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技术系列:土壤淋洗可行性试验

北极星环境修复网  来源:宝航环境修复    2020/3/12 8:44:26  我要投稿  

北极星环境修复网讯:土壤淋洗是由矿物加工业发展而来的,因此使用了从该工业发展而来的设备,特别是砂砾洗选、煤炭洗选、工业矿物分离和湿法冶金提取。

大多数土壤淋洗过程是基于体积减少和废物最小化处理过程,其中“承载”大部分污染的土壤颗粒是从大量土壤组分中分离出来的。这种分离是在一系列的水处理步骤中进行的。

含有污染物的部分可以通过化学、热或生物过程进一步处理或送去适当处置。通过清除土壤中的大部分污染物,剩下的绝大部分土壤可以在现场回用,作为填充物在其他场地使用,或者作为危险性较低的物料处置掉。

基于土壤颗粒分离的土壤淋洗是通过利用物理性质比如颗粒大小、沉降速度、比重、表面化学性质和磁性等之间的差异来进行的。在大多数土壤淋洗设施中,来自土壤的细微部分包含了大部分的污染。然而,某些类型的粗颗粒部分也可能含有污染物,需要去除这些污染物才能达到净化目标。

另一种不太常用的土壤淋洗方法涉及到化学提取阶段。该阶段将土壤中的污染物转移到溶液中,然后将该溶液以浓缩固体形式去除污染物。

考虑到土壤淋洗的成本,处理小体积或高含量精细颗粒的土壤可能是不经济的。不符合修复标准的污染物较少的那部分土壤可能会产生额外的费用,因此需要进一步处理或处置,并可能需要水处理装置。

对土壤淋洗处理的初步评估涉及对公斤量级的土壤进行若干相对简单的实验室可处理性试验。简单的可处理性测试的成本相对较低(主要取决于处理的样本数量和分析的成本)。

在某些情况下,这些初步试验之后将进行中试,即在较小规模的土壤淋洗设备中处理吨级数量的土壤,或在现有的商业运营中作为“一批”处理。因此,对吨数数量土壤进行中试的费用比简单的实验室可处理性试验要昂贵得多。然而,中试规模的测试降低了在工程运行中处理数千吨土壤失败的风险。中试规模的测试也让我们了解到物料处理和固体脱水的潜在困难。

可处理性测试

目标是:

  • 评估分离小比例污染部分和大比例清洁部分的潜力(在达到修复目标和回收清洁部分目标方面)

  • 评估潜在的分离技术

  • 评估化学提取/浸出的需求

  • 考虑对细粒部分脱水的要求

在设计可处理性测试之前,需要对要处理的土壤进行彻底的了解,这将来自对场地土壤的充分调查(框1)。

框1.场地调查的重要性在进行测试前,必须对测试的土壤进行充分调查,并了解用于评估处理效果的修复标准。当一个场地上的土壤种类相对多样化,污染程度差别很大时,重要的是对足够数量的样品进行可处理性试验,以代表整个场地的污染问题。土壤淋洗对不同污染物类别和土壤类型的适用性如表1所示。

最初的可处理性测试结果可能基于一个简单问题,如“土壤淋洗是否可能起作用?”今后的试验可设计为确定微粒分离或污染物溶解的最佳操作参数。如果可处理性测试的结果是土壤淋洗不合适(即不太可能满足修复标准),那么下一步是返回到修复技术选项评估。

表1. 土壤淋洗对污染物和土壤类型的一般适用性(Defra, 2010)。关键字:通常或较大可能适用Y;有可能适用?;不适用N。


颗粒分离实验

使用实验室设备评价颗粒分离技术的试验,根据以下方面的差异分离土壤的不同部分:

  • 颗粒大小,通过一系列筛子进行湿筛(表2)

  • 沉降速度,使用实验室设备进行旋流分级

  • 比重,使用不同密度的液体进行上浮和下沉测试

  • 表面化学性质,实验室泡沫浮选试验

  • 磁性,在不同磁场强度下的分离

用实验室磨、擦设备也可以评估去除颗粒表面涂层的效果,这些颗粒本来是“干净的”。

表2. 不同粒径的相关污染水平(本例中为石油烃总量)的分布情况,表明大多数污染包含在最细的粒径部分中,即总重量15%的部分。


污染物溶解或浸出试验

污染物溶解试验包括用不同浓度的酸、碱、络合剂、溶剂和表面活性剂从土壤中提取污染物。这些测试不仅应该评估有多少污染物被转移到液相,还应该评估有多少土壤成分本身溶解。

理想情况下,试剂应选择性地溶解污染物,使土壤组分的溶解最小,因为土壤组分的显著溶解将大大增加水相处理的成本。

在这些试验中,低于一定尺寸范围(如2毫米)的整个土壤或者从颗粒分离试验分离出来的部分与试剂反应,然后对产生的土壤进行分析,看它是否达到了修复目标。

另外,应该检测浸出液中的污染物,方法包括:离子交换法、活性炭法、沉淀法、溶剂萃取法等。

细粒污泥脱水评价

虽然较粗的土壤通常很容易脱水,但较细的土壤则比较成问题,特别是在处理过程中,细粒往往从悬浮液中缓慢沉降,而沉降和过滤后往往会保留水分。由于细颗粒部分通常是被污染的,为了减少需要处理的物料数量,减少相关水分的量是很重要的。因此,可以进行下列试验作为可处理性研究的一部分:

  • 通过实验室分离试验得到的最细的部分,可以使用多种混凝剂和絮凝剂来确定沉降时间/沉降速率。

  • 当固体被多种混凝剂/絮凝剂沉淀后,可以使用实验室规模的真空或压力过滤设备来确定脱水效率和滤饼的水分含量。

  • 应根据将要处置的物料的可能质量(包括水分)来评估体积减少的潜力。

  • 应对滤饼质量(可处理性等)进行测试,以确保其满足处置要求。

  • 框2.健康和安全一如既往,需要仔细考虑健康和安全问题,特别是在可处理性研究处于中试/现场规模的情况下。潜在的“重大”健康和安全问题包括使用危险材料、在进行处理前考虑排放以及在进行测试时考虑防护设备。


原标题:技术系列:土壤淋洗可行性试验

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