一種鉻汙染土壤異位分選清洗修復裝置的製作方法
2023-06-29 07:38:26
本實用新型屬於土壤汙染治理修復技術領域，具體涉及一種鉻汙染土壤異位分選清洗修復裝置。
背景技術：
自2005年，國家發布《鉻渣汙染綜合整治方案》以來，我國已經完成所有歷史堆存鉻渣的無害化處置，但遺留的鉻汙染土壤和地下水未得到處理。由於鉻汙染土壤中主要汙染物鉻（Ⅵ）易溶於水且毒性大，對長期堆放地周圍的土壤、河流及汙染地下水源構成極大的威脅，鉻渣場地土壤已經列為我國土壤汙染重點治理對象，我國目前急需修復鉻渣汙染場地土壤的關鍵技術。
根據鉻汙染場地的特點和場地中汙染物的特性，目前鉻汙染場地修復的基本思路有三種：一是將受汙染的土壤及地下水中的 Cr 固定，使其難以釋放；二是將其中毒性較高的 Cr6+還原為毒性很低的 Cr3+並形成沉澱，降低其毒性和生物可利用性；三是將 Cr 從土壤和地下水中徹底去除，消除其危害。圍繞這三個基本思路，發展出了一系列修復技術，主要有：固化∕穩定化、化學還原、土壤清洗、電動力學修復、玻璃化等，其中技術成熟、已有實際工程應用、具有可操作性的技術有固化/穩定化、化學還原和土壤清洗技術。固化/穩定化技術工藝簡單，費用相對較低，可利用現有的工程設備。但該技術主要存在如下一些不足：①增容比大，汙染土壤處置後形成混合物的體積增大；②固化/穩定化後的混合體需要進行安全處置，且對混合體需要後期長期的監測和跟蹤；③有機汙染物和水分含量、化學吸附和老化過程均可影響其效果,且該技術不能從根本上去除重金屬。化學還原法成本較低,有大規模應用的可能。但是該技術存在不少缺點如：①土壤/沉積物顆粒內部的Cr(VI)難以與還原劑接觸並發生氧化還原反應，去除土壤顆粒內部的六價鉻是難以克服；②添加還原劑有可能造成二次汙染；一定條件下Cr3+可能轉變為Cr6+，還有一定的環境風險。土壤清洗技術是一種發展潛力比較大的土壤汙染治理技術，它具有以下優勢：①可大大減少汙染土壤的體積，使汙染物濃縮於小部分土壤或汙泥中，理想狀態下可使汙染土壤的體積減少 90%以上；②清洗過程在的封閉的系統中進行，不受外界條件的影響，並且可對處理條件（溫度、pH 等）進行控制，處理過程易於控制；③產生二次汙染的風險小。
目前，對於鉻汙染土壤異位淋洗的修復技術，已有多篇公開的文獻報導。其中；王興潤等（專利申請號：200910241688.1）採用兩級逆流洗滌加藥劑穩定化組合工藝，雖然採用清水為淋洗劑，處理成本和風險都大大降低，但是處置後的土壤還會不斷出現返黃現象，它說明土壤中的六價鉻處置並不徹底，還需要進行二次或多次處置；翟永洪等（專利申請號：201510494866.7）採用乙二胺四乙酸鈉的鹼性水溶液為汙染土壤中六價鉻的淋洗劑，沒有具體的步驟方法和固液分離措施和設備，不能滿足工程實施要求；鄭好等（專利申請號：201520566384.3）採用兩級清洗，方法步驟具體，設備、工藝等可操作性強，但是該方法只適用於砂土，應用範圍太窄，並且該技術僅分離出粒徑大於75μm的砂粒，汙染土壤體積減小有限。
技術實現要素：
本實用新型針對現有技術的不足而提供了一種鉻汙染土壤異位分選清洗修復裝置，能根據場地具體情況進行獨立調整，可連續、全自動運行的有效處理鉻汙染土壤並無二次汙染。
為了達到上述目的，本實用新型採用如下技術方案：
本實用新型提供了一種鉻汙染土壤異位分選清洗修復裝置，它包括：
原料處理單元，其包括配漿器、輸水管線、攪拌罐I、振動篩I，所述配漿器、攪拌罐I和振動篩I順次連接，輸水管線與配漿器相連；
一級篩出顆粒物處理單元，其包括攪拌罐II和振動篩II，振動篩I的篩上顆粒物輸出口與攪拌罐II的入口相連，攪拌罐II和振動篩II順次連接；
一級篩下液處理單元，其包括一級旋流器I、攪拌罐III和一級旋流器II，振動篩I的篩下出口與一級旋流器I連接, 一級旋流器I、攪拌罐III和一級旋流器II順次連接；
二級篩下液處理單元，其包括二級旋流器I、攪拌罐IV和二級旋流器II，一級旋流器I的溢流液出口與二級旋流器I連接, 二級旋流器I、攪拌罐IV和二級旋流器II順次連接；
廢液匯集單元：二級旋流器I的溢流液出口、振動篩II的篩下液出口、一級旋流器II的溢流液出口及二級旋流器II的溢流液出口均與廢液儲罐相通；
廢液處理單元，其包括濃密機、待壓泥漿罐和板框壓濾機，所述廢液儲罐的液體排出口與濃密機連接，所述濃密機底部出口與待壓泥漿罐連接，待壓泥漿罐與板框壓濾機連接；
清洗液添加單元，其包括清洗液儲罐，所述清洗液儲罐分別與攪拌罐II、攪拌罐III、攪拌罐IV、廢液儲罐相連；
藥劑添加單元，其包括還原劑儲罐和pH值調節劑儲罐，還原劑儲罐和pH值調節劑儲罐均與廢液儲罐相連。
根據上述的鉻汙染土壤異位分選清洗修復裝置，所述清洗液儲罐內的清洗液為質量百分比濃度為10~15%的硫酸水溶液。
根據上述的鉻汙染土壤異位分選清洗修復裝置，所述還原劑儲罐內的還原劑為質量百分比濃度為15～30%硫酸亞鐵水溶液。
根據上述的鉻汙染土壤異位分選清洗修復裝置，所述pH值調節劑儲罐內的調節劑為氧化鈣或氫氧化鈣。
上述振動篩I及振動篩II的篩孔尺寸均為75μm；一級旋流器I和一級旋流器II的分離粒徑為10~74μm；二級旋流器I和二級旋流器II的分離粒徑為2~10μm。
上述方案中，所有連接均為管道連接，管道上可根據需要設置控制閥。
採用上述鉻汙染土壤異位分選清洗修復裝置對鉻汙染土壤進行異位分選清洗修復的工藝，包括如下步驟：
1、製漿：將鉻汙染土壤與由輸水管線進入的清水通過配漿器混合進入攪拌罐I中攪拌30～40分鐘；土水的配比（土的質量／水的體積）80g/L～200g/L，泥漿密度在1.06～1.1之間；
2、土壤顆粒分級：採用漿液泵送至振動篩I的篩面，篩上物經水衝洗後大顆粒砂粒為≧75μm粒徑的砂粒排泥漿到攪拌罐II，篩下漿液被漿液泵送至一級旋流器I進行固液分離，經旋流器分離後，底流物質即10～74μm粒徑的土壤顆粒粒經水清洗後排泥漿到攪拌罐III，其中細顆粒懸浮物以溢流形式排出泵送至二級旋流器I進行固液分離，經二級旋流器II分離後，底流物質為2～10μm粒徑的土壤顆粒粒排到攪拌罐IV，其中溢流物質為≦2μm粒徑的土壤顆粒粒排到廢液罐；
3、不同級別土壤顆粒清洗：≧75μm粒徑的砂粒進入攪拌罐II後加入清洗液，攪拌30～50分鐘，泵送至振動篩II，篩上物經清水清洗後排出，篩下漿液進入廢液罐；10～74μm粒徑的土壤顆粒粒進入攪拌罐III後，加入清洗劑，攪拌30～50分鐘，泵送至一級旋流器II進行固液分離，底流物質排出，溢流進入廢液罐；2～10μm粒徑的土壤顆粒粒進行攪拌罐IV後，加入清洗液，攪拌30～50分鐘，泵送至二級旋流器II進行固液分離，底流物質排出，溢流進入廢液罐；
4、廢液處理：廢液罐中的粘粒懸浮液經加還原劑、pH值調節劑，沉澱後，底流沉澱層進入待壓泥漿罐，隨後進入板框壓濾機壓濾形成濾餅和濾液，濾餅可作為一般固體廢棄物處理；濾液返回沉澱池，上清液進入清洗液處理罐，調整pH值後循環使用。
上述的鉻汙染土壤主要源於鉻渣堆存場地或者鉻鹽工業遺留物場地及其周圍的重度鉻汙染的土壤。
與現有技術相比，本實用新型取得的有益效果：
（1）、本實用新型整套工藝流程簡單，設備易加工，可採用公知設備且價格低廉，佔地面積小，能連續操作，能耗低，土壤中六價鉻的去除率可達到95% 以上，六價鉻的殘留濃度低於50mg/kg，消除了鉻對土壤、地下水及周邊環境的影響。
（2）、採用水作為土壤顆粒分級介質，即可分選土壤顆粒，又能去除大部分六價鉻，節約藥劑成本。
（3）、稀硫酸作為清洗劑可以從鉻汙染土壤中有效脫除六價鉻，和大部分的三價鉻，達到從土壤中清除或大幅降低鉻含量的目的，經處理後對環境不產生二次汙染。
（4）、使用的土壤淋洗劑配製簡單，濃度要求較低，因此，對設備要求並不高，可以採用公知設備。
（5）、處理後的土壤環境安全，可以回填利用，無後續的處置問題；本發明方法的整個土壤修復過程藥劑成本為150-200 元/(m3土)，運行成本為150-300 元/( m3土)，處理成本大大降低，可廣泛處理鉻渣堆存場地、或者鉻鹽工業遺留場地、以及其它各種因鉻汙染的土壤，其經濟和社會效益十分顯著。
附圖說明
圖1為本實用新型整體結構示意圖；
圖2為本實用新型整體結構用於清洗的工藝流程圖。
具體實施方式
下面結合附圖對本發明作進一步說明。
實施例
參照圖1所示，本實用新型提供了一種鉻汙染土壤異位分選清洗修復裝置，它包括：
原料處理單元，其包括配漿器1、輸水管線2、攪拌罐I3、振動篩I4，所述配漿器1、攪拌罐I3和振動篩I4順次連接，輸水管線2與配漿器1相連；
一級篩出顆粒物處理單元，其包括攪拌罐II5和振動篩II6，振動篩I4的篩上顆粒物輸出口與攪拌罐II5的入口相連，攪拌罐II5和振動篩II6順次連接；
一級篩下液處理單元，其包括一級旋流器I7、攪拌罐III8和一級旋流器II9，振動篩I4的篩下出口與一級旋流器I7連接, 一級旋流器I7、攪拌罐III8和一級旋流器II9順次連接；
二級篩下液處理單元，其包括二級旋流器I10、攪拌罐IV11和二級旋流器II12，一級旋流器I7的溢流液出口與二級旋流器I10連接, 二級旋流器I10、攪拌罐IV11和二級旋流器II12順次連接；
廢液匯集單元：二級旋流器I10的溢流液出口、振動篩II6的篩下液出口、一級旋流器II9的溢流液出口及二級旋流器II12的溢流液出口均與廢液儲罐13相通；
廢液處理單元，其包括濃密機14、待壓泥漿罐15和板框壓濾機16，所述廢液儲罐13的液體排出口與濃密機14連接，所述濃密機14底部出口與待壓泥漿罐15連接，待壓泥漿罐15與板框壓濾機16連接；
清洗液添加單元，其包括清洗液儲罐17，所述清洗液儲罐17分別與攪拌罐II5、攪拌罐III8、攪拌罐IV11、廢液儲罐13相連；
藥劑添加單元，其包括還原劑儲罐18和pH值調節劑儲罐19，還原劑儲罐18和pH值調節劑儲罐19均與廢液儲罐13相連；
參照圖2所示，根據上述的鉻汙染土壤異位分選清洗修復裝置，所述清洗液儲罐內的清洗液為質量百分比濃度為10~15%的硫酸水溶液；所述還原劑儲罐內的還原劑為質量百分比濃度為15～30%硫酸亞鐵水溶液；所述pH值調節劑儲罐內的調節劑為氧化鈣或氫氧化鈣；上述振動篩I及振動篩II的篩孔尺寸均為75μm；一級旋流器I和一級旋流器II的分離粒徑為10~74μm；二級旋流器I和二級旋流器II的分離粒徑為2~10μm。
案例1
汙染土壤取自新鄉某鉻渣場地，為粉質壤土，有機質含量為13.7g/kg，總鉻含量為2511.22 mg/kg，六價鉻含量為815.65 mg/kg，pH值為8.06，採用上述鉻汙染土壤異位分選清洗修復裝置對鉻汙染土壤進行異位分選清洗修復的工藝，包括如下步驟：
1、製漿：將鉻汙染土壤與由輸水管線進入的清水通過配漿器混合進入攪拌罐I中攪拌40分鐘；土水的質量比1:10，泥漿密度在1.06～1.1之間；
2、土壤顆粒分級：採用漿液泵送至振動篩I的篩面進行篩分，振動篩I篩孔孔徑為75μm，篩上物經水衝洗後大顆粒砂粒為≧75μm粒徑的砂粒排泥漿到攪拌罐II，篩下漿液被漿液泵送至一級旋流器I進行固液分離，經旋流器分離後，底流物質為10～74μm粒徑的土壤顆粒粒經水清洗後排泥漿到攪拌罐III，其中細顆粒懸浮物以溢流形式排出泵送至二級旋流器I進行固液分離，經二級旋流器II分離後，底流物質為2～10μm粒徑的土壤顆粒粒排到攪拌罐IV，其中溢流物質為≦2μm粒徑的土壤顆粒以溢流形式排到廢液罐；
3、不同級別土壤顆粒清洗：≧75μm粒徑的砂粒進入攪拌罐II後加入0.15mol/L的稀硫酸，土液比m/v=1:10，攪拌40分鐘，泵送至振動篩II，篩上物經清水清洗後排出，篩下漿液進入廢液罐；10～74μm粒徑的土壤顆粒粒進入攪拌罐III後，加入0.15mol/L的稀硫酸，攪拌30～50分鐘，泵送至一級旋流器II進行固液分離，底流物質排出，溢流進入廢液罐；2～10μm粒徑的土壤顆粒粒進行攪拌罐IV後，加入0.15mol/L的稀硫酸，攪拌30～50分鐘，泵送至二級旋流器II進行固液分離，底流物質排出，溢流進入廢液罐；
4、廢液處理：廢液罐中的粘粒懸浮液經加硫酸亞鐵、氫氧化鈣，沉澱後，底流沉澱層進入待壓泥漿罐，隨後進入板框壓濾機壓濾形成濾餅和濾液，濾餅可作為一般固體廢棄物處理；濾液返回沉澱池，上清液進入清洗液處理罐，調整pH值後循環使用。
修復效果：對修復后土壤中的總鉻和六價鉻含量進行分析測試，採用火焰原子吸收分光光度法（GB/T17137-1997）測土壤中的總鉻，用《固體廢物進出毒性進出方法- 硫酸硝酸法》（HJ/T 299-2007）對修復后土壤進行浸出處理，再使用二苯碳醯二肼分光光度法（GB/T15555.4-1995）測定浸出液中六價鉻含量。
鉻汙染土壤經過分選清洗修復處理後，土壤中的六價鉻濃度為28.48mg/kg,土壤中六價鉻去除率96.5%，修復后土壤滿足該場地風險控制要求（Cr6+<50mg/kg，該值根據《汙染場地風險評估技術導則》（HJ25.3-2014）計算得出）；土壤中的總鉻含量為534.38，總鉻去除率為78.8%，經計算三價鉻的去除率達到70.16%。
根據測定結果，經處理後的廢液六價鉻未檢出，滿足《地下水質量標準》（GB/T14848-93）Ⅲ類水質標準要求（0.05mg/L）。
案例2
汙染土壤取自鞏義某鉻渣場地，為粉質粘土，有機質含量為40.8g/kg，總鉻含量為5847.83 mg/kg，六價鉻含量為3339.95 mg/kg，pH值為8.47，採用上述鉻汙染土壤異位分選清洗修復裝置對鉻汙染土壤進行異位分選清洗修復的工藝，包括如下步驟：
1、製漿：將鉻汙染土壤與由輸水管線進入的清水通過配漿器混合進入攪拌罐I中攪拌40分鐘；土水的質量比1:10，泥漿密度在1.06～1.1之間；
2、土壤顆粒分級：採用漿液泵送至振動篩I的篩面進行篩分，振動篩I篩孔孔徑為75μm，篩上物經水衝洗後大顆粒砂粒為≧75μm粒徑的砂粒排泥漿到攪拌罐II，篩下漿液被漿液泵送至一級旋流器I進行固液分離，經旋流器分離後，底流物質為10～74μm粒徑的土壤顆粒粒經水清洗後排泥漿到攪拌罐III，其中細顆粒懸浮物以溢流形式排出泵送至二級旋流器I進行固液分離，經二級旋流器II分離後，底流物質為2～10μm粒徑的土壤顆粒粒排到攪拌罐IV，其中溢流物質為≦2μm粒徑的土壤顆粒以溢流形式排到廢液罐；
3、不同級別土壤顆粒清洗：≧75μm粒徑的砂粒進入攪拌罐II後加入0.15mol/L的稀硫酸，土液比m/v=1:10，攪拌40分鐘，泵送至振動篩II，篩上物經清水清洗後排出，篩下漿液進入廢液罐；10～74μm粒徑的土壤顆粒粒進入攪拌罐III後，加入0.15mol/L的稀硫酸，攪拌30～50分鐘，泵送至一級旋流器II進行固液分離，底流物質排出，溢流進入廢液罐；2～10μm粒徑的土壤顆粒粒進行攪拌罐IV後，加入0.15mol/L的稀硫酸，攪拌30～50分鐘，泵送至二級旋流器II進行固液分離，底流物質排出，溢流進入廢液罐；
4、廢液處理：廢液罐中的粘粒懸浮液經加硫酸亞鐵、氫氧化鈣，沉澱後，底流沉澱層進入待壓泥漿罐，隨後進入板框壓濾機壓濾形成濾餅和濾液，濾餅可作為一般固體廢棄物處理；濾液返回沉澱池，上清液進入清洗液處理罐，調整pH值後循環使用。
修復效果：對修復后土壤中的總鉻和六價鉻含量進行分析測試，採用火焰原子吸收分光光度法（GB/T17137-1997）測土壤中的總鉻，用《固體廢物進出毒性進出方法- 硫酸硝酸法》（HJ/T 299-2007）對修復后土壤進行浸出處理，再使用二苯碳醯二肼分光光度法（GB/T15555.4-1995）測定浸出液中六價鉻含量。
鉻汙染土壤經過分選清洗修復處理後，土壤中的六價鉻濃度為35.21mg/kg,土壤中六價鉻去除率98.96%，修復后土壤滿足該場地風險控制要求（Cr6+<50mg/kg，該值根據《汙染場地風險評估技術導則》（HJ25.3-2014）計算得出）；土壤中的總鉻含量為1076.86 mg/kg，總鉻去除率為81.59%，經計算三價鉻的去除率達到58.46%。
根據測定結果，經處理後的廢液六價鉻未檢出，滿足《地下水質量標準》（GB/T14848-93）Ⅲ類水質標準要求（0.05mg/L）。
顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的實例，而並非對實施方式的限制。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而因此所引申的顯而易見的變化或變動仍處於本實用新型創造的保護範圍之內。