CN210080340U - 一种智能一体化土壤修复设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能一体化土壤修复设备，该设备包括破碎筛分系统、修复材料分步投加系统、液体投加系统、混匀搅拌系统、混匀输送系统、出料系统，破碎筛分系统、修复材料分步投加系统和液体投加系统的输出端均与混匀搅拌系统的输入端相连接，混匀搅拌系统的输出端连接混匀输送系统的输入端，混匀输送系统的输出端连接出料系统；所述混匀搅拌系统包括双轴螺旋搅拌装置，旋转轴上设有螺旋叶片和加压喷头，两根旋转轴与液体投加系统的输出口相连接，双轴螺旋搅拌装置的末端设有与混匀输送系统相连接的混合物料第一出料口。本实用新型能实现重金属污染土壤、固废、污泥等物料的高效固化/稳定化修复，对重金属复合污染土壤具有良好的修复效果。

Description

一种智能一体化土壤修复设备

技术领域

本实用新型属于污染土壤修复技术领域，具体是一种智能一体化土壤修复设备。

背景技术

我国在污染土壤修复技术研发方面比发达国家落后近20年，修复技术、装备及规模化应用上还存在较大差距，关键修复装备严重不足。随着环保产业大力发展，环保装备愈加受到重视。2016年11月29日，国务院发布的《“十三五”国家战略性新兴产业发展规划》中要求全面推进高效节能、先进环保和资源循环利用产业体系建设；促进环保装备产业发展，推动主要污染物监测防治技术装备能力提升，加强先进适用环保技术装备推广应用和集成创新，积极推广应用先进环保产品，促进环境服务业发展，全面提升环保产业发展水平，到2020年，先进环保产业产值规模力争超过2万亿元；围绕水、大气、土壤污染防治，集中突破工业废水、雾霾、土壤农药残留、水体及土壤重金属污染等一批关键治理技术，加快形成成套装备、核心零部件及配套材料生产能力；加快环保产业与新一代信息技术、先进制造技术深度融合，强化先进环保装备制造能力，提高综合集成水平。2017年10月24日，工业和信息化部发布最新的《关于加快推进环保装备制造业发展的指导意见》，指出目前保装备制造业创新能力还不强，产品低端同质化竞争严重，先进技术装备应用推广困难等问题依然突出；提出全面推行绿色制造，提升环保装备制造业水平；要求到2020年，中国将培育10家百亿元规模的环保装备制造业龙头企业，行业产值达到10000亿元；优化环保装备产品结构，拓展产品细分领域，逐步开发形成针对不同行业、具有自主知识产权的成套化、系列化产品，针对环境治理成本和运行效率，重点发展一批智能型、节能型先进高效环保装备；把土壤污染修复装备列为九个重点发展领域之一。综上所述，针对土壤污染的特点，突破土壤污染修复装备的关键技术，自主研发绿色节能型、智能化的先进高效土壤污染修复装备并形成相应的知识产权，对于加快发展先进环保产业、推进制造强国建设有着非常重要的意义。

重金属污染是我国土壤污染主要问题。根据《全国土壤调查公报》，我国土壤污染类型以无机型为主，无机污染物超标点位数占全部超标点位的82.8％，主要污染物为镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种重金属。重金属污染土壤通常采用固化/稳定化修复技术，固化/稳定化修复技术工程应用的关键在于土壤和修复材料的混匀，目前国内的土壤修复设备均只能用于一种修复材料与土壤混合反应，而我国土壤重金属污染多以复合污染为主，特别是广西、云南、湖南、江西、贵州等地区，有色金属是主要矿产，主要为铅锌矿、铝土矿、铜矿、锡矿、钨矿等，多与As、Cd伴生关系，土壤常常是Pb、Zn、Cu、Cr和As、Cd等重金属的复合污染。一方面，不同重金属固化/稳定化适用的修复材料不同，如土壤中Cd和As在修复上存在拮抗效应，分步反应有利于不同重金属的协同修复；另一方面，不同类型的修复材料混合堆放在一起会发生反应，影响修复效果，如石灰与氯化铝、氯化镁等材料混合，会先自行生成难溶物质，严重降低了修复材料的修复效果，而且传统土壤修复设备智能化程度低、不能分步投加修复材料。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题提供一种智能一体化土壤修复设备，该设备具备智能分步投加修复材料及一体化修复土壤的功能，通过本实用新型能实现在动态作业环境下的实时在线监测、精准投加修复材料并与污染土壤进行高效反应，该设备可用于污染土壤异位固化/稳定化修复，还适用于化学氧化/还原等修复方式，特别对重金属复合污染土壤具有良好的修复效果。

本实用新型如下技术方案解决上述技术问题：

本实用新型一种智能一体化土壤修复设备包括破碎筛分系统、修复材料分步投加系统、液体投加系统、混匀搅拌系统、混匀输送系统、出料系统，破碎筛分系统、修复材料分步投加系统和液体投加系统的输出端均与混匀搅拌系统的输入端相连接，混匀搅拌系统的输出端连接混匀输送系统的输入端，混匀输送系统的输出端连接出料系统；所述混匀搅拌系统包括双轴螺旋搅拌装置，双轴螺旋搅拌装置设有两个螺旋搅拌，每个螺旋搅拌设有空心的旋转轴，旋转轴上设有螺旋叶片和加压喷头，两根旋转轴由外侧向中间旋转，两根旋转轴与液体投加系统的输出口相连接，通过加压喷头将液体投加系统的液体喷出，并与破碎筛分系统输送的污染土壤、修复材料分步投加系统输送的修复材料一并混合、搅拌，双轴螺旋搅拌装置的末端设有与混匀输送系统相连接的混合物料第一出料口。

本实用新型所述混匀搅拌系统和混匀输送系统安装在机座上，机座的下方设有行走系统，破碎筛分系统、修复材料分步投加系统、液体投加系统均安装在混匀搅拌系统的上方，出料系统安装在混匀输送系统的后方；机座上还安装有操作室，操作室内设有控制系统以及微型计算机，破碎筛分系统、修复材料分步投加系统、液体投加系统、混匀搅拌系统、混匀输送系统、出料系统均安装有传感器，操作室的控制系统和微型计算机通过传感器对设备运行进行控制、监控和反馈调节。

本实用新型所述破碎筛分系统包括土壤箱，土壤箱内设有破碎筛分装置，破碎筛分装置的下方设有位于混匀搅拌系统上方的土壤出料口，破碎筛分装置的上方设有石块出料口，土壤箱的土壤出料口与混匀搅拌系统的输入端相连接。

本实用新型所述修复材料分步投加系统包括三个修复材料投加单元，每个修复材料投加单元设有修复材料存储箱，修复材料存储箱内设有旋转破拱装置，修复材料存储箱的下方设有称重螺旋给料装置，称重螺旋给料装置由给料电机驱动旋转，称重螺旋给料装置的末端设有修复材料出料口，称重螺旋给料装置的底部通过支架固定在混匀搅拌系统的上方。

本实用新型所述混匀输送系统包括封闭式运行的搅拌运输装置，搅拌运输装置向上倾斜排布，其末端朝上并设有混合物料第二出料口。

本实用新型所述出料系统包括切料装置，切料装置的底端设有成品出料口。

本实用新型所述加压喷头和螺旋叶片以20-30cm的间距等距分布在旋转轴上。

本实用新型与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本实用新型具有控制系统、微型计算机(安装有控制软件)及传感器等设施，可对设备进行智能化控制、监控和反馈调节，实现设备在动态作业环境下的实时在线监测、精准投加修复材料并与污染土壤进行高效反应；

(2)本实用新型修复材料投加采用分步投加系统，有利于不同重金属的协同修复，可有效保证会发生反应的不同类型修复材料的修复效果；

(3)本实用新型同时安装有混匀搅拌系统、混匀输送系统和出料系统的切料装置，使污染土壤和修复药剂多次混合，有效提高土壤和修复材料的混匀程度及修复材料的修复效果；

(4)本实用新型将破碎筛分系统、修复材料分步投加系统、液体投加系统、混匀搅拌系统等设备集成于同一移动装置上，实现土壤的破碎、筛分、分步加药、排料等协同进行，且可对修复设备进行转运，进行重复使用；

(5)本实用新型加药、混合搅拌和运输均在密闭空间中操作，不会产生扬尘。

(6)本实用新型的行走系统采用钢制履带底盘，结构强度高、刚性好、承载能力强、牵引力大，为修复设备运行提供了良好的行驶性能，必要时加装橡胶履带板，可在常规道路上行驶；

(7)本实用新型具有工序简单、传动平稳、物料混匀程度高、施工场地适应能力性强、修复效率高、使用范围广、智能化程度高、可分步投加修复材料等优势，通过本实用新型能实现重金属污染土壤、固废、污泥等物料的高效固化/稳定化修复，还适用于化学氧化/还原等修复方式，特别对重金属复合污染土壤具有良好的修复效果。

附图说明

图1是本实用新型一种智能一体化土壤修复设备的主视图。

图2是本实用新型一种智能一体化土壤修复设备的俯视图。

图3是图1中修复材料分步投加系统的放大示意图。

图4是本实用新型采用的双轴螺旋搅拌装置的放大示意图。

图中：1-破碎筛分系统，2-修复材料分步投加系统，3-液体投加系统，4-操作室，5-连杆，6-混匀搅拌系统，7-混匀输送系统，8-出料系统，9-机座，10-行走系统，101-破碎筛分装置，102-石块出料口，103-土壤箱，104-土壤出料口，201-修复材料投加单元，202-修复材料存储箱，203-旋转破拱装置，204-给料电机，205-称重螺旋给料装置，206-支架，207-修复材料出料口，401-控制系统，402-微型计算机，601-混合物料第一出料口，602-双轴螺旋搅拌装置，603-螺旋搅拌，604-加压喷头，605-旋转轴，606-螺旋叶片，701-搅拌运输装置，702-混合物料第二出料口，801-切料装置，802-成品出料口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上方”、“下方”、“后方”、“后”、“前”、“外部”、“中间”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对实用新型的限制。

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型的技术方案作进一步详细的说明。

如图1-图4所示，本实用新型智能一体化土壤修复设备包括破碎筛分系统1、修复材料分步投加系统2、液体投加系统3、混匀搅拌系统6、混匀输送系统7、出料系统8、操作室4，操作室4、混匀搅拌系统6和混匀输送系统7均安装在机座9上，机座9的下方设有行走系统10，破碎筛分系统1、修复材料分步投加系统2、液体投加系统3均安装在混匀搅拌系统6的上方，出料系统8安装在混匀输送系统7的后方。

本实用新型所述混匀搅拌系统6包括双轴螺旋搅拌装置602，双轴螺旋搅拌装置602设有两个螺旋搅拌603，每个螺旋搅拌603设有空心的旋转轴605，旋转轴605上设有螺旋叶片606和加压喷头604，两根旋转轴由外侧向中间旋转，两根旋转轴与液体投加系统3的输出口相连接，通过加压喷头604将液体投加系统3的液体喷出，并与破碎筛分系统1输送的污染土壤、修复材料分步投加系统2输送的修复材料一并混合、搅拌，双轴螺旋搅拌装置602的末端设有与混匀输送系统7入料口相连接的混合物料第一出料口601；加压喷头604和螺旋叶片606以20-30cm的间距等距分布在旋转轴605上；螺旋叶片606采用具有防腐蚀耐磨损的合金材料且在表面刷防腐蚀耐磨损涂料，混合物料第一出料口601设置在双轴螺旋搅拌装置602尾端的下方且安装有传感器。

本实用新型所述破碎筛分系统1包括土壤箱103，土壤箱103内设有破碎筛分装置101，破碎筛分装置101的下方设有土壤出料口104，破碎筛分装置101的上方侧边设有石块出料口102，土壤出料口104与混匀搅拌系统6的输入端相连接。土壤进入土壤箱103经破碎筛分装置101处理后由土壤出料口104到混匀搅拌系统6，破碎筛分装置101可调节土壤的出料粒度，破碎筛分装置101和土壤出料口104均安装有传感器。

本实用新型所述修复材料分步投加系统2包括三个修复材料投加单元201，每个修复材料投加单元内设有修复材料存储箱202，修复材料存储箱202内设有旋转破拱装置203，修复材料存储箱202的下方设有称重螺旋给料装置205，称重螺旋给料装置205由给料电机204驱动旋转，称重螺旋给料装置205的末端设有修复材料出料口207，称重螺旋给料装置205的底部通过2个支架206固定在混匀搅拌系统6上，修复材料出料口207与混匀搅拌系统6的输入端相连接；给料电机204上设置有用于智能化控制修复材料投加量的传感器，通过称重螺旋给料装置205定量投加修复材料。

本实用新型所述液体投加系统3设置有用量调节装置和加压装置，可装液体材料或水，液体材料或水通过管路运输至混匀搅拌系统6的旋转轴605内，并由加压喷头604喷出。

本实用新型所述操作室4安装有控制系统401和微型计算机402，破碎筛分系统1、修复材料分步投加系统2、液体投加系统3、混匀搅拌系统6、混匀输送系统7、出料系统8均安装有传感器，操作室4的控制系统401和微型计算机402通过传感器对设备运行进行控制、监控和反馈调节。控制系统401能启动和关闭破碎筛分系统1、修复材料分步投加系统2、液体投加系统3、混匀搅拌系统6、混匀输送系统7、出料系统8。微型计算机402安装有控制软件，微型计算机402能通过控制软件计算修复材料和水的投加量，监控土壤进料、修复材料添加、材料反应、出料等过程，在运行出现故障时立即暂停进样并显示故障原因。

本实用新型所述混匀输送系统7包括搅拌运输装置701，搅拌运输装置701的中部通过连杆5与操作室4相连接，通过调节连杆5的长度，能使搅拌运输装置701向上倾斜的角度实现调节，搅拌运输装置701的末端朝上并设有混合物料第二出料口702。混匀输送系统7采用封闭式运行，搅拌运输装置701为防腐蚀耐磨损的单轴螺旋，混合物料第二出料口702设置在搅拌运输装置701尾端的下方。

本实用新型所述出料系统8包括切料装置801，切料装置801的底端设有成品出料口802。

本实用新型所述行走系统10采用钢制履带底盘，配套橡胶履带板。

实施本实用新型智能一体化土壤修复设备的修复方法，包括如下操作步骤：

第一步，将污染场地表面遗留的构筑物和废物进行清理，对平整，再将污染土壤清挖，堆存在土壤存放区，按照相关标准采集土壤样品并检测，确定土壤中主要污染物及其毒性浸出浓度，并确定所需投加的修复材料及水量，修复材料采用1-3种固体修复材料和1种液体修复材料，或1-3种固体修复材料；

第二步，在微型计算机的控制软件录入土壤主要污染物及其毒性浸出浓度的信息，根据污染物与修复材料之间的关系，计算不同修复材料和液体的使用量；

第三步，通过控制系统同时启动破碎筛分系统、修复材料分步投加系统、液体投加系统、混匀搅拌系统、混匀输送系统、出料系统，调节土壤破碎筛分装置的出料粒度为2-10mm、调节混匀搅拌系统的运行速度为0.5-1m/min、调节液体投加系统的投加量为2-10kg/min、调节修复材料投加单元的投加量为0-5kg/min；

第四步，向破碎筛分系统中投加土壤，土壤经破碎筛分系统处理后，依次跟修复材料投加单元输送的修复材料、液体投加系统输送的液体材料或水混匀和反应，再通过混匀输送系统，对土壤进行二次混匀并输送到出料系统出料，修复后的土壤运至养护区养护；

第五步，修复后的土壤在养护区养护不小于5天以后取样监测，监测合格即完成修复；

第六步，重复第四步、第五步直到所有污染土壤完成修复。

本实用新型具备智能分步投加修复材料及一体化修复土壤的功能，实现设备在动态作业环境下的实时在线监测、精准投加修复材料并与污染土壤进行高效反应，具有工序简单、传动平稳、物料混匀程度高、施工场地适应能力性强、修复效率高、使用范围广、智能化程度高、可分步投加修复材料等优势，通过本实用新型的修复设备，实现重金属污染土壤、固废、污泥等物料的高效固化/稳定化修复，还适用于化学氧化/还原等修复方式，特别对重金属复合污染土壤具有良好的修复效果。

以下是本实用新型设备的实用实例：

实施例一：

某重金属污染场地，土壤主要的污染物为砷、镉、锌、铅，毒性浸出浓度(按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007))分别达到34.10mg/L、0.52mg/L、27.65mg/L和1.24mg/L，土壤pH为4.6，含水率为21％。该土壤采用本实用新型所述的设备进行修复，选用2种固体修复材料(硫酸亚铁和石灰)，设备中的3个修复材料投加单元的投加量依次为2.5kg/min(石灰)、5kg/min(硫酸亚铁)和0kg/min；液体投加系统中装水，设置液体投加系统的投加量为10kg/min；设置破碎筛分装置的出料粒度为10mm，混匀搅拌系统的运行速度为1m/min。将修复后的土壤养护5天后取样监测，对土壤的重金属毒性浸出浓度和土壤pH进行测定，土壤中砷、镉、锌、铅的毒性浸出浓度按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)测定，土壤pH按照《固体废物腐蚀性测定玻璃电极法》(GB/T15555.12-1995)测定，结果如表1所示。修复后的土壤达到该重金属污染场地的修复目标。

表1污染土壤修复实验结果

实施例二：

某重金属污染场地，土壤主要的污染物为砷、镉、锌、铅，毒性浸出浓度(按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007))分别达到34.10mg/L、0.52mg/L、27.65mg/L和1.24mg/L，土壤pH为4.6，含水率为21％。该土壤采用本实用新型所述的设备进行修复，选用3种固体修复材料(氯化镁、氯化铁和石灰)，设置3个修复材料投加单元的投加量依次为1.5kg/min(氯化镁)、0.45kg/min(氯化铁)和1.05kg/min(石灰)；液体投加系统中装水，设置液体投加系统的投加量为8kg/min；设置破碎筛分装置的出料粒度为5mm，混匀搅拌系统的运行速度为0.8m/min。将修复后的土壤养护7天后取样监测，对土壤的重金属毒性浸出浓度和土壤pH进行测定，土壤中砷、镉、锌、铅的毒性浸出浓度按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)测定，土壤pH按照《固体废物腐蚀性测定玻璃电极法》(GB/T 15555.12-1995)测定，结果如表2所示。修复后的土壤达到该重金属污染场地的修复目标。

表2污染土壤修复实验结果

实施例三：

某重金属污染场地，土壤主要的污染物为铬(六价)、镉、铅，毒性浸出浓度(按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007))分别达到2.72mg/L、1.23mg/L、1.04mg/L，土壤pH为7.8，含水率为15％。该土壤采用本实用新型所述的设备进行修复，选用1种固体修复材料(硫酸亚铁)，和1种液体修复材料(多硫化钙)，分别设置修复材料投加单元的投加量为1.8kg/min(硫酸亚铁)、0kg/min和0kg/min，液体投加系统的投加量为2kg/min(多硫化钙)；设置破碎筛分装置的出料粒度为10mm，混匀搅拌系统的运行速度为1m/min。将修复后的土壤养护10天后取样监测，对土壤的重金属毒性浸出浓度和土壤pH进行测定，土壤中铬(六价)、镉、镍的毒性浸出浓度按照《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(HJ/T 299-2007)测定，土壤pH按照《固体废物腐蚀性测定玻璃电极法》(GB/T 15555.12-1995)测定，结果如表3所示。修复后的土壤达到该重金属污染场地的修复目标。

表3污染土壤修复实验结果

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种智能一体化土壤修复设备，其特征在于：该设备包括破碎筛分系统、修复材料分步投加系统、液体投加系统、混匀搅拌系统、混匀输送系统、出料系统，破碎筛分系统、修复材料分步投加系统和液体投加系统的输出端均与混匀搅拌系统的输入端相连接，混匀搅拌系统的输出端连接混匀输送系统的输入端，混匀输送系统的输出端连接出料系统；所述混匀搅拌系统包括双轴螺旋搅拌装置，双轴螺旋搅拌装置设有两个螺旋搅拌，每个螺旋搅拌设有空心的旋转轴，旋转轴上设有螺旋叶片和加压喷头，两根旋转轴由外侧向中间旋转，两根旋转轴与液体投加系统的输出口相连接，通过加压喷头将液体投加系统的液体喷出，并与破碎筛分系统输送的污染土壤、修复材料分步投加系统输送的修复材料一并混合、搅拌，双轴螺旋搅拌装置的末端设有与混匀输送系统相连接的混合物料第一出料口。

2.根据权利要求1所述智能一体化土壤修复设备，其特征在于：所述混匀搅拌系统和混匀输送系统安装在机座上，机座的下方设有行走系统，破碎筛分系统、修复材料分步投加系统、液体投加系统均安装在混匀搅拌系统的上方，出料系统安装在混匀输送系统的后方；机座上还安装有操作室，操作室内设有控制系统以及微型计算机，破碎筛分系统、修复材料分步投加系统、液体投加系统、混匀搅拌系统、混匀输送系统、出料系统均安装有传感器，操作室的控制系统和微型计算机通过传感器对设备运行进行控制、监控和反馈调节。

3.根据权利要求1或2所述智能一体化土壤修复设备，其特征在于：所述破碎筛分系统包括土壤箱，土壤箱内设有破碎筛分装置，破碎筛分装置的下方设有位于混匀搅拌系统上方的土壤出料口，破碎筛分装置的上方设有石块出料口，土壤箱的土壤出料口与混匀搅拌系统的输入端相连接。

4.根据权利要求1或2所述智能一体化土壤修复设备，其特征在于：所述修复材料分步投加系统包括三个修复材料投加单元，每个修复材料投加单元设有修复材料存储箱，修复材料存储箱内设有旋转破拱装置，修复材料存储箱的下方设有称重螺旋给料装置，称重螺旋给料装置由给料电机驱动旋转，称重螺旋给料装置的末端设有修复材料出料口，称重螺旋给料装置的底部通过支架固定在混匀搅拌系统的上方。

5.根据权利要求1或2所述智能一体化土壤修复设备，其特征在于：所述混匀输送系统包括封闭式运行的搅拌运输装置，搅拌运输装置向上倾斜排布，其末端朝上并设有混合物料第二出料口。

6.根据权利要求1或2所述智能一体化土壤修复设备，其特征在于：所述出料系统包括切料装置，切料装置的底端设有成品出料口。

7.根据权利要求1所述智能一体化土壤修复设备，其特征在于：所述加压喷头和螺旋叶片以20-30cm的间距等距分布在旋转轴上。

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