CN105032920B - 模组化的可移动式异位土壤修复系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种模组化的可移动式异位土壤修复系统，在标准20尺集装箱货柜内集成安装有污染土壤计量模块、污染土壤破碎与预混合模块、固体药剂计量模块、液体药剂计量模块、水计量模块、固体物料提升运输模块、药剂/水喷淋模块、物料混合模块、塑性物料输送模块、流体物料输送模块和控制集成模块。本发明是一种场地要求较低，设备适用范围较广和成本相对较低的模组化的可移动式异位土壤修复系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种异位土壤修复系统，尤其是涉及一种模组化的可移动式异位土壤修复系统。
背景技术
根据“十二五”期间完成的全国土壤污染状况调查，全国土壤总的超标率为16.1％。上世纪“50”年代以来，我国的工业企业进入了快速发展的阶段。但由于我国工业生产的工艺相对落后、经营管理粗放、环保设施不完善等原因，造成了比较严重的土地污染，对土地资源的可持续性开发以及人类的活动构成了较严重的威胁。目前国内外使用的主流修复技术通常按照处置地点分为原位修复技术和异位修复技术。对美国多年的修复项目进行统计，选择异位修复技术的项目占到一多半，且选择异位修复技术的项目完成率达到80％，是选择原位修复技术项目完成率的2倍左右。
目前国内外常用的异位修复技术主要有：物理分离、稳定化/固化技术、水洗淋洗技术、异位焚烧技术、异位热处理技术、异位化学氧化/还原技术、异位微生物修复技术等。需要将污染土壤由污染场地挖取后转移至专门修建的处置场是异位修复技术的共同特点。如上的土壤的异位修复技术中，大多数技术路线的核心工艺，均需要将污染土壤与相应物料按照精确比例进行充分的混合。例如：物理分离技术需要将污染土壤与分离载体进行充分混合；稳定化固化技术的工艺路线中需要将污染土壤与稳定化/固化药剂进行充分的混合；水洗淋洗工艺需要将污染土壤与水和淋洗剂进行充分混合；异位化学氧化/还原技术需要将污染土壤与氧化/还原药剂进行充分的混合；异位微生物堆修复需要将微生物菌种培养液与污染土壤进行充分混合。而目前广泛被使用的异位处理设备在该环节均存在相应的约束性：(1)固定式设备对于修复场地的基础条件要求较高，基建成本较高，基建材料的回收利用率较低，存在相对较高的资源浪费；(2)进口自移动式处理设备也存在处理工艺的适用范围相对狭窄且设备使用成本昂贵的问题。因此发展模组化的可移动式异位土壤修复设备成为适应国内土壤修复市场条件的技术发展方向。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种场地要求较低，设备适用范围较广和成本相对较低的模组化的可移动式异位土壤修复系统。
为了解决上述技术问题，本发明提供的模组化的可移动式异位土壤修复系统，在标准20尺集装箱货柜内集成安装有污染土壤计量模块、污染土壤破碎与预混合模块、固体药剂计量模块、液体药剂计量模块、水计量模块、固体物料提升运输模块、药剂/水喷淋模块、物料混合模块、塑性物料输送模块、流体物料输送模块和控制集成模块。
所述的污染土壤计量模块为污染土壤进料计量斗，所述的固体药剂计量模块为固体药剂暂存箱以及与所述的固体药剂暂存箱的出口对接的固体药剂计量斗，双层框架支撑固定安装在所述的标准20尺集装箱货柜上，所述的污染土壤进料计量斗通过第一压力传感器与所述的双层框架支撑的上层横梁相连接，所述的污染土壤进料计量斗的出口安装有闸板阀，所述的固体药剂暂存箱通过刚性连接板固定于所述的双层框架支撑的上层横梁，所述的固体药剂暂存箱通过软连接与所述的固体药剂计量斗进行连接，所述的固体药剂暂存箱的出口安装有卸料阀，所述的固体药剂计量斗通过第二压力传感器与所述的双层框架支撑的下层横梁连接，所述的固体药剂计量斗的出口安装有闸板阀，所述的污染土壤破碎与预混合模块为破碎筛分混合器，所述的固体物料提升运输模块为Z形固体物料输送器，所述的物料混合模块为强制混合器，所述的塑性物料输送模块为刮板皮带轮传送带，所述的流体物料输送模块为流态物料暂存斗及与所述的流态物料暂存斗连接的渣浆泵，所述的污染土壤进料计量斗的出口和所述的固体药剂计量斗的出口与所述的破碎筛分混合器相连，所述的破碎筛分混合器通过软连接与所述的Z形固体物料输送器的进口端相连，所述的Z形固体物料输送器的出口端通过软连接与所述的强制混合器连接，所述的强制混合器的出料口连接所述的刮板皮带轮传送带或所述的流态物料暂存斗，所述的药剂/水喷淋模块为药剂喷洒系统，所述的药剂喷洒系统对接安装在所述的强制混合器上；所述的液体药剂计量模块包括不锈钢液体药剂计量斗及与所述的不锈钢液体药剂计量斗连接的耐腐蚀化工泵，所述的水计量模块为不锈钢水计量斗及与所述的不锈钢水计量斗连接的耐腐蚀水泵，所述的不锈钢液体药剂计量斗通过耐腐蚀化工泵和管道混合器与所述的药剂喷洒系统连接，所述的不锈钢水计量斗通过耐腐蚀水泵和所述的管道混合器与所述的药剂喷洒系统连接；所述的控制集成模块为集成控制柜，模组化的可移动式异位土壤修复系统里包括其它外接模组在内的所有设备的控制均在所述的集成控制柜的控制面板上完成。
所述的污染土壤进料计量斗和固体药剂计量斗侧壁设有震动电机。
所述的Z形固体物料输送器通过马达进行驱动。
所述的污染土壤进料计量斗的出口安装的闸板阀为第一压缩气缸闸板阀。
所述的固体药剂暂存箱的出口安装的所述的卸料阀为星形卸料阀。
所述的固体药剂计量斗的出口安装的所述的闸板阀为第二空气压缩气缸闸板阀。
所述的强制混合器为双卧轴高效强制混合器。
还包括一个液压站和一个空气压缩机。
采用上述技术方案的模组化的可移动式异位土壤修复系统，其整体工艺流程为：经过初步预处理的污染土壤/污泥/废渣在污染土壤进料计量斗内进行称重计量，按照相应设计比例在固体药剂计量斗内进行固体药剂的计量，按照相应设计比例在液体药剂计量斗进行液体药剂的计重计量，按照相应设计比例在水计量斗进行水的计重计量。随后将污染土壤/污泥/废渣与固体药剂同时进行卸料，污染土壤/污泥/废渣将在破碎筛分混合器内进行再次的破碎筛分，并完成污染土壤/污泥/废渣与固体药剂的初步混合。初步混合后的污染土壤将通过Z形固体物料输送器输送至双卧轴高效强制混合器进行二次充分混合。与此同时将液体药剂及水经由相应的计量设备泵出，在管道混合器内进行充分的混合稀释，经由双卧轴高效强制混合器内的喷淋管道及雾化喷头喷出，与固体物料进行充分混合。根据设计混合时间完成充分的混合后，双卧轴高效强制混合器进行卸料输出，根据物料的含水率性状选择相应的模组进行物料输出，输出的处理后物质经由其它运输工具进行转移。至此，完成一个批次的污染土壤/污泥/废渣的处理。
本发明是一套模组化的可移动式异位土壤修复设备，在于解决现有异位土壤治理设备对场地要求较高，设备适用范围较窄和成本相对较高的问题。它可以通过将自身不同模组在20尺标准集装箱的空间内进行多种组合的搭配，实现对不同条件下土壤/污泥/废渣的多种异位工艺的处理。
综上所述，本发明是一种场地要求较低，设备适用范围较广和成本相对较低的模组化的可移动式异位土壤修复系统。
附图说明
图1是模组化的可移动式异位土壤修复系统侧视图(皮带轮输出)。
图2是模组化的可移动式异位土壤修复系统俯视图(皮带轮输出)。
图3是流体物料输出模块。
图4是双层料斗支撑架。
图5是标准20尺海运集装箱改造的模组载体。
具体实施方式
以下结合附图及具体项目对本发明进行具体的说明。以下实施方式的说明以及实施实例的说明将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但说明内容不以任何形式限制本发明的应用。需要特别指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构想的前提下，本发明的模组及其组合形式可以有若干种变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
本发明中各功能模组的搭配和组合需要根据实际修复的污染土壤/污泥/废渣的物理结构、污染特性以及修复目标等技术要求进行修复工艺路线的选择，本说明中将以附图所示的模块组合配合实际案例进行说明。
参照图1、图2、图3、图4和图5，模组化的可移动式异位土壤修复系统，在标准20尺集装箱货柜27内集成安装有污染土壤计量模块、污染土壤破碎与预混合模块、固体药剂计量模块、液体药剂计量模块、水计量模块、固体物料提升运输模块、药剂/水喷淋模块、物料混合模块、塑性物料输送模块、流体物料输送模块和控制集成模块。
参照图1、图2、图3、图4和图5，污染土壤计量模块为污染土壤进料计量斗1，固体药剂计量模块为固体药剂暂存箱4以及与固体药剂暂存箱4的出口对接的固体药剂计量斗6，双层框架支撑25固定安装在标准20尺集装箱货柜27上，污染土壤进料计量斗1通过第一压力传感器2与双层框架支撑25的上层横梁相连接，污染土壤进料计量斗1的出口安装有第一压缩气缸闸板阀9通过第一压缩气缸闸板阀9进行卸料控制，固体药剂暂存箱4通过刚性连接板3固定于双层框架支撑25的上层横梁，固体药剂暂存箱4通过软连接与固体药剂计量斗6进行连接，固体药剂暂存箱4的出口安装有星形卸料阀5通过星形卸料阀5进行卸料控制，固体药剂计量斗6通过第二压力传感器201与双层框架支撑25的下层横梁连接，固体药剂计量斗6的出口安装有第二空气压缩气缸闸板阀901使用第二空气压缩气缸闸板阀901进行卸料控制，污染土壤破碎与预混合模块为破碎筛分混合器10，固体物料提升运输模块为Z形固体物料输送器8，物料混合模块为双卧轴高效强制混合器13，污染土壤进料计量斗1的出口和固体药剂计量斗6的出口与破碎筛分混合器10相连，污染土壤进料计量斗1和固体药剂计量斗6侧壁设有震动电机，破碎筛分混合器10通过软连接11与Z形固体物料输送器8的进口端相连，Z形固体物料输送器8通过马达7进行驱动，Z形固体物料输送器8的出口端通过软连接12与双卧轴高效强制混合器13连接，双卧轴高效强制混合器13的出料口连接刮板皮带轮传送带14或流态物料暂存斗23，塑性物料输送模块为刮板皮带轮传送带14，流体物料输送模块为流态物料暂存斗23及与流态物料暂存斗23连接的渣浆泵24，药剂/水喷淋模块为药剂喷洒系统22，药剂喷洒系统22对接安装在所述的双卧轴高效强制混合器13上。液压站15为系统中的液压装置提供液压动力，空气压缩机16为系统中的气动装置提供动力压缩空气和设备吹扫压缩空气。液体药剂计量模块包括不锈钢液体药剂计量斗17及与不锈钢液体药剂计量斗17连接的耐腐蚀化工泵18，水计量模块为不锈钢水计量斗20及与不锈钢水计量斗20连接的耐腐蚀水泵19，不锈钢液体药剂计量斗17接收并计量浓液体药剂后，通过耐腐蚀化工泵18和管道混合器26将液体药剂输送至药剂喷洒系统22，不锈钢水计量斗20接收并计量水之后，通过耐腐蚀水泵19和管道混合器26将水输送至药剂喷洒系统22，液体药剂与水在管道混合器26中进行充分预混合，药剂喷洒系统22对接双卧轴高效强制混合器13内的物料喷洒药剂。双卧轴高效强制混合器13的出料接刮板皮带轮传送带14或流态物料暂存斗23，当物料暂存于流态物料暂存斗23时，流态物料通过渣浆泵24进行卸料输出，控制集成模块为集成控制柜21，模组化的可移动式异位土壤修复系统里包括其它外接模组在内的所有设备的控制均在集成控制柜21的控制面板上完成。以上全部模块和组件均集成安装于标准20尺集装箱货柜27内。
参照图1、图2、图3、图4和图5，本发明使用过程中采用以下技术方案：
污染土壤/污泥/废渣使用挖掘机从原厂地挖出，使用土方车清运至待处理场地，使用破碎筛分设备进行初步的破碎，筛除建筑垃圾、大粒径的石块和植物残枝等修复范围以外的杂物，将待处理的土壤堆存于预备处理区。
使用反斗挖掘机或装载机将预备处理区的土壤转移至污染土壤进料计量斗1进行称重计量。将固体药剂由固体药剂暂存箱4卸料至固体药剂计量斗6进行计量。
同时对污染土壤进料计量斗1和固体药剂计量斗6中的固体物料进行卸料，物料通过破碎筛分混合器10时污染土壤/污泥/废渣得到进一步的破碎筛分，且在该过程中与固体药剂进行初步预混合。经过该工序破碎筛分和预混合后的物料落入持续运行中的Z形固体物料输送器8。当污染土壤进料计量斗1和固体药剂计量斗6中的物料由于粘滞性卸除较慢时，启动污染土壤进料计量斗1和固体药剂计量斗6侧壁的震动电机，加快物料的卸料进度。当污染土壤进料计量斗1和固体药剂计量斗6完全卸料完成后，即可进入下一个物料计量周期，物料计量与物料混合同步进行，有助于提高该系统的处理效率。
Z形固体物料输送器8将初步混合污染土壤和固体药剂一并输送至双卧轴高效强制混合器13中，进行二次充分混合。为保持双卧轴高效强制混合器13的荷载均匀变化，在系统运行的全过程中，双卧轴高效强制混合器13处于常开状态。固体物料在双卧轴高效强制混合器13中混合的同时，将按照设计比例进行计量的液体药剂及水喷淋在固体物料上，实现污染土壤、固体药剂、液体药剂和水的充分混合。
充分混合的最终产物根据物料形态选择出料模块进行出料，如处理后物料的最终形态为固态半固态等塑性物料，则选择刮板皮带轮传送带14进行物料的输出转移，输出的处理后物料使用工程机具进行转移；若处理后物料由于含水率较高，其最终形态为流态的非塑性物料时，则选择流态物料输送模块即流态物料暂存斗23和渣浆泵24进行物料的输出转移。
实施例1：
中南某省的某铬盐生产厂搬迁后遗留一块铬污染场地，场地内的土壤存在严重的六价铬Cr6+和总铬污染，经过一系列的勘察调查以及实验室小试论证，该地块的部分土壤需要使用异位化学还原以及异位稳定化固化的处理技术进行处理。在开始全场修复施工前，需要进行一定规模的中试验证。在该项目中，本发明采用如图1、图2、图3、图4和图5所示的模组进行组合，按照异位化学还原与异位稳定化固化两套工艺进场实施规模化的污染土壤处理。生产过程选择的污染土壤各项指标如下表1所示：
表1中南某省的某铬盐生产厂污染场地样品铬污染数据
| 污染要素 | 六价铬浓度Cr6+ | 总铬浓度Cr |
| 含量mg/kg | 973 | 12900 |
按照小试结果的指导意见添加相应的化学还原药剂，进行异位还原处理，处理的目的在于尽可能多的消除原污染土壤中的六价铬污染要素。在该中试生产中，本发明结合相应的液体药剂对污染土壤进行处理后，六价铬Cr6+的浓度最低降至2.7mg/kg，且该效果下的加药量与小试实验结果相比，增加量小于15％，该结果体现了本发明对于异位化学还原工艺中化学药剂的利用率较高。
按照小试结果的指导意见添加稳定化固化药剂，进行异位稳定化固化处理，处理的目的在于尽可能的降低污染土壤中六价铬和总铬的迁移性，使修复后的土壤在使用HJ/T299-2007固体废物浸出毒性浸出方法进行浸提分析时，土壤中的六价铬Cr6+和铬元素尽可能少的被检出。在该中试生产中，本发明结合相应的固体稳定化固化药剂和液体稳定化固化药剂对污染土壤进行了处理，处理后土壤在养护两天后按照HJ/T 299-2007的标准方法进行浸出毒性分析，最终浸提液中六价铬Cr6+和总铬的最低浸出浓度分别为0.12mg/L和0.45mg/L，该效果下的结果与相应的小试结果相比，药剂并无增加，该结果充分体现了本发明在进行土壤的异位稳定化固化处理工艺中，工艺效果的完成度良好。
在本中试项目中，设备直接就位于场地相对平坦的地面上，安装调试共耗时半天，经过对35吨污染土壤的中试生产检验，处理效果达到工艺设计要求，处理速率达到8-10吨/小时。
Claims (8)
1.一种模组化的可移动式异位土壤修复系统，在标准20尺集装箱货柜(27)内集成安装有污染土壤计量模块、污染土壤破碎与预混合模块、固体药剂计量模块、液体药剂计量模块、水计量模块、固体物料提升运输模块、药剂/水喷淋模块、物料混合模块、塑性物料输送模块、流体物料输送模块和控制集成模块，其特征是：所述的污染土壤计量模块为污染土壤进料计量斗(1)，所述的固体药剂计量模块为固体药剂暂存箱(4)以及与所述的固体药剂暂存箱(4)的出口对接的固体药剂计量斗(6)，双层框架支撑(25)固定安装在所述的标准20尺集装箱货柜(27)上，所述的污染土壤进料计量斗(1)通过第一压力传感器(2)与所述的双层框架支撑(25)的上层横梁相连接，所述的污染土壤进料计量斗(1)的出口安装有闸板阀，所述的固体药剂暂存箱(4)通过刚性连接板(3)固定于所述的双层框架支撑(25)的上层横梁，所述的固体药剂暂存箱(4)通过软连接与所述的固体药剂计量斗(6)进行连接，所述的固体药剂暂存箱(4)的出口安装有卸料阀，所述的固体药剂计量斗(6)通过第二压力传感器(201)与所述的双层框架支撑(25)的下层横梁连接，所述的固体药剂计量斗(6)的出口安装有闸板阀，所述的污染土壤破碎与预混合模块为破碎筛分混合器(10)，所述的固体物料提升运输模块为Z形固体物料输送器(8)，所述的物料混合模块为强制混合器，所述的塑性物料输送模块为刮板皮带轮传送带(14)，所述的流体物料输送模块为流态物料暂存斗(23)及与所述的流态物料暂存斗(23)连接的渣浆泵(24)，所述的污染土壤进料计量斗(1)的出口和所述的固体药剂计量斗(6)的出口与所述的破碎筛分混合器(10)相连，所述的破碎筛分混合器(10)通过软连接(11)与所述的Z形固体物料输送器(8)的进口端相连，所述的Z形固体物料输送器(8)的出口端通过软连接与所述的强制混合器连接，所述的强制混合器的出料口连接所述的刮板皮带轮传送带(14)或所述的流态物料暂存斗(23)，所述的药剂/水喷淋模块为药剂喷洒系统(22)，所述的药剂喷洒系统(22)对接安装在所述的强制混合器上；所述的液体药剂计量模块包括不锈钢液体药剂计量斗(17)及与所述的不锈钢液体药剂计量斗(17)连接的耐腐蚀化工泵(18)，所述的水计量模块为不锈钢水计量斗(20)及与所述的不锈钢水计量斗(20)连接的耐腐蚀水泵(19)，所述的不锈钢液体药剂计量斗(17)通过耐腐蚀化工泵(18)和管道混合器(26)与所述的药剂喷洒系统(22)连接，所述的不锈钢水计量斗(20)通过耐腐蚀水泵(19)和所述的管道混合器(26)与所述的药剂喷洒系统(22)连接；所述的控制集成模块为集成控制柜(21)，模组化的可移动式异位土壤修复系统里包括其它外接模组在内的所有设备的控制均在所述的集成控制柜(21)的控制面板上完成。
2.根据权利要求1所述的模组化的可移动式异位土壤修复系统，其特征是：所述的污染土壤进料计量斗(1)和固体药剂计量斗(6)侧壁设有震动电机。
3.根据权利要求1或2所述的模组化的可移动式异位土壤修复系统，其特征是：所述的Z形固体物料输送器(8)通过马达(7)进行驱动。
4.根据权利要求1或2所述的模组化的可移动式异位土壤修复系统，其特征是：所述的污染土壤进料计量斗(1)的出口安装的闸板阀为第一压缩气缸闸板阀(9)。
5.根据权利要求1或2所述的模组化的可移动式异位土壤修复系统，其特征是：所述的固体药剂暂存箱(4)的出口安装的所述的卸料阀为星形卸料阀(5)。
6.根据权利要求1或2所述的模组化的可移动式异位土壤修复系统，其特征是：所述的固体药剂计量斗(6)的出口安装的所述的闸板阀为第二空气压缩气缸闸板阀(901)。
7.根据权利要求1或2所述的模组化的可移动式异位土壤修复系统，其特征是：所述的强制混合器为双卧轴高效强制混合器(13)。
8.根据权利要求1或2所述的模组化的可移动式异位土壤修复系统，其特征是：还包括一个液压站(15)和一个空气压缩机(16)。
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