申请日2014.02.20
公开(公告)日2015.11.04
IPC分类号B09C1/02; B09B3/00; A62D3/02
摘要
本发明涉及使用产酸渗沥液的土壤淋洗。描述了使用产酸渗沥液用于土壤淋洗的设备和方法。优选地，该设备设置为被输送至污染土壤位于的地点，以使土壤淋洗可在现场实施。
权利要求书
1.用于土壤淋洗的产酸渗沥液的应用，所述产酸渗沥液通过厌氧条件下有机废 物的不完全分解获得。
2.根据权利要求1所述的产酸渗沥液的应用，其中所述产酸渗沥液能够通过在 诸如制甲酸、乙酸、丙酸和乳酸的细菌的产酸菌的存在下分解有机物质，并向 分解的有机物质添加水以获得所述产酸渗沥液的方法得到。
3.根据权利要求2所述的产酸渗沥液的应用，其中所述方法进一步包括从残余 固体物质分离所述产酸渗沥液。
4.根据权利要求2或3所述的产酸渗沥液的应用，其中所述有机物质是面食品 或蔬菜。
5.根据前述任一权利要求所述的产酸渗沥液的应用，其中有机物质的分解在需 淋洗的土壤存在条件下进行。
6.用于土壤淋洗的设备，该设备包括淋洗容器(2;11;21;71)，用于污染土 壤接触产酸渗沥液以制备淋洗的土壤和污染的渗沥液;液体供给装置(19;65)， 设置为向所述淋洗容器(2;11;21;71)供给液体;以及第一分离装置(15; 37;73;78;80)，设置为从所述淋洗的土壤分离所述污染的产酸渗沥液。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述液体供给装置(19;65)设置为向所 述淋洗容器(2;11;21;71)供给产酸渗沥液。
8.根据权利要求6所述的设备，其中所述淋洗容器设置为容纳污染土壤和有机 物质、并使所述有机物质在厌氧条件下分解，其中所述液体供给装置设置为向 土壤和有机物质的混合物供给水，以此可通过所述有机物质的分解制备所述产 酸渗沥液。
9.根据权利要求5所述的设备，进一步包括漂洗容器(11;31;83)，用于所 述淋洗的土壤接触漂洗液、从所述淋洗的土壤除去污染的产酸渗沥液、以制备 漂洗的土壤和污染的漂洗液;以及第二分离装置(15;39;85)，设置为从所 述污染的漂洗液分离所述漂洗的土壤。
10.根据权利要求6所述的设备，其中所述漂洗容器与所述淋洗容器是同一容 器。
11.根据权利要求5至7任一所述的设备，其中所述第一和/或第二分离装置包 括用于排放所述污染的渗沥液和/或所述污染的漂洗液的龙头(15)。
12.根据权利要求5至7任一所述的设备，其中所述第一和/或第二分离装置包 括诸如输送线或进给螺杆的机制，用于将所述淋洗的和/或漂洗的土壤从所述淋 洗和/或漂洗容器运送至下一容器。
13.根据权利要求6所述的设备，其中所述漂洗容器(11;31;83)是分离于 所述淋洗容器(2;11;21;71)的另一容器，所述第一分离装置包括第一输 送装置(37;75;76;80;81)，用于将淋洗的土壤从所述淋洗容器(2;11; 21;71)输送至所述漂洗容器(11;31;83)。
14.根据权利要求6所述的设备，进一步包括土壤容器(35;85)，用于从所述 漂洗容器(11;31;83)接收漂洗的土壤。
15.根据权利要求5至11任一所述的设备，其中至少所述淋洗容器(2;11; 21;71)和/或所述漂洗容器(11;31;83)设置为可搬运的，以在不同位置进 行土壤淋洗。
16.土壤淋洗的方法，该方法包括以下步骤：
a.污染土壤接触产酸渗沥液第一段时间，以制备渗沥液和淋洗的土壤的悬 浊液，其中所述产酸渗沥液中脂肪酸分子与土壤中污染物形成络合物，产 生污染的渗沥液;
b.从所述污染的渗沥液中分离土壤，以制得淋洗的土壤。
17.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一段时间是1至48小时的区间 内，优选为2至24小时。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，通过在有机材料产酸条件下分解前混 合有机材料、需淋洗的土壤和水，使所述土壤与产酸渗沥液的接触与所述产酸 渗沥液的制备并行发生。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述有机材料在厌氧条件下分解，优选 在诸如制乳酸、甲酸、乙酸或丙酸的细菌的产酸菌存在下。
20.根据权利要求13所述的方法，进一步包括步骤：
c.使用漂洗液和/或真空过滤漂洗所述淋洗的土壤，以制备清洁的土壤。
21.根据权利要求13或14所述的方法，进一步包括步骤：
d.通过沉淀污染的渗沥液中诸如金属阳离子的污染物纯化所述污染的渗 沥液，例如通过向所述污染的渗沥液添加诸如硫酸盐的物质。
22.根据权利要求13至15任一所述的方法，在方法步骤a之前，该方法进一 步包括通过在厌氧环境下分解有机材料制备所述产酸渗沥液的步骤。
23.根据权利要求13至16任一所述的方法，该方法进一步包括输送所述淋洗 和/或漂洗容器至所述污染土壤位于的地点的步骤，其中所述方法在所述污染土 壤的位置附近实施。
说明书
用于土壤淋洗的产酸渗沥液的应用、方法和设备
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的产酸渗沥液的应用。其还涉及土壤淋洗的 方法和用于土壤淋洗的设备。
背景技术
传统地，砷、铜和铬已被用作木材的浸渍剂。这些都是有毒的，且废弃的 浸渍木材被认为是危险废弃物。其他浸渍剂包括杂酚油，这将聚芳烃PAH泄漏 至环境中。浸渍木材的制造、使用或丢弃是土壤的污染来源，在某些情况下， 长期使用将导致大面积的危机。
仅在瑞典，约有80,000污染区域，并且砷是这些区域中最普遍的问题元素 之一。为确保这些区域的使用，污染土壤需要移除并且通常在垃圾填埋前进行 处理。随后，必须挖出纯净物料用于污染地点的补救，这将导致高成本和对环 境的压力。由于绝大多数有害材料往往与最小颗粒结合，所以土壤淋洗通常通 过筛分土壤已获得最小颗粒来实施。这些颗粒随后被分离并移除。土壤的剩余 部分仅包含少部分的初始污染物，使得该区域再次适于使用。该流程产生了土 壤的三个部分：一个部分为高度污染的并必须被移除。更大一部分为较轻微地 高度污染，但仍必须移除。剩余的部份大体上无污染物，并且可安全放回同一 地点。因此，用这种土壤淋洗方法，必须移除大部分土壤。
这是一种非常昂贵的流程，并且对于那些主要含有小颗粒的、将被污染 至同一水平的土壤来说也是无效的。在这种情况下，将没有不含污染物的土 壤部分。这是例如河岸边的情况。例如在斯堪的纳维亚的乡间，大部分的工 业习惯上被设置于河边，存在现有技术的土壤淋洗方法无用的污染区域。
还有利用化学试剂进行土壤淋洗的实验。如果该处理方法足以有效从土 壤中移除污染物，该土壤可被放回同一地点。例如，诸如EDTA的络合形成 化学品可被加入液体，将随后从土壤中提取某些重金属。详见，Bossart,K.、 Muller,R.的Schwermetallextraktion aus kontaminiertenmittels biologisch abbaubarer Chelatbildner;Diploma thesis,ETH Zürich,2002年。使用 的液体制备非常昂贵，这是对大规模使用的障碍。同样地，由于EDTA不易 降解，该过程可能导致络合形成物向水源受体的排放。
因此需要一种土壤淋洗方法，其能淋洗任何类型的土壤，包括主要由细 颗粒构成的土壤。
发明内容
本发明的一个方面由此涉及使用产酸渗沥液淋洗土壤。在本文中，将在下 文中讨论，术语产酸渗沥液将被用于在厌氧条件下通过分解有机废物制备的渗 沥液。该产酸渗沥液有效用于从污染土壤中移除诸如金属阳离子和PAH的污 染物。该产酸渗沥液可例如通过使有机材料与液体在厌氧条件下反应获得。该 液体可为水或渗沥液、或另一种合适的液体。
基于下面将讨论的理由，用于土壤淋洗的液体应具有低pH值和低氧化还 原电势，并且具有一个或多个结合金属离子形成络合物的组分。本发明使用的 产酸渗沥液满足所有这些标准。
如Bowell R.J.(1994):Sorption of arsenic by iron oxides and oxyhydroxides in soils,Applied Geochemistry,9卷，第279-286页中所示，低pH值结合低氧化还 原电势将提高As(III)/As(V)率，导致从土壤中放出更多砷。
与根据本发明使用的类型相似的酸溶液可通过向水中添加诸如硫酸的酸 和诸如EDTA的络合形成物制备。该方法造价高并且通常产生经济上不可用于 土壤淋洗的溶液。
因此根据本发明，优选使用产酸渗沥液。产酸渗沥液通常是有机废物在水 解和发酵微生物的帮助下的不完全无氧分解、导致溶液中有机酸和醇的积累的 结果。该细菌可天然存在于有机废物中或被添加其中以促进产酸反应。当有机 材料在无氧和其他氧化剂条件下与水接触时，该无氧分解自发发生，并且由于 该分解在产酸状态下停止、而不是继续制备甲烷、二氧化碳和水，该无氧分解 通常被称作不完全无氧分解。产生的溶液实际上无成本并且非常适于土壤淋 洗。用于制备产酸渗沥液的有机废料可为不同种类的诸如食品废物的普通家庭 废物、或任何其他类型有机材料，包括污水污泥、肥料、或诸如木材废料或森 林残留物的工业废料。
所述产酸渗沥液的功能为三重的：
砷天然存在AsV和AsIII间的平衡。产酸渗沥液提供带有低氧化还原电势的 环境，将导致污染土壤中AsV向AsIII的还原。因此，相比于AsV，土壤中AsIII部分增加。AsIII比AsV更不稳定且易溶于水，这导致产酸渗沥液存在下，As 从土壤相中更高的迁出率和提取度。此外，产酸渗沥液的低pH引起As从正电 土壤表面的解吸。同样地，由于铁被还原为三价铁(ferro iron)并且团聚体溶 解，络合并吸附铁化合物的很多污染物将被调动起来。
AsV通常集合诸如Fe离子的其他离子，然而，AsIII一般更溶于水。还原 AsV至AsIII是有利的，因为AsIII较AsV更易与所述渗沥液中络合形成有机组分 形成络合物。由此形成的络合物可在随后步骤中从土壤中分离。
所述产酸渗沥液还提供酸性环境，帮助还原砷离子的化合价，使其更易溶 并帮助络合物的形成。
所述产酸渗沥液还包括较大部分的有机络合形成化合物，该化合物将结合 要被洗去的离子。所述渗沥液还有效用于结合与诸如富里酸的有机大分子形成 强络合物的其他类型污染物。其他这种污染物包括PAH、二恶英类、和诸如汞 的金属离子。因此，用于土壤淋洗的液体应优选拥有低pH值和低氧化还原电 势，并还拥有一种或多种结合金属离子将形成络合物的组分。
本发明还涉及用于土壤淋洗的设备，其包括用于污染土壤接触产酸渗沥液 以制备淋洗的土壤和污染的渗沥液的淋洗容器、设置为向所述淋洗容器提供产 酸渗沥液的液体供给装置、和设置为从所述淋洗的土壤分离所述污染的产酸渗 沥液的第一分离装置。
本发明还涉及土壤淋洗的方法，其包括如下步骤：
●污染土壤接触产酸渗沥液第一段时间，以制备淋洗的土壤，其中所述产 酸渗沥液中脂肪酸与所述土壤中污染物形成络合物，产生污染的渗沥 液，以及
●从所述污染的渗沥液分离所述土壤，以制备淋洗的土壤。
因此，根据本方法，吸附的污染物被带入溶液中并与脂肪酸以及其他可能 的络合形成物反应，将产生污染的渗沥液。
优选地，所述方法进一步包括漂洗所述淋洗的土壤以除去所述土壤内存留 的任何污染的渗沥液的步骤。这可使用漂洗液和/或真空过滤完成、以制备清洁 土壤。如果使用漂洗液，该步骤的结果是漂洗的土壤和污染的漂洗液。
在本发明的实施方式中，所述设备进一步包括实施所述漂洗步骤的漂洗容 器、和设置为从所述污染的漂洗液中分离所述漂洗的土壤的第二分离装置。所 述漂洗容器可与所述淋洗容器为同一容器或可为不同容器。如果所述漂洗容器 是另一容器，所述第一分离装置优选包括将淋洗土壤从所述淋洗容器输送至所 述漂洗容器的第一输送装置。还可使用诸如挖掘机的外部装置输送输送淋洗的 土壤和所述漂洗的土壤。
所述第一和/或第二分离装置可包括分别排放所述污染的渗沥液和/或所述 污染的漂洗液的龙头。可选地，或此外，所述第一和/或第二分离装置包括诸如 输送线或进给螺杆的机制，以将所述淋洗的和/或漂洗的土壤从所述淋洗和/或 漂洗容器运送至下一容器。沉淀步骤也可在所述分离中使用，根据具体情况， 在分别除去所述污染的渗沥液或漂洗液之前，使所述淋洗的土壤、或所述漂洗 的土壤在所述容器的底部沉淀。
所述设备可进一步包括用于接收来自漂洗容器的漂洗的土壤的土壤容器。
所述土壤可接触预先已制备产酸渗沥液。可选地，所述土壤淋洗可与所述 产酸渗沥液的制备并行实施。在后一种情况中，将分解的所述有机材料在所述 淋洗容器中与所述土壤混合，并且添加水以通过所述有机材料的分解形成产酸 渗沥液。所述有机材料的分解后，所述淋洗的土壤可以以任何适宜的方式从所 述污染的渗沥液中分离。所述淋洗的土壤和所述污染的渗沥液可随后如以上概 述地处理。
可制成以上概述的设备，以使其仅包括在需淋洗的污染土壤的地点之间可 移动的部件。例如，一个或多个所述淋洗、漂洗和土壤容器可依据它们的尺寸 和重量适于通过一个或多个卡车输送。或可使用输送用标准容器，并且可通过 例如包括液体排放口的方式进行改进。上述的方法和设备由此特别适于现场土 壤淋洗，即，不需移动土壤至另一地点淋洗。同样地，由于所有土壤可使其不 含污染物，淋洗后没有土壤需要从该地点移除。在这种情况下，所述方法可进 一步包括将一个或多个所述容器输送至所述污染土壤位于的地点的步骤，其中 所述方法在所述污染土壤的位置附近实施。
用于所述方法中的所述产酸渗沥液可在该地点或其他位置、通过在厌氧环 境中分解有机材料并加入水或另一种合适的液体制备。根据本发明的化学处 理，可实现用于土壤淋洗的小型化设备。优选地，所述土壤可在现场淋洗，而 不需长距离运输。所述淋洗方法和设备的优先实施方式使得所述设备在需要土 壤淋洗的地点间可移动。
优选地，所述方法包括纯化已用于淋洗所述土壤的所述污染的渗沥液(且 如适用的漂洗液)的附加步骤。这可通过完成所述厌氧降解链至甲烷生成来实 现，其中溶液中的大部分有机化合物将降解为水、二氧化碳和甲烷。通过这样 的方式，pH将升至约中性条件并且将消耗有机络合形成物。这种结合氢氧化 物和硫化物的无电荷络合物的形成将导致在少量的泥浆相中金属和砷的分离 和浓缩，而多数有机物将进入气相中。
如上所述，本文中术语产酸渗沥液是指分解有机废物的产酸相中制备的渗 沥液，其发生在如垃圾填埋中需氧相后和产甲烷相前。
在产酸降解条件下，有机材料主要降解为以下最终产品：挥发性脂肪酸、 醇、二氧化碳和氢气。这些降解产物在很大范围上溶于水造成在形成的渗沥液 中有机材料的高负载。脂肪酸将通过降低渗沥液pH并通过它们形成金属络合 物的能力，提高很多金属的移动性。