一种铬渣及其污染土壤的湿法解毒处理装置及处理方法技术领域
本发明是一种有关环境保护领域的湿法解毒处理装置及处理方法，特别是指一种用于铬渣及其污染土壤的湿法解毒处理装置及处理方法。
背景技术
铬渣是铬盐生产过程中产生的有毒废渣，其中的有害物质主要是可溶性六价铬。六价铬容易被人体吸收且有强氧化性，一方面可以氧化生物分子（DNA、RNA、蛋白质、酶）使生物分子受到损伤；另一方面在六价铬还原为三价铬的过程中，对细胞具有刺激性和腐蚀性，导致皮炎和溃疡发生。含铬粉尘会随风扬散，污染周围大气与农田；铬渣及其污染土壤受雨水淋洗，造成含铬污水溢流下渗，对地下水、河流和海域等造成不同程度的污染，危害各种生物，导致动物死亡、农业减产和人体的种种疾病发生，如血铬、尿铬及各种癌症等。所以铬渣及其污染土壤若不经过有效方法解毒治理而长期堆放会严重污染环境，危害人体健康。
目前铬渣解毒主要有干法和湿法两种工艺。干法焙烧还原解毒是在高温还原性气氛下焙烧，将六价铬还原成三价铬并存在于玻璃体内达到解毒的目的。湿法解毒是将铬渣磨细碱解后，酸溶性和水溶性的六价铬在还原剂的作用下被还原成三价铬。干法解毒成本较高且容易造成二次污染，湿法解毒会产生大量废液，且解毒后的废渣含水率较高，影响废渣进一步的资源化利用。现有的铬渣解毒方法较为繁琐且没有专门商品化的铬渣解毒设备。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种铬渣及其污染土壤的湿法解毒处理装置及处理方法。
为达到上述目的，本发明提供一种铬渣及其污染土壤的湿法解毒处理装置，包括：
筛分破碎系统，用于将铬渣及其污染土壤筛分并破碎成允许进料粒径，并输送至湿法解毒系统；
湿法解毒系统，该湿法解毒系统内加入解毒药剂，用于将筛分及破碎后的铬渣及其污染土壤与药剂发生反应并得以解毒；
脱水系统，用于将湿法解毒系统内的混合浆液进行脱水处理；
渗出水收集系统，用于将脱水系统渗出的水进行收集并将收集的水输送至所述湿法解毒系统。
所述筛分破碎系统包括上料斗、振动筛及破碎机，该上料斗与振动筛之间连接第一皮带输送机，该振动筛与破碎机之间连接第二皮带输送机，该破碎机通过第三皮带输送机与所述湿法解毒系统连接，所述上料斗中的铬渣及其污染土壤经由第一皮带输送机送至振动筛，振动筛筛分至破碎机允许进料粒径后，经由所述第二皮带输送机输送至破碎机，铬渣及其污染土壤经破碎机破碎后再经由第三皮带输送机输送至湿法解毒系统。
所述湿法解毒系统包括反应池、搅拌电机、支架，所述搅拌电机通过支架安装在所述反应池的中心位置，所述反应池内加入解毒药剂，将从所述筛分破碎系统中输送来的铬渣及其污染土壤在搅拌电机的搅拌作用下与药剂充分混合反应，得以解毒，所述反应池内混合反应完全后的混合液浆输送至所述脱水系统。
所述脱水系统包括液下泵、输送管线、脱水槽及设于脱水槽内的土工管袋，该液下泵用于将所述湿法解毒系统内混合反应后的混合浆液经由该输送管线泵送至土工管袋内进行脱水，所述土工管袋内渗出的水经由所述脱水槽进入所述渗出水收集系统。
所述渗出水收集系统包括收集池、潜水泵、输送管线，该潜水泵设于收集池内，该输送管线一端位于该收集池内，另一端连接所述湿法解毒系统，该收集池用于收集所述脱水系统的渗出水，渗出水经收集后由收集池内的潜水泵通过该输送管线输送至所述湿法解毒系统回用。
本发明还提供一种铬渣及其污染土壤的湿法解毒处理方法，所述方法包括：
步骤一、筛分破碎：将含有铬渣的污染土壤装入筛分破碎系统，将其筛分并破碎成允许进料粒径，并输送至湿法解毒系统；
步骤二、湿法解毒：在湿法解毒系统的反应池内加入解毒药剂，将筛分及破碎后的污染土壤与药剂发生反应并得以解毒；
步骤三、脱水处理：将湿法解毒系统内混合反应后的混合浆液输送至脱水系统，在脱水系统的土工管袋内进行脱水处理，渗出的水进入渗出水收集系统；
步骤四、渗出水收集：经脱水处理后渗出的水进入收集池内，通过潜水泵由输送管线送至反应池回用，实现废水零排放。
在所述步骤一中，所述筛分破碎系统包括振动筛与破碎机，该振动筛采用二级筛分，上面一层筛网的网孔孔径大于下面一层筛网的网孔孔径，上面一层筛网将允许进入破碎机粒径的颗粒经由皮带输送机输送至破碎机破碎，下面一层筛网将小于破碎机出料粒径的颗粒筛下，此部分无需进入破碎机，直接送入湿法解毒系统反应池内。
在所述步骤二中，所述湿法解毒具体包括：分批次加入渣土混合物进入反应池，然后加入水和稀硫酸混合搅拌，继续加入还原剂搅拌一定时间，然后加入一定量的稳定剂，搅拌一段时间后加入一定量的絮凝剂，搅拌一定时间后直接用液下泵打入土工管袋脱水。
在所述步骤三中，在土工管袋内进行脱水处理具体包括：第一步是充填，采用液下泵和输送管线将反应池内的混合浆液充填至土工管袋内；第二步是排水，由构成土工管袋的土工织物的细小孔洞，截留泥浆中的固体物，排出泥浆中的水分，袋体进行重复充填，直至到袋体填满；第三步是固结，在多次充填和排水后，土工管袋中留下来的颗粒物体由于干燥作用会逐渐固结。
本发明具有以下优点：（1）该装置自动化程度高，还原效果好，经过该装置解毒后的六价铬其浸出浓度可以达到0.5mg/L以下；（2）该装置脱水系统采用土工管袋，脱水效率高于传统的板框压滤机，经土工管袋脱水后超过99%的固体颗粒被存留在土工管袋中，解毒后的废渣及其污染土壤含水率较低，便于后续的资源化利用；（3）土工管袋的渗出液经收集后循环利用到湿法解毒系统，实现废液零排放。
附图说明
图1为本发明铬渣污染土壤的湿法解毒处理装置的结构原理框图；
图2为本发明铬渣污染土壤的湿法解毒处理装置的实施状态示意图；
图3为本发明铬渣污染土壤湿法解毒处理方法进行湿法解毒的工艺流程图。
具体实施方式
为便于对本发明的结构及达到的效果有进一步的了解，现结合附图并举较佳实施例详细说明如下。
如图1所示，本发明的铬渣污染土壤的湿法解毒处理装置包括通过管路依次相连的筛分破碎系统、湿法解毒系统、脱水系统及渗出水收集系统，该渗出水收集系统通过输送管线连接至湿法解毒系统。该筛分破碎系统用于将铬渣及其污染土壤筛分并破碎成允许进料粒径，该湿法解毒系统用于将筛分及破碎后的铬渣及其污染土壤与药剂发生反应并得以解毒，该脱水系统用于将湿法解毒系统内的混合浆液进行脱水处理，该渗出水收集系统将脱水系统渗出的水进行收集并将收集的水通过输送管线输送至湿法解毒系统。
结合图2所示，本发明中的筛分破碎系统包括上料斗1、振动筛3及破碎机5，该上料斗1与振动筛3之间连接第一皮带输送机2，该振动筛3与破碎机5之间连接第二皮带输送机4，该筛分破碎系统可以根据后续处理标准，配置不同能力的破碎机5，破碎至不同粒径。送入上料斗1中的铬渣及其污染土壤经由第一皮带输送机2送至振动筛3，振动筛3筛分至破碎机5允许进料粒径后，经由第二皮带输送机4输送至破碎机5，铬渣及其污染土壤经破碎机5破碎后再经由第三皮带输送机6输送至湿法解毒系统。
其中上料斗1可以根据日处理铬渣及其污染土壤的数量灵活选择大小；皮带输送机采用电动滚筒传动，带速、带宽、输送距离、输送量、倾斜角度、物料特性、堆积角、使用长度及提升高度等技术参数，均可以根据实际情况选择。振动筛3采用高效新型圆振动筛。圆振动筛采用筒体式偏心轴激振器及偏块调节振幅，筛分规格多，结构可靠、激振力强、筛分效率高、振动噪音小。圆振动筛主要由筛箱、筛网、振动器、减振弹簧装置、底架等组成。振动器在筛箱侧板上，并由电动机通过联轴器带动旋转，产生离心惯性力，迫使筛箱振动。筛网根据铬渣及其污染土壤筛分要求，可采用高锰钢编织筛网、冲孔筛板和橡胶筛板，筛面倾角的调整可通过改变弹簧支座位置高度来实现。破碎机5由机架、转子、锤头、衬板、进料口、出料口等部件组成，电动机通过三角皮带转动带动转子，使固定在转子上锤头高速运转，使物料与锤头和内壁衬板充分撞击，从而将破碎腔内的物料破碎，且锤头与反击板之间的间隙可调，能满足多种料度条件。破碎机5根据进料特性和破碎粒径可以选择不同型号和类别的破碎机。
本发明中的湿法解毒系统包括反应池7、搅拌电机8、支架9。反应池7可以根据实际工程需要采用混凝土反应池或耐酸碱腐蚀的反应池，该反应池7大小的选择应与每天需要处理的铬渣量相匹配，搅拌电机8转速功率的选择要能使整个反应系统得到均匀搅拌，支架9用来固定搅拌电机，搅拌电机8通过支架9安装在反应池7的中心位置。以上材质的选择要耐酸碱腐蚀。在反应池7内加入解毒药剂，铬渣及其污染土壤在搅拌电机8的搅拌作用下与药剂充分混合，保证反应完全充分，得以解毒。待充分混合反应完全后，添加絮凝剂，搅拌均匀后，输送至脱水系统。其中筛分破碎系统中的第三皮带输送机6连接至反应池7。
本发明中的脱水系统包括液下泵10、输送管线11、土工管袋12及脱水槽13。该液下泵10设于反应池7内，该输送管线11一端设于反应池7内，另一端设于土工管袋12，该液下泵10用于将湿法解毒系统反应池7内的混合浆液经由输送管线11泵送至脱水槽13内的土工管袋12。土工管袋12是一种由高强度渗透性土工织物材料（如聚丙烯纱线）编织而成的具有过滤结构的管状土工袋，土工管袋12的容积可根据外形尺寸调节，其直径可根据需要变化，长度最大可达到200m，具有很高的强度、过滤性能和长期抗紫外线性能。土工管袋12脱水步骤分为充填、脱水和固结三个阶段。充填是把湿法解毒系统内的浆液泵送至土工管袋12内，在泵送至土工管袋12前，在反应池7内加入絮凝剂，促进固体颗粒团结，以便于更好的脱水。脱水是指水流从土工管袋12中排出，其原理主要是利用土工管袋12材质所具有的过滤结构和袋内液体压力促使土工管袋12脱水，经脱水后超过99%的固体颗粒被存留在土工管袋12中；渗出水可以进行收集并再次在湿法解毒系统中循环利用。固结是指存留在土工管袋12中的固体颗粒填满后，把土工管袋12及其填充物送到填埋场或者将固结物移走，并在适当的情况下进行资源化利用。脱水槽13主要是用于存放土工管袋12的水泥槽，防止土工管袋12的渗出水随意流散并且用于连接渗出水收集系统。
本发明中的渗出水收集系统包括收集池14、潜水泵15、输送管线16。该潜水泵15设于收集池14内，该输送管线16一端位于该收集池14内，另一端位于该反应池7内。该收集池14主要用于收集土工管袋12的渗出水，渗出水经收集后由收集池14内的潜水泵15通过输送管线16输送至湿法解毒系统回用，实现废水的零排放。收集池14根据场地实际情况，可以采取挖坑铺设防渗膜的形式或选用可以承装液体的容器。输送管线16可以采用橡胶管、消防水袋、塑料管等材质。
下面结合附图及具体某一实施例对本发明作进一步描述：
参考图3所示，在山东某生产铬盐的化工厂内，在原铬渣堆放区域取渣土混合样用于本装置试验。样品检测结果如下：
表1-1试验样品六价铬含量
土壤类型六价铬含量(mg/kg)六价铬浸出浓度（mg/L）
渣土混合物677.7861
处理步骤如下：
1）筛分破碎：将含有铬渣的污染土壤由挖掘机装入上料斗1后经由第一皮带输送机2，送至振动筛3进行筛分，该振动筛3采用二级筛分，上面一层筛网孔径为8cm，下面一层筛网孔径为5mm。振动筛3上面一层筛网将粒径大于8cm的石块颗粒去除，下面一层筛网将粒径大于5mm的颗粒筛出，5mm-8cm之间的颗粒经由第二皮带输送机4输送至破碎机5破碎。小于5mm的颗粒无需进入破碎机5，直接送入湿法解毒系统反应池7。破碎机5采用立柱复合破碎机，兼具鄂式和锤式的优点，出料粒度在0.5-5mm之间。筛分破碎后的渣土混合物后再经由第三皮带输送机6输送至湿法解毒系统反应池7。
2）湿法解毒：本湿法解毒系统包括反应池7、搅拌电机8、支架9。根据场地情况反应池7采用4×4×2m3的混凝土反应池，支架9架设在反应池7中间位置用于固定搅拌电机8，搅拌电机8采用功率7.5KW、转速48r/min的搅拌电机。搅拌杆直径为160mm，搅拌叶轮直径为2000mm，搅拌杆子长度为1500mm，搅拌桨材质为304不锈钢。湿法解毒步骤如下：每批次加入5m3渣土混合物进入4×4×2m3反应池7，然后加入10m3水和0.5m320%稀硫酸混合搅拌20min，继续加入还原剂（如0.9t硫酸亚铁）搅拌30min后，继续加入一定量的稳定剂（如氧化钙），然后搅拌20min后加入一定量的絮凝剂（如阴离子聚丙烯酰胺（PAM）），搅拌20min后直接用液下泵打入土工管袋脱水。
3）土工管袋脱水：土工管袋12采用由聚丙烯纱线编织而成的圆柱体管袋，管长40m，宽3m，为方便土工管袋12脱水，在脱水区域建设混凝土硬化的脱水槽13，脱水槽13长45m，宽6m，高0.3m，土工管袋12置于脱水槽13内脱水，脱水步骤如下：第一步是充填，采用液下泵10和输送管线11将反应池7内的混合浆液充填至土工管袋12内；第二步是排水，由构成土工管袋12的土工织物的细小孔洞，截留泥浆中的固体物，排出泥浆中的水分，袋体进行重复充填，直至到袋体填满；第三步是固结，在多次充填和排水后，土工管袋12中留下来的颗粒物体由于干燥作用会逐渐固结。大约经过二周后，袋中颗粒物就可以固结完成。
4）渗出水收集：渗出水收集系统主要由收集池14、潜水泵15和输送管线16组成。收集池14根据场地实际情况，采取挖坑铺设防渗膜的形式，收集池长6m，宽2m，高0.5m，输送管线16采用橡胶管。具体步骤如下：土工管袋12的渗出水经收集池14收集后，通过潜水泵15由输送管线16输送至反应池7回用，实现废水零排放。
为评估该装置湿法解毒效果，取土工管袋12内样品送第三方实验室检测，经验证样品中残留的六价铬总量小于5mg/kg，浸出值小于0.5mg/L。取收集池内液体进行检测，经验证六价铬未检出，完全可以回用于湿法解毒系统。
本发明具有以下优点：（1）该装置自动化程度高，还原效果好，经过该装置解毒后的六价铬其浸出浓度可以达到0.5mg/L以下；（2）该装置脱水系统采用土工管袋，脱水效率高于传统的板框压滤机，经土工管袋脱水后超过99%的固体颗粒被存留在土工管袋中，解毒后的废渣及其污染土壤含水率较低，便于后续的资源化利用；（3）土工管袋的渗出液经收集后循环利用到湿法解毒系统，实现废液零排放。
本发明所述的实施例仅为了说明而不是限制本发明，在本发明启示下且不脱离本发明权利要求所保护范围内的情况所做出的其他形式的变通，均在本发明保护范围之内。