CN112170472A

CN112170472A - 一种重金属污染土壤应急修复新技术

Info

Publication number: CN112170472A
Application number: CN201910588140.8A
Authority: CN
Inventors: 傅开彬; 秦天邦; 龙美樵; 侯普尧; 杜明霞; 李文涛; 吴雨哲; 高德强
Original assignee: Southwest University of Science and Technology
Current assignee: Southwest University of Science and Technology
Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2021-01-05

Abstract

本发明是一种针对突发重金属污染事故时土壤中重金属离子快速脱除的应急处理方法，其特征在于：利用自制纳米气浮浮选装置脱除土壤重金属，取突发污染事件中重度重金属污染的土壤，经过两次湿筛，依次分离出粗颗粒和细颗粒的石子，筛下产物调浆，泥浆浓度控制在15%～55%之间，经过“一粗三精三扫”，泡沫产物为脱除的重金属产品，泡沫产品回收重金属，浮选装置排出物为修复后土壤，在流程合适的点分别加入硫化剂、强化硫化剂、捕收剂和起泡剂等，重污染土壤中重金属（Hg、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni等）脱除率大于90%。本发明适宜重度污染土壤的快速修复，重金属脱除率高，能有效回收土壤中重金属。

Description

一种重金属污染土壤应急修复新技术

技术领域

本发明涉及矿物加工工程领域用于重金属污染土壤应急气浮修复技术，特别适合处理突发重金属泄漏导致重度污染土壤的应急修复处理。

背景技术

土壤重金属污染已成为全球主要环境危害之一。突发重金属泄漏导致重度污染土壤的应急修复处理方法研究较少。目前，国内外土壤中重金属去除的技术主要针对污染程度较轻的情况，从修复的原理来考虑大致可分为物理修复、化学修复和生物修复三大类。

物理修复主要有翻土、换土和客土等三种方法，具有快速、彻底、稳定的特点，但工程量较大、投资大。据相关报道显示，对1 hm²面积的污染土壤进行工程治理（客土），每1.0m深土体的耗费高达800万～2400万美元，且易引起土壤肥力减弱，故目前仅适用于小面积的污染区。

化学修复是重金属离子与配位化合物反应形成稳定的络合物，或者与酸根离子反应形成沉淀，改变重金属在土壤中的存在形式，降低土壤中重金属的生物有效性和迁移性，主要包括固化/稳定化、淋洗、电化学方法、浮选法。固化/稳定化技术是指将污染土壤与能聚结成固体的黏结剂混合，将污染物捕获或固定在固体结构中的技术。土壤淋洗法就是利用淋洗剂将土壤中的重金属污染物转移到液相中，再对产生的废液进行处理的方法。土壤电化学修复是指将合适的阳极和阴极垂直地放置在地下，并施加低功率直流电场以去除土壤中的无机或有机污染物，对被污染的土壤进行现场修复的一种技术。生物修复技术是利用某些特定的动物、植物以及微生物，使其能够较快地吸走或降解土壤中的重金属污染物而达到净化土壤的目的。

浮选法最初运用于有用矿物与脉石分离，早在1860年，Willianm Hayneo就申请了此专利，该方法已成为选矿最主要的方法之一，在含重金属废水处理方面研究报道较多，用于重金属污染土壤方面报道较少。孙超慧应用泡沫浮选法分离土壤中重金属，以十二烷基硫酸钠（SDS，6 mg/g）为起泡剂，戊基黄原酸钾（1 mg/g）或煤油（15 mg/g）为捕收剂，硫化钠浓度为3倍于土壤中重金属时，重金属的去除率达到80%，表明泡沫浮选法能有效去除土壤中重金属离子。

目前，这些重金属污染土壤治理方法主要针对污染程度较轻的情况，还存在以下缺点：

（1）物理法耗能大，投资大，而限制其应用范围。

（2）生物法修复周期较长，不能用于应急性污染事件。

（3）化学法修复时间短、效率高，易产生二次污染，对于吸附在土壤表面重金属去除效果不好。

发明内容

目前，突发重金属泄漏导致重度污染土壤的应急修复处理方法较少。常规物理修复、化学修复和生物修复等方法存在各自的缺点，不适用于突发污染事件污染土壤修复。因此，本发明提供重金属污染土壤应急修复新技术，每小时可以处理0.5~10吨左右土壤，特别适合处理突发重金属泄漏导致重度污染土壤的应急修复处理，同时回收土壤中重金属，实现其资源化，具有处理效率高、处理速率快和能同时修复多种重金属等优点，不需要二次搬运土壤，脱除重金属的土壤，经过脱水后原位堆放，过滤后的水经过沉降暴晒处理达到地表水排放标准。

附图说明

附图1是本发明关于突发重金属泄漏导致重度污染土壤的应急修复处理工艺流程图，下面结合工艺流图说明本发明的工艺方案：挖掘机或者其他类似机械设备将污染土壤给入小型缓冲料仓，污染土壤经过粗筛水洗，分离粗颗粒石子，粗筛筛下产物进入细筛，细筛筛上产物为细粒级石子，筛下产物进入搅拌桶调浆，并加入硫化剂、强化硫化剂、捕收剂和起泡剂等，粗选泡沫产品进入一次精选，粗选底流进入一次扫选，一次精选泡沫进入二次精选，二次精选泡沫进入三次精选，三次精选底流流回二次精选，二次精选底流流回一次精选，一次精选底流流回粗选，一次扫选的底流流到二次扫选，二次扫选的底流进入三次扫选，泡沫产品顺序返回。

图2、图3为本发明的纳米气泡浮选装置，下面介绍该装置的结构和工作原理：在浮选柱柱底底面至圆柱体的1/3处，有3-6个泥浆给入口，顶部为泡沫产品溢流口，泡沫产品槽，底部为排矿口，也可以连接下一个浮选装置，实现串联。水泵将泥浆吸入气、液和固混合装置，然后泥浆经过纳米气浮发生器进入柱状分离装置，纳米气泡携带粘附重金属硫化物颗粒进入泡沫产品，通过刮泡分离出重金属，修复后的土壤留在气浮装置中，可根据需要改变重金属污染土壤的量，设计不同型号的纳米气浮装置。

具体实施方式

实施例一：某铜业有限责任公司电解车间电解槽回液管爆裂，电解液泄漏，工人直接将含铜废液冲洗排出厂外，导致厂区周边土壤污染，污染土壤中Cu含量高达15000 mg/kg。采用自制纳米气泡浮选装置，经过“一粗三精三扫”，硫化剂用量为理论值的3倍，强化硫化剂浓度为20 mg/L，捕收剂浓度60 mg/L，起泡剂浓度为30 mg/L，修复土壤中铜离子含量降低为1325 mg/kg，铜离子脱除率达到91.17%。

实施例二：某氧化镍矿堆浸，采用稀硫酸浸出，贵液池坝体垮塌，导致贵液渗漏，污染贵液池周边土壤，污染土壤中Ni含量高达30000 mg/kg。采用自制纳米气泡浮选装置，经过“一粗三精三扫”，硫化剂用量为理论值的3.5倍，强化硫化剂浓度为30 mg/L，捕收剂浓度80 mg/L，起泡剂浓度为30 mg/L，修复土壤中镍离子含量降低为1405 mg/kg，镍离子脱除率达到95.32%。

实施例三：某次生硫化铜矿微生物堆浸，由于雨水冲刷，微生物浸出液池坝体垮塌，导致贵液渗漏，污染贵液池周边土壤，污染土壤中Cu含量高达10000 mg/kg。采用自制纳米气泡浮选装置，经过“一粗三精三扫”，硫化剂用量为理论值的2.5倍，强化硫化剂浓度为15 mg/L，捕收剂浓度50 mg/L，起泡剂浓度为30 mg/L，修复土壤中铜离子含量降低为925mg/kg，铜离子脱除率达到90.75%。

Claims

1.一种重金属污染土壤应急修复新技术，其特征在于包括如下步骤：

（1）湿筛分离石子：采用两次筛分，依次分离不同粒度的石子，粗筛的设备可以选择振动筛、圆筒筛、滚筒筛、摇动筛、格筛等中的一种或多种，细筛设备可以选择细筛和洗砂机等。

（2）土壤调浆：根据土壤重金属离子含量和泥化程度，将泥浆浓度控制在10%～55%之间。

（3）纳米气浮脱除重金属：调浆后，经过“一粗三精三扫”，泡沫产物为脱除的重金属产品，浮选装置排出物为修复后土壤，重污染土壤中重金属（Hg、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn和Ni等）脱除率大于90%。

（4）浮选药剂：浮选药剂包括硫化剂、强化硫化剂、捕收剂和起泡剂等，粗选添加4类药剂，扫选添加硫化剂和捕收剂，精选阶段可以不添加药剂。

（5）重金属回收：泡沫产品中重金属含量较高，可以通过化学方法或销售给冶炼厂回收里面的金属元素，实现资源综合利用。

2.依据权利要求1所述的重金属污染土壤应急修复新技术，其特征在于：

（1）自制纳米气浮装置：利用自制新型可控的纳米气泡浮选装置为反应器（申请号201811081629.8），其特征在于，水泵将泥浆吸入气、液和固混合装置，然后泥浆经过纳米气浮发生器进入柱状分离装置，纳米气泡携带粘附重金属硫化物颗粒进入泡沫产品，通过刮泡分离出重金属，修复后的土壤留在气浮装置中（见附图2），可根据需要修改重金属土壤的量，设计不同型号的纳米气浮装置。

（2）脱除重金属的药剂：硫化剂包括硫化钙、硫化钠、硫化钡、硫化钾、硫氢化钠、多硫化钠等，硫化剂用量为理论用量的1.5-6倍；强化硫化剂包括硫酸铵、氯化铵、乙二胺磷酸盐、碳酸氢铵、硝酸铵、碳酸铵和磷酸氢二胺等，强化硫化剂浓度为10 mg/L～1000 mg/L；捕收剂包括乙基黄药、丁基黄药、Z-200、十二烷基硫酸钠（SDS）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB），捕收剂浓度为30 mg/L～1000 mg/L；起泡剂包括2^#油、MIBC和11^#油等，起泡剂浓度为10 mg/L～500 mg/L。

（3）纳米气浮流程结构：采用“一粗三精三扫”的流程，根据自制纳米气泡浮选装置浮选时间而定。

（4）将重金属离子转化为硫化物颗粒后，需要通过气浮法分离重金属离子硫化物微粒和土壤，从而修复重金属污染土壤。土壤中重金属离子以水溶态、离子交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态、硫化物结合态和残留态等形态存在，硫化预处理后，形成的疏水硫化物颗粒粒度较小，有的颗粒甚至达到纳米级，形成与纳米级硫化物颗粒相匹配和协调的气泡，是将硫化物微粒与土壤高效分离的关键。故纳米气泡浮选装备研发是硫化-气浮法修复重金属污染土壤的关键设备（申请号201811081629.8）。