用于处理重金属污染土壤的生物淋洗装置

权利要求书： 1.一种用于处理重金属污染土壤的生物淋洗装置，所述生物淋洗装置包括：

进料输送装置；

两级筛分及生物喷淋装置，包括一级筛分装置、二级筛分装置和生物喷淋装置，所述一级筛分装置的进料口与所述进料输送装置连接，所述生物喷淋装置与所述一级筛分装置连接，所述二级筛分装置的进料口与所述一级筛分装置的出料口连接；

深度生物淋洗装置，包括至少一个生物淋洗搅拌装置，以及自动加药装置，所述至少一个生物淋洗搅拌装置与二级筛分装置的出料口连接，所述自动加药装置与所述至少一个生物淋洗搅拌装置连接；

脱水装置，包括浆液浓缩装置和脱水机，所述浆液浓缩装置的进料口与至少一个生物淋洗搅拌装置的出料口连接，所述浆液浓缩装置的出料口与所述脱水机的进料口连接；

废液循环处理装置，包括水处理装置，以及生物淋洗液储存装置，所述水处理装置与脱水机的排液口连接，所述水处理装置与生物淋洗液储存装置连接；

其中，所述生物淋洗液储存装置与所述两级筛分及生物喷淋装置中的生物喷淋装置连接。

2.根据权利要求1所述用于处理重金属污染土壤的生物淋洗装置，其特征在于，所述深度生物淋洗装置的至少一个生物淋洗搅拌装置具有4个生物淋洗搅拌装置，所述4个生物淋洗搅拌装置具有液位控制装置和搅拌装置，并彼此连通；所述自动加药装置包括连通所述至少一个生物淋洗搅拌装置的加药管以及储存生物淋洗液的罐体。

3.根据权利要求1所述用于处理重金属污染土壤的生物淋洗装置，其特征在于，所述进料输送装置包括进料斗和第一输送装置，所述进料斗的出料口连接第一输送装置的进料口，所述一级筛分装置的进料口与所述第一输送装置的出料口连接。

4.根据权利要求1所述用于处理重金属污染土壤的生物淋洗装置，其特征在于，所述一级筛分装置还包括第二输送装置，所述二级筛分装置还包括第三输送装置。

5.根据权利要求1所述用于处理重金属污染土壤的生物淋洗装置，其特征在于，所述至少一个生物淋洗搅拌装置与所述浆液浓缩装置之间具有浆液暂存装置，所述二级筛分装置与所述至少一个生物淋洗搅拌装置之间具有浆液暂存装置。

6.根据权利要求1所述用于处理重金属污染土壤的生物淋洗装置，其特征在于，所述脱水机的出料口具有第四输送装置。

7.根据权利要求1或6所述用于处理重金属污染土壤的生物淋洗装置，其特征在于，所述脱水机包括卧式螺旋离心脱水装置、叠螺脱水装置和带式脱水装置的一种或多种。

8.根据权利要求1或4所述用于处理重金属污染土壤的生物淋洗装置，其特征在于，所述一级筛分装置和所述二级筛分装置是滚筒式水力筛分装置和振动式水力筛分装置的一种或多种。

9.根据权利要求1所述用于处理重金属污染土壤的生物淋洗装置，其特征在于，所述废液循环处理装置的水处理装置是三级斜底锥形沉淀池，其内部空间具有给料器和搅拌装置。

说明书： 一种用于处理重金属污染土壤的生物淋洗装置技术领域[0001] 本实用新型涉及重金属污染土壤修复领域，更具体地涉及用于处理重金属污染土壤的生物淋洗装置。背景技术[0002] 铬(Cr)是一种重要的金属元素，在冶金、电镀、皮革鞣制和油漆制造中有着广泛的应用。由于不能合理排放和有效控制，大量的铬被排放到环境中，造成严重污染。接触铬化合物可能会患癌症的风险，因为它具有强烈的毒性和诱变性。[0003] 目前，土壤修复一般采用土壤淋洗技术以提取土壤中的重金属，在土壤中添加各种洗涤剂，如有机酸、螯合剂和无机盐等等，其具有成本低、效率高、操作简单、处理彻底等特点，而土壤淋洗剂种类是影响土壤清洗对重金属去除效率的关键因素。目前对土壤淋洗剂的研究很多，但大多仍停留在实验室阶段，一般的土壤淋洗直接会将淋洗液加入土壤之中，通过人工简单处理，导致土壤与淋洗液难以充分接触并反应，因而处理效率较低，缺少相应的土壤淋洗装备，市面上现有的土壤淋洗装备大多仅应用于重金属污染土壤的物理淋洗和化学淋洗，而生物淋洗技术方面的专用设备仍然缺乏研究。[0004] 因此，基于上述现有问题的缺陷，亟需寻找一种用于处理重金属污染土壤的生物淋洗装置，在装置中能够高效提取土壤存在的铬或其他重金属，提高重金属去除率，净化土壤，并采用的生物淋洗液可以循环利用，节省成本，绿色环保。实用新型内容

[0005] 针对现有技术中存在的技术缺陷，本发明提出一种用于处理重金属污染土壤的生物淋洗装置，在装置中通过土壤两级筛分及生物喷淋混合处理+深度生物淋洗+机械脱水的流程，对受重金属污染土壤进行生物淋洗，可通过生物淋洗液高效提取重金属污染土壤的重金属，同时完成对污染土壤的淋洗和筛分工作，获得净化土壤，最后把生物淋洗液回收利用；设备结构简单、布局合理、部件衔接合理，提高重金属去除率并节省药剂成本。[0006] 为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：[0007] 提供一种用于处理重金属污染土壤的生物淋洗装置，包括：[0008] 进料输送装置，用于接收待处理含重金属污染土壤的进料输送装置与两级筛分及生物淋洗装置连接；[0009] 两级筛分及生物喷淋装置，包括一级筛分装置、二级筛分装置和生物喷淋装置，一级筛分装置的进料口与进料输送装置连接，生物喷淋装置与一级筛分装置连接，将生物淋洗液喷淋至一级筛分装置中重金属污染土壤，二级筛分装置的进料口与一级筛分装置的出料口连接，经过生物喷淋筛分后的土壤浆液从二级筛分装置的出料口排出；[0010] 深度生物淋洗装置，包括用于接收经过生物喷淋筛分后的土壤浆液的至少一个生物淋洗搅拌装置，以及用于补充至少一个生物淋洗搅拌装置中生物淋洗液的自动加药装置，所述至少一个生物淋洗搅拌装置与二级筛分装置的出料口连接，所述自动加药装置与至少一个生物淋洗搅拌装置连接，经过至少一个生物淋洗搅拌装置深度生物淋洗后的土壤浆液从出料口排出；[0011] 脱水装置，包括接收至少一个生物淋洗搅拌装置深度生物淋洗后的土壤浆液的浆液浓缩装置，以及将土壤浆液固液分离的脱水机，所述浆液浓缩装置的进料口与至少一个生物淋洗搅拌装置的出料口连接，浆液浓缩装置的出料口与所述脱水机的进料口连接，经固液分离后的土壤和废液分别从脱水机的出料口和排液口排出；[0012] 废液循环处理装置，包括用于接收并处理脱水机固液分离后的废液的水处理装置，将重金属沉淀与生物淋洗液分离，以及用于回收生物淋洗液的自动加药的生物淋洗液储存装置，所述水处理装置与脱水机的排液口连接，所述水处理装置与生物淋洗液储存装置连接，经水处理装置处理后的废液输送至生物淋洗液储存装置进行循环利用；[0013] 其中，生物淋洗液储存装置与所述两级筛分及生物喷淋装置中的生物喷淋装置连接，将回收的生物淋洗液输送至两级筛分及生物喷淋装置中以淋洗一级筛分装置内的土壤。[0014] 优先地，深度生物淋洗装置的至少一个生物淋洗搅拌装置具有4个生物淋洗搅拌装置，4个生物淋洗搅拌装置具有液位控制装置和搅拌装置，并彼此连通，自动加药装置包括连通至少一个生物淋洗搅拌装置的加药管以及储存生物淋洗液的罐体，自动加药装置补充至少一个生物淋洗搅拌装置内的生物淋洗液。[0015] 优先地，进料输送装置包括用于接收待处理重金属污染土壤的进料斗和第一输送装置，进料斗的出料口连接第一输送装置的进料口，土壤从第一输送装置的出料口排出，一级筛分装置的进料口与进料输送装置的第一输送装置的出料口连接。[0016] 优先地，一级筛分装置还包括第二输送装置；所述二级筛分装置还包括第三输送装置；第二输送装置用于排出一级筛分装置筛分出来的土壤中的粗砂，第三输送装置用于排出二级筛分装置筛分出来的土壤中的细砂。[0017] 优先地，至少一个生物淋洗搅拌装置与浆液浓缩装置之间具有浆液暂存装置，二级筛分装置与至少一个生物淋洗搅拌装置之间具有浆液暂存装置。[0018] 优先地，脱水机的出料口具有第四输送装置，将固液分离后的土壤排出。[0019] 优先地，脱水机包括卧式螺旋离心脱水装置、叠螺脱水装置、带式脱水装置的一种或多种。[0020] 优先地，一级筛分装置和二级筛分装置是滚筒式水力筛分装置和振动式水力筛分装置的一种或多种。[0021] 优先地，废液循环处理装置的水处理装置是三级斜底锥形沉淀池，其内部空间具有给料器和搅拌装置，通过给料器投加重金属沉淀剂以将废液循环处理装置内回收的废液进行固液分离，获得可循环使用的生物淋洗液。[0022] 优先地，生物淋洗液是纳米材料和微生物耦合制备的混合物；所述微生物为细菌。[0023] 总的说来，本实用新型具有以下技术效果的一个或多个：[0024] (1)本实用新型提供土壤两级筛分及生物喷淋混合处理+深度生物淋洗+机械脱水的流程，设备结构简单、布局合理、部件衔接合理；可以一体化处理污染土壤，并进行重金属污染土壤筛分和生物喷淋处理，节省了生物淋洗成本。[0025] (2)在两级筛分中增加生物喷淋装置，在土壤筛分过程中同步进行生物喷淋，土壤能够与经废液循环处理装置回收的生物淋洗液进行充分接触反应，实现预处理，再进入深度生物淋洗装置中进行深度淋洗，从而提高土壤中铬及其他重金属的去除率。[0026] (3)土壤生物淋洗液通过纳米材料与微生物混合制备而成，绿色、安全，生物淋洗剂进行淋洗后产生的淋洗废液不需要繁琐的水处理工艺即可循环使用。[0027] (4)土壤筛分喷淋处理设备自动化程度高，可节约大量操作工人的成本，日处理量可达到500吨，综合成本低。[0028] (5)废液循环处理装置是三级斜底锥形沉淀池，附带给料器和搅拌装置，给料器提供重金属沉淀剂，搅拌装置让淋洗废液与重金属沉淀剂充分接触，旋转搅拌系统的转速设置为100～500r/min，反应结束后部分富集重金属的微生物和失活的微生物将沉淀在废液循环处理装置底部，而处理后的生物淋洗液输送至生物淋洗液储存装置中循环利用。[0029] (6)至少一个生物淋洗搅拌装置还具有自动加药装置，自动加药装置可以补充活性菌剂/生物淋洗液/生物菌种，在搅拌装置的搅拌作用下可以提高生物淋洗液浓度和提高土壤淋洗效率。附图说明[0030] 下面将结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细的描述，以便对实用新型的上述以及其他目的、特征和优点更加充分的认识和理解。在附图中：[0031] 图1是本实用新型用于处理铬污染土壤的生物淋洗装置的流程示意图；[0032] 进料输送装置1、进料斗101、第一输送装置102、第二输送装置103、第三输送装置104、第四输送装置105、两级筛分及生物喷淋装置2、一级筛分装置201、生物喷淋装置202、二级筛分装置203、深度生物淋洗装置3、第一生物淋洗搅拌装置301、第二生物淋洗搅拌装置302、第三生物淋洗搅拌装置303、第四生物淋洗搅拌装置304、生物淋洗液储存装置305、浆液暂存装置306、脱水装置4、浆液浓缩装置401、脱水机402、水处理装置403。

具体实施方式[0033] 为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本公开的示例性实施例进行详细说明。需要说明的是，在本申请说明书的描述中，参考表述“一个实施例”、“一些实施例”、“示例性实施例”、“具体示例”、或“一些示例”等进行的描述，意指结合该实施例或示例性描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个示例性实施例或示例中。因此，在本文中，针对上述表述的示意性描述不必仅针对相同的实施例或示例。而是，所描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个示例性实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同示例性实施例或示例以及不同示例性实施例或示例的特征进行结合和组合。[0034] 为了清楚目的，本公开所属领域公知的某些技术、结构、材料未被详细描述，以避免使本申请变得冗长。[0035] 下面将结合具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。[0036] 图1以流程示意图形式示意性地示出本实用新型用于处理铬污染土壤的生物淋洗装置的一个优选实施例。如图所示，生物淋洗装置主要包括：进料输送装置1、两级筛分及生物喷淋装置2、深度生物淋洗装置3、脱水装置4和废液循环处理装置。进料输送装置1，待生物淋洗处理的重金属污染土壤经过ALLU的破碎筛分后，将粒径大约5mm的石块破碎或剔除，剩余的土壤提供如铲车等运输设备由进料斗101进入，进料斗101的出料口连接第一输送装置102的进料口，土壤从第一输送装置102的出料口排出。[0037] 两级筛分及生物喷淋装置2，包括一级筛分装置201、二级筛分装置203和生物喷淋装置202，一级筛分装置201的进料口与第一输送装置102的出料口连接，生物喷淋装置202与一级筛分装置201连接，二级筛分装置203的进料口与一级筛分装置201的出料口连接，经过生物喷淋筛分后的土壤浆液从二级筛分装置203的出料口排出。其中，生物喷淋装置202可以位于一级筛分装置201的上方或侧部或内部空间，对一级筛分装置内的重金属污染土壤进行生物喷淋或淋洗。在优选的实施例中，生物喷淋装置202可以位于一级筛分装置201上部并靠近进料口的位置，也可以在一级筛分装置201上部的整个空间对一级筛分装置201进行生物喷淋。生物喷淋装置202可以是空心锥喷头，实心锥喷头，方形喷头，椭圆形喷头，扇形喷头，柱流喷头，二流体喷头，多流体喷头等其他方式。一级筛分装置201为滚筒式水力筛分装置，用于重金属污染土壤的滚筒筛分以实现粗砂与土壤分离，其筛网孔径为0.28mm。二级筛分装置203为振动式水力筛分装置，用于重金属污染土壤的振动筛分以实现细砂与小粒径污染土壤分离，筛网孔径径为0.075mm。重金属污染土壤经过滚筒式水力筛分装置的物理筛分，粒径大于0.28mm的粗砂从滚筒式水力筛分装置排出设备之外，剩余土壤经过振动式水力筛分装置的物理筛分，粒径大于0.075mm的细砂从振动式水力筛分装置203排出设备之外，剩余的小粒径土壤与生物淋洗液结合形成浆液，可以通过提升泵或其他输送方式输送至深度生物淋洗装置3或浆液暂存装置(未示出)中。滚筒式水力筛分装置和振动式水力筛分装置是可以互换使用的，也就是说可以先通过振动式水力筛分装置进行一级筛分，再进入滚筒式水力筛分装置进行二级筛分，还可以采用其他类似的物理筛分方式对土壤进行筛分。

[0038] 生物喷淋装置202可以根据滚筒式水力筛分装置的液体刻度的位置自动化控制喷淋生物淋洗液的开关，生物淋洗液来源于生物淋洗液储存装置305，生物喷淋装置202用于为滚筒式水力筛分装置和振动式水力筛分装置及时补充再生的生物淋洗液，达到水力筛分与初步土壤淋洗的目的。[0039] 一级筛分装置201和二级筛分装置203还分别包括第二输送装置103和第三输送装置104，第二输送装置103用于排出一级筛分装置筛分出来的土壤中的粗砂，第三输送装置104用于排出二级筛分装置筛分出来的土壤中的细砂。

[0040] 在一个未示出的实施例中，一级筛分装置和二级筛分装置是滚筒式筛分装置、振动式筛分装置及碟盘式筛分装置等其他同类的筛分方式。[0041] 深度生物淋洗装置3，包括用于接收经过生物喷淋筛分后的土壤浆液的至少一个生物淋洗搅拌装置(301,302,303,304)，以及用于补充至少一个生物淋洗搅拌装置中生物淋洗液的自动加药装置(未示出)，经过至少一个生物淋洗搅拌装置深度生物淋洗后的土壤浆液从出料口排出。在一个优选的实施例中，至少一个生物淋洗搅拌装置包括4个生物淋洗搅拌装置，分别是第一生物淋洗搅拌装置301、第二生物淋洗搅拌装置302、第三生物淋洗搅拌装置303、第四生物淋洗搅拌装置304，4个生物淋洗搅拌装置内部空间均包括液位控制装置和搅拌装置，液位控制装置可以是液位传感器，经过生物淋洗筛分后的土壤浆液进入装置后可以根据液位传感器提供的信息自动在4个生物淋洗搅拌装置之间切换管道，保证土壤淋洗的连续性生产。在搅拌装置的作用下提高生物淋洗剂浓度和提高土壤淋洗效率。完成土壤搅拌淋洗后，浆液通过提升泵或其他输送方式流向浆液暂存装置或脱水装置4的浆液浓缩装置401。另外，二级筛分装置203与至少一个生物淋洗搅拌装置之间具有浆液暂存装置(未示出)。[0042] 在一个未示出的实施例中，第一生物淋洗搅拌装置301、第二生物淋洗搅拌装置302、第三生物淋洗搅拌装置303、第四生物淋洗搅拌装置304还包括彼此连通的自动加药装置(未示出)，自动加药装置包括连通至少一个生物淋洗搅拌装置的加药管以及储存生物淋洗液的罐体，自动加药装置补充至少一个生物淋洗搅拌装置内的生物淋洗液或生物菌种或活性菌剂。

[0043] 脱水装置4，具有接收至少一个生物淋洗搅拌装置深度生物淋洗后的土壤浆液的浆液浓缩装置401，以及将土壤浆液固液分离的土壤浆液脱水机402，浆液浓缩装置401的出料口与脱水机402的进料口连接，经固液分离后的土壤和废液分别从脱水机402的出料口和排液口排出。浆液浓缩装置401是深锥浓密罐，深锥浓密罐用于生物淋洗后土壤的成型和生3

物淋洗后土壤与淋洗废液的初步分离，深锥浓密罐的有效容积优选为30m 。泥浆在深锥浓密罐完成初步分离，随后流向脱水机402。优选地，脱水机402是卧式螺旋离心脱水装置，用于生物淋洗后土壤与淋洗废液的螺旋分离，卧式螺旋离心脱水装置的转速设置为1000～

2000r/min，脱水机还可以是叠螺脱水装置、带式脱水装置等其他脱水装置。通过螺旋离心的方式固液分离，实现淋洗废液和待检土壤分离，淋洗废液流入废液循环处理装置，待检净化土壤从卧式螺旋离心脱水装置的出料口排出设备之外，可运输到土壤待检区。优选地，脱水机402的出料口可以具有第四输送装置105，将固液分离后的土壤排出到土壤待检区。另外，至少一个生物淋洗搅拌装置与浆液浓缩装置之间还具有浆液暂存装置306。

[0044] 废液循环处理装置，包括用于接收并处理脱水机402固液分离后的废液的水处理装置403，将重金属沉淀与生物淋洗液分离，以及用于回收生物淋洗液的自动加药的生物菌液储存装置305，经水处理装置403处理后的废液输送至生物淋洗液储存装置305进行循环利用。水处理装置403和生物淋洗液储存装置305主要用于淋洗废液的处理及生物淋洗液的再生回用和产生的重金属废渣进行脱水干燥，水处理装置403可以是三级斜底锥形沉淀池，其内部空间具有给料器和搅拌装置，通过给料器投加重金属沉淀剂以将水处理装置内回收的废液中的重金属形成沉淀并进行固液分离，获得可循环利用的生物淋洗液。其中，水处理装置403的搅拌装置让淋洗废液与重金属沉淀剂充分接触，旋转搅拌系统的转速设置为100～500r/min，反应结束后部分富集重金属的微生物和失活的微生物将沉淀在水处理装置底部。处理后的淋洗液通过提升泵提升至生物淋洗液储存装置305，通过生物淋洗液储存装置305活化水处理后的生物淋洗液，生物淋洗液储存装置305将回收的生物淋洗液输送至生物喷淋装置202以喷淋或淋洗一级筛分装置内的土壤，实现循环利用。

[0045] 本文提到处理的土壤重金属主要是总铬和总六价铬，还包括其他的重金属，例如汞、镉、铅、铜、砷、镍、铁、锰、锌等等。[0046] 在一个未示出的实施例中，第一输送装置102、第二输送装置103、第三输送装置104、第四输送装置105可以是螺旋输送装置、带式输送装置等等其他的输送方式。

[0047] 在另一个未示出的实施例中，生物淋洗液是生物菌液(主要是细菌的分泌物)、生物菌种(芽孢杆菌等细菌)或活性菌剂(主要是通过纳米材料和微生物菌种耦合制备的混合物)的一种或多种，优选的生物淋洗液为铁基纳米材料和细菌耦合制备的混合物。[0048] 一种用于处理铬污染土壤的生物淋洗装置的操作流程，具体步骤如下：[0049] 来自待淋洗处理的重金属污染土壤经过ALLU的破碎筛分后，将粒径大约5mm的石块破碎或剔除，剩余的土壤提供铲车由进料斗101进入；[0050] 待淋洗处理的重金属污染土壤通过第一输送装置102运输至一级筛分装置201进行初次生物喷淋和初次筛分，把粗砂与土壤分离；[0051] 初次喷淋筛分后的土壤进入二级筛分装置203对其进行二次筛分，将细砂与小粒径污染土壤分离；[0052] 二次筛分后小粒径污染土壤与生物淋洗液混合形成的浆液根据淋洗搅拌装置液位情况输送至至少一个生物淋洗搅拌装置(301,302,303,304)进行深度淋洗和搅拌，以保证全过程为连续性生产而并非间歇式生产，自动加药装置定时定量往生物淋洗搅拌装置补充生物淋洗液，以保证生物淋洗液具有充足的数量和活性；[0053] 深度淋洗和搅拌后的土壤浆液输送至脱水装置4中进行浓缩和脱水处理，固液分离获得淋洗废液和净化土壤，排出装置外；[0054] 分离的淋洗废液输送至废液循环处理装置的水处理装置403中进行深度处理，并将重金属沉淀与生物淋洗液分离，处理后的生物淋洗液回收至生物淋洗液储存装置305中。[0055] 采用图1的实施例所述的一种用于处理铬污染土壤的生物淋洗装置，使用优选的铁基纳米材料和细菌耦合制备的混合物对所述的铬污染土壤进行生物淋洗处理。所述铬污染土壤取自湖南长沙某铬污染场地，采集的土壤样品中土壤总六价铬浓度约为300mg/kg，土壤总铬浓度约为100mg/kg，处理后五组实验结果表明，土壤中总六价铬去除率分别为98.1％、98.5％、98.9％、99.3％和99.2％，均能达到98％以上，总铬去除率分别为70.1％、

71.3％、71.5％、73.2％和75.2％，均能达到70％以上，与传统粗放式地直接从土壤投加淋洗液相比，大大提高了重金属的去除率，尤其是总铬的去除率。

[0056] 该装置可通过淋洗药剂高效提取重金属污染土壤的重金属，首先对污染土壤进行初步生物喷淋和两级筛分工作，然后进行深度生物淋洗，最后通过脱水装置分离出净化土壤和淋洗废液。通过纳米材料与微生物结合制备生物淋洗液，利用纳米材料和微生物协同发挥作用使重金属从固相土壤中转移到液相淋洗液中，淋洗过程中生物淋洗液可以循环利用，最终达到重金属回收或处置的目的。通过本方法，土壤中总六价铬去除率能达到98％以上，总铬去除率能达到70％以上，与传统粗放式地直接从土壤投加淋洗液相比，大大提高了重金属的去除率，尤其是总铬的去除率。[0057] 上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。