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土壤异位淋洗修复技术的原理是什么?

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浏览:- 发布日期:2019-10-31 10:40:14【

土壤异位淋洗修复技术与土壤水洗技术有所区别。土壤水洗是用清水对污染土壤进行洗涤,将附着在土壤颗粒表面的有机和无机污染物转移至水溶液中,从而达到洗涤和清洁污染土壤的目的。土壤淋洗法按处理土壤的位置可以分为原位土壤淋洗和异位土壤淋洗。

土壤淋洗的作用机制在于利用淋洗液或化学助剂与土壤中的污染物结合,并通过淋洗液的解吸、螯合、溶解或固定等化学作用,达到修复污染土壤的目的。

土壤异位淋洗修复技术

异位土壤淋洗指把污染土壤挖掘出来,通过筛分去除超大的组分并把土壤分为粗料和细料,然后用淋洗剂来清洗、去除污染物,再处理含有污染物的淋出液,并将洁净的土壤回填或运到其他地点。该技术操作的核心是通过水力学方式机械地悬浮或搅动土壤颗粒,土壤颗粒尺寸的最低下限是9.5 mm,大于这个尺寸的石砾和粒子才会较易由该方式将污染物从土壤中洗去。通常将土壤异位淋洗修复技术用于降低受污染土壤土壤量的预处理,主要与其他修复技术联合使用。当污染土壤中砂粒与砾石含量超过50%时,土壤异位淋洗修复技术就会十分有效。而对于粘粒、粉粒含量超过30%~50%,或者腐殖质含量较高的污染土壤,土壤异位淋洗修复技术分离去除效果较差。


土壤淋洗法异位修复示意图

主要设备包括土壤预处理设备(如破碎机、筛分机等)、输送设备(如螺旋输送机、带输送机等)、物理筛分设备(如湿法振动筛、滚筒筛等)、增效淋洗设备(如淋洗搅拌罐、水平振荡器、加药配药设备等)、水土分离及脱水设备(如脱水筛、压滤机、离心分离机等)、污水处理系统(如沉淀池、物化处理系统等)、泥浆输送系统(如泥浆泵、管道等)、自动控制设备等。该技术对于污染物集中的大颗粒土壤(如砂砾、沙和细沙及相似土壤等)更为有效,对黏土的处理较为困难,土壤中细粒的百分含量是决定该技术修复效果和成本的关键因素,若土壤中含有25%以上的黏粒,则修复成本会大大提高,这种情况下通常不会考虑采用化学淋洗技术进行修复。

异位溶剂萃取技术

将有可能提高污染物溶性的溶剂,与污染土壤混合搅拌,提取土壤中的污染物,实现污染土壤的净化处置。

适用性:土壤冲洗的目标污染物群可以是有机物、无机物,包括放射性污染物。该技术处理挥发性有机物、半挥发性有机物、燃料和杀虫剂,比其他技术更经济有效。可添加适用的表面活性剂,以提高化合物的有效溶解性。但冲洗溶液可能改变土壤系统的物理/化学特性。

局限性:低渗透性的土壤很难处理;表面活性剂可附着于土壤上,并降低土壤的有效渗透性;冲洗液体与土壤的反应可降低污染物活性;可能会冲洗到俘获区以外的污染物,并涉及表面活性剂相关法规。只有在能遏制和收复冲洗液体的情况下才使用该技术;对于低浓度的污染物处理效果不佳,会出现处理效果拖尾现象;产生大量溶剂,回收利用比较困难。

3 土壤异位淋洗修复技术介绍

原理

污染物主要集中分布于较小的土壤颗粒上,异位土壤淋洗是采用物理分离或增效淋洗等手段,通过添加水或合适的增效剂,分离重污染土壤组分或使污染物从土壤相转移到液相的技术。经过淋洗处理,可以有效地减少污染土壤的处理量,实现减量化。

系统构成和主要设备

土壤异位淋洗修复技术处理系统一般包括土壤预处理单元、物理分离单元、淋洗单元、废水处理及回用单元及挥发气体控制单元等。具体场地修复中可选择单独使用物理分离单元或联合使用物理分离单元和增效淋洗单元。

主要设备包括土壤预处理设备(如破碎机、筛分机等)、输送设备(皮带机或螺旋输送机)、物理筛分设备(湿法振动筛、滚筒筛、水力旋流器等)、增效淋洗设备(洗脱搅拌罐、滚筒清洗机、水平振荡器、加药配药设备等)、泥水分离及脱水设备(沉淀池、浓缩池、脱水筛、压滤机、离心分离机等)、废水处理系统(废水收集箱、沉淀池、物化处理系统等)、泥浆输送系统(泥浆泵、管道等)、自动控制系统。

关键技术参数或指标

影响土壤淋洗修复效果的关键技术参数包括:土壤细粒含量、污染物的性质和浓度、水土比、淋洗时间、淋洗次数、增效剂的选择、增效淋洗废水的处理及药剂回用等。

土壤细粒含量

土壤细粒的百分含量是决定土壤淋洗修复效果和成本的关键因素。细粒一般是指粒径小于63-75μm 的粉/粘粒。通常异位土壤淋洗处理对于细粒含量达到25%以上的土壤不具有成本优势。

污染物性质和浓度

污染物的水溶性和迁移性直接影响土壤淋洗特别是增效淋洗修复的效果。污染物浓度也是影响修复效果和成本的重要因素。

水土比

采用旋流器分级时,一般控制给料的土壤浓度在10%左右;机械筛分根据土壤机械组成情况及筛分效率选择合适的水土比,一般为5:1到10:1。增效淋洗单元的水土比根据可行性实验和中试的结果来设置,一般水土比为3:1至20:1之间。

淋洗时间

物理分离的物料停留时间根据分级效果及处理设备的容量来确定;一般时间为20 分钟(min)到2 小时(h),延长淋洗时间有利于污染物去除,但同时也增加了处理成本,因此应根据可行性实验、中试结果以及现场运行情况选择合适的淋洗时间。

淋洗次数

当一次分级或增效淋洗不能达到既定土壤修复目标时,可采用多级连续淋洗或循环淋洗。

增效剂类型

一般有机污染选择的增效剂为表面活性剂,重金属增效剂可为无机酸、有机酸、络合剂等。增效剂的种类和剂量根据可行性实验和中试结果确定。对于有机物和重金属复合污染,一般可考虑两类增效剂的复配。

增效淋洗废水的处理及增效剂的回用

对于土壤重金属淋洗废水,一般采用铁盐+碱沉淀的方法去除水中重金属,加酸回调后可回用增效剂;有机物污染土壤的表面活性剂淋洗废水可采用溶剂增效等方法去除污染物并实现增效剂回用。

4 技术应用基础和前期准备

技术应用前期需要了解:(1)土壤粒径组成;(2)土壤类型、物理状态和湿度;(3)污染物类型和浓度;(4)土壤有机质含量;(5)土壤阳离子交换量;(6)土壤pH 及缓冲容量;(7)场地修复目标。

前期应开展技术可行性实验,评估土壤异位淋洗修复技术是否适合于特定场地的修复;初步证实技术可行后,可根据需要进行中试试验,为修复工程设计提供基础参数。

5 主要实施过程

污染土壤挖掘及预处理,包括筛分和破碎等,剔除超尺寸(如大于100 mm)的大块杂物并进行清洗;

预处理后的土壤进入物理分离单元,采用湿法筛分或水力分选,分离出粗颗粒和砂粒,经脱水筛脱水后得到清洁物料;

分级后的细粒直接进入或进行增效淋洗后进入污泥脱水系统,泥饼根据污染性质选择最终处理处置技术;

淋洗系统的废水经物化或生物处理去除污染物后,可回用或达标排放;

若土壤含有挥发性重金属或有机污染物,应对预处理及土壤淋洗单元设置废气收集装置,并对收集的废气进行处理;

定期采集处理后粗颗粒、砂粒及细粒土壤样品以及处理前后淋洗废水样品进行分析,掌握污染物的去除效果。

6 修复周期及参考成本

处理周期一般为3-12 个月。异位土壤淋洗修复的周期和成本因土壤类型、污染物类型、修复目标不同而有较大差异,与工程规模以及设备处理能力等因素也相关,一般需通过试验确定。据不完全统计,在美国应用的成本约为53-420 美元/m³,欧洲的应用成本约15-456欧元/m³,平均为116 欧元/m³。国内的工程应用成本约为600-3000 元/m³。

7 运行维护和监测

异位土壤淋洗系统的运行可通过自动控制系统控制,操作简单、效果稳定。需定期对各单元设备进行维护和检修以保证系统正常运行。实时观测运行过程中设备负荷、运行功率、运行状态等,检查设备是否有漏液、漏料、堵料等异常状况。

运行过程中应根据实际工程处理进度定期采集处理前后各土壤组分样品、水样进行分析监测,如土壤涉及挥发性有机物污染还需定期检测气体收集单元和气体处理单元尾气。

应用案例

8 国外应用情况

污染土壤异位淋洗修复技术在加拿大、美国、欧洲及日本等已有较多的应用案例,目前已应用于石油烃类、农药类、POPs类、重金属等多种污染场地。

9 国内典型案例

项目位于某有机氯农药厂内,该农药企业有40多年的生产历史,于2000年关闭,后该地块规划为城市建设用地。

工程规模1000m3。主要污染物为六六六和滴滴涕;经检测分析杂填层六六六初始浓度为4.52-46.4mg/kg,滴滴涕初始浓度为9.81-33.2mg/kg。六六六和滴滴涕属于有机氯农药,疏水性强,溶解度低,在环境中持久存在,难于通过生物和化学方式降解。项目处理土壤主要为杂填层,其碎石、石砾等粗粒(2-10mm)含量在58%左右,砂粒(0.3-2mm)含量接近25%,细粒(小于0.3mm)在17%左右。选择异位土壤洗脱技术对场地杂填土进行处理。

工艺流程:1)采用挖掘机将土壤从污染区域转运至原土堆放区。2)采用挖掘破碎机对原土进行初级破碎后,转运至进料土堆放区,进行二次粉碎筛分后,装载至进料仓中。3)通过输送带输入至湿法振动筛分设备,对污染土进行分级,将物料按粒径分为大于10mm的粗料,2-10mm的砂砾以及小于2mm的细粒。4)通过皮带输送带,使粗料进入滚筒洗石机,在滚筒洗石机内通过水流的冲刷、物料与滚筒内壁、物料之间的摩擦作用,粗料表面的粘粒经过滤孔进入集水箱,排放至细粒暂存池内,而清洗干净的粗料则输送到粗料堆放区。5)通过皮带输送带将砂砾进入螺旋洗砂机,通过冲刷和摩擦作用,表面粘粒通过后端溢流口进入粘粒暂存池,清洗干净的砂砾则通过螺旋推送及皮带传输到砂砾堆放区。6)振动筛分后的细粒泥浆通过滑槽进入到泥浆暂存池。7)暂存池中泥浆通过管道输入高频振动筛,对泥浆进行二次筛分处理,进一步将细粒进行减量化,大于0.3mm的细砂进入螺旋洗砂机处理,小于0.3mm的粘粒泥浆通过管道输送到增效淋洗装置。9)通过加药系统向淋洗装置中加入增效剂后,开启搅拌装置进行增效淋洗处理。10)停止搅拌,静置2小时或更长时间,粘粒和淋洗液自然分层后,上清液通过分层排放管道进入淋洗液存放箱进行循环使用;下部粘粒则通过淋洗罐底部管道输送到泥水分离系统。11)粘粒与絮凝剂分别经过管道输送,并在混合器内充分混合后,输送到泥水分离单元,分离后的粘粒进入粘粒收集箱,淋洗废水进入废水收集箱。12)废水经过多级物化处理后,去除有毒有害物质,最后进入回用水箱。增效剂大部分留在溶液中,可以回用到增效淋洗系统。

土壤原位淋洗技术是指借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移作用的溶剂,通过水力压头推动清洗液,将其注入到被污染的土层中,然后把包含有污染物的液体从地下水中抽提出来,进行处理和分离的技术。清洗液可以是清水、也可以是含有化学助剂的溶液。它可以循环再生或多次注入地下水来去除剩余的污染物,有效的治理土壤污染。

在化学淋洗技术的应用中,有机污染选择的淋洗剂一般为表面活性剂和有机溶剂,重金属污染选择的淋洗剂一般为无机酸、有机酸、络合剂等,对于有机物和重金属复合污染,可考虑两类淋洗剂的复配[7-8]。工程应用技术可分为原位处理技术和异位处理技术,但在国内的工程应用中,受到场地条件等因素的限制而很少使用原位处理技术,工程中更多的偏向于使用异位化学淋洗技术。异位处理系统主要包括土壤预处理、筛分、淋洗、水土分离、污水处理及挥发气体控制系统等。

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