CN112933722A - 一种上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备和洗脱方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备及洗脱方法，所述旋流洗脱成套设备包括水循环单元、粒径分离单元、上行式洗脱单元和液相后处理单元，待处理的土壤或污泥在粒径分离单元的搅拌罐内和水混合并通过过滤盘粒径分级，粒径分级后的泥浆混合物通入上行式洗脱单元的管式涡流洗涤器，在涡流场作用下深度脱附，接着进入旋流分离结构进一步深度脱附并固液分离，旋流分离后的固体颗粒实现土壤或污泥的洗脱净化，液相进入液相后处理单元分离重金属离子或油相并循环利用其中的水相。所述设备及方法实现了污染物粒径分级，固体颗粒洗脱分离，油水高效分离和重金属离子去除目的，具有运行稳定，洗脱效率高，适应性广等优点。

Description

一种上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备和洗脱方法

技术领域

本发明属于固体颗粒污染物洗脱技术领域，具体涉及一种上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备和洗脱方法。

背景技术

随着工业化的发展和城市化的推进，石油、化工、冶炼、矿山等场地土壤以及河流底泥污染物对人类健康和生态安全的影响日益加剧。因此，对于受污染的场地土壤和河流底泥的除油和降低重金属污染物浓度成为了国际社会的焦点。如果这些体积庞大的污染物不加以处理就直接进行排放，不但占用大量的土地，而且周围的土壤、水体、空气等环境都会受到污染。尤其针对场地土壤污染的隐蔽性、不可逆性和长期性等特点，长期以来都是社会讨论的热点和难点问题。

土壤体系中存在气、液、固三相物质的动态平衡，相关研究表明：土壤中污染物的含量与土壤的颗粒粒径分布之间呈负相关，即颗粒的粒径越小，污染的程度越高。污染物主要被粉质颗粒、黏土颗粒和腐殖质等细颗粒的土壤吸附，这些细小的颗粒又会附着在粗砂粒与碎石颗粒表面上。其中，粒径为2～4mm的大粒径土壤颗粒污染程度比较低，粒径为0.076～2mm的中间粒径的土壤颗粒污染浓度较高，洗脱较为容易；而粒径小于0.076mm的细颗粒污染浓度相当高，洗脱难度显著提升。

目前，污染场地的修复技术有化学法、物理法和生物法等，包括物理分离、翻土与客土、气提、固化稳定化、热解析、化学氧化、化学还原、化学改良、化学淋洗/洗脱、溶剂浸提、电动修复、动物修复、植物修复和微生物修复等技术。其中多种修复技术的集成较为少见，且传统的修复技术存在能耗高、成本高、修复效果差、环境二次污染等问题。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明提供了一种上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备和洗脱方法，采用旋流洗脱技术处理污染的固体颗粒，并提供成套设备和洗脱方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备，所述旋流洗脱成套设备包括水循环单元、粒径分离单元、上行式洗脱单元和液相后处理单元，其中：

所述水循环单元包括储水罐和与所述储水罐通过管道连接的离心泵，用于将所述储水罐内的水打入所述粒径分离单元中。

所述粒径分离单元包括搅拌罐，所述搅拌罐的顶端设有物料进口和与所述离心泵通过管道连通的水相进口，分别用于待处理的土壤或污泥和水相的进料；所述搅拌罐的内部上方安装搅拌装置，用于混合搅拌加入所述搅拌罐内的水和待处理的土壤或污泥形成泥浆混合物；所述搅拌装置下方设置过滤盘，所述搅拌罐的壁面与所述过滤盘的连接处的上端向外设置大颗粒排出口，用于排出粒径分级后的大粒径固体颗粒；所述搅拌罐底端设有物料出口，所述物料出口通过管道连接一泥浆泵，用于将通过粒径分离后的泥浆混合物通入所述上行式洗脱单元。

所述上行式洗脱单元包括洗脱装置，所述洗脱装置的底部设有泥浆混合物进口，所述泥浆混合物进口与所述泥浆泵通过管道连通；所述洗脱装置的内部下方设置一层或多层涡流洗涤结构，所述涡流洗涤结构包括若干并联的管式涡流洗涤器；所述涡流洗涤结构的上方设置旋流分离结构，所述旋流分离结构包括导流结构和若干并联的旋流分离器；与所述旋流分离结构位置对应的所述洗脱装置的侧壁上设置固体排出口，所述洗脱装置的顶部设置液相排出口，分别用于排放旋流固液分离后的固体颗粒和液相。

所述液相后处理单元包括废液处理结构和油水分离结构，分别用于处理回收旋流分离后的含有重金属离子的废液和油水混合物并循环利用水相。

本发明进一步设置为，所述洗脱装置内包括两层涡流洗涤结构，即所述洗脱装置内由下至上依次为第一级、第二级涡流洗涤结构。

本发明进一步设置为，所述管式涡流洗涤器包括由下至上连接的涡流发生段和文丘里强化段，所述涡流发生段包括位于轴心的支撑杆和围绕所述支撑杆设置的螺旋叶片，所述螺旋叶片包括由下至上连接的右旋叶片和左旋叶片；所述文丘里强化段包括由下至上依次连接的收缩段、喉管段和扩散段。

本发明进一步设置为，所述文丘里强化段占所述管式涡流洗涤器总长的2/3；所述螺旋叶片的螺旋角α在30°-60°之间。

本发明进一步设置为，所述管式涡流洗涤器的上下两端由支撑板支撑固定，所述支撑板与所述洗脱装置的内壁连接固定且支撑板上设有若干与所述管式涡流洗涤器位置一一对应的第一通孔，所述管式涡流洗涤器的上下两端与所述第一通孔的侧壁连接从而实现固定。

本发明进一步设置为，所述旋流分离结构的导流结构包括从下至上依次连接于一体的导流锥筒段、导流圆筒段和导流分散段，所述导流锥筒段从下至上内径渐缩且下边缘与所述洗脱装置的内壁连接，所述导流分散段为与所述洗脱装置内壁连接的扁圆柱状结构。

本发明进一步设置为，所述旋流分离器包括位于所述旋流分离器侧壁的旋流入口、位于所述旋流分离器顶端的用于液相排出的溢流口和位于所述旋流分离器底端的用于固相排出的底流口；所述旋流分离器穿过所述导流分散段设置，旋流入口与所述导流分散段连通，所述底流口位于所述导流分散段下方，所述溢流口位于所述导流分散段上方。

本发明进一步设置为，所述过滤盘倾斜设置于所述搅拌罐内，其外缘与搅拌罐的内壁连接固定，所述过滤盘与搅拌罐的水平夹角为30°；所述大颗粒排出口位于所述过滤盘与所述搅拌罐最低点连接处的壁面的上端。

本发明进一步设置为，所述过滤盘设置若干沿所述过滤盘圆周分布的过滤孔，所述过滤孔的直径为20mm。

本发明进一步设置为，所述搅拌罐内位于所述过滤盘下方设置可上下升降运动且倾斜安装的斜式凸盘，所述斜式凸盘的倾斜角度与所述过滤盘相同，所述斜式凸盘由安装于搅拌罐外壁上的第二电机驱动；所述斜式凸盘为中心设有圆形通孔的圆形盘状结构，所述圆形通孔用于粒径分离后的泥浆混合物的通道，所述斜式凸盘上方设置与所述过滤盘上过滤孔的位置一一对应的柱形凸筋，用于过滤孔被固体颗粒堵塞时，通过第二电机控制所述斜式凸盘向上运动，所述柱形凸筋伸入所述过滤孔中，清除过滤孔中的堵塞物并通过所述大颗粒排出口排出。

本发明进一步设置为，所述洗脱装置的侧壁上设有观察孔，便于观察所述上行式洗脱单元的安全运行状况。

本发明进一步设置为，所述液相后处理单元的废液处理结构为废液处理池，所述废液处理池的侧壁设有废液进口和第一水相出口，所述废液处理池的底部设有重金属沉积排出口，所述废液进口与所述洗脱装置的液相排出口连通，所述第一水相出口与所述储水罐的顶部连通；所述油水分离结构为紧凑型气浮，所述紧凑型气浮的侧壁上设有油水混合物进口，顶部设有油相出口，底端设有第二水相出口，所述油水混合物进口与所述洗脱装置的液相排出口连通，所述第二水相出口与所述储水罐的顶部连通。

本发明还提供了一种利用所述洗脱成套设备洗脱固体颗粒的方法，所述方法包括以下步骤：

(1)水和待处理的土壤或污泥进入所述搅拌罐内经搅拌形成泥浆混合物，通过所述过滤盘粒径分级；

(2)通过所述过滤盘分级的泥浆混合物进入所述洗脱装置，通过所述管式涡流洗涤器的涡流场深度洗脱泥浆混合物中的固体颗粒；

(3)涡流洗脱后的泥浆混合物经所述导流结构进入所述旋流分离器中进一步深度洗脱并固液分离，洗脱分离后的固体颗粒经洗脱装置的固体排出口排出，液相经所述液相排出口排出；

(4)所述洗脱分离后的液相为重金属废液时，通过所述废液处理结构分离重金属并循环水相；为油水混合物时，通过所述油水分离结构回收油相并循环水相。

本发明进一步设置为，进入所述搅拌罐的水和待处理的土壤或污泥的进料体积比为5:1-20:1，所述旋流洗脱成套设备的水和待处理的土壤或污泥的进料总处理量为10-25m³/h。

本发明进一步设置为，所述洗脱装置的涡流洗涤结构与所述旋流分离结构间的侧壁上设有一侧线出口，所述侧线出口与所述泥浆泵的入口连通，所述步骤(2)中经涡流洗涤结构洗脱后的泥浆混合物从所述侧线出口抽出通入所述泥浆泵的入口，使得泥浆混合物经所述涡流洗涤结构重复洗脱并重复洗脱三次后进行步骤(3)。

本发明的有益效果在于：

本发明所提供的上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备及洗脱方法，实现了污染物粒径分级，固体颗粒洗脱分离，油水高效分离和重金属离子去除目的，具有运行稳定，洗脱效率高，适应性广等优点。具体而言，

(1)本发明通过并联的管式涡流洗涤器和并联的旋流分离器对固体颗粒进行洗脱，通过利用管式涡流洗涤器的螺旋叶片的不同旋向，在叶片产生的涡流调控下，固体颗粒绕洗涤器的轴心作顺时针、逆时针交替的扰动，能够强化传质，增强脱附效果；利用文丘里强化段的水力空化现象引起的湍流效应、微扰效应、界面效应和聚能效应，进而减薄边界层，提高微孔扩散，增大传质面积，从整体上强化了污染物脱附过程的传质效率和深度，实现高效洗脱；利用固体颗粒在旋流分离器中自转或公转运动产生的离心力克服污染物的吸附力，实现固体颗粒进一步的深度洗脱并固液分离。

(2)搅拌罐中的搅拌装置能够增强泥浆混合物的扰动强度，并利用过滤盘的过滤孔对固体颗粒物进行粒径分级；通过启动第二电机控制斜式凸盘升降，利用柱形凸筋对堵塞的过滤孔破堵，实现装置的安全运行。

(3)洗脱分离后的液相经所述废液处理池和紧凑型气浮，实现废液中重金属离子的高效去除和油水的高效分离，并循环利用所述洗脱成套设备的水相。

附图说明

图1为本发明所涉及的上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备的结构示意图；

图2为本发明所涉及的搅拌罐的结构示意图；

图3为本发明所涉及的过滤盘的俯视图；

图4为本发明所涉及的斜式凸盘的俯视图；

图5为本发明所涉及的洗脱装置的结构示意图；

图6为本发明所涉及的旋流分离器的结构示意图；

图7为本发明所涉及的管式涡流洗涤器的结构示意图；

图8为本发明所涉及的管式涡流洗涤器的螺旋叶片的结构示意图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。应理解，以下实施例仅用于对本发明作进一步说明，不应理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据本发明的内容作出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本发明主要针对被石油烃污染的土壤和被重金属离子污染的污泥，土壤和污泥作为多孔颗粒，石油烃和重金属离子在其中的分布形态不尽相同，脱附的难易程度也不同。以被石油烃污染的土壤为例，根据含油颗粒介质中的微界面形态不同，含油多孔颗粒中的油相划分为游离油、表面油、毛细油和孔隙油。按照脱附的难易程度由易到难依次为游离油、毛细油、表面油、孔隙油。

本发明首先对被石油烃污染的土壤或被重金属离子污染的污泥进行粒径分级，将污染程度较低且无需旋流洗脱的大粒径的固体颗粒分离排出；小粒径固体颗粒通过管式涡流洗涤器，在涡流场作用下深度脱附，接着通过旋流分离器，让固体颗粒在旋流场中通过自转或公转运动产生足够大的离心力克服颗粒上油滴或重金属离子的吸附力，从而实现小粒径土壤和污泥进一步的深度洗脱并固液分离；旋流分离后的固体颗粒即实现了土壤的除油或污泥中重金属含量的降低，满足了土壤或污泥的排放标准；旋流分离后的液相为油水混合物或含有重金属离子的废液，进一步对其油水分离实现油相的回收和水相的循环利用或通过高效淋洗剂去除废液中的重金属离子，实现重金属离子的脱除和水相的循环利用。

实施例1

图1显示了本发明的一种上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备的示意图。由图1所示，所述旋流洗脱成套设备包括水循环单元1、粒径分离单元2、上行式洗脱单元3和液相后处理单元4，其中：

所述水循环单元1包括储水罐11和与所述储水罐11通过管道连接的离心泵12，用于将所述储水罐11内的水打入所述粒径分离单元2中。

所述粒径分离单元2包括搅拌罐21，所述搅拌罐21的顶端设有物料进口23和与所述离心泵12通过管道连通的水相进口22，分别用于待处理的土壤或污泥和水相的进料；所述搅拌罐21的内部上方安装搅拌装置24，用于搅拌混合加入所述搅拌罐21内的水和待处理的土壤或污泥形成泥浆混合物；所述搅拌装置24下方设置过滤盘26，所述搅拌罐21的壁面与所述过滤盘26的连接处的上端向外设置大颗粒排出口27，搅拌后的泥浆混合物通过所述过滤盘26粒径分级，大粒径的固体颗粒通过所述大颗粒排出口27排出；所述搅拌罐21底端设有物料出口28，所述物料出口28通过管道连接一泥浆泵29，用于将通过粒径分离后的泥浆混合物通入所述上行式洗脱单元3。

所述上行式洗脱单元3包括洗脱装置31，所述洗脱装置31的底部设有泥浆混合物进口32，所述泥浆混合物进口32与所述泥浆泵29通过管道连通；所述洗脱装置31的内部下方设置一层或多层涡流洗涤结构33，所述涡流洗涤结构33包括若干并联的管式涡流洗涤器331；所述涡流洗涤结构33的上方设置用于进一步深度洗脱泥浆混合物中固体颗粒并固液分离的旋流分离结构34，所述旋流分离结构34包括导流结构341和若干并联的旋流分离器342；与所述旋流分离结构34位置对应的所述洗脱装置31的侧壁上设置固体排出口35，所述洗脱装置31的顶部设置液相排出口36，分别用于排放旋流固液分离后的固体颗粒和液相。

所述液相后处理单元4包括废液处理结构41和油水分离结构42，分别用于处理回收旋流分离后的含有重金属离子的废液和油水混合物并循环利用水相。

进一步的，如图2所示，所述搅拌装置24包括搅拌叶241，由安装于所述搅拌罐21顶端中心的第一电机25驱动，启动所述第一电机25带动所述搅拌叶241转动，搅拌混合水和待处理的土壤或污泥。

进一步的，所述过滤盘26倾斜设置于所述搅拌罐21内，其外缘与搅拌罐21的内壁连接固定，所述过滤盘26与搅拌罐21的水平夹角为30°，所述大颗粒排出口27位于所述过滤盘26与所述搅拌罐21最低点连接处的壁面的上端，使得粒径分级无法通过所述过滤盘26的大粒径的固体颗粒在重力作用下运动至所述大颗粒排出口27向外排出。

进一步的，如图3所示，所述过滤盘26设置若干沿所述过滤盘26圆周分布的过滤孔261，所述过滤孔261的直径优选为20mm。

进一步的，如图2所示，所述搅拌罐21内位于所述过滤盘26下方设置可上下升降运动且倾斜安装的斜式凸盘262，该斜式凸盘262的倾斜角度与所述过滤盘26相同，即两者相互平行；所述斜式凸盘262由安装于搅拌罐21外壁上的第二电机263驱动，控制所述斜式凸盘262的上下升降运动；结合图4，所述斜式凸盘262为中心设有圆形通孔264的圆形盘状结构，所述斜式凸盘262上方设置与所述过滤盘26上过滤孔261的位置一一对应的柱形凸筋265，所述圆形通孔264用于作为经所述过滤盘26粒径分离后的泥浆混合物的通道口；所述第二电机263还配置有流量感应器(图中未示出)和控制器(图中未示出)，所述流量感应器设置于所述斜式凸盘262下方，所述控制器设置于所述搅拌罐21的外壁，且所述控制器与所述第二电机263和流量感应器可通信的连接。所述流量感应器检测通过所述圆形通孔264的流量信号，并将所述流量信号反馈给控制器，控制器根据流量信号判断所述过滤孔261是否堵塞，当过滤孔261堵塞时，控制器启动所述第二电机263带动所述斜式凸盘262向上运动，所述柱形凸筋265伸入过滤孔261中，清除过滤孔261中的堵塞物并通过所述大颗粒排出口27排出。

进一步的，所述流量感应器位于所述斜式凸盘262底部，且沿着所述圆形通孔264的边缘安装。

优选的，柱形凸筋265的直径为1.5mm。

优选的，如图5所示，所述洗脱装置31内包括两层涡流洗涤结构33，即所述洗脱装置31内由下至上依次为第一级、第二级涡流洗涤结构33。

进一步的，所述管式涡流洗涤器331的上下两端由支撑板332支撑固定，所述支撑板332与所述洗脱装置31的内壁连接固定且支撑板332上设有若干与所述管式涡流洗涤器331位置一一对应的第一通孔(图中未示出)，所述管式涡流洗涤器331的上下两端与所述第一通孔的侧壁连接从而实现固定。从所述泥浆混合物进口32通入的泥浆混合物通过所述管式涡流洗涤器331，在涡流场作用下深度脱附，洗涤泥浆混合物中的固体颗粒。

进一步的，所述旋流分离结构34的导流结构341包括从下至上依次连接于一体的导流锥筒段343、导流圆筒段344和导流分散段345，所述导流锥筒段343从下至上内径渐缩且下边缘与所述洗脱装置31的内壁连接，所述导流分散段345为与所述洗脱装置31内壁连接的扁圆柱状结构，通过所述涡流洗涤结构33的泥浆混合物经所述导流锥筒段343和导流圆筒段344后均布分散于所述导流分散段345内。

进一步的，如图6所示，所述旋流分离器342包括位于所述旋流分离器342侧壁的旋流入口346、位于所述旋流分离器342顶端的用于液相排出的溢流口347和位于所述旋流分离器342底端的用于固相排出的底流口348。回到图5，所述旋流分离器342穿过所述导流分散段345设置，旋流入口346与所述导流分散段345连通，导流分散段345内的泥浆混合物经所述旋流入口346切向进入所述旋流分离器342，固体颗粒在旋流场中通过自转或公转产生足够大的离心力克服颗粒上油滴或液滴的吸附力，实现小粒径土壤和污泥进一步的深度洗脱并固液分离。所述底流口348位于所述导流分散段345下方，经固液旋流分离的固体颗粒从所述底流口348排出后经所述固体排出口35排放，实现土壤或污泥的洗脱净化；所述溢流口347位于所述导流分散段345上方，经固液旋流分离的液相，即油水混合物或重金属废液从溢流口347排出后经所述液相排出口36通往所述液相后处理单元4。

进一步的，如图7和图8所示，所述管式涡流洗涤器331包括由下至上连接的涡流发生段333和文丘里强化段334，所述涡流发生段333包括位于轴心的支撑杆330和围绕所述支撑杆330设置的螺旋叶片，所述螺旋叶片包括由下至上连接的右旋叶片335和左旋叶片336。泥浆混合物进入所述管式涡流洗涤器331的涡流发生段333，在螺旋叶片作用下产生涡流场，增强流体流动与扰动强度，促进颗粒摩擦碰撞，根据螺旋叶片的不同旋向，固体颗粒围绕轴心作顺时针、逆时针交替扰动，强化传质，增强脱附效果。所述文丘里强化段334包括由下至上依次连接的收缩段337、喉管段338和扩散段339，所述喉管段338具有水力空化作用，即液体内局部压力降低，液体内部或液固交界面上蒸汽或气体空穴的形成、发展和溃灭过程。产生的空化气泡溃灭时产生局部热点，引起湍流效应、微扰效应、界面效应和聚能效应，进而减薄边界层，提高微孔扩散，增大传质面积，从整体上强化了污染物脱附过程的传质效率和深度，实现高效洗脱目的。

进一步的，所述螺旋叶片的螺旋角α，即螺旋叶片的螺旋切线与水平线的夹角，在30°-60°之间。

进一步的，所述文丘里强化段334占所述管式涡流洗涤器331总长的2/3。

进一步的，回到图5，所述洗脱装置31的侧壁上设有观察孔37，便于观察所述上行式洗脱单元3的安全运行状况。优选的，所述观察孔37的数量为3个。

进一步的，所述洗脱装置31的公称直径为600mm；所述洗脱装置31的容器切线长度，即所述洗脱装置31除去封头部分的容器高度为1800mm。

回到图1，所述液相后处理单元4的废液处理结构41为废液处理池，所述废液处理池41的侧壁上设有废液进口411和第一水相出口412，所述废液处理池41的底部设有重金属沉积排出口413，所述废液进口411与所述洗脱装置31的液相排出口36通过管道连通，所述第一水相出口412通过管道与所述储水罐11的顶部连通，当处理的物料为重金属污染的污泥时，液相排出口36排出的重金属废液通过废液进口411进入所述废液处理池41，添加高效淋洗剂处理所述重金属废液，使得重金属离子沉淀于所述废液处理池41底部，从所述重金属沉积排出口413排出，经处理后的水相从所述第一水相出口412排出流入所述储水罐11实现水在系统中的循环利用。所述油水分离结构42为紧凑型气浮，所述紧凑型气浮42的侧壁上设有油水混合物进口421，顶部设有油相出口422，底端设有第二水相出口423，所述油水混合物进口421与所述洗脱装置31的液相排出口36通过管道连通，所述第二水相出口423通过管道与所述储水罐11的顶部连通，当处理的物料为石油烃污染的土壤时，液相排出口36排出的油水混合物通过所述油水混合物进口421进入所述紧凑型气浮42，在气浮作用下实现油水分离，油相从所述油相出口422排出回收，水相从所述第二水相出口423排出流入所述储水罐11实现水在系统中的循环利用。所述紧凑型气浮42可采用现有技术，如CN201510244380.8公开的一种水平气浮耦合波纹板除油装置。

利用上述上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备洗脱被石油烃污染的土壤或重金属污染的污泥的方法，可以概括如下：待处理的土壤或污泥和水在搅拌罐内混合并粒径分级，大粒径固体颗粒排出后的泥浆混合物通入洗脱装置的管式涡流结构，在涡流场作用下深度脱附，接着进入旋流分离结构，进一步深度脱附并固液分离，旋流分离后的固体颗粒实现土壤或污泥的洗脱净化，液相进入废液处理结构或油水分离结构，回收液相中的重金属离子或油相并循环利用其中的水相。具体而言，包括如下步骤：

(1)所述储水罐11内的水通过离心泵12经水相进口22进入所述搅拌罐21内，待处理的土壤或污泥经物料进口23进入所述搅拌罐21内，待处理的土壤或污泥和水经搅拌装置24搅拌形成泥浆混合物，并通过所述过滤盘26粒径分级，大粒径的固体颗粒通过所述大颗粒排出口27排出，通过过滤盘26的泥浆混合物从所述物料出口28流出并通过所述泥浆泵29通入所述上行式洗脱单元3；

(2)泥浆混合物通过所述泥浆泵29经所述泥浆混合物进口32进入所述洗脱装置31，泥浆混合物进入所述涡流洗涤结构33，通过所述管式涡流洗涤器331的涡流场深度洗脱泥浆混合物中的固体颗粒；

(3)经所述涡流洗涤结构33洗脱的泥浆混合物经所述导流结构341进入所述旋流分离器342中进一步深度洗脱并固液分离，洗脱后的固体颗粒经所述固体排出口35排出，洗脱后分离的液相经所述液相排出口36排出；

(4)所述液相排出口36排出的液相为重金属废液时，通过所述废液处理池41分离重金属并循环水相；所述液相排出口36排出的液相为油水混合物时，通过所述紧凑型气浮42回收油相并循环水相。

进一步的，进入所述搅拌罐21的水和待处理的土壤或污泥的进料体积比为5:1-20:1，所述旋流洗脱成套设备的水和待处理的土壤或污泥的进料总处理量为10-25m³/h。

进一步的，所述洗脱装置31的涡流洗涤结构33与所述旋流分离结构34间的侧壁上设有一侧线出口38，所述侧线出口38通过管道与所述泥浆泵29的入口连通。所述步骤(2)中经涡流洗涤结构33洗脱后的泥浆混合物从所述侧线出口38抽出通入所述泥浆泵29的入口，使得泥浆混合物经所述涡流洗涤结构33重复洗脱并重复洗脱三次后进行步骤(3)。

进一步的，所述洗脱装置31的压力降不大于0.26MPa。

进一步的，所述管式涡流洗涤器331的喉管段338空化效应时产生空化气泡的直径为10-20μm。

进一步的，所述上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备的连续运行周期不低于5年。

实施例2

采用实施例1的上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备洗脱被石油烃污染的土壤，所述土壤中含油率为9％，进入搅拌罐的水和待处理的土壤的进料体积比为10:1，水和待处理的土壤的进料总处理量为25m³/h。

经所述上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备洗脱处理后经所述固体排出口排出固体颗粒的含油率为0.4％，满足土壤的排放标准。且所述液相排出口排出的油水混合物经油水分离后循环利用的水相中油含量不大于10ppm。

实施例3

采用实施例1的上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备洗脱被石油烃污染的土壤，所述土壤中含油率为12％，进入搅拌罐的水和待处理的土壤的进料体积比为20:1，水和待处理的土壤的进料总处理量为10m³/h。

经所述上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备洗脱处理后经所述固体排出口排出固体颗粒的含油率为0.25％，满足土壤的排放标准。且所述液相排出口排出的油水混合物经油水分离后循环利用的水相中油含量不大于10ppm。

实施例4

采用实施例1的上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备洗脱被重金属离子污染的污泥，所述污泥中As、Cd、Sb和Pb的含量分别为19367mg/kg、277mg/kg、3990mg/kg和2572mg/kg，进入搅拌罐的水和待处理的污泥的进料体积比为5:1，水和待处理的污泥的进料总处理量为25m³/h。

经所述上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备洗脱处理后经所述固体排出口排出固体颗粒中As、Cd、Sb和Pb的含量分别为70mg/kg、20mg/kg、60mg/kg和600mg/kg，满足污泥的排放标准。且所述液相排出口排出的重金属废液经所述废液处理结构处理后循环利用的水相中As、Cd、Sb和Pb的含量分别低于60mg/kg、15mg/kg、45mg/kg和550mg/kg。

实施例5

采用实施例1的上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备洗脱被重金属离子污染的污泥，所述污泥中As、Cd、Sb和Pb的含量分别为13850mg/kg、198mg/kg、2972mg/kg和2150mg/kg，进入搅拌罐的水和待处理的污泥的进料体积比为10:1，水和待处理的污泥的进料总处理量为10m³/h。

经所述上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备洗脱处理后经所述固体排出口排出固体颗粒中As、Cd、Sb和Pb的含量分别为50mg/kg、15mg/kg、45mg/kg和500mg/kg，满足污泥的排放标准。且所述液相排出口排出的重金属废液经所述废液处理结构处理后循环利用的水相中As、Cd、Sb和Pb的含量分别低于42mg/kg、10mg/kg、35mg/kg和460mg/kg。

Claims (15)

1.一种上行式固体颗粒旋流洗脱成套设备，其特征在于，所述旋流洗脱成套设备包括水循环单元、粒径分离单元、上行式洗脱单元和液相后处理单元，其中：

所述水循环单元包括储水罐和与所述储水罐通过管道连接的离心泵，用于将所述储水罐内的水打入所述粒径分离单元中；

所述粒径分离单元包括搅拌罐，所述搅拌罐的顶端设有物料进口和与所述离心泵通过管道连通的水相进口，分别用于待处理的土壤或污泥和水相的进料；所述搅拌罐的内部上方安装搅拌装置，用于混合搅拌加入所述搅拌罐内的水和待处理的土壤或污泥形成泥浆混合物；所述搅拌装置下方设置过滤盘，所述搅拌罐的壁面与所述过滤盘的连接处的上端向外设置大颗粒排出口，用于排出粒径分级后的大粒径固体颗粒；所述搅拌罐底端设有物料出口，所述物料出口通过管道连接一泥浆泵，用于将通过粒径分离后的泥浆混合物通入所述上行式洗脱单元；

所述上行式洗脱单元包括洗脱装置，所述洗脱装置的底部设有泥浆混合物进口，所述泥浆混合物进口与所述泥浆泵通过管道连通；所述洗脱装置的内部下方设置一层或多层涡流洗涤结构，所述涡流洗涤结构包括若干并联的管式涡流洗涤器；所述涡流洗涤结构的上方设置旋流分离结构，所述旋流分离结构包括导流结构和若干并联的旋流分离器；与所述旋流分离结构位置对应的所述洗脱装置的侧壁上设置固体排出口，所述洗脱装置的顶部设置液相排出口，分别用于排放旋流固液分离后的固体颗粒和液相；

所述液相后处理单元包括废液处理结构和油水分离结构，分别用于处理回收旋流分离后的含有重金属离子的废液和油水混合物并循环利用水相。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述洗脱装置内包括两层涡流洗涤结构，即所述洗脱装置内由下至上依次为第一级、第二级涡流洗涤结构。

3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述管式涡流洗涤器包括由下至上连接的涡流发生段和文丘里强化段，所述涡流发生段包括位于轴心的支撑杆和围绕所述支撑杆设置的螺旋叶片，所述螺旋叶片包括由下至上连接的右旋叶片和左旋叶片；所述文丘里强化段包括由下至上依次连接的收缩段、喉管段和扩散段。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述文丘里强化段占所述管式涡流洗涤器总长的2/3；所述螺旋叶片的螺旋角α在30°-60°之间。

5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述管式涡流洗涤器的上下两端由支撑板支撑固定，所述支撑板与所述洗脱装置的内壁连接固定且支撑板上设有若干与所述管式涡流洗涤器位置一一对应的第一通孔，所述管式涡流洗涤器的上下两端与所述第一通孔的侧壁连接从而实现固定。

6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述旋流分离结构的导流结构包括从下至上依次连接于一体的导流锥筒段、导流圆筒段和导流分散段，所述导流锥筒段从下至上内径渐缩且下边缘与所述洗脱装置的内壁连接，所述导流分散段为与所述洗脱装置内壁连接的扁圆柱状结构。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述旋流分离器包括位于所述旋流分离器侧壁的旋流入口、位于所述旋流分离器顶端的用于液相排出的溢流口和位于所述旋流分离器底端的用于固相排出的底流口；所述旋流分离器穿过所述导流分散段设置，旋流入口与所述导流分散段连通，所述底流口位于所述导流分散段下方，所述溢流口位于所述导流分散段上方。

8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述过滤盘倾斜设置于所述搅拌罐内，其外缘与搅拌罐的内壁连接固定，所述过滤盘与搅拌罐的水平夹角为30°；所述大颗粒排出口位于所述过滤盘与所述搅拌罐最低点连接处的壁面的上端。

9.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述过滤盘设置若干沿所述过滤盘圆周分布的过滤孔，所述过滤孔的直径为20mm。

10.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述搅拌罐内位于所述过滤盘下方设置可上下升降运动且倾斜安装的斜式凸盘，所述斜式凸盘的倾斜角度与所述过滤盘相同，所述斜式凸盘由安装于搅拌罐外壁上的第二电机驱动；所述斜式凸盘为中心设有圆形通孔的圆形盘状结构，所述圆形通孔用于粒径分离后的泥浆混合物的通道，所述斜式凸盘上方设置与所述过滤盘上过滤孔的位置一一对应的柱形凸筋，用于过滤孔被固体颗粒堵塞时，通过第二电机控制所述斜式凸盘向上运动，所述柱形凸筋伸入所述过滤孔中，清除过滤孔中的堵塞物并通过所述大颗粒排出口排出。

11.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述洗脱装置的侧壁上设有观察孔，便于观察所述上行式洗脱单元的安全运行状况。

12.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述液相后处理单元的废液处理结构为废液处理池，所述废液处理池的侧壁设有废液进口和第一水相出口，所述废液处理池的底部设有重金属沉积排出口，所述废液进口与所述洗脱装置的液相排出口连通，所述第一水相出口与所述储水罐的顶部连通；所述油水分离结构为紧凑型气浮，所述紧凑型气浮的侧壁上设有油水混合物进口，顶部设有油相出口，底端设有第二水相出口，所述油水混合物进口与所述洗脱装置的液相排出口连通，所述第二水相出口与所述储水罐的顶部连通。

13.一种利用权利要求1-12中任一项所述的洗脱成套设备洗脱固体颗粒的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)水和待处理的土壤或污泥进入所述搅拌罐内经搅拌形成泥浆混合物，通过所述过滤盘粒径分级；

(2)通过所述过滤盘分级的泥浆混合物进入所述洗脱装置，通过所述管式涡流洗涤器的涡流场深度洗脱泥浆混合物中的固体颗粒；

(3)涡流洗脱后的泥浆混合物经所述导流结构进入所述旋流分离器中进一步深度洗脱并固液分离，洗脱分离后的固体颗粒经洗脱装置的固体排出口排出，液相经所述液相排出口排出；

(4)所述洗脱分离后的液相为重金属废液时，通过所述废液处理结构分离重金属并循环水相；为油水混合物时，通过所述油水分离结构回收油相并循环水相。

14.根据权利要求13所述的洗脱固体颗粒的方法，其特征在于，进入所述搅拌罐的水和待处理的土壤或污泥的进料体积比为5:1-20:1，所述旋流洗脱成套设备的水和待处理的土壤或污泥的进料总处理量为10-25m³/h。

15.根据权利要求13所述的洗脱固体颗粒的方法，其特征在于，所述洗脱装置的涡流洗涤结构与所述旋流分离结构间的侧壁上设有一侧线出口，所述侧线出口与所述泥浆泵的入口连通，所述步骤(2)中经涡流洗涤结构洗脱后的泥浆混合物从所述侧线出口抽出通入所述泥浆泵的入口，使得泥浆混合物经所述涡流洗涤结构重复洗脱并重复洗脱三次后进行步骤(3)。

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