一种废弃工矿场地污染土壤治理方法与流程

本发明涉及土壤污染修复技术领域，更具体地说，涉及一种废弃工矿场地污染土壤治理方法。

背景技术：

废弃工矿场地一般由于污染严重都处于未利用状态，近年来，随着城市化进程加速，建设用地紧张，对污染场地的再次开发利用显得非常迫切，越来越多的废弃工矿场地被进行修复后作为建设用地。

目前的重金属污染场地都采用将污染土壤挖土运走然后填充新土的方式进行修复。这种方式为了避免深层污染元素上渗污染新土，一般挖掘深度较大，施工成本高，对新土的需求量大，新土运输成本高。也有采用将污染土壤挖出，进行固化或稳定化处理后进行回填。这种方式运输成本较低，固化后的土壤对深层污染元素也有一定的阻挡作用，但是这种方式为了充分减弱重金属污染，需要采用大量的固化剂，并且需要非常长的固化时间来处理，延长了修复周期。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种废弃工矿场地污染土壤治理方法，以解决现有技术中的修复周期长的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种废弃工矿场地污染土壤治理方法，包括如下步骤：

1)将废弃工矿场的污染土壤采出，用淋洗液对污染土壤进行淋洗，混合均匀，得到料浆；

2)将步骤1)得到的料浆固液分离，得到分离液和固体料渣；

3)将步骤2)得到的固体料渣与固化剂混合均匀后，养护熟化10-15天，然后回填至废弃工矿场。

通过采用上述技术方案，本发明将污染土壤先用淋洗液进行淋洗，使污染土壤中的重金属元素大部分都进入液相中，之后进行固液分离，并对液相和固相分别处理。污染土壤中的重金属元素在分离液中富集，分离后的固体料渣中重金属含量大大减少，再与固化剂进行养护熟化，将料渣中剩余的少量重金属元素进行固化，将其危害性降到最低，养护熟化的时间也大大减少，缩短了修复周期。由于固体料渣中的重金属含量较低，在固化处理时所需的固化剂用量也大大减少。本发明的方法将重金属元素分两部分进行处理，富集有重金属元素的分离液在后续处理时更加方便，便于将其中的重金属元素进行回收。

本发明进一步设置为：步骤1)中污染土壤与淋洗液的质量比为1:(3-15)。

通过采用上述技术方案，由于污染土壤中的重金属物质分散在土壤颗粒中，不易洗出，本发明采用较多的淋洗液，便于淋洗液与土壤颗粒充分混合，也有利于淋洗液对土壤颗粒进行浸泡，使土壤颗粒中的重金属元素尽可能多地进入淋洗液中，便于分离。

本发明进一步设置为：步骤1)中淋洗液为醋酸、柠檬酸、草酸的混合水溶液，混合水溶液中各组分的质量分数为：醋酸3-7％、柠檬酸8-15％、草酸2-5％。

通过采用上述技术方案，本发明的淋洗液采用三种酸混合作用，利用不同种类的有机酸，既能够对土壤颗粒中的重金属元素进行络合作用，又可以利用氢离子对其中部分重金属离子进行置换，而且不同的有机酸对不同种类的重金属离子的作用效果也不同，如柠檬酸对铅和镉作用效果较好，而醋酸对锌的作用效果较好，三者协同作用，可以将污染土壤中的不同类别的重金属元素尽可能地彻底淋洗出来，也使本发明的方法适应更多种类的污染土壤的处理。另外，本发明采用的三种有机酸容易降解，均不会产生其他环境问题。混合溶液中各组分的质量分数是按照纯的醋酸、柠檬酸、草酸来计算其在溶液中的质量分数。

本发明进一步设置为：步骤1)中混合均匀时的温度为50-90℃。

通过采用上述技术方案，在混合时进行加热，有利于土壤中的重金属元素与淋洗液进行反应，而控制温度不过高，可以避免淋洗液中的水分过多蒸发导致淋洗效果降低。

本发明进一步设置为：步骤2)得到的固体料渣加淋洗液混合均匀，然后再固液分离，得到分离液和固体料渣，合并两次分离液。

通过采用上述技术方案，将固液分离后的固体加淋洗液后再次进行固液分离，能够提高土壤中的重金属的洗出率，促使更多的重金属元素进入液相，减少后续固相处理时固化剂的用量，也充分降低了固相处理后的料渣对环境的危害程度。

本发明进一步设置为：步骤2)中的分离液进行蒸发浓缩，对蒸发出的蒸汽进行冷凝，得到的冷凝液用来配制所述淋洗液。

通过采用上述技术方案，将分离液进行蒸发浓缩，蒸发出来的气体部分基本上不含重金属元素，可以冷凝后重复利用，而将重金属元素进一步浓缩在蒸发浓缩液中，便于后续处理。而且，蒸发出来的气体再冷凝得到的液体占分离液的绝大部分，剩余的浓缩液的体积非常小，后续处理时对设备等的要求较低，更加方便处理。

本发明进一步设置为：步骤3)中固化剂的使用量为每立方米的固体料渣加入50-200kg的固化剂。

通过采用上述技术方案，将固液分离后的料渣与固化剂混合后，能够充分降低料渣中的重金属元素的危害，可以将固化后的料渣进行回填处理，使原污染的工矿场变为建设用地或者进一步处理后作为种植用地。

本发明进一步设置为：步骤3)中固化剂为水泥、粉煤灰、生石灰以5:2:1的质量比混合得到的混合固化剂。

通过采用上述技术方案，本发明的固化剂采用多种组分配合使用，能够充分降低固化后的料渣中的重金属元素的影响，提高了回填后的安全性。

本发明进一步设置为：步骤3)中固体料渣与固化剂混合均匀是搅拌0.5-2h，搅拌转速为50-100转/分。

通过采用上述技术方案，设置固体料渣与固化剂的搅拌时间及搅拌转速，有利于使料渣与固化剂充分混合，促进了后续的养护熟化的效果。

本发明进一步设置为：步骤3)中养护熟化后进行检测料渣中重金属含量，如果重金属含量低于设定值，将养护熟化后的固体料渣与固化剂混合均匀后，养护熟化7-10天。

通过采用上述技术方案，对氧化熟化后的料渣进行再次固化、养护熟化，便于保证处理后的料渣中的重金属元素不会渗出，在回填后保证对环境绝对安全。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

第一、处理效果好。将污染土壤进行淋洗后固液分离，对分离后的液体和固体分别采用不同的方式进行处理，与单一方式处理相比，提高了重金属元素的去除率，也提高了处理后的固体的安全性。

第二、处理效率高。将污染土壤淋洗后固液分离后的液体和固体分别进行处理，可以同时实施两种路线的处理工艺，提高了整体处理效率，缩短了处理周期。

第三、节约设备。由于污染土壤中的大部分重金属元素都进入了分离后的液体，液体在处理时可采用连续化工艺，无需采用大规模的设备。进一步的，本发明对分离液进行蒸发浓缩，仅对浓缩液进行处理，更进一步减少了对设备规模的需求。

第四、节约原料。本发明对蒸发后的液体回收进行配制淋洗液，减少了原料用量。而固液分离后，仅对重金属含量较低的固体料渣进行固化，也减少了固化剂的用量。

附图说明

图1为本发明的废弃工矿场地污染土壤治理方法的工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。

本发明的废弃工矿场地污染土壤治理方法中，步骤1)中污染土壤采出后，破碎，筛分。所述筛分是过2mm筛。筛分后的筛余物进行破碎，筛分，合并两次筛下物作为待处理污染土壤。步骤1)中淋洗的时间为4-12min，混合均匀是搅拌2-5h。步骤1)中混合均匀是在回转筒中进行搅拌。步骤1)中固液分离为离心分离，转速为2000-5000转/分。本发明淋洗后固液分离得到的分离液蒸发浓缩时未冷凝的气体收集后用石灰水处理后排放。

本发明的淋洗液可以采用现有技术中常用的淋洗液，如草酸溶液、柠檬酸溶液或二乙基三胺五乙酸等，淋洗液的质量浓度为5-12％。也可以采用如下淋洗液：淋洗液中各成分的质量分数为：醋酸3-7％、柠檬酸8-15％、草酸2-5％。

本发明的污染土壤的挖掘深度可以视污染程度来定。所述污染土壤为重金属污染土壤，所述重金属为pb、zn、cd、cu中的至少一种。

本发明的废弃工矿场地污染土壤治理方法所采用的处理系统包括依次相连的破碎机、筛选机、回转筒，回转筒的物料出口连接有缓存池，缓存池的出口连接固液分离装置，固液分离装置的液相出口连接有蒸发器，固相出口连接搅拌池，搅拌池上设置有固化剂加入口。回转筒包括筒体，筒体内设置有淋洗液喷淋装置，用来向回转筒内的物料喷淋淋洗液。回转筒筒体上还设置有用来对筒体内的物料加热的加热装置。蒸发器的气体出口连接有冷凝器，冷凝器的液体出口连接有淋洗液配制容器，淋洗液配制容器与回转筒的淋洗液喷淋装置相连。

实施例1

如图1所示，本实施例的废弃工矿场地污染土壤治理方法包括如下步骤：

1)将废弃工矿场地的被污染土壤挖掘出来，用破碎机破碎，然后过孔径为2mm的尼龙筛进行筛分，分离出石块、大块颗粒等杂质；筛余物再次进行破碎，然后再用孔径为2mm的尼龙筛进行筛分；合并两次筛下物，得到待处理土壤。

2)将待处理土壤加入回转筒中，开启回转筒对待处理土壤进行搅拌，同时开启加热装置，使回转筒在转动过程中对回转筒内的待处理土壤进行加热，使筒内升温至70℃(筒内空气的检测温度)，土壤在回转筒内滚动搅拌的同时向土壤上喷淋淋洗液，使土壤和淋洗液混合均匀；喷淋的时间为6min，喷淋后继续搅拌混合3h，搅拌混合后得到泥浆。土壤与淋洗液的质量比为1:8。淋洗液采用质量分数为5％的草酸溶液。

3)搅拌混合结束后，排出泥浆，送入缓存池，缓存池中的泥浆由渣浆泵送入卧式离心机中，进行离心分离，转速为5000转/分，分离后的固体料渣送入料渣池，液相排出进入水池收集。

4)水池中的水经提升泵送入蒸发器，加热使液体蒸发浓缩，蒸发出的蒸汽进行冷凝，收集冷凝液，送入淋洗液配制池，作为淋洗液配制时的水使用，蒸发浓缩后的浓缩液排出后，冷却，进行重金属元素回收处理。

料渣池中的固体料渣送入搅拌池中，加入固化剂，固化剂为水泥、粉煤灰、生石灰以5:2:1的质量比混合得到的混合固化剂，其中，水泥为普通硅酸盐水泥，粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，固化剂的加入量为每立方米固体料渣对应加入200kg固化剂。加入固化剂后搅拌2h混合均匀，搅拌转速为20r/min，然后将料渣排出，送至堆场堆放养护熟化14天，养护熟化过程中进行通风防渗处理。养护熟化后取样，用tclp毒性浸出方法检测重金属浸出量。重金属浸出量低于设定值时，将熟化后的固体料渣运送回废弃工矿场地进行回填。

当重金属浸出量高于设定值时，再次加入上述混合固化剂，搅拌混合均匀，熟化8天，取样，用tclp毒性浸出方法检测重金属浸出量，重金属浸出量高于设定值时，重复上述再次加入混合固化剂及养护熟化的步骤，直至重金属浸出量低于设定值后将熟化后的固体料渣运送回废弃工矿场地进行回填。

实施例2

本实施例的废弃工矿场地污染土壤治理方法包括如下步骤：

1)将废弃工矿场地的被污染土壤挖掘出来，用破碎机破碎，然后过孔径为2mm的尼龙筛进行筛分，分离出石块、大块颗粒等杂质；筛余物再次进行破碎，然后再用孔径为2mm的尼龙筛进行筛分；合并两次筛下物，得到待处理土壤。

2)将待处理土壤加入回转筒中，开启回转筒对待处理土壤进行搅拌，同时开启加热装置，使回转筒在转动过程中对回转筒内的待处理土壤进行加热，使筒内升温至50℃(筒内空气的检测温度)，土壤在回转筒内滚动搅拌的同时向土壤上喷淋淋洗液，使土壤和淋洗液混合均匀；淋洗的时间为10min，淋洗后继续搅拌混合2h，搅拌后得到泥浆。土壤与淋洗液的质量比为1:15。淋洗液采用质量分数为5％的柠檬酸溶液。

3)搅拌混合结束后，排出泥浆，送入缓存池，缓存池中的泥浆由渣浆泵送入卧式离心机中，进行离心分离，转速为2000转/分，分离后的固体料渣送入料渣池，液相排出进入水池收集。

4)水池中的水经提升泵送入蒸发器，加热使液体蒸发浓缩，蒸发出的蒸汽进行冷凝，收集冷凝液进入水池，水池中部分水送入淋洗液配制池，作为淋洗液配制时的水使用，另一部分送入料渣池，进行搅拌后再次送入卧式离心机中离心分离，离心分离后的料渣再次送入料渣池，分离后的分离液送入蒸发器。蒸发浓缩后的浓缩液排出后，冷却，进行重金属元素回收处理。

料渣池中的固体料渣送入搅拌池中，加入固化剂，固化剂为水泥、粉煤灰、生石灰以5:2:1的质量比混合得到的混合固化剂，其中，水泥为普通硅酸盐水泥，粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，固化剂的加入量为每立方米固体料渣对应加入50kg固化剂。加入固化剂后搅拌0.5h混合均匀，搅拌转速为50r/min，然后将料渣排出，送至堆场堆放养护熟化10天，养护熟化过程中进行通风防渗处理。养护熟化后取样，用tclp毒性浸出方法检测重金属浸出量。重金属浸出量低于设定值时，将熟化后的固体料渣运送回废弃工矿场地进行回填。

当重金属浸出量高于设定值时，再次加入上述混合固化剂，搅拌混合均匀，熟化10天，取样，用tclp毒性浸出方法检测重金属浸出量，重金属浸出量高于设定值时，重复上述再次加入混合固化剂及熟化的步骤，直至重金属浸出量低于设定值后将熟化后的固体料渣运送回废弃工矿场地进行回填。

实施例3

本实施例的废弃工矿场地污染土壤治理方法包括如下步骤：

1)将废弃工矿场地的被污染土壤挖掘出来，用破碎机破碎，然后过孔径为2mm的尼龙筛进行筛分，分离出石块、大块颗粒等杂质；筛余物再次进行破碎，然后再用孔径为2mm的尼龙筛进行筛分；合并两次筛下物，得到待处理土壤。

2)将待处理土壤加入回转筒中，开启回转筒对待处理土壤进行搅拌，同时开启加热装置，使回转筒在转动过程中对回转筒内的待处理土壤进行加热，使筒内升温至85℃(筒内空气的检测温度)，土壤在回转筒内滚动搅拌的同时向土壤上喷淋淋洗液，使土壤和淋洗液混合均匀；淋洗的时间为4min，淋洗后继续搅拌混合5h，搅拌后得到泥浆。土壤与淋洗液的质量比为1:3。所采用的淋洗液中各成分的质量分数为：醋酸5％，柠檬酸12％，草酸3％。

3)搅拌混合结束后，排出泥浆，送入缓存池，缓存池中的泥浆由渣浆泵送入卧式离心机中，进行离心分离，转速为3000转/分，分离后的固体料渣送入料渣池，液相排出进入水池收集。

4)水池中的水经提升泵送入蒸发器，加热使液体蒸发浓缩，蒸发出的蒸汽进行冷凝，收集冷凝液，送入淋洗液配制池，作为淋洗液配制时的水使用，蒸发浓缩后的浓缩液排出后，冷却，进行重金属元素回收处理。

料渣池中的固体料渣送入搅拌池中，加入固化剂，固化剂为水泥、粉煤灰、生石灰以5:2:1的质量比混合得到的混合固化剂，其中，水泥为普通硅酸盐水泥，粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，固化剂的加入量为每立方米固体料渣对应加入100kg固化剂。加入固化剂后搅拌1h混合均匀，搅拌转速为30r/min，然后将料渣排出，送至堆场堆放养护熟化12天，养护熟化过程中进行通风防渗处理。养护熟化后取样，用tclp毒性浸出方法检测重金属浸出量。重金属浸出量低于设定值时，将熟化后的固体料渣运送回废弃工矿场地进行回填。

当重金属浸出量高于设定值时，再次加入上述混合固化剂，搅拌混合均匀，熟化7天，取样，用tclp毒性浸出方法检测重金属浸出量，重金属浸出量高于设定值时，重复上述再次加入混合固化剂及熟化的步骤，直至重金属浸出量低于设定值后将熟化后的固体料渣运送回废弃工矿场地进行回填。

在其他优选的实施例中，蒸发浓缩时未冷凝的气体收集后用石灰水处理后排放。

试验例

取实施例1-3中的待处理土壤(处理前)以及最终养护熟化后的固体料渣(处理后)，采用《土壤环境质量标准》(gb15618-1995)的浸提试验测试土壤中的重金属含量(浸出量)，测试结果如下表所示。

表1实施例1-3中的待处理土壤以及养护熟化后的固体料渣的重金属浸出量

根据上表可知，本发明的废弃工矿场地污染土壤治理方法处理后的固体料渣与处理前的土壤样品相比，重金属浸出量大大降低，可以达到对重金属污染场地土地修复中居民用地标准。