CN111167846A - 一种土壤淋洗修复减量系统及其施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明的土壤淋洗修复减量系统及其施工方法属于土壤修复技术领域，包括依次连接的进料初次分级单元、高压射流分离单元、次级分级单元、泥浆沉降浓缩单元、压滤单元、污水处理单元、粉尘尾气治理单元和仪表电气控制单元。该系统大大减少了分级数量和设备数量，针对小型污染场地的土壤治理，整个系统可以采用集成为模块化的便于移动的集装箱设备或者撬装式设备，这样可以大大减少在现场的建设成本和工期，提高了修复效率。该系统构造简单巧妙，操作简便，设备投资费用低，占地小，特别适用于小型污染场地的修复项目，又可多设备平行操作适用于中大型场地的处理，适用范围广，效果好，具有更广的应用前景。

Description

一种土壤淋洗修复减量系统及其施工方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体为一种土壤淋洗修复减量系统及其施工方法。

背景技术

土壤淋洗技术是土壤修复中的一种重要修复技术。土壤淋洗可去除吸附于土壤颗粒表面及内部的污染物。

在土壤修复领域中，通常对土壤粒径进行分级，具体分级如下：巨砾粒径＞256mm；中砾粒径：64～256mm；细砾粒径：2～64mm；砂：1/16～2mm；粉土粒径：1/516～1/16mm；黏土粒径：小于1/512mm。

土壤淋洗属于原地异位修复技术，该技术利用清水（通常添加一些化学药剂）或溶剂去除清挖土壤中的污染物。清水在淋洗过程中主要发挥两个作用：1、将土壤中的粗颗粒与细颗粒进行分离；2、从土壤颗粒表面去除污染物。

美国环保局（1989a）报告了利用4种土壤淋洗系统对粗颗粒土壤进行冲洗的污染物去除率，其中矿化油去除率达到98%，氰化物去除率达到94%，镉去除率达到92%，芳香烃去除率在81%～99.8%之间，多环芳烃去除率达到95%，原油去除率达到97%，烃类去除率达到96%，氯化烃和苯酚去除率达到100%。

Exner（1995）提出土壤淋洗可将粗颗粒中的挥发性物质去除90%～99%，半挥发性物质去除80%～95%，金属类物质去除50%～90%。

土壤细颗粒的孔隙比表面积较大，污染物倾向于吸附于土壤细颗粒，因此土壤细颗粒难以清洗，尤其是在利用清水而不是非水溶剂对有机污染物进行淋洗时。

Andsen（1993）提出，粒径小于63μm的土壤颗粒倾向于松散地附着在较粗颗粒上，以水为淋洗剂时，可利用研磨机等装置破坏颗粒间的物理吸附力，以实现砾石、砂土和细颗粒的分离。此时污染物主要存在于细颗粒。分离出已清洗的粗颗粒可降低后续必须进行进一步处理或处置的土壤体积。

基于土壤淋洗技术的基本原理，一般情况下，50%粒径大于63μm且有机质质量分数低于20%的砂质土壤适宜使用土壤淋洗技术。高黏土和粉土不宜采用土壤淋洗技术。

目前，我国国内已经对土壤淋洗技术进行了比较深入的研究和应用。

中国专利文献CN104475441A公开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，该淋洗修复系统包括顺次相连的四大模块单元：进料筛分单元、矿洗单元、污泥脱水单元以及尾端的污水处理回用单元。通过淋洗将粗颗粒表面的污染物洗脱、转移至压滤后的泥饼中，可实现污染土壤中含污细粒与砾石、砂砾等粗颗粒的有效分离。

中国专利文献CN110014033A公开了一种金属污染土壤的多级修复系统及其修复方法，该专利通过多级洗脱修复装置在容器内对土壤进行洗脱修复，能够提高土壤修复的充分性程度，且相对于淋洗系统，能够大幅度的降低修复剂溶液的损失浪费，且提高了修复剂溶液的利用率。

中国专利文献CN110340124A公开了一种污染土壤修复治理系统，通过对污染土壤的振动筛选的物理方法处理，以使污染土壤碎块化，保证后续淋洗充分，滚筒淋洗机向污染土壤中施加淋洗液，使其滚动混合污染土壤，与现有渗透方式相比，不仅与其中的污染物相互作用充分，而且效率高；通过淋洗液使污染物转移入淋洗液中，然后再把包含有污染物的液体从土壤介质中抽提出来，进行固液分离，以便旋流分离污水中较重的沙土或重金属等，不含重质污染物的土壤混合进行絮凝沉砂后获取污泥，经脱水干燥和稳定化处理得到稳定化处理土壤。

专利CN104475441A和CN110340124A均基于减量浓缩理念，其中基于CN104475441A专利已经研发出了成套设备，在国内几个大型修复项目中已经得到成功应用。但是以上两个专利主要应用于中大型的污染场地原地异位淋洗治理，具有工艺路线长、分级级数多、设备构造复杂等特点，在针对一些小型污染场地治理项目时性价比比较低；专利CN110340124A基于提高土壤修复的充分性程度提出了采用三级洗脱装置提高淋洗效率，节约淋洗药剂的用量，但是未涉及砂质土壤的减量，在实际应用时会导致修复量大，修复成本高等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种土壤淋洗修复减量系统及其施工方法，以解决现有技术中土壤修复只是应用于中大型的污染场地原地异位淋洗治理，存在工艺路线长、分级级数多、设备构造复杂，在针对一些小型污染场地治理项目时性价比比较低的技术问题；采用三级洗脱装置提高淋洗效率，节约淋洗药剂的用量，但是未涉及砂质土壤的减量，在实际应用时会存在修复量大，修复成本高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种土壤淋洗修复减量系统，包括依次连接的进料初次分级单元、高压射流分离单元、次级分级单元、泥浆沉降浓缩单元、压滤单元、污水处理单元、粉尘尾气治理单元和仪表电气控制单元，所述进料初次分级单元包括料仓、设置在料仓下部的泥浆罐和设置在泥浆罐中的泥浆搅拌机，所述泥浆罐侧壁上部设有泥浆罐上部出料口，所述高压射流分离单元包括高压射流分离设备，所述高压射流分离设备的高压射流分离进料口与泥浆罐上部出料口连通，所述污水处理单元包括污水处理反应设备、分别与污水处理反应设备连接的污泥脱水设备和循环水槽，所述循环水槽的循环水槽第一出水口与泥浆罐侧壁下部的泥浆罐下部出料口连通，所述循环水槽的循环水槽第二出水口与高压射流分离设备底部的高压水进口连通。

优选地，所述高压射流分离设备为中空管状结构，从前端至后端依次包括高压流体注入段、负压吸入段、高速混合段和高速湍流分离段，所述高压流体注入段的前端设有高压水进口，所述高速湍流分离段的后端设有高压射流分离出料口，所述高压射流分离进料口设置在高压流体注入段的负压吸入段节点处，所述高压流体注入段和负压吸入段的管径相同，所述高速混合段的管径小于负压吸入段和高速湍流分离段的管径。

优选地，所述高速混合段的截面积比负压吸入段的截面积小50%-90%。

优选地，所述高压射流分离进料口与高压射流分离设备之间的夹角为30°-90°。

优选地，所述高压射流分离设备为倾斜设置，所述高压射流分离设备与地面的夹角为30°～45°。

优选地，所述污水处理反应设备底部的污水处理反应出料口与污泥脱水设备顶部的污泥脱水进料口连通，所述污泥脱水设备的底部设有供细颗粒排出的污泥脱水出料口，所述循环水槽与污水处理反应设备侧壁上部的污水处理出水口连通。

优选地，所述次级分级单元包括次级分级设备，所述次级分级设备的次级分级进料口与高压射流分离设备的高压射流分离出料口连通，所述次级分级设备的顶部和底部分别设有次级分级上部出料口和次级分级下部出料口，所述次级分级上部出料口与污水处理单元连通，所述次级分级下部出料口与泥浆沉降浓缩单元连通。

优选地，所述泥浆沉降浓缩单元包括泥浆沉降浓缩设备，所述泥浆沉降浓缩设备顶部的泥浆沉降浓缩进料口与次级分级下部出料口连通，所述泥浆沉降浓缩设备的底部和侧壁上部分别设有泥浆沉降出料口和泥浆沉降上清液出水口，所述泥浆沉降上清液出水口与所述污水处理单元连通。

优选地，所述压滤单元包括压滤机，所述压滤机侧壁上部设有供粗颗粒排出的压滤机滤饼出料口，所述压滤机侧壁下部设有压滤机滤液出料口，所述压滤机滤液出料口与污水处理反应设备连通。

另外，本发明还提供了一种土壤淋洗修复减量系统的施工方法，包括以下步骤：

步骤一、将污染土壤运输至暂存区，向料仓中投加待修复的土壤，同时添加干净的水，筛选掉大块砾石后，启动泥浆搅拌机，投加的物料在泥浆罐中被制成泥浆，然后通过泥浆罐上部出料口进入高压射流分离设备中，砂砾从泥浆罐底部直接排出；

步骤二、在高压射流分离设备中，泥浆中的粗颗粒和细颗粒被分离，土壤颗粒表面的污染物被去除，从高压射流分离出料口排出并进入次级分级单元中；

步骤三、在次级分级单元中，粗颗粒、细颗粒和污染物被进一步分离，粗颗粒进入泥浆沉降浓缩单元，细颗粒和污染物直接进入污水处理单元；

步骤四、在泥浆沉降浓缩单元中，粗颗粒、细颗粒和水进一步分离，浓缩后的粗颗粒进入压滤单元，细颗粒和水直接进入污水处理单元；

步骤五、在压滤单元中实现固液分离后，粗颗粒从压滤机滤饼出料口排出，细颗粒和滤液进入污水处理单元中；

步骤六、在污水处理单元中，细颗粒和滤液分离，细颗粒从污水处理反应出料口排出，滤液经处理后部分循环至进料初次分级单元，部分循环至高压射流分离单元。

与现有技术相比，本发明的特点和有益效果为：

（1）本发明的土壤淋洗修复减量系统主要适用于小型污染场地的含有多种污染物土壤的淋洗修复，尤其适用于粗颗粒含量较高的污染土壤的淋洗修复。

（2）本发明的土壤淋洗修复减量系统主要包括进料初次分级单元、高压射流分离单元、次级分级单元、泥浆沉降浓缩单元、压滤单元和污水处理单元，高压射流分离单元中，高压水/高压空气进入高压流体注入段，并带动泥浆依次进入负压吸入段、高速混合段和高速湍流分离段，由于负压吸入段与高速混合段节点处流体通道截面急剧减小，产生负压。流体由高速混合段进入高速湍流分离段时，由于流体通道突然扩大，流体速度明显降低，雷诺系数增大，出现明显的湍流状态，水力剪切力和摩擦力明显加大，将土壤中的粗颗粒与细颗粒进行了分离，并将污染物从土壤颗粒表面去除。

（3）本发明的土壤淋洗修复减量系统将经污水处理单元处理过的部分水循环至进料初次分级单元进行制浆和清洗使用，部分水循环至高压射流分离单元作为高压水使用，未回收的部分水达标排放。这样实现了整个系统的水循环，提高能源利用率。

（4）本发明的土壤淋洗修复减量系统大大减少了分级数量和设备数量，针对小型污染场地的土壤治理，整个系统可以采用集成为模块化的便于移动的集装箱设备或者撬装式设备，这样可以大大减少在现场的建设成本和工期，提高了修复效率。

（5）本发明的土壤淋洗修复减量系统构造简单巧妙，操作简便，设备投资费用低，占地小，特别适用于小型污染场地的修复项目，又可多设备平行操作适用于中大型场地的处理，适用范围广，效果好，具有更广的应用前景。

（6）采用本发明的土壤淋洗修复减量系统对污染土壤进行修复减量，污染土壤修复量可以减少50%以上，修复量最高可以达到80%左右，整体修复费用可以降低30%～60%左右，具有更广的应用前景。

附图说明

图1为土壤淋洗修复减量系统的结构示意图（省略了粉尘尾气治理单元和仪表电气控制单元）。

图2为高压射流分离设备的示意图。

图3为集装箱式土壤淋洗修复减量系统的结构示意图。

图4为撬装式土壤淋洗修复减量系统的结构示意图。

图5为固定站式土壤淋洗修复减量系统的结构示意图。

附图标注：1-料仓、2-泥浆罐、3-泥浆搅拌机、4-高压射流分离设备、41-高压流体注入段、42-负压吸入段、43-高速混合段、44-高速湍流分离段、5-高压射流分离进料口、6-泥浆罐上部出料口、7-次级分级设备、8-次级分级进料口、9-高压射流分离出料口、10-次级分级上部出料口、11-次级分级下部出料口、12-泥浆沉降浓缩设备、13-泥浆沉降上清液出水口、14-泥浆沉降出料口、15-压滤机、16-压滤机滤饼出料口、17-压滤机滤液出料口、18-污水处理反应设备、19-污泥脱水设备、20-循环水槽、21-泥浆沉降浓缩进料口、22-污泥脱水进料口、23-污水处理反应出料口、24-污水处理出水口、25-循环水槽第一出水口、26-泥浆罐下部出料口、27-循环水槽第二出水口、28-高压水进口、29-污泥脱水出料口、30-电控柜、31-集装箱、32-钢制雨棚、33-混凝土基础、34-撬装型钢基础。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创新特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步说明。

在此记载的实施例为本发明的特定的具体实施方式，用于说明本发明的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本发明实施方式及本发明范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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发明和简化描述，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发明的限制。此外，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明将大于等于1/16mm的颗粒称为粗颗粒，小于1/16mm的颗粒称为细颗粒。

本发明中的小型污染场地，一般是指污染土壤总处理量不超过1000m³的污染场地。污染场地的污染物类型包括重金属污染物汞、镉、铬、铅、镍、锌、类金属污染物砷等、石油类污染物包括C15～C36的烷烃、烯烃、苯系物、多环芳烃、脂类等、持久性有机污染物多环芳烃、多杂环烃、多氯联苯、多氯二苯二噁英、多氯二苯呋喃以及农药残体及其代谢产物等。

基于土壤淋洗技术的基本原理，一般情况下，50%粒径大于63μm且有机质质量分数低于20%的砂质土壤适宜采用本发明中的土壤淋洗减量技术。高黏土和粉土不适宜本发明中的土壤淋洗减量技术。

实施例1

如图1和2所示，一种土壤淋洗修复减量系统包括依次连接的进料初次分级单元、高压射流分离单元、次级分级单元、泥浆沉降浓缩单元、压滤单元、污水处理单元、粉尘尾气治理单元和仪表电气控制单元。

所述进料初次分级单元包括料仓1、设置在料仓1下部的泥浆罐2和设置在泥浆罐2中的泥浆搅拌机3，所述泥浆罐2侧壁上部设有泥浆罐上部出料口6，所述高压射流分离单元包括高压射流分离设备4，所述高压射流分离设备4的高压射流分离进料口5与泥浆罐上部出料口6连通，所述污水处理单元包括污水处理反应设备18、分别与污水处理反应设备18连接的污泥脱水设备19和循环水槽20，所述循环水槽20的循环水槽第一出水口25与泥浆罐2侧壁下部的泥浆罐下部出料口26连通，所述循环水槽20的循环水槽第二出水口27与高压射流分离设备4底部的高压水进口28连通。

进料初次分级单元位于土壤淋洗修复减量系统的最前端，主要用于系统上料、制浆和初次分级。进料初次分级单元包括料仓1、设置在料仓1下部的泥浆罐2和设置在泥浆罐2中的泥浆搅拌机3，所述泥浆罐2侧壁上部设有泥浆罐上部出料口6，所述泥浆罐2的侧壁下部设有泥浆罐下部出料口26。料仓1用于系统上料，料仓1的材质一般选择普通碳素钢比如Q235-A、优质碳素钢、高级优质钢等，优选选择Q235-A型普通碳素钢；但针对一些特定的污染物和土壤类型，可以选择其它类型的碳素钢。料仓1的顶部上料口处安装有孔径为100mm的筛网，用于阻挡大石块进入淋洗修复减量系统。筛网可以根据土壤的粒径分级情况可以选择孔径在10～300mm之间的筛网，优先选择50～150mm之间；筛孔可以选择圆孔、方孔、三角形孔、五边形孔、六边形孔、椭圆形孔或者其它的多边形规则孔或者不规则孔，也可以选择割缝、钢条、格栅等结构，割缝宽度、钢条之间净宽度、格栅内宽一般选择10～300mm之间。筛网材质可以选择碳钢、不锈钢或者其它合金钢。料仓1内上部还安装高压喷淋装置，主要用于对初步分离出的砾石进行冲洗，包括冲洗砾石表面的污染物和细颗粒物质。冲洗后的砾石经过检测合格后就地回填。一些场合，料仓1的侧壁配备破拱电机及平板振动器，防止下料堵塞。

泥浆罐2主要用于经过初步筛选后的污染土壤的制浆，制浆时的水土比根据污染物性质、污染物浓度、土壤性质、污染物去除程度确定，一般水土比为1～10，优选5～10。泥浆搅拌机3用于使泥浆中大于2mm的颗粒处于悬浮状态。在泥浆搅拌机3持续搅拌的过程中，污染土壤中的颗粒物质逐渐得到清洗，颗粒表面上的污染物逐渐转移到液相中，附着在粗颗粒表面上的细颗粒在浸泡和水力的作用下逐渐分离。如果设置合适的搅拌速度和维持泥浆罐2内的流态，小于2mm的颗粒及泥浆始终处于悬浮状态，并通过泥浆罐上部出料口6进入后续的高压射流分离单元中。大于2mm的颗粒逐渐沉降于泥浆罐2下部，并通过泥浆罐下部出料口26从泥浆罐2排出，经过清水进一步清洗后达标填埋。如果待处理的砂砾量小，可以采用人工清洗，清洗达标后进行就地回填；如果待处理的砂砾量较大，可以采用砂砾清洗机或者其它清洗机械对其进行清洗，清洗达标后进行就地回填。

所述泥浆搅拌机3液下部分材质一般为碳钢、不锈钢、合金钢等材料；如果采用碳钢材质，其防腐方式根据污染物和添加的化学药剂的性质确定，一般采用普通碳钢防腐、普通碳钢加强防腐等。所述泥浆搅拌机3形式根据流体流动形态可以选择轴向流搅拌器、径向流搅拌器和混合流搅拌器，优选的可以选择轴向流搅拌器和混合流搅拌器。所述泥浆搅拌机3按照叶片类型可以选择桨式搅拌器、推进式搅拌器、涡轮式搅拌器、框式搅拌器，优选的可以选择涡轮式搅拌器。

泥浆罐上部出料口6用于泥浆罐2内的含颗粒粒径小于2mm的浆料进入高压射流分离单元，泥浆罐上部出料口6与高压射流分离进料口5连通。泥浆罐下部出料口26用于清洗后的粗颗粒出料。泥浆罐2的材质一般为碳钢、不锈钢、合金钢、玻璃钢、PE、PVC材料等；如果采用碳钢材质，其防腐方式根据污染物和添加的化学药剂的性质确定，一般采用普通碳钢防腐、普通碳钢加强防腐或者普通碳钢内衬玻璃钢等。泥浆罐2的结构一般为立式圆形储罐、立式方形储罐、卧式圆形储罐、卧式方形储罐等；所述泥浆罐2如果尺寸较大，需要配套支座/支架、人孔、爬梯及检修平台等。泥浆罐2的有效容积一般根据单位时间处理的土壤量、确定的水土比和搅拌时间确定，其中搅拌时间一般选择5min～360min，优选在15min～60min之间。

高压射流分离单元的作用有两个：1、将土壤中的粗颗粒与细颗粒进行分离；2、从土壤颗粒表面去除污染物。所述高压射流分离设备4为中空管状结构，从前端至后端依次包括高压流体注入段41、负压吸入段42、高速混合段43和高速湍流分离段44，所述高压流体注入段41的前端设有高压水进口28，所述高速湍流分离段44的后端设有高压射流分离出料口9，所述高压射流分离进料口5设置在高压流体注入段41的负压吸入段42节点处，所述高压流体注入段41和负压吸入段42的管径相同，所述高速混合段43的管径小于负压吸入段42和高速湍流分离段44的管径。所述高速混合段43的截面积比负压吸入段42的截面积小50%-90%。所述高压射流分离进料口5与高压射流分离设备4之间的夹角为30°-90°。所述高压射流分离设备4为倾斜设置，所述高压射流分离设备4与地面的夹角为30°～45°。泥浆进入负压吸入段42，从高压水进口28进入高压射流分离设备4中的高压水带动泥浆进入高速混合段43，然后进入高速湍流分离段44。

高压流体注入段41位于高压射流分离设备4的前端，用于高压水/高压空气的注入，高压流体注入段41的进口连接泥浆罐下部出料口26。在高压流体注入段41内，设备截面积未发生变化，流体速度和流体压力基本恒定，流体速度一般保持在1～3m/s高压水或者5～15m/s高压空气内，流体压力一般保持在0.5MPa～1.5MPa之间。

负压吸入段42位于高压流体注入段41之后。在负压吸入段42和高速混合段43的连接节点处，流体通道截面急剧减少到负压吸入段42的6-12%，于是产生负压。高压射流分离进料口5与负压吸入段42相连，连接角度为30°～90°。在负压吸入段42产生的负压值与变径系数、变径角度、流体速度、流体性质相关。

高速湍流分离段44位于高速混合段43之后，并与高压射流分离出料口9相连。在高速湍流分离段44与高速混合段43的连接节点处，流体通道突然扩大，流体速度明显降低，雷诺系数增大，出现明显的湍流状态，水力剪切力和摩擦力明显加大。高速湍流分离段44水力停留时间一般选择1～10min，优选的选择2～3min为宜。高速湍流分离段44主要为高压空气或高压水流与泥浆的高速碰撞与剪切、湍流冲洗提供发生空间，在高速湍流分离段44内发生了两个作用：1、将土壤中的粗颗粒与细颗粒进行了分离；2、从土壤颗粒表面去除了污染物。其作用机理如下：空压机或高压水泵提供的高压空气或高压水流与由高压射流分离进料口5吸入的泥浆在负压吸入段42相遇，高速混合段43完成混合后，以高速进入高速湍流分离段44，流体通道突然扩大让水流快速扩散，在四周产生局部湍流，水流继续向前与管壁发生碰撞后产生更大的湍流。在此期间土壤颗粒与冲洗水在水力或空气的作用下摩擦搅动，使得污染物快速从较大粒径的土壤颗粒中解吸并进入液相中，同时附着在粗颗粒上的细颗粒也迅速与粗颗粒表面上剥离出来，完成粗颗粒与细颗粒的彻底分离。

高压射流分离设备4的材质一般为碳钢、不锈钢、合金钢等材料；如果采用碳钢材质，其防腐方式根据污染物和添加的化学药剂的性质确定，一般采用普通碳钢防腐、普通碳钢加强防腐等。其内部需要进行耐磨设计，一般选择内衬高强度合金、耐磨陶瓷氧化铝陶瓷、刚玉陶瓷等等无机耐磨材料以及UPE等高强度的有机聚合物耐磨材料。

从高压射流分离设备4分离出来的浆料以切线进入次级分级单元。所述次级分级单元包括次级分级设备7，所述次级分级设备7的次级分级进料口8与高压射流分离设备4的高压射流分离出料口9连通，所述次级分级设备7的顶部和底部分别设有次级分级上部出料口10和次级分级下部出料口11，所述次级分级上部出料口10与污水处理单元连通，所述次级分级下部出料口11与泥浆沉降浓缩单元连通。

次级分级设备7为旋流分离器或水力旋流器结构。浆料以切线进入次级分级设备7后，依靠重力和离心力的作用，粗颗粒由次级分级下部出料口11出料并进入泥浆沉降浓缩单元，粗颗粒的粒径大约在0.075mm～2.0mm之间。细颗粒由次级分级上部出料口10出料并进入污水处理单元，细颗粒的粒径大约在0.075mm以下。次级分级设备7的分级效率主要由浆料性质、入料速度、设备参数等因素确定。

次级分级设备7的材质一般为碳钢、不锈钢、合金钢、玻璃钢、PE、PVC材料等；如果采用碳钢材质，其防腐方式根据污染物和添加的化学药剂的性质确定，一般采用普通碳钢防腐、普通碳钢加强防腐或者普通碳钢内衬玻璃钢等。次级分级设备7的结构一般是上部为圆柱形，下部为圆锥形；次级分级设备7的有效容积由要求的分级效率、流体性质、设备结构和运行条件有关。在某些场合，如果次级分级单元一次分级效率不理想，可以采用两次分级或者多次分级三次或者三次以上。

泥浆沉降浓缩单元用于将次级分级单元分离出的粗颗粒粒径在0.075mm～2.0mm之间进行固液分离和浓缩。所述泥浆沉降浓缩单元包括泥浆沉降浓缩设备12，所述泥浆沉降浓缩设备12顶部的泥浆沉降浓缩进料口21与次级分级下部出料口11连通，所述泥浆沉降浓缩设备12的底部和侧壁上部分别设有泥浆沉降出料口14和泥浆沉降上清液出水口13，所述泥浆沉降上清液出水口13与所述污水处理单元连通。

泥浆沉降浓缩设备12一般采用斜板/斜管沉淀池、污泥浓缩池、高密池等，在某些场合特别污染物为原油等轻质物质时，可以采用气浮池或者浮沉池进行固液分离和污泥浓缩。在所述泥浆沉降浓缩设备12内，依靠重力作用将粗颗粒、细颗粒和水进一步分离。粗颗粒在泥浆沉降浓缩设备12的泥斗内进一步浓缩，浓缩后的粗颗粒以泥浆形式通过泥浆沉降出料口14进入压滤单元进一步固液分离。细颗粒和水以上清液的形式通过泥浆沉降上清液出水口13进入污水处理单元进一步进行处理。

泥浆沉降浓缩设备12主要参数为污泥固体负荷，一般情况下宜采用50kg/(m².h)～5000kg/(m².h)之间，优选的宜采用500kg/(m².h)～1000kg/(m².h)之间；浓缩后的粗颗粒含水率水/水+土在70%～90%之间，优选的其含水率在75%～85%水/水+土之间。

所述压滤单元主要用于将泥浆沉降浓缩单元浓缩后的粗颗粒将进一步进行固液分离。所述压滤单元包括压滤机15，所述压滤机15侧壁上部设有供粗颗粒排出的压滤机滤饼出料口16，所述压滤机15侧壁下部设有压滤机滤液出料口17，所述压滤机滤液出料口17与污水处理反应设备18连通。

压滤机15可以选择螺旋压榨脱水机、板框压滤机、带式压滤机、卧式螺旋离心脱水机、叠螺式污泥脱水机、带式压滤机等。在小型污染场地的治理中，本发明申请优先选择螺旋压榨脱水机和叠螺式污泥脱水机。经过压滤机15的进一步固液分离后，在一般情况下，滤饼的含水率水/水+土在30%～70%之间，优选的，其含水率水/水+土在40%～60%之间。滤饼粒径范围一般在0.075mm～2.0mm之间。滤饼通过所述压滤机滤饼出料口进入待检场，检测合格后可以就地回填；如果检测不合格，需要所述重新投入进料初次分级单元料仓重新进行淋洗，直至达到标准。

污水处理单元主要将所述小型污染场地的土壤淋洗修复减量系统中产生的部分清洗废水、细颗粒和压滤机滤液进行处理，其具体处理工艺根据污染物性质、污染物浓度和污染物的处理标准确定，污水处理单元产生的泥饼以粒径在0.075mm以下的细颗粒为主进行后续处理和处置氧化还原、高温热解、湿法解毒、水泥窑焚烧、安全填埋等，经过污水处理单元处理后的水进行循环使用或者达标排放。

所述污水处理反应设备18底部的污水处理反应出料口23与污泥脱水设备19顶部的污泥脱水进料口22连通，所述污泥脱水设备19的底部设有供细颗粒排出的污泥脱水出料口29，所述循环水槽20与污水处理反应设备18侧壁上部的污水处理出水口24连通。循环水槽20的循环水槽第一出水口25与泥浆罐2侧壁下部的泥浆罐下部出料口26连通，所述循环水槽20的循环水槽第二出水口27与高压射流分离设备4底部的高压水进口28连通。循环水槽第一出水口25与泥浆罐下部出料口26之间的管路上安装有高压水泵，在一些场合，比如土壤污染物为原油的场合，可以采用空气压缩机代替高压水泵。空气压缩机或高压水泵主要用于提供高压射流所需要的高压空气或高压水流，高压空气或高压水流压力一般在0.1MPa～2.0MPa之间，优选的在0.5MPa～1.5MPa之间。空气压缩机流量/高压水泵流量根据单位时间处理的污染土壤的量、进入高压射流分离单元的泥浆的水土比等因素确定。循环水槽第二出水口27与高压水进口28之间的管路上安装有循环水泵。

所述粉尘尾气治理单元主要用于土壤的挖掘、运输、送料、修复处理过程中的产生的粉尘尾气收集、治理和排放。所述粉尘尾气治理单元的处理工艺和设备根据污染物性质、污染物浓度和污染物的处理标准确定。

所述仪表电气控制单元主要用于所述小型污染场地的土壤淋洗修复减量系统中所有设备的电气控制、参数检测和自动化运行。

上述土壤淋洗修复减量系统的施工方法包括以下步骤：

步骤一、将污染土壤运输至暂存区，向料仓1中投加待修复的土壤，同时添加干净的水，料仓1内的筛网筛选掉粒径超过100mm的大块砾石后，启动泥浆搅拌机3，投加的物料在泥浆罐2中被制成泥浆，通过控制泥浆搅拌机3的转速控制悬浮液的泥浆颗粒在2mm以下，含有小于2mm颗粒的泥浆通过泥浆罐上部出料口6进入高压射流分离设备4中，粒径大于2mm的砂砾从泥浆罐2底部直接排出，经过清洗后进行检测，检测合格后就地回填，如果检测不合格，重新用清水进行冲洗直至合格，清洗过程产生的废水进入泥浆罐2中。由此，在料仓1和泥浆罐2中完成初次分级，即粒径大于100mm的砾石、粒径在2mm～100mm之间的砂砾和粒径小于2mm的泥浆。其中粒径小于2mm的泥浆进入后续的分离和次级分级过程继续处理。在初次分级和制浆的过程中，部分污染物从土壤颗粒表面和内部转移到液相中。

步骤二、在高压射流分离设备4中，泥浆中的粗颗粒和细颗粒被分离，土壤颗粒表面的污染物被去除，从高压射流分离出料口9排出并进入次级分级单元中。

步骤三、在次级分级单元中，依靠重力和离心力作用，粗颗粒、细颗粒和污染物被进一步分离，粗颗粒进入泥浆沉降浓缩单元，细颗粒和污染物直接进入污水处理单元。

步骤四、在泥浆沉降浓缩单元中，粗颗粒、细颗粒和水进一步分离，通过重力作用粗颗粒的含水率降至75%～85%水/水+土之间，浓缩后的粗颗粒进入压滤单元，细颗粒和水直接进入污水处理单元。

步骤五、在压滤单元中实现固液分离后，粗颗粒从压滤机滤饼出料口16排出，细颗粒和滤液进入污水处理单元中。压滤后，滤饼含水率水/水+土降至40%～60%之间。滤饼粒径范围一般在0.075mm～2.0mm之间。浓缩和压滤过程中产生的滤饼粒径大约在0.075mm～2.0mm之间通过压滤机滤饼出料口16进入待检场，检测合格后可以就地回填；如果检测不合格，需要所述重新投入进料初次分级单元料仓重新进行淋洗，直至达到标准。

步骤六、在污水处理单元中，细颗粒和滤液分离，细颗粒从污水处理反应出料口23排出，滤液经处理后部分循环至进料初次分级单元，部分循环至高压射流分离单元。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例中的土壤淋洗修复减量系统为集装箱式土壤淋洗修复减量系统，将土壤淋洗修复减量系统安装在一个或者多个集装箱31内，便于快速移动和处理，在一般情况下，小时处理能力从0.5t/h土壤至2t/h土壤范围。本设备可以进行全天候运行和操作。本实施例将电控柜30安装在土壤淋洗修复减量系统的一侧，电控柜30与土壤淋洗修复减量系统之间用挡板隔开。

实施例3

与实施例1不同的是，本实施例中的土壤淋洗修复减量系统为撬装式土壤淋洗修复减量系统，将土壤淋洗修复减量系统安装在一个或者多个撬装型钢基础34上，便于快速移动和处理，在一般情况下，小时处理能力从0.5t土壤至2t土壤范围。本实施例将电控柜30安装在土壤淋洗修复减量系统的一侧，土壤淋洗修复减量系统和电控柜30的顶部安装钢制雨棚32。

实施例4

与实施例1不同的是，本实施例中土壤淋洗修复减量系统为固定站式土壤淋洗修复减量系统，将土壤淋洗修复减量系统安装在混凝土基础33上，各个单元设备采用单独的或者共用的混凝土基础，在一般情况下，小时处理能力从0.5t土壤至5t土壤范围。本实施例中将电控柜30安装在土壤淋洗修复减量系统的一侧。

以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种土壤淋洗修复减量系统，其特征在于：包括依次连接的进料初次分级单元、高压射流分离单元、次级分级单元、泥浆沉降浓缩单元、压滤单元、污水处理单元、粉尘尾气治理单元和仪表电气控制单元，所述进料初次分级单元包括料仓（1）、设置在料仓（1）下部的泥浆罐（2）和设置在泥浆罐（2）中的泥浆搅拌机（3），所述泥浆罐（2）侧壁上部设有泥浆罐上部出料口（6），所述高压射流分离单元包括高压射流分离设备（4），所述高压射流分离设备（4）的高压射流分离进料口（5）与泥浆罐上部出料口（6）连通，所述污水处理单元包括污水处理反应设备（18）、分别与污水处理反应设备（18）连接的污泥脱水设备（19）和循环水槽（20），所述循环水槽（20）的循环水槽第一出水口（25）与泥浆罐（2）侧壁下部的泥浆罐下部出料口（26）连通，所述循环水槽（20）的循环水槽第二出水口（27）与高压射流分离设备（4）底部的高压水进口（28）连通。

2.根据权利要求1所述的土壤淋洗修复减量系统，其特征在于：所述高压射流分离设备（4）为中空管状结构，从前端至后端依次包括高压流体注入段（41）、负压吸入段（42）、高速混合段（43）和高速湍流分离段（44），所述高压流体注入段（41）的前端设有高压水进口（28），所述高速湍流分离段（44）的后端设有高压射流分离出料口（9），所述高压射流分离进料口（5）设置在高压流体注入段（41）的负压吸入段（42）节点处，所述高压流体注入段（41）和负压吸入段（42）的管径相同，所述高速混合段（43）的管径小于负压吸入段（42）和高速湍流分离段（44）的管径。

3.根据权利要求2所述的土壤淋洗修复减量系统，其特征在于：所述高速混合段（43）的截面积比负压吸入段（42）的截面积小50%-90%。

4.根据权利要求2所述的土壤淋洗修复减量系统，其特征在于：所述高压射流分离进料口（5）与高压射流分离设备（4）之间的夹角为30°-90°。

5.根据权利要求2所述的土壤淋洗修复减量系统，其特征在于：所述高压射流分离设备（4）为倾斜设置，所述高压射流分离设备（4）与地面的夹角为30°～45°。

6.根据权利要求1所述的土壤淋洗修复减量系统，其特征在于：所述污水处理反应设备（18）底部的污水处理反应出料口（23）与污泥脱水设备（19）顶部的污泥脱水进料口（22）连通，所述污泥脱水设备（19）的底部设有供细颗粒排出的污泥脱水出料口（29），所述循环水槽（20）与污水处理反应设备（18）侧壁上部的污水处理出水口（24）连通。

7.根据权利要求1所述的土壤淋洗修复减量系统，其特征在于：所述次级分级单元包括次级分级设备（7），所述次级分级设备（7）的次级分级进料口（8）与高压射流分离设备（4）的高压射流分离出料口（9）连通，所述次级分级设备（7）的顶部和底部分别设有次级分级上部出料口（10）和次级分级下部出料口（11），所述次级分级上部出料口（10）与污水处理单元连通，所述次级分级下部出料口（11）与泥浆沉降浓缩单元连通。

8.根据权利要求1所述的土壤淋洗修复减量系统，其特征在于：所述泥浆沉降浓缩单元包括泥浆沉降浓缩设备（12），所述泥浆沉降浓缩设备（12）顶部的泥浆沉降浓缩进料口（21）与次级分级下部出料口（11）连通，所述泥浆沉降浓缩设备（12）的底部和侧壁上部分别设有泥浆沉降出料口（14）和泥浆沉降上清液出水口（13），所述泥浆沉降上清液出水口（13）与所述污水处理单元连通。

9.根据权利要求1所述的土壤淋洗修复减量系统，其特征在于：所述压滤单元包括压滤机（15），所述压滤机（15）侧壁上部设有供粗颗粒排出的压滤机滤饼出料口（16），所述压滤机（15）侧壁下部设有压滤机滤液出料口（17），所述压滤机滤液出料口（17）与污水处理反应设备（18）连通。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的土壤淋洗修复减量系统的施工方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一、将污染土壤运输至暂存区，向料仓（1）中投加待修复的土壤，同时添加干净的水，筛选掉大块砾石后，启动泥浆搅拌机（3），投加的物料在泥浆罐（2）中被制成泥浆，然后通过泥浆罐上部出料口（6）进入高压射流分离设备（4）中，砂砾从泥浆罐（2）底部直接排出；

步骤二、在高压射流分离设备（4）中，泥浆中的粗颗粒和细颗粒被分离，土壤颗粒表面的污染物被去除，从高压射流分离出料口（9）排出并进入次级分级单元中；

步骤三、在次级分级单元中，粗颗粒、细颗粒和污染物被进一步分离，粗颗粒进入泥浆沉降浓缩单元，细颗粒和污染物直接进入污水处理单元；

步骤四、在泥浆沉降浓缩单元中，粗颗粒、细颗粒和水进一步分离，浓缩后的粗颗粒进入压滤单元，细颗粒和水直接进入污水处理单元；

步骤五、在压滤单元中实现固液分离后，粗颗粒从压滤机滤饼出料口（16）排出，细颗粒和滤液进入污水处理单元中；

步骤六、在污水处理单元中，细颗粒和滤液分离，细颗粒从污水处理反应出料口（23）排出，滤液经处理后部分循环至进料初次分级单元，部分循环至高压射流分离单元。

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