本發(fā)明涉及土壤修復(fù)
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體而言，涉及一種修復(fù)土壤重金屬污染的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
：據(jù)國(guó)家環(huán)保部和國(guó)土資源部2014年4月份發(fā)布的《全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)》顯示，全國(guó)土壤環(huán)境狀況總體不容樂(lè)觀，部分地區(qū)土壤污染較重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂，工礦業(yè)廢棄土地環(huán)境問(wèn)題突出。污染類型以無(wú)機(jī)為主，主要包括鉻、鎘、汞、砷、鉛、銅、鋅、鎳等。土壤污染不僅對(duì)生態(tài)環(huán)境、人體健康造成嚴(yán)重危害，也阻礙了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。重金屬土壤污染的分布范圍廣、污染量大，且治理費(fèi)用高，治理周期長(zhǎng)?；瘜W(xué)淋洗技術(shù)是一種有效的治理土壤重金屬污染的技術(shù)，它是指借助能促進(jìn)土壤環(huán)境中污染物溶解/遷移的液體或其他流體來(lái)淋洗污染的土壤，使吸附或固定在土壤顆粒上的污染物脫附、溶解而去除的技術(shù)。作用機(jī)理在于利用淋洗液或化學(xué)助劑與土壤中的污染物結(jié)合，并通過(guò)淋洗液的解吸、螯合、溶解或固定等化學(xué)作用，達(dá)到修復(fù)污染土壤的目的。雖然化學(xué)淋洗技術(shù)在歐洲已經(jīng)被研究認(rèn)為是一種可以被廣泛運(yùn)用的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)，但國(guó)內(nèi)的應(yīng)用幾乎為空白，基本停滯在實(shí)驗(yàn)室研究階段，目前很少用到實(shí)際工程中。研究滯后的原因之一是化學(xué)淋洗修復(fù)技術(shù)的高成本?；瘜W(xué)淋洗后產(chǎn)生的大量的含重金屬淋洗液需要進(jìn)一步的處理,淋洗液的處理存在處理難度高、處理工藝復(fù)雜、處理成本高、處理效果差、污泥量過(guò)大、修復(fù)周期長(zhǎng)等問(wèn)題，因此其中的解決辦法仍需進(jìn)一步研究和完善。此外，淋洗土壤時(shí)為了提高淋洗效率和節(jié)省修復(fù)時(shí)間，一般會(huì)在淋洗劑中加入一些能增大重金屬水溶性和遷移性的化學(xué)助劑，最常用的是酸和螯合劑，而后者對(duì)土壤的就地淋洗更適用，因?yàn)樗麄儗?duì)環(huán)境的危害更小。淋洗土壤的主要的化學(xué)試劑有edta，酸，弱酸鹽等。且土壤中重金屬種類一般比較多，銅鎘鉛鋅鉻等都會(huì)在其中。水處理行業(yè)一般先采用氧化劑氧化的辦法進(jìn)行破絡(luò)，然后加堿沉淀。因?yàn)橐话愕耐寥佬迯?fù)土方量很大，動(dòng)輒幾十萬(wàn)上百萬(wàn)方，甚至上千萬(wàn)方，淋洗液的比例一般是土方量的8倍左右，如此大量的重金屬淋洗液不管是氧化破絡(luò)還是加堿沉淀都要建造破絡(luò)池和沉淀池(一沉池、二沉池)，投入大量的人力，物力，財(cái)力，工程周期也大大加長(zhǎng)，不太適合市場(chǎng)應(yīng)用。有鑒于此，特提出本發(fā)明。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種修復(fù)土壤重金屬污染的系統(tǒng)及方法，以解決上述問(wèn)題。具體的，本發(fā)明涉及一種修復(fù)土壤重金屬污染的系統(tǒng)，包括順次連接的土壤淋洗設(shè)備、混合管、接觸反應(yīng)器和催化劑罐；所述催化劑罐上部與下部分別設(shè)置有第一流通口和第二流通口；所述第一流通口分別通過(guò)第一閥門和第二閥門與所述接觸反應(yīng)器的出口及反洗出液管相連；所述第二流通口分別通過(guò)第三閥門和第四閥門與出水管和反洗進(jìn)水管相連；所述催化劑罐的內(nèi)部設(shè)置有填料層，所述填料層中填充有具有二氧化錳涂層的球狀顆粒。本發(fā)明還涉及一種基于如上所述系統(tǒng)的修復(fù)土壤重金屬污染的方法，包括：將鐵鹽、次氯酸鹽、土壤重金屬污染淋洗液在所述混合管中進(jìn)行反應(yīng)后，生成的混合溶液在接觸反應(yīng)器經(jīng)絮凝處理后進(jìn)入所述催化劑罐中進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，反應(yīng)后生成的不溶物沉積在填料層上，凈化后的溶液從所述出水管流出；所述不溶物經(jīng)反洗后由反洗出水管排出。本發(fā)明通過(guò)將鐵鹽、次氯酸鹽反應(yīng)生成高鐵酸鹽，和催化劑罐中催化劑混合使用于土壤重金屬污染修復(fù)的化學(xué)淋洗液處理中，原理是氧化劑和催化劑配合使用，在催化劑作用下氧化掉所有的有機(jī)化合物、無(wú)機(jī)化合物和硫化氫等所有的污染物，最后經(jīng)過(guò)過(guò)濾材料將其過(guò)濾去除掉。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：1)、本發(fā)明中所提供的工藝方法搭配特定的系統(tǒng)可以去除90％-99％的污染物，去除污染物范圍極廣，去除效果極佳；2)、本發(fā)明可以綜合性一次性處理所有污染問(wèn)題，處理難度和工藝流程大大減小，占地面積大大減小，操作更加簡(jiǎn)單；3)、本發(fā)明所采用的催化劑可反復(fù)使用，且容易再生，可大幅降低處理成本；4)、本發(fā)明反應(yīng)劇烈快速，處理效率極高，大大縮短土壤修復(fù)周期，處理之后的土壤和水均是穩(wěn)定達(dá)標(biāo)的。5)、處理更徹底，不是把重金屬固化，而是徹底去處掉，不會(huì)復(fù)發(fā)?，F(xiàn)有技術(shù)在修復(fù)土壤重金屬污染時(shí)多采用固化工藝，只是檢測(cè)不到污染物質(zhì)，但其實(shí)際還在土壤當(dāng)中，不能徹底解決，可能在不久后重現(xiàn)問(wèn)題。6)、該工藝可操作性強(qiáng)，處理效果極穩(wěn)定，不會(huì)出現(xiàn)可能有時(shí)候不好的狀況。附圖說(shuō)明為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明提供的修復(fù)土壤重金屬污染的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明提供的修復(fù)土壤重金屬污染的系統(tǒng)的一種變形例結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記：混合管-1、接觸反應(yīng)器-2、催化劑罐-3、第一閥門-301、第二閥門-302、反洗出液管-303、第三閥門-304、第四閥門-305、出水管-306、反洗進(jìn)水管-307、填料層-308、第一布水器-309、第二布水器-310、加藥裝置-4。具體實(shí)施方式下面將結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)理解，下列所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例，僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)視為限制本發(fā)明的范圍?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。實(shí)施例中未注明具體條件者，按照常規(guī)條件或制造商建議的條件進(jìn)行。所用試劑或儀器未注明生產(chǎn)廠商者，均為可以通過(guò)市售購(gòu)買獲得的常規(guī)產(chǎn)品。在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。如圖1所示，本發(fā)明涉及一種修復(fù)土壤重金屬污染的系統(tǒng)，包括順次連接的土壤淋洗設(shè)備、混合管-1、接觸反應(yīng)器-2和催化劑罐-3；所述催化劑罐-3上部與下部分別設(shè)置有第一流通口和第二流通口；所述第一流通口分別通過(guò)第一閥門-301和第二閥門-302與所述接觸反應(yīng)器-2的出口及反洗出液管-303相連；所述第二流通口分別通過(guò)第三閥門-304和第四閥門-305與出水管-306和反洗進(jìn)水管-307相連；所述催化劑罐-3的內(nèi)部設(shè)置有填料層-308，所述填料層-308中填充有具有二氧化錳涂層的球狀顆粒。所述土壤淋洗設(shè)備將土壤淋洗液注入到混合管-1中；所述土壤淋洗設(shè)備可采用現(xiàn)用技術(shù)中用于修復(fù)土壤重金屬污染的常規(guī)設(shè)備，例如可包括回轉(zhuǎn)筒重金屬淋洗反應(yīng)器、淋洗塔、過(guò)濾裝置或曝氣裝置等裝置和設(shè)備。優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括反洗水箱，所述反洗水箱與反洗進(jìn)水管-307相連；更優(yōu)選的，所述反洗水箱中填充有軟水或者自來(lái)水；更優(yōu)選的，所述反洗進(jìn)水管-307上還設(shè)置有反洗泵。優(yōu)選的，所述反洗出液管-303還連接有反洗出水收集箱。當(dāng)氧化劑在混合管-1中和與污染物充分混合接觸后，進(jìn)入接觸反應(yīng)器-2中進(jìn)行充分的反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程中生成的羥基自由基具有極高的氧化性，污染物中的有機(jī)污染物、大部分金屬離子(例如銅、鎳、鉛、鋅、錫等)、淤泥等在所加入的絮凝劑的作用下最終沉淀，并從接觸反應(yīng)器-2底部排出；上層的清液從催化劑罐-3的頂部進(jìn)入罐內(nèi)與填料層中的催化劑充分接觸，在催化劑的作用下對(duì)未沉淀的低價(jià)態(tài)金屬離子進(jìn)行催化氧化，并將反應(yīng)生成的不溶物攔截過(guò)濾。這些不溶物會(huì)包裹所有被氧化后的污染物一起形成沉淀被過(guò)濾攔截而沉積在填料層，所有的污染都會(huì)被過(guò)濾材料輕松的過(guò)濾去除掉。而這些沉積物很容易被純水反沖洗下來(lái)，根據(jù)污染物的濃度及種類，設(shè)定定期對(duì)過(guò)濾材料進(jìn)行反沖洗(反沖洗周期一般為24-72小時(shí))。并建議每6個(gè)月對(duì)過(guò)濾材料再生一次。過(guò)濾材料反沖洗方法步驟包括：進(jìn)行反沖洗之前先關(guān)閉第一閥門-301和第三閥門-304，打開(kāi)第二閥門-302、第四閥門-305和反洗水箱的閥門；啟動(dòng)反洗泵，使反洗水以20-25m/s的流速，0.2-0.5mpa的壓力從反洗進(jìn)水管-307從過(guò)濾材料罐體底部經(jīng)由布水器均勻布水進(jìn)入罐體，反洗之后的水從罐體頂部出水，從反洗出液管-303進(jìn)入反洗出水收集箱，反洗時(shí)間控制在5～10分鐘。優(yōu)選的，如上所述的修復(fù)土壤重金屬污染的系統(tǒng)，所述球狀顆粒為粒度0.6mm～1.4mm的顆粒；更優(yōu)選為粒度0.8mm～1.2mm的顆粒，也可以選擇1.0mm；更優(yōu)選的，所述球狀顆粒的內(nèi)核成分主要由沸石和消石灰組成；更優(yōu)選的，所述球狀顆粒主要由以下成分制成：沸石85～90重量份、二氧化錳9.5～15重量份以及消石灰0～5重量份；更優(yōu)選為沸石85重量份、二氧化錳10重量份以及消石灰5重量份。為了達(dá)到更好的凈化效果，填料的成分和物理性質(zhì)優(yōu)選如表1和表2所示。表1填料成分混合物標(biāo)準(zhǔn)含量規(guī)格天然沸石85％＞85％二氧化錳10％＞9.5％消石灰5％＜5％表2填料物理性質(zhì)本發(fā)明所用催化劑經(jīng)水沖洗后即可再生，運(yùn)行成本低，不需要再生和反復(fù)更換。優(yōu)選的，如上所述的修復(fù)土壤重金屬污染的系統(tǒng)，所述催化劑罐為2個(gè)或2個(gè)以上；如圖2所示，為擴(kuò)大處理量，提高處理效率，可將多個(gè)催化劑罐進(jìn)行并聯(lián)，每個(gè)催化劑罐均與所述接觸反應(yīng)器的出口相連。優(yōu)選的，如上所述的修復(fù)土壤重金屬污染的系統(tǒng)，所述填料層的體積占所述催化劑罐的容積的60％～80％。優(yōu)選的，如上所述的修復(fù)土壤重金屬污染的系統(tǒng)，所述催化劑罐的內(nèi)部設(shè)置有第一布水器-309，所述第一布水器-309與所述第一流通口連通。催化劑罐-3的第一布水器-309可使得土壤重金屬污染淋洗液與填料更均勻充分地進(jìn)行接觸。優(yōu)選的，如上所述的修復(fù)土壤重金屬污染的系統(tǒng)，所述催化劑罐的內(nèi)部設(shè)置有第二布水器-310，所述第二布水器-310與所述第二流通口連通。優(yōu)選的，如上所述的修復(fù)土壤重金屬污染的系統(tǒng)，所述催化劑罐-3的罐底設(shè)置有排液斗，所述排液斗的一端與所述催化劑罐的罐底連通，所述排液斗的另一端與所述第二流通口連通，且所述排液斗的橫截面積由所述排液斗的一端向所述排液斗的另一端逐漸減??；更優(yōu)選的，所述排液斗與所述催化劑罐可拆卸連接。優(yōu)選的，如上所述的修復(fù)土壤重金屬污染的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)還包括三個(gè)加藥裝置-4，所述加藥裝置-4包括加藥箱和加藥計(jì)量泵；所述加藥裝置-4的出口與所述混合管聯(lián)通；三個(gè)加藥裝置中分別盛裝有鐵鹽的溶液、次氯酸鹽溶液和絮凝劑，土壤重金屬污染淋洗液從混合管中加入。一種基于如上所述系統(tǒng)的修復(fù)土壤重金屬污染的方法，包括：將鐵鹽、次氯酸鹽、土壤重金屬污染淋洗液在所述混合管中進(jìn)行反應(yīng)后，生成的混合溶液在接觸反應(yīng)器經(jīng)絮凝處理后進(jìn)入所述催化劑罐中進(jìn)行催化氧化反應(yīng)，反應(yīng)后生成的不溶物沉積在填料層上，凈化后的溶液從所述出水管流出；所述不溶物經(jīng)反洗后由反洗出水管排出。鐵鹽與次氯酸鹽會(huì)在堿性條件下生成高鐵酸鹽離子。高鐵酸鹽離子是最強(qiáng)的氧化劑，有能力在短短的幾秒的反應(yīng)中去除掉無(wú)機(jī)雜質(zhì)和有機(jī)雜質(zhì)。高鐵酸鹽將生成鐵離子和氧分子。該氧化-還原反應(yīng)是最劇烈的反應(yīng)，并且由于其本身在整個(gè)反應(yīng)中沒(méi)有任何副產(chǎn)品生成而在整個(gè)水處理行業(yè)中具有特殊的意義。所有的有機(jī)物包括無(wú)機(jī)物氧化完成后，最終剩下的只有三價(jià)鐵離子。優(yōu)選的，進(jìn)入所述催化劑罐中進(jìn)行催化氧化反應(yīng)的溶液ph值≥6；更優(yōu)選為6～10，也可以選擇7～8。優(yōu)選的，所述鐵鹽為氧化鐵或fe(no3)3；氧化劑的成分為3種，它們是單獨(dú)的固體顆粒和粉末，分別為鐵鹽顆粒(優(yōu)選為固體水合氧化鐵顆粒或fe(no3)3)、固體次氯酸鹽粉末和固體絮凝劑粉末，優(yōu)選三種藥劑互相之間的投加質(zhì)量比為(0.8～1.2):(1.6～2.4):(0.8～1.2)，更優(yōu)選1:2:1，即分別為1ml/t，2ml/t，1ml/t(三種藥劑濃度均為3～8wt％，優(yōu)選為5wt％)；更優(yōu)選的，若土壤重金屬污染淋洗液中污染物濃度為xmg/l，則每噸待處理水中添加的所述鐵鹽、次氯酸鹽、絮凝劑的溶液的總體積為x±50％xml；更優(yōu)選為x±30％xml，或xml。前兩種藥劑在管路中同時(shí)加藥，第三種藥劑(絮凝劑)在前兩種藥劑加入與淋洗廢水充分反應(yīng)5分鐘后加入，然后共同進(jìn)入接觸反應(yīng)器-2，在接觸反應(yīng)器-2內(nèi)充分反應(yīng)(接觸反應(yīng)器-2設(shè)計(jì)要保證藥劑與淋洗廢水接觸反應(yīng)時(shí)間不少于5分鐘)后進(jìn)入催化劑罐-3。優(yōu)選的，如上所述的方法，所述絮凝劑主要由鈉鹽組成，具體優(yōu)選由以下質(zhì)量份數(shù)的成分組成：亞氯酸鈉20～28份、硅酸鈉18～24份、羧甲基纖維素鈉18～24份、碳酸鈉8～10份、亞硫酸鈉8～10份、甲殼素纖維30～50份以及硅藻土30～50份。絮凝劑與混合溶液會(huì)產(chǎn)生絮凝，同時(shí)捕獲陽(yáng)離子的無(wú)機(jī)沉淀物，吸附陰離子以及所有的懸浮顆粒物包括一些膠體等等。最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上各實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的范圍。當(dāng)前第1頁(yè)12