污染土壤减量化的方法及装置

技术领域

本公开属于废旧电器拆解、环保领域，涉及一种采用旋流场分级实现污染场地土壤中有机物、重金属分选的新方法，该方法实现了针对不同粒径土壤分类处理，极大减少了后续污染土壤处理总量，方法简便，提高了处理效率。还提供了实现该预处理方法的成套装置，其中旋流设备可根据实际情况串联多级，实现场地污染土壤高效低成本的减量处理。

背景技术

土壤污染已经对土地资源可持续利用与人类的健康发展产生了严重影响，全国土壤总的点位超标率达16.1％，轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2％、2.3％、1.5％和1.1％，并且这一数据还在持续上涨。污染类型以无机型为主，有机型次之，复合型污染比重较小，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8％。目前土壤治理手段主要有物理法、化学法以及生物法。这几种方法普遍处理的周期长，且成本较高。研究发现，土壤的粒径与其污染程度成反比，大颗粒的土壤污染物含量少，土壤质量达标。若能从土壤中将大颗粒分离出来，小颗粒高污染的部分集中处理则可极大降低成本。

基于上述原理和成本降低的思路，国内外学者及工程人员广泛开展了技术探索。

实用新型专利CN202824100U公开了一种污染土壤热处理系统，此系统由输送设备、第一段中间储存桶、破碎设备、筛分设备、第二段中间储存桶、第一段热处理单元、第三段中间储存桶、第二段热处理单元、第四段中间储存桶、冷却设备及输送设备组成；由两段热处理单元组成一个二段式的热处理设备，在两单元的热处理过程中，采用前段低温后段高温的形式实现污染物成分和含量处理上的包容性。该现有技术是在反复的破碎、筛分以及加热的程序中实现污染土壤的筛分处理并回收利用，但是该系统操作复杂，并且其加热温度过高导致能耗较高，污染物释放到尾气中，对尾气处理成本比较高。

发明专利申请CN201721888114.X提出了一种土壤分级结构，分为竖向的导料管，导料管上沿竖向盘绕有双层螺旋结构的筛分盘，筛分盘包括上层的筛分网以及下层的接料板，筛分网朝外的螺旋边线与接料板朝外的螺旋边线通过连接板固定相连；通过筛分盘对土壤进行分级工作，土壤落入筛分网后，较细的土壤通过筛分网后通过接料板，最终从导料管落出，而较粗的土壤则一直沿着筛分网下滑最终从筛分网上滑落，但是该处理装置只适合处理干燥且粒径分散的土壤，对于包覆在大颗粒土壤上的细粒径的黏土和湿度较大的土壤分级效果不好，且容易造成筛网的堵塞。

发明专利申请CN201821306443.3公开了一种土壤自动筛分装置，包括通过多个弹性支撑装置弹性支撑设置的土壤筛分箱，土壤筛分箱顶部设置有入料罩，土壤筛分箱底部设置有振动电机；还包括多级土壤筛分收集装置，多级土壤筛分收集装置可将通过入料罩导流至土壤筛分箱内的土壤分级筛分并收集，但是该装置采用筛网筛分，筛网的大小决定了筛分粒径的大小，对于微米级粒径的筛分效果较差，且同时存在土壤粘度与含水量干扰筛分效果的现象。

现有的一些土壤筛分装置结构复杂，操作繁琐，且分级效果差，效率低。因此，本领域迫切需要开发出一种能够克服上述现有技术的缺陷的，方便快捷的土壤筛分方法以用于污染土壤与达标土壤的分离来实现处理成本的缩减。

发明内容

本公开提供了一种新颖的污染土壤减量化的方法及装置，采用旋流方法实现土壤粒径分级以提高处理效率，降低污染物的去除成本，从而解决了现有技术中存在的问题。

一方面，本公开提供了一种污染土壤减量化的方法，该方法包括以下步骤：

(1)过筛后的污染土壤与水充分搅拌混合后进行旋流粒径分级，以将污染物未超标的大粒径土壤通过外旋流底流排出进行固液分离填埋，污染物超标的小粒径土壤通过内旋流溢流排出；以及

(2)将步骤(1)中溢流排出的泥水混合物进行旋流浓缩，得到的水溢流排出进行循环，得到的高浓度污染土壤进入下一级处理。

在一个优选的实施方式中，在步骤(1)中，污染土壤与水以1:50-1:10的比例充分搅拌混合，混合时间为10-30min。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(1)中，进行旋流粒径分级后底流和溢流的中值粒径差值范围为40-60微米。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(1)中，进行旋流粒径分级的入口速度为2-5m/s。

在另一个优选的实施方式中，步骤(1)中溢流排出的泥水混合物中污染物不超标的土壤占比>96％。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(2)中，对泥水混合物进行旋流浓缩后水的回收率达50-70％。

在另一个优选的实施方式中，在步骤(1)和(2)中，进行旋流粒径分级和旋流浓缩的分流比为1-20％。

另一方面，本公开提供了一种污染土壤减量化的装置，该装置包括：

搅拌罐和与搅拌罐连接的粒径分级旋流器，用于进行步骤(1)过筛后的污染土壤与水充分搅拌混合后进行旋流粒径分级，以将污染物未超标的大粒径土壤通过外旋流底流排出进行固液分离填埋，污染物超标的小粒径土壤通过内旋流溢流排出；以及

与粒径分级旋流器连接的固液分离旋流器，用于进行步骤(2)将步骤(1)中溢流排出的泥水混合物进行旋流浓缩，得到的水溢流排出进行循环，得到的高浓度污染土壤进入下一级处理。

在一个优选的实施方式中，所述搅拌罐顶部覆盖有10-30目的筛网。

在另一个优选的实施方式中，所述粒径分级旋流器和固液分离旋流器可根据具体要求，采用多级旋流串联形式，其公称直径为20～50mm；所述粒径分级旋流器采用耐磨、耐酸碱材料，其溢流压降不超过0.10MPa。

有益效果：

本发明实现了针对不同粒径土壤的分类处理，极大减少了后续污染土壤处理总量，方法简便，提高了处理效率。

附图说明

附图是用以提供对本公开的进一步理解的，它只是构成本说明书的一部分以进一步解释本公开，并不构成对本公开的限制。

图1是根据本公开的一个优选实施方式的污染土壤减量化工艺示意图。

图2是根据本申请实施例1的土壤粒径分布图。

具体实施方式

本申请的发明人经过广泛而深入的研究后发现，对于土壤体系而言，大粒径土壤孔道以及表面吸附的污染物可以通过简单水洗后实现达标去除；而小粒径的土壤因为比表面积大且孔道狭小而附着有大量污染物，因此对于污染土壤而言，最有效、最廉价的方式是首先对污染土壤进行分级，着重处理小粒径高污染土壤；而应用旋流器进行土壤的固液分离填埋，可以实现污染土壤的减量化，降低处理成本。基于上述发现，本发明得以完成。

在本公开的第一方面，提供了一种污染土壤减量化的方法，该方法包括以下步骤：

(1)过筛后的土壤在搅拌罐中与水充分混合后，进入粒径分级旋流器的旋流场中进行粒径分级，将污染物未超标的大粒径土壤通过外旋流从底流口排出固液分离填埋，污染物超标的小粒径土壤通过内旋流从溢流口排出；以及

(2)将步骤(1)中从溢流口排出的泥水混合物送入下一组固液分离旋流器，再次利用旋流场特性进行污染泥水混合物浓缩，得到的水从溢流口回到搅拌罐中，高浓度污染土壤进入下一级处理装置。

在本公开中，所述粒径分级旋流器中的水土非均相混合物在压力差推动下，在旋流器的进口处，由直线运动转变为旋转运动，粒度较小的土壤随水向轴心移动并从溢流口排出，粒度较大的土壤组分向边壁移动，并从底流口排出，实现轻相与重相之间的分离。

在本公开中，所述搅拌罐内土壤和水的比例为1:50-1:10，优选为1:50，混合时间为10-30min。

在本公开中，利用粒径分级旋流器进行粒径分级后，底流口和溢流口的中值粒径差值范围为40-60微米。

在本公开中，利用固液分离旋流器进行土壤浊液浓缩时水的回收率达50-70％。

在本公开中，利用粒径分级旋流器进行粒径分级时的入口速度为2-5m/s，优选为4m/s。

在本公开中，利用粒径分级旋流器和固液分离旋流器进行粒径分级和浊液提浓时的分流比为1-20％。

在本公开中，所述土壤粒径旋流分选过程中的旋流溢流作为后续处理部分流入搅拌罐，底流分流比为6％。

在本公开中，粒径分级旋流器溢流泥水混合液中污染物不超标的土壤占比>96％。

在本公开中，粒径分级旋流器分离粒径小于20微米的土壤的效率为99％。

在本公开中，粒径分级旋流器和固液分离旋流器可根据具体要求，采用多级旋流串联形式。

在本公开的第二方面，提供了一种污染土壤减量化的装置，该装置包括：

顶部覆盖有筛网的搅拌罐和与搅拌罐出水口连接的粒径分级旋流器，未达到污染浓度的大颗粒土壤和水从粒径分级旋流器底流口排出，剩余水土混合物通过粒径分级旋流器溢流口进入下一级装置，固液分离旋流器，通过固液分离旋流器使大部分水回用，高浓度污染土壤从固液分离旋流器底流口排出，其中，粒径分级旋流器和固液分离旋流器的流量和压力通过接入的电磁流量计和压力表进行检测。

在本公开中，搅拌罐覆盖的筛网为10-30目。

在本公开中，利用粒径分级旋流器进行土壤粒径分级的溢流压降不超过0.10MPa，优选为0.05MPa。

在本公开中，粒径分级旋流器采用耐磨、耐酸碱材料。

在本公开中，粒径分级旋流器和固液分离旋流器均采用公称直径介于20～50mm之间的微旋流器。

以下参看附图。

图1是根据本公开的一个优选实施方式的污染土壤减量化工艺示意图。如图1所示，污染土壤通过筛网之后在土壤混合搅拌罐1-1内与水进行混合，打开阀门进行返混，确保两相混合均匀；打开粒径分级旋流器2-1(可并联多级)，进行土壤粒径的分级，大颗粒无污染的土壤(达标土壤)直接由底流口排出后就地回埋；小粒径高污染土壤进入固液分离旋流器2-2(可并联多级)，其溢流口收集的水进入土壤混合搅拌罐1-1进行回用，底流口为初步固液分离后的高污染土壤，此部分进入下一级处理装置进行深度处理，整套设备的运行可经过自动控制柜控制。

下面结合具体的实施例进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的试验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比和份数按重量计。

使用本发明方法进行污染土壤减量化。

1.污染土壤粒径分布及操作条件

实验土壤取自台州温岭温峤镇电器拆解场地，土壤粒径范围为0-1000微米，其中值粒径为37.7微米，主要污染物为有机物多氯联苯、多溴联苯醚以及重金属污染物Cu、Ni、Pb。图2示出了分级后底流口、溢流口的粒径分布，下表1为污染物具体浓度值：

表1污染物浓度值

进行实验的污染土壤与水的比例为1:50，装置处理量为0.8m

2.实施方式

如图1所示。污染土壤通过筛网之后在土壤混合搅拌罐内进行混合，打开阀门进行返混，混合时间控制在5-10min，确保两相混合均匀；打开粒径分级旋流器组进行土壤粒径的分级，大颗粒无污染的土壤直接由粒径分级旋流器组的底流口排出后固液分离填埋，小粒径高污染的土壤进入固液分离旋流器组，其溢流口收集的水进入土壤混合搅拌罐进行回用，底流口为初步固液分离后的高浓度污染土壤，此部分进入下一级装置进行深度处理；整套设备的运行可经过自动控制柜控制。

3.实验结果

通过使用土壤旋流减量装置进行土壤分选之后，粒径分级旋流器溢流口土壤粒径不大于27.3微米，剩余大粒径土壤全部由旋流器底流口排出；又经固液分离旋流器脱水固液分离后，收集大粒径土壤做污染物检测，检测结果如下表2所示：

表2分选后大粒径土壤污染物浓度

其各项污染物的含量皆在第一类建筑用地土壤标准所要求的含量之内。

上述所列的实施例仅仅是本公开的较佳实施例，并非用来限定本公开的实施范围。即凡依据本申请专利范围的内容所作的等效变化和修饰，都应为本公开的技术范畴。

在本公开提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本公开的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本公开作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。