一种重金属污染土壤序批式淋洗处理装置及方法与流程

本发明涉及土壤污染修复技术领域，特别涉及一种重金属污染土壤序批式淋洗处理装置及方法。

背景技术：

重金属污染土壤的修复可按施工方式的不同分为原位修复和异位修复，原位修复一般用于中低浓度重金属污染土壤的修复，如原位稳定化、原位淋洗、原位微生物还原、原位电动修复等修复技术；异位修复具有比原位修复对土壤理化性质、污染程度、污染物形态等关键影响因素适应性更强的特点。因此，异位修复技术在我国重金属污染土壤修复方面应用非常广泛。目前，重金属污染土壤异位修复主要包括异位淋洗、异位稳定化两种修复技术。两种异位修复工艺的显著不同点是异位稳定化通过改变土壤氧化、还原条件，降低土壤中重金属的毒性和活性，但重金属总量未发生消减；异位淋洗工艺实现了淋洗液中重金属的分离，土壤中重金属总量发生显著去除。异位稳定化技术应用最为广泛，成本低廉、修复周期短，但修复后土壤存在长期稳定性问题，这是由于污染物总量并未发生消减，修复后土壤在自然条件下，土壤中污染物易再次释放到环境中，导致二次污染。而异位淋洗技术实现了重金属污染物和土壤的分离，修复后土壤污染物被彻底去除，是一种值得推广应用的绿色修复技术。但异位淋洗技术存在工艺复杂、泥水分离困难、能耗高的显著问题。

技术实现要素：

本发明目的在于解决异位淋洗技术工艺复杂、泥水分离困难、能耗高的问题，提供了一种工艺简单、能耗低、处理效果好的一种重金属污染土壤序批式淋洗处理装置及方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种重金属污染土壤序批式淋洗处理装置，包括皮带进料系统、筛分系统、序批式淋洗装置、板框压滤机、水处理系统；

所述筛分系统包括驱动电机、减速机、筛筒、机架、上隔尘罩和高压喷头；筛筒的进料口和出料口分别设置在筒体的端面上，筛筒倾斜安装于机架上，从筛筒的进料口至出料口向下倾斜；电动机经减速机与筛筒通过联轴器连接在一起，上隔尘罩安装于筛筒上方，与筛筒轴线平行，高压喷头安装于上隔尘罩内侧，高压喷头的喷嘴朝向筛筒；筛筒下方设置有收集装置；皮带进料系统与筛筒的进料口相连；

所述的序批式淋洗装置包括壳体、搅拌桨叶和卵石垫层；所述壳体材质为钢板，形状为上部圆柱体、下部倒圆锥体结构；序批式淋洗装置进料口设置在序批式淋洗装置顶部，与筛分系统的收集装置相连；搅拌桨安装在序批式淋洗装置中心位置，高出圆锥体底面10～20cm；序批式淋洗装置的淋洗液出水口设置在序批式淋洗装置下部锥体底部；卵石垫层平铺于序批式淋洗装置下部圆锥体内，充满装置整个圆锥体空间；序批式淋洗装置的泥水混合物出料口设置在上部圆柱体的侧壁，高出圆锥体底面2～5cm；

所述水处理系统包括反应池、斜板沉淀池、清水池；反应池、斜板沉淀池、清水池材质均为钢板，反应池内设有搅拌桨，搅拌桨叶片距反应池底部20～30cm；反应池设有溢流口，反应池溢流口与斜板沉淀池进水口相连，沉淀池设有溢流口，沉淀池的溢流口与清水池相连；

板框压滤机的进料口与泥水混合物出料口相连，出水口与反应池相连；淋洗液出水口与反应池相连。

进一步地，所述筛筒安装倾角为5°。

进一步地，所述筛筒筛网孔径2cm。

进一步地，倒圆锥体结构的锥体倾角45°

进一步地，淋洗液出水口数量为6个，沿圆锥体周向布置于椎体底部，

进一步地，卵石垫层中卵石的粒径范围0.1～0.5cm，

进一步地，还包括连接所述清水池和所述高压碰头相连的管道。

一种重金属污染土壤序批式淋洗处理方法，包括如下步骤：

(1)皮带进料系统将开挖后待处理的重金属污染土壤输送至筛分系统进料口；

(2)重金属污染土壤进入筛筒后，由筛筒的倾斜与转动，使筛面上的物料翻转与滚动，同时打开安装于上隔尘罩内侧高压喷头，冲洗土壤物料。经翻转、滚动和冲洗，细颗粒土壤经筛筒筛分后与高压喷头喷出的水一同落入收集装置，进入序批式淋洗装置进料口；粗颗粒土壤经筛筒尾部的排料口排出冲洗达标后回填，冲洗废水进入水处理系统反应池。

(3)控制筛分系统的进料速度和高压喷头流量，调控进入序批式淋洗装置的细颗粒土壤与水的固液比；送入序批式淋洗装置后，启动搅拌桨叶，进行充分淋洗，待重金属污染物从固相向液相迁移转化后，打开序批式淋洗装置底部的个淋洗液出水口，实现泥水分离，淋洗废水进入水处理系统；关闭个淋洗液出水口，淋洗后的土壤经序批式淋洗装置泥水混合物出料口进入板框压滤机实现脱水后，泥饼安全填埋，分离后的废水进入水处理系统。

(4)步骤3产生的淋洗废水和板框压滤机压出的废水首先进入反应池，充分搅拌反应15min后，经溢流孔进入斜板沉淀池，经停留沉淀30min后，实现反应产物的絮凝沉淀，沉淀后清水经斜板沉淀池溢流口进入清水池暂存，回用于序批式淋洗过程用水。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)采用高压喷淋筛分手段，在有效实现重金属污染土壤高效筛分的同时，加速了土壤中污染物的浸出分离，实现在预处理阶段降低重金属含量约10％的效果，为缩短淋洗工艺流程，降低后续处理工艺污染负荷奠定了良好基础；

(2)通过卵石垫层、淋洗液出水口及泥水混合物出料口的设计，实现了一个淋洗装置多级淋洗的功效，极大地简化了淋洗工艺流程，降低了能耗；

(3)通过水处理系统，实现淋洗废水的循环利用，在降低淋洗处理成本的同时，实现了工艺绿色可持续发展。

本发明的有益效果是：本发明通过一个淋洗装置实现了重金属污染土壤的多级淋洗，相比传统土壤淋洗装置工艺简单、能耗低、处理效果好，具有良好的环境效益、经济效益和社会效益。

附图说明

图1为重金属污染土壤序批式淋洗处理装置结构示意图。

图2为筛分系统的结构示意图；

图3为序批式淋洗装置的结构示意图；

图4为水处理系统的结构示意图。

图中，驱动电机21、出料口22、上隔尘罩23、高压喷头24、收集装置25、筛筒26、进料口27、机架28、搅拌桨叶31、淋洗液出水口32、泥水混合物出料口33、反应池41、斜板沉淀池42、清水池43。

具体实施方式

如图1所示，一种重金属污染土壤序批式淋洗处理装置，包括皮带进料系统、筛分系统、序批式淋洗装置、板框压滤机、水处理系统。

所述筛分系统包括驱动电机21、减速机、筛筒26、机架28、上隔尘罩23和高压喷头24；筛筒26的进料口27和出料口22分别设置在筒体的端面上，筛筒26倾斜安装于机架28上，从筛筒26的进料口27至出料口22向下倾斜；电动机21经减速机与筛筒26通过联轴器连接在一起，驱动筛筒26绕其轴线转动，上隔尘罩23安装于筛筒26上方，与筛筒26轴线平行，高压喷头24安装于上隔尘罩23内侧，高压喷头24的喷嘴朝向筛筒26；筛筒26下方设置有收集装置25。皮带进料系统与筛筒26的进料口27相连。污染土壤从进料口27进入筛筒26后，由筛筒26的倾斜与转动，带动筛面上的物料翻转与滚动，使细颗粒土壤经筛筒26落入到收集装置25中，粗颗粒土壤经筛筒尾部的出料口22排出，排出后的粗颗粒可压成泥饼，加入0.5％硫酸亚铁搅拌后暂存。在筛筒中土壤物料翻转与滚动时，高压喷头冲洗土壤物料，高压喷头流量控制5m³/h，最后的水也流入到收集装置25中，与细颗粒土壤混合。

所述的序批式淋洗装置包括壳体、搅拌桨叶31和卵石垫层；所述壳体材质为钢板，形状为上部圆柱体、下部倒圆锥体结构，锥体倾角30～45°。序批式淋洗装置进料口设置在序批式淋洗装置顶部，与筛分系统的收集装置25相连；搅拌桨31安装在序批式淋洗装置中心位置，高出圆锥体底面10～20cm；序批式淋洗装置的淋洗液出水口32设置在序批式淋洗装置下部锥体底部，共设置6个淋洗液出水口32，平均分布于圆锥体底部，卵石垫层粒径范围0.1～0.5cm，平铺于序批式淋洗装置下部圆锥体内，充满装置整个圆锥体空间；序批式淋洗装置的泥水混合物出料口33设置在上部圆柱体的侧壁，高出圆锥体底面2～5cm。

所述水处理系统包括反应池41、斜板沉淀池42、清水池43；反应池、斜板沉淀池、清水池材质均为钢板，反应池41内设有搅拌桨，搅拌桨叶片距反应池底部20cm。反应池41设有溢流口，反应池41溢流口与斜板沉淀池42进水口相连，沉淀池42设有溢流口，沉淀池42的溢流口与清水池43相连。待处理的废水进入反应池41，反应池41设有溢流口，反应池41溢流口与斜板沉淀池42进水口相连，反应池41处理后废水在斜板沉淀池42沉淀完全后再经斜板沉淀池42溢流孔流至清水池43暂存。清水池中的水可回用于序批式淋洗过程用水。即通过一管道输送至高压喷头。

板框压滤机的进料口与泥水混合物出料口33相连，出水口与反应池相连；淋洗液出水口32与反应池相连。泥水混合物出料口33排出的泥水混合物先由板框压滤机实现泥水分离后，泥饼暂存，分离后的废水与淋洗液出水口32排出的废水一同进入水处理系统进行处理。

作为优选的技术方案，所述筛筒26安装倾角为45°。所述筛筒26筛网孔径2cm。

上述装置的淋洗处理方法如下：

(1)皮带进料系统将开挖后待处理的重金属污染土壤输送至筛分系统进料口；

(2)重金属污染土壤进入筛筒26后，由筛筒26的倾斜与转动，使筛面上的物料翻转与滚动(筛筒筛网孔径2cm)，同时打开安装于上隔尘罩内侧高压喷头24，冲洗土壤物料。经翻转、滚动和冲洗，细颗粒土壤经筛筒筛分后与高压喷头24喷出的水一同落入收集装置25，进入序批式淋洗装置进料口；粗颗粒土壤经筛筒尾部的排料口22排出冲洗达标后回填，冲洗废水进入水处理系统反应池。

(3)控制筛分系统的进料速度和高压喷头24流量，使得进入序批式淋洗装置的细颗粒土壤与水的固液比1:10；送入序批式淋洗装置后，启动搅拌桨叶31，充分淋洗30min，待重金属污染物从固相向液相迁移转化后，打开序批式淋洗装置底部的6个淋洗液出水口32，实现泥水分离，淋洗废水进入水处理系统；关闭6个淋洗液出水口32，淋洗后的土壤经序批式淋洗装置泥水混合物出料口33进入板框压滤机实现脱水后，泥饼安全填埋，分离后的废水进入水处理系统。作为优选的方案，序批式淋洗装置内的土壤可通过继续添加淋洗液，在固液比1:10、淋洗时间30min条件下实现多次淋洗，

(4)步骤3产生的淋洗废水和板框压滤机压出的废水首先进入反应池41，充分搅拌反应15min后，经溢流孔进入斜板沉淀池42，经停留沉淀30min后，实现反应产物的絮凝沉淀，沉淀后清水经斜板沉淀池溢流口进入清水池43暂存，回用于序批式淋洗过程用水。

所述重金属污染土壤序批式淋洗处理装置的处理量为2t/h，单次淋洗时间为30min，占地面积为30m×20m。在处理前，重金属污染土壤总铬浓度为1232mg/kg，cr(vi)浓度为960mg/kg。经序批式淋洗处理后，土壤中总铬浓度为300mg/kg，cr(vi)浓度为25mg/kg。

以上示意性地对本发明创造及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本专利的保护范围。