D4-异位土壤洗脱技术
4.1 技术名称：异位土壤洗脱；
英文名称：Ex-Situ Soil Washing
4.2 技术适用性
4.2.1适用的介质：污染土壤。
4.2.2可处理的污染物类型：重金属及半挥发性有机污染物、难挥发性有机污染物
4.2.3应用限制条件：不适合于土壤细粒（粘/粉粒）含量高于25%的土壤；处理含挥发性有机物污染土壤时，应采取合适的气体收集处理设施。
4.3 技术介绍
4.3.1 原理：污染物主要集中分布于较小的土壤颗粒上，异位土壤洗脱是采用物理分离或增效洗脱等手段，通过添加水或合适的增效剂，分离重污染土壤组分或使污染物从土壤相转移到液相的技术。经过洗脱处理，可以有效地减少污染土壤的处理量，实现减量化。
4.3.2 系统构成和主要设备：异位土壤洗脱处理系统一般包括土壤预处理单元、物理分离单元、洗脱单元、废水处理及回用单元及挥发气体控制单元等。具体场地修复中可选择单独使用物理分离单元或联合使用物理分离单元和增效洗脱单元。主要设备包括土壤预处理设备（如破碎机、筛分机等)、输送设备（皮带机或螺旋输送机)、物理筛分设备（湿法振动筛、滚筒筛、水力旋流器等)、增效洗脱设备（洗脱搅拌罐、滚筒清洗机、水平振荡器、加药配药设备等)、泥水分离及脱水设备（沉淀池、浓缩池、脱水筛、压滤机、离心分离机等)、废水处理系统（废水收集箱、沉淀池、物化处理系统等)、泥浆输送系统（泥浆泵、管道等)、自动控制系统。
4.3.3 关键技术参数或指标
影响土壤洗脱修复效果的关键技术参数包括：土壤细粒含量、污染物的性质和浓度、水土比、洗脱时间、洗脱次数、增效剂的选择、增效洗脱废水的处理及药剂回用等。
1) 土壤细粒含量：土壤细粒的百分含量是决定土壤洗脱修复效果和成本的关键因素。细粒一般是指粒径小于63-75^m的粉/粘粒。通常异位土壤洗脱处理对于细粒含量达到25%以上的土壤不具有成本优势。
2) 污染物性质和浓度：污染物的水溶性和迁移性直接影响土壤洗脱特别是增效洗脱修复的效果。污染物浓度也是影响修复效果和成本的重要因素。
3) 水土比：采用旋流器分级时，一般控制给料的土壤浓度在10%左右；机械筛分根据土壤机械组成情况及筛分效率选择合适的水土比，一般为5:1到10:1。增效洗脱单元的水土比根据可行性实验和中试的结果来设置，一般水土比为3:1至20:1之间。
4) 洗脱时间：物理分离的物料停留时间根据分级效果及处理设备的容量来确定；一般时间为20分钟（min)到2小时（h)，延长洗脱时间有利于污染物去除，但同时也增加了处理成本，因此应根据可行性实验、中试结果以及现场运行情况选择合适的洗脱时间。
5) 洗脱次数：当一次分级或增效洗脱不能达到既定土壤修复目标时，可采用多级连续洗脱或循环洗脱。
6) 增效剂类型：一般有机污染选择的增效剂为表面活性剂，重金属增效剂可为无机酸、有机酸、络合剂等。增效剂的种类和剂量根据可行性实验和中试结果确定。对于有机物和重金属复合污染，一般可考虑两类增效剂的复配。
7) 增效洗脱废水的处理及增效剂的回用：对于土壤重金属洗脱废水，一般采用铁盐+碱沉淀的方法去除水中重金属，加酸回调后可回用增效剂；有机物污染土壤的表面活性剂洗脱废水可采用溶剂增效等方法去除污染物并实现增效剂回用。
4.4 技术应用基础和前期准备
技术应用前期需要了解：
（1）土壤粒径组成；
（2）土壤类型、物理状态和湿度；
（3）污染物类型和浓度；
（4）土壤有机质含量；
（5）土壤阳离子交换量；
（6）土壤pH及缓冲容量;
（7）场地修复目标。
前期应开展技术可行性实验，评估异位土壤洗脱技术是否适合于特定场地的修复；初步证实技术可行后，可根据需要进行中试试验，为修复工程设计提供基础参数。
4.5 主要实施过程
1) 污染土壤挖掘及预处理，包括筛分和破碎等，剔除超尺寸（如大于100 mm)的大块杂物并进行清洗；
2) 预处理后的土壤进入物理分离单元，采用湿法筛分或水力分选，分离出粗颗粒和砂粒，经脱水筛脱水后得到清洁物料；
3) 分级后的细粒直接进入或进行增效洗脱后进入污泥脱水系统，泥饼根据污染性质选择最终处理处置技术；
4) 洗脱系统的废水经物化或生物处理去除污染物后，可回用或达标排放；
5) 若土壤含有挥发性重金属或有机污染物，应对预处理及土壤洗脱单元设置废气收集装置，并对收集的废气进行处理；
6) 定期采集处理后粗颗粒、砂粒及细粒土壤样品以及处理前后洗脱废水样品进行分析，掌握污染物的去除效果。
4.6修复周期及参考成本
处理周期一般为3-12个月。异位土壤洗脱修复的周期和成本因土壤类型、污染物类型、修复目标不同而有较大差异，与工程规模以及设备处理能力等因素也相关，一般需通过试验确定。据不完全统计，在美国应用的成本约为53-420美元/m3，欧洲的应用成本约15-456欧元/m3，平均为116欧元/m3。国内的工程应用成本约为600-3000元/m3。
4.7运行维护和监测
异位土壤洗脱系统的运行可通过自动控制系统控制，操作简单、效果稳定。需定期对各单元设备进行维护和检修以保证系统正常运行。实时观测运行过程中设备负荷、运行功率、运行状态等，检查设备是否有漏液、漏料、堵料等异常状况。
运行过程中应根据实际工程处理进度定期采集处理前后各土壤组分样品、水样进行分析监测，如土壤涉及挥发性有机物污染还需定期检测气体收集单元和气体处理单元尾气。
4.8国外应用情况
污染土壤异位洗脱修复技术在在加拿大、美国、欧洲及日本等已有较多的应用案例，目前已应用于石油烃类、农药类、POPs类、重金属等多种污染场地。国外典型应用案例如表4-1所示。
表4-1异位土壤洗脱技术应用案例
场地名称 |
目标污染物 |
规模 |
效果 |
美国新泽西州king of Prussia超级基金场地 |
Cr、Cu、Ni |
19200吨 |
>90%重金属经物理分离后去除 |
加拿大蒙特利尔市的7块棕地 |
Cu、Pb、Zn |
22300吨 |
-- |
美国加州Santa Maria某场地 |
石油、PCBs、PAHs |
30-65吨/小时 |
石油烃去除率99% |
拿大蒙特利尔LonguePointe |
Pb |
150000吨 |
93% |
4.9国内应用分析
1. 国内应用情况
我国在上世纪90年代就开始异位土壤洗脱修复技术的研究，目前已有工程应用案例。
2. 国内案例介绍
1) 项目背景：项目位于某有机氯农药厂内，该农药企业有40多年的生产历史，2000年关闭，后该地块规划为城市建设用地。
2) 工程规模：1000m3
3) 主要污染物及污染程度：主要污染物为六六六和滴滴涕；经检测分析杂填层六六六初始浓度为4.52-46.4 mg/kg，滴滴涕初始浓度为9.81-33.2 mg/kg。
4) 污染物及土壤理化特征：六六六和滴滴涕属于有机氯农药，疏水性强，溶解度低，在环境中持久存在，难于通过生物和化学方式降解。项目处理土壤主要为杂填层，其碎石、石砾等粗粒（2-10 mm)含量在58%左右，砂粒（0.3-2 mm)含量接近25%，细粒（小于0.3 mm)在17%左右。
5) 技术选择：综合以上污染物特性、污染物浓度、土壤特征，选择异位土壤洗脱技术对场地杂填土进行处理。
6) 工艺流程和关键设备：
① 采用挖掘机将土壤从污染区域转运至原土堆放区。
② 采用挖掘破碎机对原土进行初级破碎后，转运至进料土堆放区，进行二次粉碎筛分后，装载至进料仓中。
③ 通过输送带输入至湿法振动筛分设备，对污染土进行分级，将物料按粒径分为大于10mm的粗料，2-10mm的砂砾以及小于2mm的细粒。
④ 通过皮带输送带，使粗料进入滚筒洗石机，在滚筒洗石机内通过水流的冲刷、物料与滚筒内壁、物料之间的摩擦作用，粗料表面的粘粒经过滤孔进入集水箱，排放至细粒暂存池内，而清洗干净的粗料则输送到粗料堆放区。
⑤ 通过皮带输送带将砂砾进入螺旋洗砂机，通过冲刷和摩擦作用，表面粘粒通过后端溢流口进入粘粒暂存池，清洗干净的砂砾则通过螺旋推送及皮带传输到砂砾堆放区。
⑥ 振动筛分后的细粒泥浆通过滑槽进入到泥浆暂存池。
⑦ 暂存池中泥浆通过管道输入高频振动筛，对泥浆进行二次筛分处理，进一步将细粒进行减量化，大于0.3mm的细砂进入螺旋洗砂机处理，小于0.3mm的粘粒泥浆通过管道输送到增效洗脱装置。
⑧ 通过加药系统向洗脱装置中加入增效剂后，开启搅拌装置进行增效洗脱处理。
⑨ 停止搅拌，静置2小时或更长时间，粘粒和洗脱液自然分层后，上清液通过分层排放管道进入洗脱液存放箱进行循环使用；下部粘粒则通过洗脱罐底部管道输送到泥水分离系统。
⑩ 粘粒与絮凝剂分别经过管道输送，并在混合器内充分混合后，输送到泥水分离单元，分离后的粘粒进入粘粒收集箱，洗脱废水进入废水收集箱。废水经过多级物化处理后，去除有毒有害物质，最后进入回用水箱。增效剂大部分留在溶液中，可回用到增效洗脱系统。
7) 主要工艺及设备参数：
8) 增效洗脱土壤修复系统总体处理能力：50吨/天（t/d)。筛分系统设计处理能力10吨/小时。增效洗脱装置单体容积12 m3。增效洗脱液固比为3:1至4:1，洗脱时间2小时，增效剂为非离子表面活性剂。
9) 成本分析：
系统设备运行成本约300元/m3土，运行过程中能耗为系统设备的电耗，约为36 kWh/m3土；主要物耗为增效剂表面活性剂和废水处理药剂、絮凝剂等，成本约为240元/m3土。
10) 修复效果：
经过水洗和增效洗脱处理后，总体上物料的六六六去除率为88.5%，滴滴涕去除率为85.8%，达到了去除率85%以上修复目标要求，通过了工程项目验收。
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