一种用于重金属污染土壤或矿渣治理的生态淋洗系统的制作方法

本实用新型属于环境修复领域，具体是一种用于重金属污染土壤或矿渣治理的生态淋洗系统。

背景技术：

随着工业化和城市化进程的不断加快，我国曾大力发展采矿、制革、冶炼、电镀、烧碱制造、垃圾焚烧、污水灌溉等行业，但在此期间我国的排污监管制度并不完善，环保技术比较落后，高效循环利用效率低的等状况，从而导致大量重金属随废水、废气、废渣进入土壤，造成我国严重的土壤重金属污染。土壤重金属污染具有隐蔽性、难降解性、长期性、不可逆性的特点，不仅会导致土壤退化、污染水文环境，而且会在生态系统中不断积累，降低农作物产量和品质，通过食物链威胁人体健康，甚至产生严重的生态环境风险。因此，如何有效的清除土壤重金属将是重金属污染土壤修复的难点。

重金属污染土壤的修复方法主要分为物理化学法和生物修复法，常用的有固化/稳定化、淋洗、电动修复、热力学修复、植物修复、微生物修复等技术。与其他修复技术相比，土壤淋洗是一种可以将重金属从土壤中去除的物理-化学修复方法。土壤淋洗是指在流体作用下，借助淋洗剂的脱附溶解作用将土壤固相中的污染物转移到土壤液相中，再把含污染物的废水回收处理的技术。土壤淋洗修复技术是一项应用性强、可彻底去除污染物、处理速度快的土壤修复技术，而且治理费用相对低廉，现已广泛应用于土壤修复治理，尤其适用于重金属污染土壤的治理。淋洗技术的关键在于选择修复效率高、成本低且无二次污染的淋洗剂和淋洗方法，目前淋洗技术在应用中存在以下问题：

淋洗法在实际应用中可灵活地采用原位或异位的修复方式。异位淋洗首先清挖土壤，污染土壤经过淋洗设备处理后回填，这种方法存在对土壤的扰动性强、工程量大、对设备要求高、成本高等问题。对于传统模式的原位和异位淋洗技术，在淋洗过程中一般使用水、酸、碱、盐、螯合剂、表面活性剂和复合淋洗剂等淋洗剂，会导致土壤结构破坏，不利于植物生长，甚至造成土壤退化和土壤的二次污染；同时淋洗过程产生大量的废液，增加后处理成本。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于重金属污染土壤或矿渣治理的生态淋洗系统，该系统可以充分利用自然降水和灌溉水淋洗污染土壤，降低土壤中重金属含量，达到土壤修复的目的，并且又不破坏上层的无污染熟土层的土壤结构和土壤肥力。

本实用新型以如下技术方案解决上述技术问题：

本实用新型用于重金属污染土壤或矿渣治理的生态淋洗系统，它由灌溉淋洗系统和生物净水系统构成，灌溉淋洗系统和生物净水系统之间经管道连接形成闭合循环回路；所述灌溉淋洗系统主要由无污染熟土层、污染土壤或矿渣层和淋洗液抽取井构成，无污染熟土层位于污染土壤或矿渣层的上面，污染土壤或矿渣层内设置有伸出外面的淋洗液抽取井；所述生物净水系统由依次相连的沉淀池、生态水渠和生物塘构成，沉淀池、生态水渠和生物塘之间通过管道连接，淋洗液抽取井的出水端与沉淀池相接，生物塘的出水端连接灌溉淋洗系统的无污染熟土层。

本实用新型所述无污染熟土层的侧壁、土壤或矿渣层的侧壁及底部均设有HDPE防渗膜，所述生态水渠的四周及底部均设有HDPE防渗膜。

本实用新型所述淋洗液抽取井的出水端与沉淀池之间、沉淀池与生态水渠之间、生物塘与无污染熟土层之间的连接管道上分别安装有水泵。

本实用新型所述灌溉淋洗系统中淋洗液抽取井内设水位监测器。

本实用新型所述生态水渠底部的HDPE防渗膜上铺有对重金属有吸附效果的粘土矿物基质。

本实用新型所述生态水渠和生物塘中种植有对重金属有吸附作用的水生植物，生态水渠和生物塘的边坡种植有重金属超富集植物。

本实用新型与现有技术相比，具有如下有益效果：

1.本实用新型生态淋洗系统采用原位淋洗和生态修复结合的原理，可以充分利用自然降水和灌溉水淋洗污染土壤，降低土壤中重金属含量，达到土壤修复的目的，并且不破坏上层的无污染熟土层的土壤结构和土壤肥力。

2.本实用新型生态淋洗系统在修复治理过程中实时监测水位，避免水位高于污染土层或矿渣层，防止淋洗液污染熟土层；同时在污染土层和生态水渠的四周及底部铺设HDPE防渗膜，防止淋洗液向四周土壤迁移，不产生二次污染。

3.本实用新型生态淋洗系统通过在生物净水系统中的生态水渠底部设有底泥—粘土矿物基质，通过物理化学作用或表面沉淀作用达到净化水体重金属的效果；生态水渠和生物塘中种植重金属超富集植物、芦苇等水生植物，在植物提取、微生物固定等作用降低水中重金属含量，同时植被营造促进与周边生态景观的协调性，在生态改善、景观美化等方面发挥着重要作用。

4.本实用新型生态淋洗系统在实施操作过程中可利用原有的坑洼地形，不占用额外的处理场地，降低对土壤的扰动性，简化施工，投资规模小，节约土地资源，恢复地形地貌；地形地貌恢复及循环水灌溉的基础上使原有不利于耕种的区域恢复农业生产能力；在生态沟渠配合生物塘，并对生物塘进行合理利用，开展渔业养殖或水生农业，具有良好的经济效益和环境效益。

5.本实用新型生态淋洗系统的淋洗液经过生态水渠、生物塘的净化后回灌至灌溉淋洗系统，实现了资源化利用。

附图说明

图1是本实用新型用于重金属污染土壤或矿渣治理的生态淋洗系统的结构示意图。

图中：1-无污染熟土层、2-污染土壤层、3-淋洗液抽取井、4-HDPE防渗膜、5-水泵一、6-沉淀池、7-水泵二、8-生态水渠、9-生物塘、10-粘土矿物基质、11-水生植物、12-重金属超富集植物、13-水泵三。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型技术方案作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型用于重金属污染土壤或矿渣治理的生态淋洗系统是由灌溉淋洗系统和生物净水系统组成，灌溉淋洗系统和生物净水系统之间经管道连接形成闭合循环回路。所述灌溉淋洗系统主要由无污染熟土层1、污染土壤层2(或为矿渣层)和淋洗液抽取井3构成，无污染熟土层1位于污染土壤层2的上面，污染土壤层2内设置有伸出外面的淋洗液抽取井3。所述生物净水系统由沉淀池6、生态水渠8和生物塘9构成，沉淀池6、生态水渠8和生物塘9通过管道相连接，淋洗液抽取井3的出水端与沉淀池6相连接，生物塘9的出口端连接无污染熟土层1，以实现净化水回灌利用。

本实用新型所述无污染熟土层1的侧壁、污染土壤层2的侧壁及底部均设有HDPE防渗膜4，生态水渠8的四周及底部均设有HDPE防渗膜4。

本实用新型所述淋洗液抽取井3的出水端与沉淀池6之间的连接管道上安装有水泵一5，沉淀池6与生态水渠8之间的连接管道上安装有水泵二7，生物塘9的出水口经管道连接灌溉淋洗系统的无污染熟土层1，在该管道上安装有水泵三13，生物塘9中处理达标后的水通过水泵三13经管道回灌至无污染熟土层1，形成闭合循环回路系统。

本实用新型所述淋洗液抽取井3内设水位监测器，用于实时监测地下水位，以避免水位过高影响到无污染熟土层1。

本实用新型所述生态水渠8底部的HDPE防渗膜上铺有对重金属有吸附效果的粘土矿物基质10，所述粘土矿物基质10为沸石、凹凸棒、蒙脱石、伊利石等中的一种或多种。

本实用新型所述生态水渠8和生物塘9中种植有对重金属有吸附作用的水生植物11，如芦苇等水生植物。生态水渠8和生物塘9的边坡上种植有重金属超富集植物12，如宝山堇菜、圆叶遏蓝菜、商陆、蜈蚣草、东南景天、女贞等重金属超富集植物。

本实用新型用于重金属污染土壤或矿渣治理的生态淋洗系统的工作过程如下：

(1)自然降雨或灌溉水进入无污染熟土层1后，经过流体作用将污染土壤层2中的污染物洗脱出来；当监测到水位接近无污染熟土层1前，通过控制水泵一5，将淋洗液从抽取井3中抽出进入沉淀池6；

(2)淋洗液依次经过生物净水系统中的沉淀池6、水泵二7进入生态水渠8，生态水渠8中水质净化达到《地表水环境质量标准》(GB 3838—2002)后进入生物塘9；

(3)生物塘9出水达到《农田灌溉水质标准》(GB 5084—2005)通过回灌系统中的水泵三13和管道回灌至灌溉淋洗系统的无污染熟土层1；

(4)系统运行一段时间后，将经过净化达标后的灌溉水抽出，通过回灌系统用于再次灌溉；

(5)重复步骤(1)、(2)、(3)、(4)。

本实用新型通过设置沉淀池6，使淋洗液经沉淀作用降低淋洗液中颗粒物含量；通过生态水渠10的粘土矿物基质对重金属物理化学的吸附，以及通过水生植物11和重金属超富集植物12对重金属的植物吸收作用和根系微生物作用截留水中重金属，达到净化水质的效果。

本实用新型所述的生物塘9可进行水产养殖或水生农业；所述生态水渠8、生物塘9中生长的芦苇和重金属超富集植物需及时收割储存；收集的植物组织和生态水渠中底泥按照环保部要求做无害化处理。

采用本实用新型生态淋洗系统的应用实例：

处理前土壤中重金属镉含量45.67mg/kg、重金属锌含量587.21mg/kg、重金属铅含量2541.35mg/kg、重金属铬含量78.36mg/kg。经本实用新型循环淋洗系统处理后，土壤中重金属镉含量3.93mg/kg、重金属锌含量54.61mg/kg、重金属铅含量190.60mg/kg、重金属铬含量5.41mg/kg，重金属镉、锌、铅、铬的去除率分别为91.4％、90.7％、92.5％、93.1％。

可见，采用本实用新型生态淋洗系统进行循环淋洗后，显著降低了土壤中污染物的含量；同时无污染熟土层可以种植草木等植物，生态水渠和生物塘中种植芦苇及商陆、景天等重金属超富集植物，生态水渠和生物塘中可以养殖水生动物，增加了植被覆盖率和生物多样性，有益于美化本地景观及改善生态环境。