一种强化微细土壤颗粒中污染物脱附的方法
【专利摘要】本发明涉及一种溢流串联式旋流土壤洗涤的方法。该方法如下：对过筛的微细土壤颗粒悬浮液进行搅拌洗涤处理；经过两级或者多级溢流串联的并在进口前分别装有固液混合器的水力旋流器，达到精细的分离小粒径的粘土污染物，提高脱附能力；每一级根据实际工况设计相应结构达到最佳操作条件，降低成本，提高效率。实现废水与微细土壤颗粒的深度分离，达到洗涤剂再生利用的目的。本发明的装置参数可根据实际情况调整、优化，实现了对含有重金属、有机物等污染物的有效去除，弥补了目前土壤洗涤强化脱附方法的不足。
【专利说明】
一种强化微细土壤颗粒中污染物脱附的方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种溢流串联式旋流土壤洗涤的方法，属于污染土壤异位修复领域。
【背景技术】
[0002]
土壤是生态环境的重要组成部分，随着政府和环保者的大力推进，土壤污染修复的重要性，日益凸显。造成土壤环境恶化的原因是多方面的，如:农业生产、运输和库存带来的污染;石油生产、储运，加油站泄露带来的污染;钢铁焦化行业生产场地污染;铬盐、稀有金属、重金属生产带来的污染等。被污染的土壤会渗透到地下，通过地下水进行污染羽式的扩散，造成二次污染，再经过土壤-植物系统或土壤-植物-动物系统食物链富集进入人体，直接危害人体健康。土壤污染具有隐蔽性、不可逆性和长期性、影响的严重性等特点，因此土壤污染的解决一直是国际上的难点和热点问题。
[0003]目前，国内外土壤修复方法主要有物理修复法、化学修复法和生物修复法等，但存在着成本高、不彻底、周期长、环境条件影响大等不足之处。土壤淋洗修复技术是一种快速高效的物理化学淋洗技术，也是上世纪末美国EPA推荐的土壤修复方法之一。
[0004]随着技术的应用和研究的不断深入，研究者发现污染物的量与土壤粒径分布存在着关系，不论是吸附于土壤的有机质或与土壤表面官能基错合的重金属，污染物主要附着或吸附于粒径较小的土壤，大粒径范围2?4mm污染程度较低，介于2?0.076mm中间粒径土壤颗粒最多，属于沙质土，污染浓度较高，适合清洗，小于0.076mm的粘土污染浓度高但洗涤效果差，需采用其它方式处理。因此土壤的洗涤筛分以及提高对小粒径土壤颗粒的洗涤分离效率对于提高土壤洗涤效率降低处理成本有着至关重要的作用。国外实地修复中对重金属细土壤颗粒的分选一般采用机械筛选、水力分选、重力分选、浮选、磁力分离等方法，旋流分离技术依靠自身结构简单、处理量大、操作成本低的优势在土壤洗涤修复中得到了越来越广泛的应用。旋流土壤淋洗修复技术是采用旋流分级分离、淋洗液清洗去除土壤中污染物，使土壤环境质量标准达到相应的规划用地要求。这种异位土壤洗涤方法适用范围非常广，同时具有修复周期短、去除效率高、操作简便等优点。因此值得进一步开发。
[0005]对于普通的单一旋流器，一次分离过程可能并不能达到充分分离、脱附与澄清的效果。通过并联的方法只能扩大生产能力;而通过串联而成的多级单段、单级多段或者多级多段的旋流器组，可以同时完成澄清与浓缩两种操作。其需要两台或多台旋流器串联，其中至少一台旋流器用作浓缩器，而另一台作为澄清器。在固一液旋流器中，级是指溢流产品通过净化设备的次数，水力旋流器的多级分离是通过溢流串联来实现的，段是指底流物料通过净化设备的次数，水力旋流器的多段分离是通过底流串联来实现的。在实际应用中，溢流得到的上清液中污染物含量以及含土量依然很高，而实际中却要求得到污染含量小、颗粒粒度小的上清液。所以我们可以采用多级一段式的串联水力旋流器来实现，在土壤淋洗中，显著提高了溢流组分的质量和分离效率，分级作用明显，大颗粒重组分得到去除，溢流收液可以直接进入后处理或者直接循环利用，某些复杂操作工况下也只需要进行精密过滤处理。
【发明内容】
[0006]鉴于以上问题及相关理论，本发明的目的是提供一种利用旋流器溢流串联的技术，以进行土壤旋流脱附的方法。经过筛分的污染土壤在搅拌罐中搅拌，加入淋洗剂，也可以用超声设备清洗，充分混合反应后，充分利用旋流器分离结构简单、成本低、可靠性高的优点，经过两级或多级一段式的旋流洗涤，最终实现溢流废水与土壤颗粒的深度分离，强化微细土壤颗粒中污染物脱附，保证系统的洗涤剂低耗、自来水循环利用、经济性好、不造成再次污染。
[0007]本发明的具体技术方案如下:
一种强化微细土壤颗粒中污染物脱附的方法，包括如下步骤:
(1)污染土壤经过初步筛选，去除可直接回填的大粒径的石块和粗砂，保证进入洗涤系统的土壤粒径为5 O μ???3 mm的颗粒，比例在8 5 %以上;将经过初步筛分的筛下细土壤颗粒悬浮液在第一搅拌罐中经过搅拌、淋洗和/或超声操作，使其充分混合反应脱附，保证有效反应时间在20min以上；
(2)将步骤(I)的第一搅拌罐的混合液输入旋流反应器组，控制流速为2?5m/s，固液混合液的质量浓度为2?15%;通过第一固液混合器进行输送并充分的混合，然后在第一旋流器中旋流洗涤并分级，控制分离效率在55%?70%，第一旋流器的功能为颗粒分级，其分级精度设置为100?200μηι;
(3)第一旋流器溢流口出来的含固溢流液通过第二固液混合器进行输送并充分的混合，然后在第二旋流器中旋流洗涤并分离，控制分离效率在65%?75%，第二旋流器的功能为颗粒分离，其分离精度设置为20?ΙΟΟμπι;
(4)第二旋流器溢流口出来的含固溢流液依实际工况确定级数，循环上述步骤(2)和
(3)的多级串联的旋流器组，控制总体分离效率在85%?98%，总体脱附效率达80%?95%;
(5)步骤(4)所述的旋流器的分离精度为3μπι，以保证后续上清液作为洗涤液再次利用的含固量小于0.03%，直至强化微细土壤颗粒中污染物脱附的方法完成。
[0008]进一步的，所述步骤(2)中固液混合液的质量浓度为7%?10%。
[0009]进一步的，所述全部旋流器的底流都接入第二搅拌罐，再次搅拌混合，并加洗涤剂充分反应。
[0010]进一步的，所述旋流器的结构不一，大小依次成缩小状态，通过改变结构大小来控制处理量的大小，通过改变锥角来控制分离、分级作用。
[0011]进一步的，所述锥角的角度为25°~8°。优选锥角的角度为20°。
[0012]进一步的，所述固液混合器，内部构件依次增密，或左右旋向依次交替，增强扰动。
[0013]进一步的，所述搅拌罐均是淋洗罐，且均将罐底设为锥底，防止土壤沉积。
[0014]进一步的，所述所有设备均符合防腐蚀和防爆要求。
[0015]进一步的，采用并联水力旋流器组的方法扩大处理能力。
[0016]本发明的有益效果在于:
(I)采用多级水力旋流器串联，强化了微细土壤中污染物的脱附能力，弥补了单级旋流器不能满足操作要求的缺点； (2)采用固液混合器将普通管道的流体输送功能改为既有输送功能，又有颗粒反应洗涤功能；
(3)整个系统分离效率达到很高水平，且上清液达到废水、洗涤剂直接回用的目的；
(4)针对污染土壤修复，该方法和装置具有自动化程度高、可控性高、适用范围广、紧凑高效、洗涤液耗量少等特点。
【附图说明】
[0017]图1是实施例1的装置结构示意图。
[0018]符号说明:
1-1第一搅拌罐；1-2第二搅拌罐；2泥浆栗；
3-1第一固液混合器；3-2第二固液混合器；3-3第三固液混合器;4-1第一水力旋流器；4-2第二水力旋流器；4-3第三水力旋流器。
【具体实施方式】
[0019]下面，通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0020]实施例1
本申请的发明人经过广泛而深入的研究后发现，对于污染土壤洗涤这种处理量大、处理难度大的固液体系，最有效、廉价的方法是采用旋流洗涤。而工程上往往需要强化微细土壤颗粒中污染物的脱附。对于普通的单一旋流器，一次分离过程可能并不能达到分离的效果。通过并联的方法只能扩大生产能力。通过串联而成的多级单段、单级多段或者多级多段的旋流器组，可以同时完成澄清与浓缩两种操作。其需要两台或多台旋流器串联，其中至少一台旋流器用作浓缩器，而另一台作为澄清器。我们可以采用多级一段式的串联水力旋流器，在土壤淋洗中，显著提高了溢流组分的质量和分离效率，分级作用明显，大颗粒重组分得到去除，溢流收液可以直接进入后处理或者直接循环利用，某些复杂操作工况下也只需要进行精密过滤处理。基于以上发现，本发明得以完成。
[0021]如图1所示，其主要包括:1-1、第一搅拌罐;1-2、第二搅拌罐;2、泥浆栗；
3-1、第一固液混合器;3-2、第二固液混合器;3-3、第三固液混合器;4-1、第一水力旋流器;4-2、第二水力旋流器;4-3、第三水力旋流器。
[0022 ]污染土壤经过筛选，去除粒径大于3mm的可直接回填的石块和粗砂，保证进入洗涤系统的粒径为50ym-3mm的颗粒质量浓度为70%以上，将经过筛分的筛下细土壤颗粒悬浮液在搅拌罐1-1中经过搅拌、淋洗或增加超声操作，使其充分混合反应脱附，控制有效反应时间在20min以上。将搅拌罐1-1中固液混合液经过泥浆栗2栗入旋流洗涤系统，控制流速为2m/s，固液混合液的质量浓度为8%。首先经过固液混合器3-1充分混合反应，由于固液混合器3-1处理量较之后续固液混合器大，且处理的液体颗粒粒径大，故固液混合器3-1结构设计较后续的固液混合器大。在本实例中，固液混合器3-1内构件间距设计为25mm。流过固液混合器3-1的混合物经过水力旋流器4-1的分级作用，采用锥段25°锥角的结构，分离效率为58%，溢流分离精度为ΙΟΟμπι，平均粒径为10.3μπι。底流进入搅拌罐1-2，继续搅拌混合和反应。溢流进入串联的下一级继续处理，固液混合器3-2内构件间距设计为15mm。反应后进入水力旋流器4-2分离，采用15°锥角的结构，分离效率为64%，溢流分离精度为16μπι。底流进入搅拌罐1-2，继续搅拌混合和反应。溢流进入串联的下一级继续处理，固液混合器3-3内构件间距设计为8mm。反应后进入水力旋流器4-3分离，采用8°锥角的结构，分离效率为72%，溢流分离精度为3μπι，总体分离效率为95.7%，总体脱附效率达93%。
[0023]整套设备的运行通过自动控制柜控制。
[0024]本发明的一种溢流串联式旋流土壤洗涤的方法，对过筛的微细土壤颗粒悬浮液进行搅拌洗涤处理;经过两级或者多级溢流串联的并在进口前分别装有固液混合器的水力旋流器，达到精细的分离小粒径的粘土污染物，提高脱附能力;每一级根据实际工况设计相应结构达到最佳操作条件，降低成本，提高效率。实现废水与微细土壤颗粒的深度分离，达到洗涤剂再生利用的目的。本发明的装置参数可根据实际情况调整、优化，实现了对含有重金属、有机物等污染物的有效去除，弥补了目前土壤洗涤强化脱附方法的不足。
[0025]本发明的主要优点在于:
本发明充分利用了水力旋流器结构紧凑、简单，投资成本低，操作方便，可靠性高的优点，将溢流串联操作，大大的提高了总体分离效率和分离精度，实现了微细土壤颗粒中污染物脱附的强化。便于对溢流收液直接进行后处理或者直接循环利用，某些复杂操作工况下也只需要进行精密过滤处理。
【主权项】
1.一种强化微细土壤颗粒中污染物脱附的方法，包括如下步骤: (1)污染土壤经过初步筛选，去除可直接回填的大粒径的石块和粗砂，保证进入洗涤系统的土壤粒径为5 O μ???3 mm的颗粒，比例在8 5 %以上;将经过初步筛分的筛下细土壤颗粒悬浮液在第一搅拌罐中经过搅拌、淋洗和/或超声操作，使其充分混合反应脱附，保证有效反应时间在20min以上； (2)将步骤(I)的第一搅拌罐的混合液栗入旋流反应器组，控制流速为2?5m/s，固液混合液的质量浓度为2?15%;通过第一固液混合器进行输送并充分的混合，然后在第一旋流器中旋流洗涤并分级，控制分离效率在55%?70%，第一旋流器的功能为颗粒分级，其分级精度设置为100?200μηι; (3)第一旋流器溢流口出来的含固溢流液通过第二固液混合器进行输送并充分的混合，然后在第二旋流器中旋流洗涤并分离，控制分离效率在65%?75%，第二旋流器的功能为颗粒分离，其分离精度设置为20?ΙΟΟμπι; (4)第二旋流器溢流口出来的含固溢流液依实际工况确定级数，循环上述步骤(2)和(3)的多级串联的旋流器组，控制总体分离效率在85%?98%，总体脱附效率达80%?95%; (5)步骤(4)所述的旋流器均是分离兼澄清的作用，最终的分离精度为3μπι，以保证后续上清液作为洗涤液再次利用的含固量小于0.03%，直至强化微细土壤颗粒中污染物脱附的方法完成。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中固液混合液的质量浓度为7%?10%03.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述全部旋流器的底流都接入第二搅拌罐，再次搅拌混合，并加洗涤剂充分反应。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋流器的结构不一，大小依次成缩小状态，通过改变结构大小来控制处理量的大小，通过改变锥角来控制分离、分级作用。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述锥角的角度为25°?8°。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述锥角的角度为20°。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述固液混合器，内部构件依次增密，或左右旋向依次交替，增强扰动。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述搅拌罐均是淋洗罐，且均将罐底设为锥底，防止土壤沉积。9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述所有设备均符合防腐蚀和防爆要求。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，采用并联水力旋流器组的方法扩大处理能力。
【文档编号】B09C1/02GK106040729SQ201610494630
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月30日
【发明人】杨强, 孙荣江, 刘懿谦, 林匡飞
【申请人】华东理工大学