重金屬污染土壤淋洗修復系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了重金屬污染土壤淋洗修復系統，農林廢棄物水解酸化罐與回轉筒重金屬淋洗反應器連接，回轉筒重金屬淋洗反應器的淋洗產物出口下方設置有泥水混合池，泥水混合池與臥螺離心機的連接，臥螺離心機的排液口與浸沒蒸發器連接，農林廢棄物水解酸化罐還與酸化液厭氧反應罐的連接，酸化液厭氧反應罐頂部的沼氣出口與熱風爐的燃料氣進口連接，熱風爐的出風端通過風管延伸至浸沒蒸發器的內部底端。本發明利用餐廚垃圾、作物秸稈等農林廢棄物厭氧發酵產生的有機酸液作為修復重金屬污染土壤的淋洗劑，對重金屬有較強的清除能力，且生物降解性好，能改善土壤結構，還可使土壤有機質、全氮、全磷及有效磷等養分均有不同程度的提高。
【專利說明】
重金屬污染土壤淋洗修復系統
技術領域
[0001]本發明涉及土壤重金屬污染處理技術領域，尤其涉及了重金屬污染土壤淋洗修復系統，適用于重金屬污染土壤淋洗修復。
【背景技術】
[0002]土壤是由各種礦物組成的大自然主體，是調控環境的中心要素。隨著人口快速增長、工業迅速發展，產生的大量污染物導致土壤環境受到不同程度的污染。
[0003]據估測，目前中國受污染的耕地面積近2000萬hm2，約占耕地總面積的1/5，其中工業“三廢”污染I OOOBhm2，農田污灌面積已達130多Bhm2。每年因土壤污染而減少的糧食產量高達1000萬t，直接經濟損失達100多億元。導致土壤污染的重金屬主要包括汞(Hg)、鎘(Cd)、鈷(Co)、鉛(Pb)、絡(Cr)、鋅(Zn)、猛(Mn)、銅(Cu)和鎳(Ni)以及類金屬砷(As)等，一般為幾種重金屬的復合污染。其來源廣泛，包括采礦、冶煉、金屬加工、化工、廢電池處理、電子、制革和染料等工業排放的三廢和汽車尾氣排放，農藥和化肥的施用，以及家庭生活產生廢棄物的堆放等。
[0004]重金屬是一類毒性比較大且具有潛在危害的無機污染物，可以在土壤和生物體內進行富集。與大氣、水體中重金屬污染相比，土壤中的重金屬污染具有隱蔽性、累積性、滯后性、修復周期長且毒性強和易被生物吸收的特點。所以，關于重金屬污染土壤的修復技術成為污染土壤修復技術領域的一大研究熱點。
[0005]土壤中重金屬的治理主要基于2種策略:一是將重金屬從土壤中去除；二是改變重金屬在土壤中的存在形態，使其固定從而降低其活性和在環境中的迀移性。考慮到污染土地的另外用途大多是作為居民住宅或其它建設，因此選用農林廢棄物發酵產生的有機酸液(乙酸、丙酸和丁酸等混合液)淋洗工藝:一方面與植物修復相比有機酸液淋洗效率高，能有效地去除各種形態的重金屬污染物，不會破壞土壤基本理化性質而且有機酸液還可為土壤提供必需的營養成分；另一方面，對污染土壤的再利用需求比較迫切，其修復周期不宜太長，有機酸化學淋洗工藝可以滿足重金屬污染土壤修復市場的客觀要求。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是在于針對現有化學淋洗技術或植物修復技術存在的不足，提供重金屬污染土壤淋洗修復系統。相比重金屬污染土壤植物修復技術和常規的化學淋洗技術，本發明充分利用農林廢棄物發酵產生的酸化液(乙酸、丙酸和丁酸等)，一方面這些有機酸化液對土壤有益；同時可以起到化學淋洗污染土壤中重金屬的優勢，結合新型的生物質水解酸化技術和浸沒蒸發處理重金屬污水的工藝，使難以修復的重金屬污染土壤得到迅速恢復。
[0007]本發明的上述目的通過以下技術方案實現:
重金屬污染土壤淋洗修復系統，包括回轉筒重金屬淋洗反應器，還包括農林廢棄物水解酸化罐，農林廢棄物水解酸化罐與第一水栗的進口連接，第一水栗的出口通過第二流量計與回轉筒重金屬淋洗反應器的進液口連接，回轉筒重金屬淋洗反應器包括淋洗產物出口和污染土壤進口，淋洗產物出口下方設置有泥水混合池，泥水混合池通過第二水栗與臥螺離心機的輸入端連接，臥螺離心機的輸出端包括排渣口和排液口，臥螺離心機的排液口依次通過第三水栗和第三流量計與浸沒蒸發器連接，第一水栗的出口還通過第一流量計與酸化液厭氧反應罐的底部連接，酸化液厭氧反應罐頂部的沼氣出口依次通過沼氣氣柜和第四流量計與熱風爐的燃料氣進口連接，熱風爐的燃料氣進口還通過第五流量計與液化氣瓶連接，熱風爐的出風端通過風管延伸至浸沒蒸發器的內部底端。
[0008]如上所述的浸沒蒸發器的底部通過第四水栗與濃縮液出口連通。
[0009]如上所述的熱風爐的進風口通過第六流量計與鼓風機連接。
[0010]如上所述的臥螺離心機包括轉鼓和推料螺旋，轉鼓和推料螺旋均為筒狀，轉鼓套設在推料螺旋上，轉鼓和推料螺旋共旋轉軸，轉鼓和推料螺旋同向旋轉且旋轉速度不同，泥水混合池通過第二水栗與推料螺旋的一端連接，推料螺旋的中部側壁開設有分料口，轉鼓兩端分別設置有排渣口和排液口。
[0011 ]如上所述的農林廢棄物水解酸化罐內設置有攪拌葉輪，農林廢棄物水解酸化罐內還設置有PH檢測及控制裝置。
[0012]本發明與現有技術相比，本發明具有的優點和效果如下:
1、利用餐廚垃圾、作物秸桿等農林廢棄物厭氧發酵產生的有機酸液作為修復重金屬污染土壤的淋洗劑，重金屬更易于溶于有機酸液中而非繼續吸附在土壤表面，故有機酸液對重金屬有較強的清除能力，且生物降解性好，能改善土壤結構，還可使土壤有機質、全氮、全磷及有效磷等養分均有不同程度的提高；
2、利用回轉筒反應器對重金屬污染的土壤進行淋洗處理，再利用臥螺離心機進行固液兩相的分離，分工明確，工藝優化；
3、利用浸沒蒸發器處理淋出液，可對淋出液進行有效濃縮，并通過水泥固化處理重金屬濃縮液，從而不污染環境；
4、經淋洗處理后的土壤，重金屬的去除率在90%以上；
5、大大提高了重金屬污染土壤的修復效率，修復效率達90%以上；
6、適宜大面積受污染場地土壤的處理修復，時間短，效率高；
7、水解酸化罐產生的沼氣還可作為浸沒蒸發器的燃料使用，工藝優化，節能效率高。
【附圖說明】
[0013]圖1是本發明的結構示意圖；
圖中:1-加料口，2-pH檢測及控制裝置，3-電動機，4-攪拌葉輪，5-農林廢棄物水解酸化罐，6-第一基礎，7-酸液出口，8-第一水栗，9-第一流量計，10-第二基礎，11-貯氣間，12-沼氣出口，13-酸化液厭氧反應罐，14-第二流量計，15-污染土壤進口，
16-輪帶，17-托輪，18-第三基礎，19-擋輪，20-轉動機構，21-第四基礎，22-大齒圈，23-筒體，24-第五基礎，25-淋洗產物出口，26-回轉筒重金屬淋洗反應器，27-泥水混合池，28-第二水栗，29-第一電機，30-進料口，31-軸承座，32-排渣口，33-分料口，34-推料螺旋，35-轉鼓，36-機座，37-機罩，38-溢流口，39-差速器，40-第二電機，41-臥螺離心機，42-第三水栗，43-第三流量計，44-淋出液進口，45-第四水栗，46-濃縮液出口，47-浸沒蒸發器，48-沼氣氣柜，49-第四流量計，50-液化氣瓶，51-第五流量計，52-鼓風機，53-第六流量計，54-熱風爐，55-燃料氣進口。
【具體實施方式】
[0014]下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。
[0015]如圖1所示，重金屬污染土壤淋洗修復系統，包括回轉筒重金屬淋洗反應器26，還包括農林廢棄物水解酸化罐5，農林廢棄物水解酸化罐5與第一水栗8的進口連接，第一水栗8的出口通過第二流量計14與回轉筒重金屬淋洗反應器26的進液口連接，回轉筒重金屬淋洗反應器26包括淋洗產物出口 25和污染土壤進口 15，淋洗產物出口 25下方設置有泥水混合池27，泥水混合池27通過第二水栗28與臥螺離心機41的輸入端連接，臥螺離心機41的輸出端包括排渣口 32和排液口，臥螺離心機41的排液口依次通過第三水栗42和第三流量計43與浸沒蒸發器47連接，第一水栗8的出口還通過第一流量計9與酸化液厭氧反應罐13的底部連接，酸化液厭氧反應罐13頂部的沼氣出口 12依次通過沼氣氣柜48和第四流量計49與熱風爐54的燃料氣進口 55連接，熱風爐54的燃料氣進口 55還通過第五流量計51與液化氣瓶50連接，熱風爐54的出風端通過風管延伸至浸沒蒸發器47的內部底端。浸沒蒸發器47的底部通過第四水栗45與濃縮液出口 46連通。熱風爐54的進風口通過第六流量計53與鼓風機52連接。臥螺離心機41包括轉鼓35和推料螺旋34，轉鼓35和推料螺旋34均為筒狀，轉鼓35套設在推料螺旋34上，轉鼓35和推料螺旋34共旋轉軸，轉鼓35和推料螺旋34同向旋轉且旋轉速度不同，泥水混合池27通過第二水栗28與推料螺旋34的一端連接，推料螺旋34的中部側壁開設有分料口 33，轉鼓35兩端分別設置有排渣口 32和排液口。農林廢棄物水解酸化罐5內設置有攪拌葉輪4，農林廢棄物水解酸化罐5內還設置有pH檢測及控制裝置2。
[0016]農林廢棄物水解酸化罐5包括水解酸化罐體和設置在水解酸化罐體下方的第一基礎6，水解酸化罐體內設置有由電動機3帶動旋轉的攪拌葉輪4，水解酸化罐體上方設有pH檢測及控制裝置2，水解酸化罐體底部設有酸液出口 7，酸液出口 7與第一水栗8相連。
[0017]酸化液厭氧反應罐13包括酸化液厭氧反應罐體和設置在酸化液厭氧反應罐體下方的第二基礎10，酸化液厭氧反應罐13通過第一流量計9與第一水栗8連接，酸化液厭氧反應罐體內部上方為貯氣間(11)，酸化液厭氧反應罐體頂端設有沼氣出口( 12)，沼氣出口
(12)與沼氣氣柜(48)相連。
[0018]回轉筒重金屬淋洗反應器26包括筒體23和設置在筒體23下方的第三基礎18、第四基礎21和第五基礎24，筒體23微傾斜放置(傾斜角度設為10°左右)，筒體23上固定套設有大齒圈22，第四基礎21上設有用于驅動大齒圈22旋轉的轉動機構20，筒體23上還套設有輪帶16，第三基礎18、第四基礎21和第五基礎24上均設置有托輪17，筒體23通過輪帶16放置在托輪17上。輪帶16為三個，分別固定套設在筒體23的兩端及中部，各個輪帶16下均設置有托輪17，大齒圈22固定套設在筒體23的中部。重金屬污染淋洗修復系統還包括設置在輪帶16兩側的液壓推力的擋輪19。
[0019]臥螺離心機41包括轉鼓35和推料螺旋34，轉鼓35和推料螺旋34均為筒狀，轉鼓35套設在推料螺旋34上，轉鼓35和推料螺旋34共旋轉軸，轉鼓35和推料螺旋34同向旋轉且旋轉速度不同，泥水混合池27通過第二水栗28與推料螺旋34的一端連接，推料螺旋34的中部側壁開設有分料口 33，轉鼓35兩端分別設置有排渣口 32和排液口。
[0020]浸沒蒸發器47包括容器體和其上方的熱風爐54。浸沒蒸發器47的淋出液進口44依次通過第三流量計43與第三水栗42和臥螺離心機41的淋出液出口相連。浸沒蒸發器47的底部連有第四水栗45和濃縮液出口 46。浸沒蒸發器47的頂部連接熱風爐54，熱風爐54通過第六流量計53和鼓風機52連接。熱風爐52的燃料氣進口 55通過第五流量計51和液化氣瓶50連接，熱風爐52的燃料氣進口 55還通過第四流量計49和沼氣氣柜48相連，而沼氣氣柜48和酸化液厭氧反應罐13的沼氣出口 12相連。
[0021]水解酸化罐和酸化液厭氧反應罐中的厭氧發酵過程:餐廚廢棄物、禽畜糞便和植物秸桿以1.5:0.5:1的質量比從農林廢棄物水解酸化罐5的加料口 I給入，在農林廢棄物水解酸化罐5內進行厭氧發酵，由pH檢測及控制裝置監測、進料比例調節水解酸化罐中的酸化度(pH偏低則增加禽畜糞便的質量比例，pH偏高則增加餐廚廢棄物的質量比例)，使pH保持在5.0-7.5的范圍內。厭氧發酵反應產生乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸等大量小分子有機酸，富含這些有機酸的酸液從酸液出口 7排出。酸液經第一水栗8抽取，一部分經第一流量計9運輸至酸化液厭氧反應罐13，由第一流量計9控制進液流速，進行進一步厭氧發酵產生沼氣，產生的沼氣首先集中在酸化液厭氧反應罐13的貯氣間11，然后從沼氣出口 12運輸至沼氣氣柜47;另一部分酸液則通過第二流量計14運輸至回轉筒重金屬淋洗反應器26，由第二流量計14設定酸液的流速。
[0022]回轉筒重金屬淋洗反應器內的淋洗過程:重金屬污染土壤從回轉筒重金屬淋洗反應器26的污染土壤進口 15給入，由于回轉筒重金屬淋洗反應器26的筒體有一定的傾斜度，且不斷回轉，因此使污染的土壤沿著筒體23連續向下慢慢滾動。輪帶16兩側的液壓推力的擋輪19用以控制回轉筒重金屬淋洗反應器26的軸向竄動，使其按照預想的速度(一般約3-4 mm / h)強制上竄和有控制地下滑，從而有效地保證輪帶16與托輪17均勾接觸和磨損，節省托輪17調整的工作量。淋洗劑來自水解酸化罐5中的酸液，經第一水栗8輸送至回轉筒重金屬淋洗反應器26，用來淋洗回轉筒重金屬淋洗反應器26內的重金屬污染土壤，并用第二流量計14控制酸液流速，使酸液與重金屬污染土壤的質量混合比例為:1iiiS=1: (2-9)。重金屬污染土壤在回轉筒重金屬淋洗反應器26內經混合、淋洗后，與淋洗劑以泥水混合物的方式的淋洗產物從回轉筒重金屬淋洗反應器26的淋洗產物出口 25排出至泥水混合池27。
[0023]臥螺離心機中的固液分離過程:泥水混合池27中的淋洗產物經第二水栗28提升、運輸至臥螺離心機41。轉鼓35與推料螺旋34以一定差速(10-30轉/分)同向高速(大于3000轉/分)旋轉，淋洗產物被引入到推料螺旋34，加速后進入轉鼓35，在離心力場作用力下，較重的固相物即已修復的重金屬污染土壤沉積在轉鼓壁35上形成沉渣層，推料螺旋34將沉渣層連續不斷地推至轉鼓錐端，經排渣口 32排出;較輕的液相物即淋出液則形成內層液環，由轉鼓大端溢流口 38連續溢出轉鼓，經排液口排出。
[0024]浸沒蒸發器中的濃縮過程:排出的淋出液通過第三水栗42和第三流量計43運輸至浸沒蒸發器47。由酸化液厭氧反應罐13產生的沼氣通過管道運輸至沼氣氣柜48，再經第四流量計49運輸至熱風爐54的燃料氣進口 55。鼓風機52通過第六流量計53控制流速向熱風爐54不斷鼓入空氣。液化氣瓶50的液化氣通過第五流量計51和沼氣一同在熱風爐54內燃燒，用以加熱鼓入的空氣至200-300°C。用加熱后的空氣吹脫浸沒蒸發器47內的淋出液，促使液體沸騰汽化，水蒸汽大量蒸發，重金屬等非揮發性物質則留在浸沒蒸發器47底端形成重金屬濃縮液，重金屬濃縮液通過第四水栗45從濃縮液出口 46排出。
[0025]排出的濃縮重金屬液采用水泥固化法處理，生成的水泥固化體可直接填埋或作為建筑材料用。
[0026]具體處理步驟
步驟1、餐廚廢棄物、禽畜糞便和植物秸桿以1.5:0.5:1的質量比從農林廢棄物水解酸化罐5的加料口 I給入，在農林廢棄物水解酸化罐5內進行厭氧發酵3-5h，產生乙酸、丙酸、丁酸、異丁酸、戊酸等大量小分子有機酸，富含這些有機酸的酸液從酸液出口 7排出。
[0027]步驟2、酸液經第一水栗8抽取，一部分經第一流量計9運輸至酸化液厭氧反應罐13，由第一流量計9控制進液流速，進行進一步厭氧發酵產生沼氣，產生的沼氣首先集中在酸化液厭氧反應罐13的貯氣間11，然后從沼氣出口 12運輸至沼氣氣柜48;另一部分酸液則通過第二流量計14運輸至回轉筒重金屬淋洗反應器26，由第二流量計14設定酸液的流速。
[0028]步驟3、重金屬污染土壤由回轉筒重金屬淋洗反應器26的污染土壤進口15給入，與運輸至回轉筒重金屬淋洗反應器26內的酸液混合，質量混合比例為:!Mt = Hi0ai=1: (2-9)，使污染的土壤沿著回轉筒重金屬淋洗反應器26的筒體23連續攪拌滾動進行淋洗3-5 h(與農林廢棄物水解酸化罐中的厭氧發酵時間一致)，筒體23內的溫度為40-80°C。
[0029]步驟4、經淋洗之后的淋洗產物一同由回轉筒重金屬淋洗反應器26的淋洗產物出口 25排出至泥水混合池27;淋洗產物包括重金屬污染土壤與酸液。
[0030]步驟5、泥水混合池27中的淋洗產物經第二水栗28提升、運輸至臥螺離心機41。轉鼓35與推料螺旋34以一定差速(10-30轉/分)同向高速(大于3000轉/分)旋轉，淋洗產物被引入到推料螺旋34，加速后通過分料口 33進入轉鼓35，在離心力場作用力下，較重的固相物即已修復的重金屬污染土壤沉積在轉鼓35內壁上形成沉渣層，推料螺旋34將沉渣層連續不斷地推至轉鼓35—端，經排渣口 32排出;較輕的液相物經排液口排出。
[0031 ] 步驟6、排出的液相物通過第三水栗42和第三流量計43運輸至浸沒蒸發器47。由酸化液厭氧反應罐13產生的沼氣由沼氣氣柜48收集起來，并通過第四流量計49控制流速運輸至熱風爐54的燃料氣進口 55，鼓風機52通過第六流量計53控制流速向熱風爐54不斷鼓入空氣。液化氣瓶5 O的液化氣通過第五流量計51和沼氣一同在熱風爐5 4內燃燒，用以加熱鼓入的空氣至200-300°C。用加熱后的空氣吹脫浸沒蒸發器47內的液相物，促使液體沸騰汽化，水蒸汽大量蒸發，重金屬等非揮發性物質則留在浸沒蒸發器47底端形成重金屬濃縮液，重金屬濃縮液通過第四水栗45從濃縮液出口 46排出。
[0032]步驟7、排出的重金屬濃縮液采用水泥固化法處理，生成的水泥固化體可直接填埋或作為建筑材料用。
[0033]上列詳細說明是針對本發明可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本發明的專利范圍，凡未脫離本發明所為的等效實施或變更，均應包含于本申請的保護范圍內。
【主權項】
1.重金屬污染土壤淋洗修復系統，包括回轉筒重金屬淋洗反應器(26)，其特征在于，還包括農林廢棄物水解酸化罐(5)，農林廢棄物水解酸化罐(5)與第一水栗(8)的進口連接，第一水栗(8)的出口通過第二流量計(14)與回轉筒重金屬淋洗反應器(26)的進液口連接，回轉筒重金屬淋洗反應器(26)包括淋洗產物出口(25)和污染土壤進口(15)，淋洗產物出口(25)下方設置有泥水混合池(27)，泥水混合池(27)通過第二水栗(28)與臥螺離心機(41)的輸入端連接，臥螺離心機(41)的輸出端包括排渣口(32)和排液口，臥螺離心機(41)的排液口依次通過第三水栗(42)和第三流量計(43)與浸沒蒸發器(47)連接，第一水栗(8)的出口還通過第一流量計(9)與酸化液厭氧反應罐(13)的底部連接，酸化液厭氧反應罐(13)頂部的沼氣出口( 12)依次通過沼氣氣柜(48)和第四流量計(49)與熱風爐(54)的燃料氣進口(55)連接，熱風爐(54)的燃料氣進口(55)還通過第五流量計(51)與液化氣瓶(50)連接，熱風爐(54)的出風端通過風管延伸至浸沒蒸發器(47)的內部底端。2.根據權利要求1所述的重金屬污染土壤淋洗修復系統，其特征在于，所述的浸沒蒸發器(47)的底部通過第四水栗(45)與濃縮液出口(46)連通。3.根據權利要求1所述的重金屬污染土壤淋洗修復系統，其特征在于，所述的熱風爐(54)的進風口通過第六流量計(53)與鼓風機(52)連接。4.根據權利要求1所述的重金屬污染土壤淋洗修復系統，其特征在于，所述的臥螺離心機(41)包括轉鼓(35)和推料螺旋(34)，轉鼓(35)和推料螺旋(34)均為筒狀，轉鼓(35)套設在推料螺旋(34 )上，轉鼓(35 )和推料螺旋(34 )共旋轉軸，轉鼓(35 )和推料螺旋(34 )同向旋轉且旋轉速度不同，泥水混合池(27)通過第二水栗(28)與推料螺旋(34)的一端連接，推料螺旋(34)的中部側壁開設有分料口(33)，轉鼓(35)兩端分別設置有排渣口(32)和排液口。5.根據權利要求1所述的重金屬污染土壤淋洗修復系統，其特征在于，所述的農林廢棄物水解酸化罐(5)內設置有攪拌葉輪(4)，農林廢棄物水解酸化罐(5)內還設置有pH檢測及控制裝置(2)。
【文檔編號】B09C1/02GK105880272SQ201610094817
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年2月22日
【發明人】譚中欣, 劉利云
【申請人】華中農業大學