CN106940367A - 一种全自动球体自转式土壤堆腐装置 - Google Patents

一种全自动球体自转式土壤堆腐装置 Download PDF

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Abstract

一种全自动球体自转式土壤堆腐装置，包括发酵罐、喷淋系统、控制系统和间歇式通气系统，发酵罐为球体，转轴与水平线夹角为50度，可顺时针和逆时针交替旋转，罐盖上设置尾气出口，顶部设置喷淋装置，底部设置布气层，布气层与弧形罐底形成供气室，供气室底部设置废液出口；喷淋系统包括恒温水箱、水泵、电磁阀和喷淋装置；控制系统包括接堆体温度湿度传感器和环境温度传感器的PLC模块；间歇式通气系统包括空气泵、储气罐、空气加热器、空气调节模块、电磁阀和空气流量计；本发明罐体体积大，倾斜转轴可利用重力作用实现翻堆，通气均匀，能源消耗少；罐体转动、通气和喷淋可自动控制；堆体温度和湿度实时监控和记录；分层采样保证样品采集均匀。

Description

一种全自动球体自转式土壤堆腐装置
技术领域
本发明属于土壤修复技术领域，涉及实验室用土壤堆腐设备，特别涉及一种全自动球体自转式土壤堆腐装置。
背景技术
随着石油产业的发展，大量原油及其加工品进入土壤。石油污染已经成为石油开采区土壤生态环境保护的一个突出问题。与物理、化学方法相比，生物修复被认为是最经济、高效、环保的修复方法。然而由于污染土壤养分贫乏导致的石油生物降解率低，成为了石油污染土壤生物修复的限制因素。通常，可以通过添加营养物质或外源微生物，来提高修复过程的石油生物降解率。
堆腐化修复技术是利用自然界广泛分布的微生物或外源菌株，通过添加调理剂，有控制地促进有机物快速分解的固相反应过程，是实现石油污染土壤修复的主要途径和有效方式，它结合传统堆肥和生物修复的优点，可以有效克服污染物生物降解率低等缺陷。石油污染土壤堆腐化修复的本质是利用微生物的代谢活动，将石油烃转化为H2O和CO2等无害化物质的过程。在这一过程中，微生物既是石油降解的执行者，又是降解过程的核心动力，影响土壤中微生物活性的环境因子都是制约污染土壤堆腐化修复的关键因素。
目前实验室规模土壤堆腐装置多为圆柱体或立方体，保温效果差，只能在环境温度较高时使用；通气模式采用静态通风或机械(人工)翻堆，静态通风会带走大量热量和水分，不利于微生物繁殖和代谢，影响污染土壤的修复效果，且空气泵连续工作能源消耗大；机械翻堆通常利用内置搅拌装置，成本高，耗能大，且减少了发酵罐有效体积，发酵后物料难清洗，也有采用人工翻堆，不仅费时费工，操作不便，还会导致堆体通气不均匀。此外，多数堆腐装置未考虑堆腐化修复过程中的水分补给问题，通常为人为定期添加，存在补水不定量，堆体湿度不恒定等问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种全自动球体自转式土壤堆腐装置，其体积大，保温保湿效果好，利用重力作用进行翻堆，通气均匀，耗能低，采样均匀，操作简便，自动化程度高。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种全自动球体自转式土壤堆腐装置，包括发酵罐1、喷淋系统、间歇式通气系统和控制系统，其特征在于：
所述发酵罐1由支架4通过转轴3固定，转轴3接发动机5，发动机5与PLC模块22连接，发酵罐1的顶部设置罐盖11和喷淋装置15，罐盖11设置有连通气体收集罐14的尾气出口13，发酵罐1侧壁设置有卸料口7和上、中、下三层采样与传感器接入口6，底部设置有布气层8，布气层8与弧形罐底形成供气室9，供气室9底部设置有废液出口10；
所述喷淋系统包括设置在发酵罐1顶部近转轴3处的喷淋装置15，喷淋装置15接口依次连接液体流量计16、电磁阀一17、水泵18和恒温水箱19；
所述间歇式通气系统设置在发酵罐1外部，与供气室9相通，包括依次设置的气体流量计24、电磁阀二25、空气调节模块26、带有温度保护开关28的空气加热器27、储气罐29和空气泵30；
所述控制系统包括设置在采样与传感器接入口6的堆体温度湿度传感器20和设置在发酵罐1外部的环境温度传感器21，堆体温度湿度传感器20和环境温度传感器21输出连接至连有显示器23的PLC模块22，PLC模块22输出控制信号连接至发动机5、电磁阀一17和电磁阀二25。
所述发酵罐1为球体，转轴3与水平线夹角为50度，发动机5由PLC模块22输出控制发酵罐1顺时针和逆时针交替旋转。
所述发酵罐1为双层不锈钢结构，其保温夹层2厚度大于等于2cm，填充玻璃纤维。
所述布气层8内铺有厚约5cm的玻璃珠，玻璃珠的直径约为5mm，布气层8表面的筛孔为圆形或方形，其直径或边长小于等于1.5mm，开孔率为20-30％。
所述罐盖11上设置罐把12。
所述喷淋系统作为多个发酵罐公用设备。
所述控制系统作为多个发酵罐公用设备。
所述间歇式通气系统作为多个发酵罐公用设备。
所述PLC模块22有包括喷淋时长、喷淋间隔、通气时长、通气间隔和转动间隔、转动速度、转动方向设置在内的间歇式控制系统。
所述空气调节模块26包括装有钠石灰、氢氧化钠和蒸馏水的密封罐。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明发酵罐罐体为球形，空间大，利用本发明进行污染土壤修复试验，批次处理的土壤体积大。
2、本发明设有保温夹层，填充玻璃纤维，堆体保温效果好，利用本发明进行污染土壤修复试验，不受环境温度影响。
3、本发明发酵罐转轴倾斜，旋转后可利用重力作用进行翻堆，减少了机械翻堆所需的能源动力，混匀效果好，且转轴发动机与PLC模块连接，可设置旋转方向、旋转速度和旋转间隔，在满足堆腐化修复过程土壤氧气和水分供给的基础上，最大程度减小堆体热量散失和能源消耗。
4、本发明设有布气层，布气层表面设有筛孔，内铺有玻璃珠，防止土壤颗粒堵塞筛孔，且通气均匀。
5、本发明的喷淋系统中设有恒温水箱，避免水分补给影响堆体温度，系统中的电磁阀与PLC模块连接，可根据湿度传感器输出信号设置喷淋间隔和喷淋时长，并通过液体流量计控制喷淋流速，控制堆体湿度，满足土壤微生物的生长和代谢，保证污染土壤的修复效果。
6、本发明的控制系统可实现堆体温度、湿度和环境温度的实时监控和记录，并绘制成曲线，通过USB接口导出。
7、本发明的间歇式通气系统中设有空气加热器和温度保护开关，可设置通入空气的温度，避免冷空气影响堆体温度，空气调节模块可除去通入空气的二氧化碳，保证尾气中的二氧化碳均为有机污染物降解产生，便于实验数据分析，同时增加进入供气室的空气湿度，避免干燥空气影响堆体湿度。
8、本发明的喷淋系统、控制系统和间歇式通气系统可作为多台发酵罐的公共设备，降低多套发酵罐的总成本。
9、本发明设有上、中、下三层采样口和传感器接入口，可作为堆体温度湿度传感器接入口，取出传感器可作为采样口，实现上、中、下三层温度湿度测定和样品采集，测定数据更可靠，采样更均匀。
10、本发明功能齐全，自动化程度高，操作简便，适用于实验室规模石油污染土壤堆腐化修复研究。
附图说明
图1为本发明实施例的组成示意图。
图2为多个发酵罐共用喷淋系统示意图。
图3为多个发酵罐共用间歇式通气系统示意图。
图4为多个发酵罐共用控制系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明的实施方式。
如图1所示，一种全自动球体自转式土壤堆腐装置，包括发酵罐、喷淋控系统、控制系统和间歇式通气系统。
其中发酵罐1为球体，双层不锈钢结构，保温夹层2厚度大于等于2cm，填充玻璃纤维。发酵罐1由支架4通过转轴3固定，转轴3上的发动机5连接PLC模块22，PLC模块22包含有旋转速度、旋转方向和旋转间隔设置，控制发酵罐1顺时针和逆时针交替旋转。转轴3与水平线夹角为50度，罐体旋转后，罐内堆料可在重力作用下运动，实现翻堆，减少了机械翻堆所需的能源动力。发酵罐1顶部设置罐盖11和喷淋装置15。罐盖11上设置罐把12，方便罐盖的拆卸，罐盖11设置有尾气出口13，尾气出口13与气体收集罐14连接，用于尾气收集和数据分析，可根据土壤中污染物种类连通多个气体收集罐，实现多种气体收集和分析。发酵罐1侧壁设置有上、中、下三层采样与传感器接入口6和卸料口7。采样与传感器接入口6可接入温度湿度传感器，实现堆体分层温度湿度的实时监控与记录，取出传感器可进行样品分层采集。侧壁下方的卸料口7便于堆腐化修复结束后堆料的卸出。发酵罐1底部1设置有布气层8，布气层8内铺有厚约5cm的玻璃珠，其直径约为5mm，表面的筛孔为圆形或方形，其直径或边长小于等于1.5mm，开孔率为20-30％，防止土壤颗粒堵塞筛孔，且通气更加均匀。布气层8与弧形罐底形成供气室9，通入的空气可在供气室9形成缓冲。供气室9底部设置有废液出口10，堆腐化修复过程产生的渗滤液和堆腐结束后清洗发酵罐1产生的废液可通过废液出口10排出。
喷淋系统包括设置在发酵罐1顶部近转轴3处的喷淋装置15，以及与喷淋装置15通过软管依次连接的液体流量计16、电磁阀一17、水泵18和恒温水箱19，可作为多个发酵罐的公共设备。液体流量计16实现喷淋流速控制。电磁阀一17与PLC模块22连接，可根据湿度传感器输出信号设置喷淋间隔和喷淋时长。恒温水箱19可设置水温，避免水分补给影响堆体温度。
间歇式通气系统设置在发酵罐1外部，与供气室9相通，依次为气体流量计24、电磁阀二25、空气调节模块26、带有温度保护开关28的空气加热器27、储气罐29和空气泵30，可作为多个发酵罐的公共设备。空气由空气泵30进入储气罐29，通过空气加热器27给空气加热，温度保护开关28可设置空气的温度，空气调节模块26可除去空气中的二氧化碳，保证尾气中的二氧化碳均为有机污染物降解产生，便于实验数据分析，同时增加进入供气室的空气湿度，避免干燥空气影响堆体湿度，电磁阀二25与PLC模块22连接，实现通气时长和通气间隔的控制，空气流量计24可控制通气流量，实现堆腐化修复条件控制。
控制系统包括堆体温度湿度传感器20、环境温度传感器21，PLC模块22和显示器23，可作为多个发酵罐的公共设备。堆体温度湿度传感器20设置在采样与传感器接入口6，环境温度传感器21设置在发酵罐1外部，其输出连接至的PLC模块22，PLC模块22输出控制信号连接至发动机5、电磁阀一17和25，控制喷淋时长、喷淋间隔、通气时长、通气间隔和转动间隔、转动速度、转动方向。PLC模块22连有显示器23，实现堆体温度、湿度和环境温度实时监控和记录，并绘制曲线，数据可通过USB接口导出。
本发明的工作过程是：
污染土壤与调理剂混合后装入发酵罐1，关闭罐盖11，保温夹层2内填充玻璃纤维，为发酵罐1保温。空气泵30向储气罐29供气，保证储气罐29内有足够的压力，空气加热器27对通入的空气加热，通过温度保护开关28设置加热空气的温度。加热的空气经过空气调节模块26以去除空气中的二氧化碳，同时增加空气湿度。电磁阀二25与PLC模块22连接，PLC模块22包含间歇式通气程序，可设置通气时长和通气间隔。当电磁阀二25打开时，热空气经过气体流量计24进入供气室9，在供气室9形成缓冲，再通过布气层8进入堆体，均匀的为堆体供气。堆腐化修复过程中的堆体温度和环境温度分别通过堆体温度湿度传感器20和环境温度传感器21测定，数据在PLC模块22上记录和分析，在显示器23显示。堆腐化修复过程中的堆体湿度可通过堆体温度湿度传感器20测定，数据连接至连有显示器23的PLC模块22。PLC模块22含有喷淋时长和喷淋间隔设置，输出控制信号连接至电磁阀一17，当电磁阀一17打开时，恒温水箱19中设定温度的水经过水泵18和液体流量计16，进入设置在发酵罐1顶部的喷淋装置，定时给堆体补充水分。堆腐化修复过程进行翻堆时，PLC模块22含有的罐体旋转速度、旋转方向和选装间隔设置，控制罐体定期顺时针和逆时针交替旋转，转轴3与水平有夹角，旋转后罐体内堆料在重力作用下运动，实现翻堆。堆料样品采集时卸下堆体温度湿度传感器20，进行上、中、下三层样品采集。堆腐化修复过程产生的气体从尾气出口13排出，并由气体收集罐14收集，产生的渗滤液聚集在罐底，定期由废液出口10排出。堆腐化修复结束后，堆料从卸料口7卸出，清洗罐的废液通过废液出口10排出。
如图2所示，当喷淋系统作为公共设备时，PLC模块22后连接多个电磁阀一17，可进行不同发酵罐喷淋时长和喷淋间隔的分别控制。
如图3所示，当间歇式通气系统作为公共设备时，PLC模块22后连接多个电磁阀二25，可进行不同发酵罐通气时长和通气间隔的分别控制。
如图4所示，当控制系统作为公共设备时，PLC模块22后连接多个发动机5和堆体温度湿度传感器20，可进行多个发酵罐1的旋转设定和温度湿度监控与记录。

Claims (10)

1.一种全自动球体自转式土壤堆腐装置，包括发酵罐(1)、喷淋系统、间歇式通气系统和控制系统，其特征在于：
所述发酵罐(1)由支架(4)通过转轴(3)固定，转轴(3)接发动机(5)，发动机(5)与PLC模块(22)连接，发酵罐(1)的顶部设置罐盖(11)和喷淋装置(15)，罐盖(11)设置有连通气体收集罐(14)的尾气出口(13)，发酵罐(1)侧壁设置有卸料口(7)和上、中、下三层采样与传感器接入口(6)，底部设置有布气层(8)，布气层(8)与弧形罐底形成供气室(9)，供气室(9)底部设置有废液出口(10)；
所述喷淋系统包括设置在发酵罐(1)顶部近转轴(3)处的喷淋装置(15)，喷淋装置(15)接口依次连接液体流量计(16)、电磁阀一(17)、水泵(18)和恒温水箱(19)；
所述间歇式通气系统设置在发酵罐(1)外部，与供气室(9)相通，包括依次设置的气体流量计(24)、电磁阀二(25)、空气调节模块(26)、带有温度保护开关(28)的空气加热器(27)、储气罐(29)和空气泵(30)；
所述控制系统包括设置在采样与传感器接入口(6)的堆体温度湿度传感器(20)和设置在发酵罐(1)外部的环境温度传感器(21)，堆体温度湿度传感器(20)和环境温度传感器(21)输出连接至连有显示器(23)的PLC模块(22)，PLC模块(22)输出控制信号连接至发动机(5)、电磁阀一(17)和电磁阀二(25)。
2.根据权利要求1所述全自动球体自转式土壤堆腐装置，其特征在于，所述发酵罐(1)为球体，转轴(3)与水平线夹角为50度，发动机(5)由PLC模块(22)输出控制发酵罐(1)顺时针和逆时针交替旋转。
3.根据权利要求1所述全自动球体自转式土壤堆腐装置，其特征在于，所述发酵罐(1)为双层不锈钢结构，其保温夹层(2)厚度大于等于2cm，填充玻璃纤维。
4.根据权利要求1所述全自动球体自转式土壤堆腐装置，其特征在于，所述布气层(8)内铺有厚约5cm的玻璃珠，玻璃珠的直径约为5mm，布气层(8)表面的筛孔为圆形或方形，其直径或边长小于等于1.5mm，开孔率为20-30％。
5.根据权利要求1所述全自动球体自转式土壤堆腐装置，其特征在于，所述罐盖(11)上设置罐把(12)。
6.根据权利要求1所述全自动球体自转式土壤堆腐装置，其特征在于，所述喷淋系统作为多个发酵罐公用设备。
7.根据权利要求1所述全自动球体自转式土壤堆腐装置，其特征在于，所述控制系统作为多个发酵罐公用设备。
8.根据权利要求1所述全自动球体自转式土壤堆腐装置，其特征在于，所述间歇式通气系统作为多个发酵罐公用设备。
9.根据权利要求1至8任一所述全自动球体自转式土壤堆腐装置，其特征在于，所述PLC模块(22)有包括喷淋时长、喷淋间隔、通气时长、通气间隔和转动间隔、转动速度、转动方向设置在内的间歇式控制系统。
10.根据权利要求1所述全自动球体自转式土壤堆腐装置，其特征在于，所述空气调节模块(26)包括装有钠石灰、氢氧化钠和蒸馏水的密封罐。
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