口架桥堵塞，从而使得低于筛孔尺寸的土壤也在筛网上部堆积，工艺无法持续进行。这也是目前大多数筛网分级操作或其改进设备无法高效运行的根本原因。重力沉降法要求颗粒在溶液中分散均匀，对沉降时间等参数的把握难度较高，且无法大量土壤高效连续进行处理。因此考虑研发一种新工艺，将污染土壤进行粒径分级及浓缩减量化，针对污染物含量高的粒径土壤进行有针对性的淋洗等修复工作，从而提高修复效率。目前，我国分级淋洗技术的研究多数停留于实验室研究阶段，而将分级技术与化学淋洗技术结合，用来修复不同粒径污染土壤的研究也是非常少，近几年仅有的专利中“一种砷和重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺”(201510316716.7)提供的重金属污染土壤异位分级淋洗修复成套工艺，通过磁力分选提取并回收目标金属，非磁性组分初破碎后振动筛分成三级，石块石砾经清水冲洗后直接用作建筑材料，筛分所得的粗、细颗粒土壤分别进入二级淋洗搅拌设备进行洗涤清洗后产生的泥浆进行固液分离，淋洗废液经净化及再生后回用污泥脱水处理后通过添加固化稳定化剂等修复材料对其安全处置，处理后土壤颗粒可回填。该发明工艺具有修复成本低、处理效率高、节约能耗等优点。但该工艺中只能做二级淋洗搅拌修复，不能进行更多级的筛分修复工作，不利于多范围污染土壤修复工作的开展。因此，急需开发一种适用多粒径范围的污染土壤分级浓缩及淋洗修复工艺。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种大大提高污染土壤的修复效率的污染土壤分级浓缩及淋洗修复装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种污染土壤分级浓缩及淋洗修复装置，其特征在于，包括至少两级串联的装置，所述的装置包括搅拌电机、搅拌桨叶、设备筒体，所述的搅拌电机通过密封及连接端连接在设备筒体上，所述的搅拌桨叶连接在搅拌电机的转轴上，并置于设备筒体内，所述的设备筒体内设有过滤介质，所述的设备筒体上方设有泥浆进口，卸饼压力进口、下方设有细粒径土壤出口，回流液出口，底部设有滤饼出料口，相邻装置之间设有中间罐，上一级装置的细粒径土壤出口连接中间罐，中间罐连接下一级装置的泥浆进口。

各级串联的装置中所述的过滤介质的孔径不同，且从第一级到最后一级装置，过滤介质的孔径依次减小。

所述的过滤介质放置在搅拌桨叶与设备筒体内壁之间，在过滤介质内外表面压差的作用下，小颗粒土壤泥浆通过过滤介质分离出来，并通过出料口进行收集、排出。

所述的泥浆进口安装在密封及连接端上，并连通设备筒体内搅拌桨叶所在空间。

所述的搅拌桨叶设置在搅拌电机的转轴上，并沿着筒体螺旋分布，搅拌桨叶外边缘与过滤介质内表面之间的距离为1-3mm。搅拌桨叶与过滤介质接近但不接触，可减少滤饼在筒体内部过滤介质表面的搭桥沉积。

所述的过滤介质根据待处理土壤的需要选择孔径和材质。

待处理土壤与水混合成原料浆，置于原料浆罐中，原料浆罐通过一级进料泵连接泥浆进口，所述的回流液出口连接原料浆罐。

一种使用所述的污染土壤分级浓缩及淋洗修复装置的工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)工艺准备

根据工艺要求，选择分级精度大小的过滤介质安装在设备筒体中，串联各级装置；

2)一级分级淋洗

将待处理污染土壤与水混合成原料浆液，置于原料浆罐内，经过一级进料泵输入一级装置的泥浆进口，在设备筒体内部同时进行淋洗操作和粒径分级操作，中粒径及以下粒径土壤颗粒经过过滤介质后通过细粒径土壤出口进入一级中间罐，粗粒径土壤则从筒体底部滤饼出料口内排出，进行脱水等后续处理；

3)二级分级淋洗

进入中间罐的土壤浆液，经泵依次进入后续各级串联的装置，浆液中土壤经过过滤介质依次分级出来；

4)将各级装置分级出来的土壤分别进行脱水处理后，结合不同粒径污染物特性，进行固化稳定化或者其他修复操作。

工艺废水进行净化处理后纳管排放。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明为污染土壤分级浓缩淋洗修复工艺，其主要实现设备是一种土壤粒径快速分级装置，通过遴选目标精度孔径的过滤介质，使得筛分目标精度得到很大提高，在知晓目标颗粒粒径大小的情况下，无需试验分析，只需选择出对应精度的过滤介质安装到设备中即可。使得在具体项目案例中无需太多前期准备工作，实现即来即用的工作形式，有效降低劳动强度，减小生产周期，提高分级精度实用价值很高。

(2)本发明为污染土壤分级浓缩淋洗修复工艺，在具体工艺中，分级与淋洗修复工作是同时完成，减少了修复工序，缩短了修复周期。

(3)本发明为污染土壤分级浓缩淋洗修复工艺，在工艺过程中，采用多级串联形式，在同一流程中实现不同颗粒范围，不同种类污染物的淋洗修复。

(4)本发明为污染土壤分级浓缩淋洗修复工艺，在工艺实施过程中，单流程分级修复，使得淋洗用水量大大降低。

附图说明

图1为装置的结构示意图；

图2为二级装置串联的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1～2所示，一种污染土壤分级浓缩及淋洗修复装置及工艺，包括至少两级串联的土壤浓缩及淋洗修复装置(本实施例中以两级串联为例进行说明)，所述的装置包括搅拌电机1、搅拌桨叶8、设备筒体9，所述的搅拌电机1通过密封及连接端2连接在设备筒体9上，所述的搅拌桨叶8连接在搅拌电机1的转轴上，并置于设备筒体9内，所述的设备筒体9内设有过滤介质4，所述的设备筒体9上方设有泥浆进口10、卸饼压力进口3，下方设有细粒径土壤出口5，回流液出口7，底部设有滤饼出料口6，待处理土壤与水混合成原料浆，置于原料浆罐12中，原料浆罐12通过一级进料泵13连接泥浆进口10，所述的回流液出口7连接原料浆罐12。

相邻装置之间设有中间罐11，一级装置的细粒径土壤出口5连接中间罐11，中间罐11通过二级进料泵13’连接二级装置的泥浆进口10’，二级装置上部设有卸饼压力进口3’，下部设有细粒径土壤出口5’和回流液出口7’，回流液出口7’返回连接中间罐11，经一级装置淋洗分级后的土壤浆液进入中间罐11，通过二级进料泵13’输入二级装置，中粒径和细粒径土壤经过二级过滤介质后把二者分级出来。随后将两种粒径土壤分别进行脱水处理后，结合不同粒径污染物特性，进行固化稳定化或者其他修复操作。此外，工艺废水进行净化处理后纳管排放。

各级串联的装置中所述的过滤介质4的孔径不同，且从第一级到最后一级装置，过滤介质4的孔径依次减小。所述的过滤介质4放置在搅拌桨叶8与设备筒体内壁9之间，在过滤介质内外表面压差的作用下，小颗粒土壤泥浆通过过滤介质4分离出来，并通过出料口5进行收集、排出。所述的泥浆进口10安装在密封及连接端2上，并连通设备筒体9内搅拌桨叶8所在空间。所述的搅拌桨叶8设置在搅拌电机1的转轴上，并沿着筒体螺旋分布，搅拌桨叶8外边缘与过滤介质4内表面之间的距离为1-3mm。搅拌桨叶8与过滤介质接近但不接触，可减少滤饼在筒体内部过滤介质表面的搭桥沉积。所述的过滤介质4根据待处理土壤的需要选择孔径和材质。

使用上述装置进行污染土壤分级浓缩及淋洗的工艺，包括以下步骤：

1)工艺准备

根据工艺要求，选择分级精度大小的过滤介质4安装在设备筒体9中，串联各级装置；

2)一级分级淋洗

称取一定量的去除建筑垃圾的污染土壤，然后将称重后的污染土壤与水混合成原料浆液，置于原料浆罐12内，经过一级进料泵13输入一级装置的泥浆进口10，在设备筒体9内部同时进行淋洗操作和粒径分级操作，中粒径及以下粒径土壤颗粒经过过滤介质4后通过细粒径土壤出口5进入一级中间罐11，粗粒径土壤则经过回流口7返回到原料浆罐12中变为原料浆，最终被浓缩的粗粒径土壤则从筒体底部滤饼出料口6内排出，进行脱水等后续处理；

3)二级分级淋洗

进入中间罐11的土壤浆液二级进料泵13’输入二级装置，浆液内中粒径和细粒径土壤经过二级过滤介质后把二者分级出来。随后将两种粒径土壤分别进行脱水处理后，结合不同粒径污染物特性，进行固化稳定化或者其他修复操作。此外，工艺废水进行净化处理后纳管排放。

实施例2

利用土壤粒径快速分级装置进行试验，考察污染土壤分级浓缩淋洗修复工艺对土壤中250微米以上大颗粒筛分和100微米以下分级效果。

1)系统准备

选用去除树枝和巨大石块颗粒的土壤与水按照固液比为1比5在搅拌容器中进行混合。将250微米截留精度的过滤介质过和100微米截留精度的过滤介质分别安装在工艺流程中两级土壤粒径快速分级装置中，然后用装置连接结构将过滤介质压紧固定。

2)通入物料

本装置中将土壤和水搅拌后的泥浆，通过进料泵进入到一级250微米设备中。且通入前要打开排气口，将筒体内气体排出，通入过程中搅拌桨需要启动并将转速调整为30r/min，将泥浆中水和土壤颗粒体系保持在均匀悬浮状态。

3)两级分级操作

当装置中物料充满筒体后，关闭排气口，打开细粒径土壤出口和回流液出口，经过筒体内部表压为0.15mpa压力的驱动下，在过滤介质内外表面形成分级压差，小于250微米的小颗粒土壤通过过滤介质被分级出来进入到中间罐中，在此过程中系统中250微米以上颗粒被不断浓缩，而中间罐内的浆液通过泵，进入到二级100微米的土壤粒径快速分级装置中进行相同的进料和分级操作，最后小于100微米的土壤泥浆从二级装置中细颗粒出口排出。

4)卸饼排大颗粒

整个泥浆系统中，当两级设备筒体内压力不断升高，小颗粒出口液体量很小时，关闭回流口和搅拌桨进行脱水过程，将剩余系统中物料脱水成大颗粒滤饼。此时开启卸饼压力进口使大于筒体内压力的压力气体进入到设备内部，使得过滤介质上的大颗粒滤饼脱落，并从滤饼出料口排出筒体，测量排出的滤饼厚度约为2cm。

5)数据分析

对上述两级分级过程中分级出的原料泥浆和分级后的大颗粒滤饼中间态滤饼和小颗粒液体进行粒度分析。发现原料泥浆中大于250微米的颗粒比例约为15％，250微米到100微米的颗粒比例约为48％；而经过2级分级装置分级出的小颗粒液体的粒度值显示，其中大于100微米的颗粒粒度比例为0，也就是不存在，中间态滤饼中250微米到100微米颗粒粒径占比例为86％，而一级分级分出的大颗粒滤饼中的粒度数据则显示，滤饼中有约91％颗粒为大于250微米的大颗粒。可以得出，在连续分级过程中，目标粒径颗粒绝大部分可被分级出。为考察后续污染土壤中250微米以上大颗粒污染物100微米以下颗粒污染物和介于两者中间的中间态颗粒粒径污染物淋洗修复工作打下基础。

实施例3

利用实施例1中所述过程进行分级淋洗修复试验试验，验证污染土壤分级浓缩淋洗修复工艺对土壤中各粒径污染物的修复效果。经过检测知该土壤为复合污染，主要存在pb、as两种污染物，浓度分别为4250mg/kg和610mg/kg，经过预先分级后检测知，92％的pb元素聚集在大于250微米粒径范围内，而85％的as元素聚集在100-250微米的粒径中。

1)系统准备

选用去除树枝和巨大颗粒的土壤与水按照固液比为1比5在搅拌容器中进行混合。将250微米截留精度的过滤介质过和100微米截留精度的过滤介质分别安装在工艺流程中两级土壤粒径快速分级装置中，然后将装置连接结构将过滤介质压紧固定。大于250微米颗粒污染物采用淋洗药剂a，100-250微米颗粒污染物采用淋洗药剂b。

2)通入物料

本装置中将土壤和水搅拌后的泥浆，通过进料泵进入到一级250微米筛分设备中，同时加入淋洗药剂a，且通入前要打开排气口，将筒体内气体排出，通入过程中搅拌桨需要启动并将转速调整为30r/min，，将泥浆中水和土壤颗粒体系保持在均匀悬浮状态。

3)两级分级淋洗操作

当装置中物料充满筒体后，关闭排气口，打开细粒径土壤出口和回流液出口，经过筒体内部表压为0.15mpa压力的驱动下，在过滤介质内外表面形成分级压差，小于250微米的小颗粒土壤通过过滤介质被分级出来，并通过出料口进入到中间罐中，在此过程中系统内250微米以上颗粒被不断浓缩并与药剂a进行充分淋洗修复，而中间罐内的浆液通过泵，进入到二级100微米的土壤粒径快速分级装置中进行相同的进料和加药剂b的分级淋洗操作，此操作对中间态粒度颗粒进行淋洗修复工作，最后粒径小于100微米的土壤泥浆从二级装置中细颗粒出口排出进入料筒。

4)卸饼排大颗粒

整个泥浆系统中，当两级设备筒体内压力不断升高，小颗粒出口液体量很小时，关闭回流口和搅拌桨进行单一过滤过程，将剩余系统中物料脱水成大颗粒滤饼。此时开启卸饼压力进口使大于筒体内压力的压力气体进入到设备内部，使得过滤介质上的大颗粒滤饼脱落，并从滤饼出料口排出筒体，测量排出的滤饼厚度约为2cm。

5)数据分析

对上述两级分级修复过程中分出的各粒径土壤污染物进行检测分析知：250微米以上的土壤颗粒，经过淋洗修复操作后的pb的去除率为93％，在100微米到250微米之间的土壤颗粒，经过淋洗后的as元素去除率为85％。通过分级淋洗，可以进行淋洗药剂数量和种类的精确投加，显著提高效率并降低成本。

实施例4

装置设有四级，其余同实施例2。