一种重金属污染土壤异位洗脱系统及控制系统
技术领域
本实用新型属于土壤修复技术领域，具体涉及一种重金属污染土壤异位洗脱系统及控制系统。
背景技术
重金属污染土壤异位洗脱技术是指通过物理分离或增效洗脱等方法，在添加水或合适的增效剂作为介质的条件下，分离重金属污染土壤组分或使污染物从土壤相转移到液相的技术。
污染土壤异位洗脱技术是重要的土壤修复技术之一，其在国内外污染土壤修复中具有非常成熟和广泛的应用。具有污染物处理类别多、处理成本低、修复工期短以及修复土壤可再利用等优点。近年来，国内也出现了一些关于异位土壤洗脱技术的系统和方法得报道，但均存在一定的不足。
专利号CN105772497A的实用新型公布了一种土壤异位淋洗修复成套设备，专利号CN104475441A的实用新型公布了一种基于减量浓缩设计理念的土壤淋洗修复系统及其方法，上述2项实用新型虽然能较好的对污染土壤进行淋洗修复，但均存在淋洗设备系统庞杂、操作繁琐、设备磨损严重等问题。
鉴于目前重金属污染土壤洗脱修复处理方法和系统的种种不足与局限，开发一种经济适用、方便操作的重金属污染土壤洗脱修复系统及方法具有重要的社会意义和环境价值。
发明内容
本实用新型的目的是克服现有技术中土壤修复系统庞杂效率低下的问题。
为此，本实用新型提供了一种重金属污染土壤异位洗脱系统，包括破碎筛分单元、洗脱单元、泥水分离单元以及污水处理及回用单元；
所述破碎筛分单元用于破碎污染土壤并进行粒级分离得到粗糙砾石及泥浆；
所述洗脱单元用于将所述粗糙砾石搅拌脱水洗净、离心分离得到小粒径砂砾，并将表面活性剂、所述小粒径砂砾及所述泥浆混合搅拌实现浮选分离得到污染浮悬物及沉淀物；
所述泥水分离单元用于将所述污染浮悬物及沉淀物分别脱水及压滤得到干净物及污泥；
所述污水处理及回用单元用于将所述污泥处理回收利用。
优选地，所述破碎筛分单元包括依次连接的辊式筛分破碎机、上料皮带和双层湿法振动筛，所述上料皮带上方设有用于吸收金属的除铁器。
优选地，辊式破碎机的顶部上料口处安设有孔径为300mm的固定格栅。
优选地，所述洗脱单元包括螺旋洗砂机、水力旋流器、搅拌槽及浮选机，所述螺旋洗砂机与所述破碎筛分单元的粗糙砾石出口连接，所述水利旋流器与所述螺旋洗砂机的出口连接，所述水利旋流器的出口与所述搅拌槽连接，所述搅拌槽的出口与所述浮选机连接。
优选地，所述泥水分离单元包括板框式压滤机及叠螺污泥脱水机，所述板框式压滤机用于将所述沉淀物压滤得到干净土壤，所述叠螺污泥脱水机用于将所述污染浮悬物脱水得到干净土壤及干净砾石。
优选地，所述污水处理及回用单元包括调节池、混凝沉淀池、药剂搅拌桶及石英砂过滤器，所述调节池、所述混凝沉淀池、药剂搅拌桶及所述石英砂过滤器沿废水流通方向依次连接。
优选地，所述混凝沉淀池包括反应区和沉淀区，所述反应区用于添加药剂与污染浮悬物反应形成絮凝体，所述沉淀区用于将所述絮凝体进行泥水分离。
本实用新型还提供了一种如前任一项所述的重金属污染土壤异位洗脱控制系统，包括远程控制模块、数据采集模块、监控模块及配电柜；
所述远程控制模块用于控制破碎筛分单元、洗脱单元、泥水分离单元及污水处理及回用单元的联动；
所述数据采集模块用于采集破碎筛分单元、洗脱单元、泥水分离单元及污水处理及回用单元的工作信息；
所述监控模块用于监控破碎筛分单元、洗脱单元、泥水分离单元及污水处理及回用单元的工作状态；
所述配电柜用于给所述远程控制模块、数据采集模块及监控模块供电。
本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种重金属污染土壤异位洗脱系统及控制系统，先将污染土壤经过破碎筛分单元进行破碎机粒级分离得到粗糙砾石及泥浆，然后通过洗脱单元将所述粗糙砾石搅拌脱水洗净、离心分离得到小粒径砂砾，并将表面活性剂、所述小粒径砂砾及所述泥浆混合搅拌实现浮选分离得到污染浮悬物及沉淀物，最后泥水分离单元将所述污染浮悬物及沉淀物分别脱水及压滤得到干净物及污泥，并将所述污泥处理并回收再利用。该方案结构简单、价格低廉、操作简单，能高效的去除污水中的重金属污染物，达到系统回用水的标准，且自动化程度高，降低劳动强度和生产成本。
以下将结合附图对本实用新型做进一步详细说明。
附图说明
图1是本实用新型重金属污染土壤异位洗脱系统及方法的功能原理示意图；
图2是重金属污染土壤异位洗脱系统的结构示意图。
附图标记说明：辊式破碎机1、上料皮带2、除铁器3、双层湿法振动筛4、螺旋洗砂机5、水力旋流器6、积液池7、渣浆泵8、搅拌槽9、浮选机10、板框式压滤机11、叠螺污泥脱水机12、调节池13、药剂搅拌桶14、混凝沉淀池15、石英石过滤器16、回用水池17。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
本实用新型实施例提供了一种重金属污染土壤异位洗脱系统，包括破碎筛分单元、洗脱单元、泥水分离单元及污水处理及回用单元；
所述破碎筛分单元用于破碎污染土壤并进行粒级分离得到粗糙砾石及泥浆；
所述洗脱单元用于将所述粗糙砾石搅拌脱水洗净、离心分离得到小粒径砂砾，并将表面活性剂、所述小粒径砂砾及所述泥浆混合搅拌实现浮选分离得到污染浮悬物及沉淀物；
所述泥水分离单元用于将所述污染浮悬物及沉淀物分别脱水及压滤得到干净物及污泥；其中干净物包括干净土壤和干净砾石。
所述污水处理及回用单元用于将所述污泥处理回收利用。
由此可知，如图1和图2所示，系统，包括5个撬装结构的单元：破碎筛分单元、洗脱单元、泥水分离单元、污水处理及回用单元。还包括自动控制单元，通过自动控制单元实现系统的自动控制功能。
作为实施例之一，所述破碎筛分单元包括辊式筛分破碎机1、上料皮带2、除铁器3和双层湿法振动筛4。所述辊式破碎机1、所述除铁器3、所述双层湿法振动筛4沿物流流通方向依次连接，所述上料皮带2作为其连接纽带。所述辊式破碎机1顶部上料口安装孔径为300mm的固定格栅，可以阻隔超大块混凝土建渣进入土壤洗脱修复系统。所述辊式破碎机采用特殊的尖齿状破碎齿，能够有效的增大入料粒径范围，降低粉尘含量、降低磨损率，较低的设备高度便于撬装结构的设计。所述除铁器为电磁除铁器，可以清除污染土壤中的废铁。所述双层湿法振动筛两层筛4的网孔径自上而下分别为5mm和0.5mm。所述双层湿法振动筛4两侧对称安装4组斜向上的高压喷淋装置。通过振动筛的机械振动与高压喷淋装置的高压冲洗实现污染土壤的粒级分离与初步洗脱。所述上料皮带配备电子皮带秤用于对处理污染土壤的计量。
作为实施例之一，所述洗脱单元包括螺旋洗砂机5、水力旋流器6、搅拌槽9、浮选机10。所述螺旋洗砂机5用于所述双层湿法振动筛5mm筛网上的砾石的洗脱，通过砾石与水流、砾石与砾石以及砾石与螺旋装置之间的摩擦洗脱砾石表面的污染物，同时实现砾石脱水。所述水力旋流器6用于所述双层湿法振动筛0.5mm筛网上的粗颗粒组分及所述螺旋洗砂机5底流组分的搅拌擦洗与分级，组分中粒度和密度不同的颗粒由于受到的离心力不同，其在水力旋流器6中的运动速度、加速度及方向也各不相同，粗而重的颗粒受到离心力较大被抛向筒壁，按螺旋线轨迹下旋到底部，作为沉沙从沉沙口排出，细而轻的颗粒，受到离心力较小，在锥形筒体中心形成内螺旋流向上运动，作为溢流从溢流口排出。所述搅拌槽9用于汇集所述双层湿法振动筛筛下泥浆以及所述水力旋流器6溢流产品即小粒径砂砾，在所述搅拌槽9内根据需要添加适量表面活性剂并充分搅拌。所述浮选机10用于对所述搅拌槽9内的泥浆进行浮选分离，空气通入所述浮选机10内部，形成气泡，在气泡上浮的过程中污染物吸附于气泡周围并最终被带到水面，从而以泡沫污泥的形式得到富集。
作为实施例之一，所述泥水分离单元包括板框式压滤机11、叠螺污泥脱水机12，两台渣浆泵。所述板框式压滤机11用来处理所述浮选机10的槽内产品，利用其中一台渣浆泵将槽内产品打入所述板框式压滤机11。所述叠螺污泥脱水机12用来处理所述浮选机11的泡沫污泥，利用另一台渣浆泵将泡沫污泥打入所述叠螺污泥脱水机12。所述浮选机10的槽内产品脱水后作为干净土壤与干净砾石一同资源化利用，所述浮选机10的泡沫污泥脱水干燥后作为非有害垃圾外运处置等。
作为实施例之一，所述污水处理回用单元包括调节池13、混凝沉淀池15、石英砂过滤模块及污泥处理系统，所述调节池13、所述混凝沉淀池15、所述石英砂过滤模块沿废水流通方向依次连接。所述混凝沉淀池15与药剂搅拌桶14沿污泥走向连接。所述调节池13主要作用是收集废水并对废水的水质和水量起调节作用，使后续作业的给水达到均质均量的效果，减轻后续处理设备负荷。所述混凝沉淀池15由反应区和沉淀区组成。所述反应区主要是添加各种药剂使其与废水中的污染浮悬物反应形成絮凝体，所述沉淀区主要是将絮凝体进行泥水分离。所述沉淀区设有斜管填料，泥水分离后的污泥沉积至泥斗内，定期提升至污泥池，上清液则通过出水堰溢流至所述混凝沉淀池的清水箱，然后通过提升泵提升到所述石英砂过滤系统。所述石英砂过滤模块由石英砂过滤器16和回用水池17组成。废水经所述石英砂过滤器后进入所述回用水池储存，所述回用水池也通过泵为所述石英砂过滤器的反洗提供水源。同时，所述回用水池17的水用于所述洗脱单元的螺旋洗砂机5、水力旋流器6、搅拌槽9、浮选机10的补充用水。所述污泥处理系统由污泥池和叠螺污泥脱水机12组成。进入所述污泥池的污泥定期提升至所述叠螺污泥脱水机12进行压滤。滤液回流至所述调节池13，干污泥则外运处置。所述污水处理回用单元与所述泥水分离单元共用一个所述叠螺污泥脱水机12。
本实用新型实施例还提供了一种重金属污染土壤异位洗脱修复原理如下步骤：
步骤一，重金属污染土壤通过外部机械(例如挖掘机)添加进入辊式破碎机1，辊式破碎机1上的固体格栅可以除去污染土壤中的超大块混凝土建渣，通过辊式破碎机1破碎后的污染土壤通过上料皮带2运输至双层湿法振动筛4，上料皮带2配备的电子皮带秤可以用于污染土壤的计量，上料皮带2上部的除铁器3可以除去污染土壤中的废铁。进入双层湿法振动筛4的污染土壤通过双层湿法振动筛4的机械振动与高压喷淋装置的高压冲洗实现污染土壤的粒级分离与初步洗脱。
步骤二，双层湿法振动筛45mm筛网上的砾石进入螺旋洗砂机5，通过砾石与水流、砾石与砾石以及砾石与螺旋装置之间的摩擦洗脱砾石表面的污染物，洗脱干净的砾石从螺旋洗砂机5的上部出口排除。螺旋洗砂机5的底流与双层湿法振动筛40.5mm筛网上的粗颗粒组分通过渣浆泵8从泥浆缓冲池扬送至水力旋流器6，组分中的大颗粒从水力旋流器6的底部沉沙口排除，通过渣浆泵8送至螺旋洗砂机5形成闭路循环，组分中的细颗粒从水力旋流器6的溢流口排出与双层湿法振动筛4的筛下产物一同进入搅拌槽9，泥浆在搅拌槽9内与表面活性剂作用后自流进入浮选机10内，通过泡沫浮选将泥浆中的污染物与土壤分离。
步骤三，浮选机10的槽内产品通过渣浆泵8输送至板框式压滤机11进行脱水处理，脱水后的干净土壤与干净砾石一同资源化利用，脱离出的水进入污水处理单元的调节池。浮选机10的泡沫污泥通过渣浆泵8输送至叠螺污泥脱水机12，脱水后作为非有害垃圾外运处置等，脱离出的水进入污水处理单元的调节池。
步骤四，步骤三中产生的污水进入调节池进行均质均量处理，然后由污水泵提升至混凝沉淀池15，在反应区先投加碱调节污水的pH，然后投加重金属捕捉剂捕捉重金属离子，最后投加混凝剂PAC和PAM，使废水中的悬浮物微粒失稳，胶粒物相互凝聚使微粒增大，形成絮凝体、矾花。絮凝体进入沉淀区进行泥水分离。混凝沉淀池15溢流出的上层清液泵送至石英砂过滤系统。石英砂过滤器16进一步去除废水中的重金属污染物，达到精细过滤效果。处理后的废水进入回用水池储存，然后用于双层湿法振动筛4、螺旋洗砂机5、水力旋流器6及石英砂过滤器16等设备的补充用水和反洗用水。污泥处理系统中的污泥池储存所述混凝沉淀池所来污泥，并定期提升至叠螺污泥脱水机12进行压滤。
本实用新型实施例至少具有如下有益效果：将重金属污染土壤送入辊式破碎机进行破碎处理，可以有效的破碎污染土壤，污染土壤通过上料皮带运输至双层湿法振动筛的过程中，除铁器能有效的去除污染土壤中的废铁。进入双层湿法振动筛的污染土壤在机械振动和高压水冲洗作用下可以有效的分成三种不同的粒径组成。粒径最大的砾石通过螺旋洗砂机可以有效的去除砾石表面的污染物，并脱水形成干净的砾石。中等粒径的粗颗粒与螺旋洗砂机的底流产品可通过水力旋流器进一步摩擦去污和分级，从而形成水力旋流器沉沙粗粒级返回至螺旋洗砂机的闭路流程。水力旋流器的溢流细颗粒及双层湿法振动筛的筛下产品通过搅拌槽与表面活性剂充分搅拌后通过浮选机泡沫浮选，最终实现重金属污染物与干净土壤的分离。板框式压滤机和叠螺污泥脱水机分别可以有效的脱除干净土壤与污泥的水分。污水处理及回用单元通过混凝沉淀和过滤可以有效的去除污水中的重金属污染物，达到系统回用水的标准。自动控制单元控制单元能够对以上过程进行全自动控制，工作人员只需一人定期巡视检查运行情况，极大降低劳动强度。
本实施例提出的重金属污染土壤异位洗脱修复系统对污染土壤土质及含水率适应范围广、处理能力大、修复效果好、二次污染低、自动化程度高，可用于各种重金属污染土壤的修复，具有良好的环保效益及社会效益。
本实施例还提供了一种重金属污染土壤异位洗脱控制系统，包括远程控制模块、数据采集模块、监控模块及配电柜；
所述远程控制模块用于控制破碎筛分单元、洗脱单元、泥水分离单元及污水处理及回用单元的联动；
所述数据采集模块用于采集破碎筛分单元、洗脱单元、泥水分离单元及污水处理及回用单元的工作信息；
所述监控模块用于监控破碎筛分单元、洗脱单元、泥水分离单元及污水处理及回用单元的工作状态；
所述配电柜用于给所述远程控制模块、数据采集模块及监控模块供电。
控制系统控制整个洗脱系统实现自动化工作。
本实用新型的有益效果：本实用新型提供的这种重金属污染土壤异位洗脱系统及控制系统，先将污染土壤经过破碎筛分单元进行破碎机粒级分离得到粗糙砾石及泥浆，然后通过洗脱单元将所述粗糙砾石搅拌脱水洗净、离心分离得到小粒径砂砾，并将表面活性剂、所述小粒径砂砾及所述泥浆混合搅拌实现浮选分离得到污染浮悬物及沉淀物，最后泥水分离单元将所述污染浮悬物及沉淀物分别脱水及压滤得到干净物及污泥，并将所述污泥处理并回收再利用。该方案结构简单、价格低廉、操作简单，能高效的去除污水中的重金属污染物，达到系统回用水的标准，且自动化程度高，降低劳动强度和生产成本。
