CN106077062A - 一种土壤浆液洗涤脱附及增浓处理的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种底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；经过两段或者多段底流串联的水力旋流器，且在旋流***前装有固液混合器组，达到强化浆液中小粒径的粘土污染物脱除，提高脱附能力，使底流增浓；每一段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。实现废水与浆液大颗粒土壤的深度分离，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。

Description

一种土壤浆液洗涤脱附及增浓处理的方法

技术领域

本发明涉及一种土壤浆液洗涤脱附及增浓处理的方法，属于污染土壤异位修复领域。

背景技术

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***或土壤-植物-动物***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。

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。

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。因此值得进一步研究开发。

对于普通的单一旋流器，一次分离过程可能并不能达到浆液充分分离、脱附和增浓的效果。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—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，底流得到的浆液中污染物含量以及含水量依然很高，而实际中却要求得到污染含量小、颗粒粒度大（粒度小的颗粒需要多次反复反应处理或其它方式处理）的底流浆液。所以我们可以采用多段一级式的串联水力旋流器来实现，在土壤淋洗中，显著提高了底流组分的质量和脱附效率，分级作用明显，小颗粒轻组分得到去除，底流收液可以直接清水洗后脱水填埋，脱出水可以在***回用。达到快速回填和节约用水的目的。

发明内容

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底流串联的技术，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，经过两段或多段一级式的旋流洗涤，最终实现底流废水与土壤颗粒的深度分离，强化浆液颗粒中污染物脱附与土壤增浓，保证***的洗涤剂低耗、自来水循环利用、经济性好、不造成再次污染。

具体的技术方案如下：

一种土壤浆液洗涤脱附及增浓处理的方法，包括如下步骤：

（1）污染土壤经过初步筛选，进入洗涤***的土壤粒径为50mm～3mm的颗粒质量浓度为70%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，控制搅拌时间不少于20min。得到第一搅拌罐的混合液；

（2）将步骤（1）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%；通过连续三个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离，控制分离效率在80%以上，分离精度设置为150mm；

（3）第一旋流器底流通过第二旋流器中旋流洗涤并分离，控制分离效率在70%～85%，第二旋流器的分离精度设置为90mm；

（4）第二旋流器底流依实际工况确定段数，依次再通过循环上述步骤（2）和（3）的多段串联的旋流器组控制总体分离效率在30%～50%，总体脱附效率达85%～99%，增浓至质量固含率达60%～75%；

（5）步骤（4）所述的旋流器，最终的分离精度为50mm，以保证可免去再次淋洗的固液混合物中颗粒粒径小于76mm的含固量在3%以下；直至土壤浆液洗涤脱附及增浓处理的方法完成。

进一步的，所述步骤（2）中固液混合液的质量浓度为7%～10%。

进一步的，所述旋流器的溢流口出来的含固溢流液均返回第一搅拌罐继续搅拌混合反应。

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。

进一步的，所述锥角的角度为25°~10°。优选锥角的角度为20°。

进一步的，所述固液混合器，内部构件左右旋向依次交替，增强扰动。；

进一步的，所述搅拌罐均将罐底设计成锥底，防止土壤沉积，第一搅拌罐为淋洗罐，第二淋洗罐为清水罐。

进一步的，所述所有设备均符合防腐蚀和防爆要求。

进一步的，采用并联水力旋流器组的方法扩大处理能力。

本发明的有益效果在于：

（1）采用多段水力旋流器串联，强化了土壤浆液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，另外对浆液的增浓作用也很显著；

（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***分离效率达到很高水平，且底流含固率高，达到直接填埋的水平或只需简单过滤即可填埋，滤出废水可直接回用达到节约用水的目的；

（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

图1是实施例1的装置结构示意图。

符号说明：

1-1 第一搅拌罐；1-2 第二搅拌罐；2 泥浆泵；

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

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。

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浆液土壤颗粒中污染物的脱附以及进一步增浓处理。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，显著提高了底流组分的质量和分离质量，增浓作用明显，细微颗粒轻组分得到去除，底流收液达到直接填埋的水平或只需简单过滤即可填埋，滤出废水可直接回用达到节约用水的目的。基于以上发现，本发明得以完成。

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、泥浆泵；

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。

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***的粒径为50mm-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泵2泵入旋流洗涤***，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、3-2、3-3依次充分混合反应，固液混合器旋向依次更替，增加扰动，提高反应效果。在本实例中，固液混合器3-1、3-2、3-3内构件间距均设计为25mm。流过固液混合器3-1、3-2、3-3的混合物经过水力旋流器4-1的分级作用，采用锥段10°锥角的结构，分离效率为80%，溢流分离精度为156mm，平均粒径为8.4mm。溢流进入搅拌罐1-1，继续搅拌混合和反应。底流进入串联的下一段水力旋流器4-2分离，采用15°锥角的结构，分离效率为76%，溢流分离精度为89mm。溢流进入搅拌罐1-1，继续搅拌混合和反应。底流进入串联的下一段水力旋流器4-3分离，采用25°锥角的结构，分离效率为71%，溢流分离精度为80mm，总体分离效率为43.2%，脱附效率达98%，增浓效果达到固含量为64.5%。

整套设备的运行通过自动控制柜控制。

本发明的一种底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；经过两段或者多段底流串联的水力旋流器，且在旋流***前装有固液混合器组，达到强化浆液中小粒径的粘土污染物脱除，提高脱附能力，使底流增浓；每一段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。实现废水与浆液大颗粒土壤的深度分离，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。

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，将底流串联操作，大大的提高了总体脱附效率和分离精度，实现了浆液土壤颗粒中污染物脱附的强化，提高了增浓效果。底流收液达到直接填埋的水平或只需简单过滤即可填埋，滤出废水可直接回用达到节约用水的目的。

Claims (10)

1.一种土壤浆液洗涤脱附及增浓处理的方法，包括如下步骤：

（1）污染土壤经过初步筛选，进入洗涤***的土壤粒径为50mm～3mm的颗粒质量浓度为70%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，控制搅拌时间不少于20min，使其充分混合反应脱附，得到第一搅拌罐的混合液；

（2）将步骤（1）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%；通过连续三个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离，控制分离效率在80%以上，分离精度设置为150mm；

（3）第一旋流器底流通过第二旋流器中旋流洗涤并分离，控制分离效率在70%～85%，第二旋流器的分离精度设置为90mm；

（4）第二旋流器底流依实际工况确定段数，依次再通过循环上述步骤（2）和（3）的多段串联的旋流器组控制总体分离效率在30%～50%，总体脱附效率达85%～99%，增浓至质量固含率达60%～75%；

（5）步骤（4）所述的旋流器，最终的分离精度为50mm，以保证可免去再次淋洗的固液混合物中颗粒粒径小于76mm的含固量在3%以下；直至土壤浆液洗涤脱附及增浓处理的方法完成。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤（2）中固液混合液的最优质量浓度为7%～10%。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述旋流器的溢流口出来的含固溢流液均返回第一搅拌罐继续搅拌混合反应。

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°~10°。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述锥角的最优角度为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，所述搅拌罐均将罐底设计成锥底，防止土壤沉积，第一搅拌罐为淋洗罐，第二淋洗罐为清水罐。

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。