一种一体化高效全自动污染土壤修复设备及修复方法

本发明属于污染土壤修复技术领域，具体涉及一种一体化高效全自动污染土壤修复设备及修复方法。

背景技术：

近年来工业的快速发展和城市规模的不断扩大，给土壤带来了严重的污染，威胁了人们的身体健康及生命安全。采用先进的修复设备及高效的修复方法使遭受污染的土壤恢复正常功能已成为当今环境科学界的一项重要任务。目前，我国有大量的污染地块需要开展污染土壤的修复工作，但是我国的土壤修复产业还处于初步阶段，缺乏具有自主知识产权的高效修复设备及修复技术的研发。因此，针对不同类型的污染土壤，研发一体化高效全自动土壤修复设备，并形成相应的修复技术方法，对于我国生态文明建设具有重要的意义。

中国专利文献cn110116128a公开了一种土壤修复设备及修复方法，其包括破碎筛分系统、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。其中，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。

该设备破碎筛分系统中设有土壤箱及破碎筛分装置，土壤箱的出料口直接与混匀搅拌系统输入端相连接。但是，由于该设备中破碎筛分系统并没有对污染土壤输出量的控制设备，将导致无法精准控制进入混匀搅拌系统中的污染土方量，导致后续修复材料或修复药剂投加时无法按设定添加比例与土壤混合，从而可能导致污染土壤修复不能完全达标或造成修复材料过量投加。

该设备中液体投加系统仅能通过混匀搅拌系统中的加压喷头将液体喷出，其中，加压喷头是以20-30cm的间距等距分布在混匀搅拌系统的旋转轴上。但是，实际现场修复过程中为了保证药剂的反应活性，需要进行现场多种材料或液体配制成药剂，该液体投加系统无法实现现场配制药剂；另外，仅通过旋转轴上有限个数的加压喷头无法保证投加液体药剂与污染土壤均匀接触反应。

该设备中混匀搅拌系统实际工作中是修复材料和修复液体一并与污染土混合、搅拌，而实际修复过程中，根据污染物性质和反应机理，多种修复材料和液体还可能是先投加混合产生反应，产生的化学产物再进行污染物的去除。例如，采用过硫酸盐氧化有机物时往往需要进一步添加铁盐进行活化。该设备无法做到分步投加多种药剂后再混合反应。

该设备中多个复杂系统集合在一个可行走的基座上，在大规模、长时间修复过程中，不利于设备的检修和维护。

该修复设备及方法主要针对重金属污染土壤提出了修复方法，而对于受有机物污染土壤，由于污染物性质的差异较大，在土壤中的行为状态也不同，所以在修复材料选取、投加量、混匀搅拌时间等修复方法上存在显著差别。基于该专利提供方法无法实现有机污染土壤的修复。

技术实现要素：

本发明为解决现有技术问题，提供了具备可自动控制的集合污染土壤与修复材料和药剂投加、输送、搅拌混匀、出料于一体的修复设备及方法，该设备及修复方法可应用于有机物石油烃污染土壤的高效氧化修复，修复效果良好。

本发明采用的技术方案为：一种一体化高效全自动土壤修复设备，包括筛分给料系统、送料系统、加药系统、搅拌混匀系统、出料系统和控制系统；所述筛分给料系统设有第一出料口、所述加药系统设有出药口，所述第一出料口和出药口依次位于送料系统的上方，所述送料系统的落料口位于搅拌混匀系统的进料口上方；所述搅拌混匀系统设有第二出料口，所述第二出料口位于出料系统的上料端处；所述筛分给料系统、送料系统、加药系统、搅拌混匀系统和出料系统均分别与控制系统电联。

进一步地，所述加药系统包括1套或多套修复材料加药子系统和修复药剂加药子系统，并可根据修复需求进行不同的组合和排序。

进一步地，所述修复药剂加药子系统包括储液箱和淋药喷洒器，所述储液箱上设有加药管和加液管、储液箱内部设有第一搅拌器，所述储液箱借助出液管与淋药喷洒器相连，所述出液管上设有第一控制阀门和第一传输动力件，所述淋药喷洒器包括输液管和多个喷头，所述淋药喷洒器的喷头位于送料系统的上方，所述第一传输动力件是但不限于电动隔膜泵。

进一步地，所述修复材料加药子系统包括储药箱、缓冲仓和出料管，所述储药箱借助带有第二控制阀门的管道与缓冲仓相连，所述缓冲仓借助第二传输动力件与出料管相连，所述出料管管口位于送料系统的上方，所述第二传输动力件为计量螺旋输送机。

进一步地，所述筛分给料系统包括振动筛、储料箱、定量给料机和第一出料口，所述振动筛位于储料箱上口处，所述定量给料机与第一出料口相连，所述第一出料口底部带有格栅板。

进一步地，所述搅拌混匀系统包括搅拌仓和第二搅拌器，所述第二搅拌器位于搅拌仓内，所述搅拌仓设有进料口和第二出料口；所述出料系统包括传输装置和自卸箱体，所述第二出料口位于传输装置的上料端，所述传输装置的出料端位于自卸箱体的上方，所述送料系统为皮带式传输装置。

进一步地，所述控制系统主要有控制台及其计算机操作单元组成；其中，计算机操作单元又包括：筛分给料操作单元、送料操作单元、加药操作单元和混匀搅拌操作单元，通过在筛分给料系统、送料系统、加药系统、混匀搅拌系统中各设备安装控制和传感元件，并通过线缆或无线传输与各计算机操作单元相连接，实现对各设备运行、监测和调控的集成控制。

进一步地，所述传输装置均为皮带式传输装置，所述搅拌仓的进料口带有可单向闭合的闸板，所述搅拌仓的底板为带有5°～10°倾角，所述第二出料口设有可自动开闭的闸板阀，所述第二搅拌器是但不限于双卧轴强制式搅拌机。

一种高效全自动石油烃污染土壤修复方法，包括以下步骤：

a、加药系统包括两个修复药剂加药子系统和一个修复材料加药子系统，其中第一个修复药剂加药子系统的储液箱中为质量分数为10％～20％的过硫酸钠溶液，第二个修复药剂加药子系统的储液箱中为质量分数为5％～10％的硫酸亚铁溶液；修复材料加药子系统中直接加入氧化钙粉末；

b、将污染土壤投加到筛分给料系统，污染土壤经振动筛筛分后，细粒土壤经筛网进入储料箱，通过储料箱下部连接的定量给料机控制污染土壤的输出量，污染土壤经第一出料口被输送并分散到送料系统的皮带上，并随皮带传输；

c、修复药剂加药子系统中的过硫酸盐溶液及硫酸亚铁溶液分别通过淋药喷洒器的喷头均匀喷洒到送料系统皮带上的污染土壤中，其中过硫酸钠溶液喷洒在前，硫酸亚铁溶液喷洒在后；最后修复材料加药子系统中的氧化钙通过出料管定量输送到送料系统皮带上的土壤中；

d、依次投加完成过硫酸钠溶液、硫酸亚铁溶液和氧化钙粉末的污染土壤，通过送料系统输入到搅拌混匀系统中的搅拌仓中，搅拌充分后，通过第二出料口将第一次修复土壤传输到传输装置的皮带上；

e、完成第一次修复的土壤经传输装置的皮带导向自卸箱体，达到自卸箱体装载容量后运至养护区开展养护，养护周期为4-10天；

f、养护4-10天后对第一次修复的土壤进行取样测试，若土壤中石油烃含量达到修复目标值要求，则完成污染土壤修复；若仍不达标，则利用自卸箱体将未达标土壤运回至污染土壤暂存区，重复以上b、c、d、e步骤，对未达标土壤继续修复，直至修复后土壤中石油烃含量达到修复目标值。

进一步地，所述步骤a中对于石油烃污染浓度小于10000mg/kg的土壤，各修复材料向每吨污染土壤的添加量为：过硫酸钠20～30kg/吨，硫酸亚铁2～4kg/吨，氧化钙1～3kg/吨。

本发明获得的有益效果为：本发明设备具有综合集成的筛分给料系统、送料系统、加药系统、搅拌混匀系统、出料系统及控制系统，可自动化控制污染土壤与修复材料和药剂的投加、传输、混合搅拌及出料过程，精确控制各组分投加量和混合搅拌过程，确保修复药剂、材料和土壤反应充分，具有高度的自动化、流水线操作、修复量大及效率高的优点。

本发明针对典型有机物石油烃污染土壤提供了相应的修复方法，采用过硫酸钠作为氧化剂，硫酸亚铁和氧化钙作为活化剂，进行分步投加混匀搅拌处理，可通过化学氧化实现土壤中石油烃的高效和快速降解。

本发明设备可用于多种不同类型污染土壤的修复，本发明方法中加药系统采用修复药剂和材料及其加入顺序和用量是专门针对有机物石油烃污染土壤的修复。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

其中1：储料箱；2：振动筛；3：定量给料机；4：第一出料口；5：送料系统；6：储液箱；7：加药管；8：加液管；9：第一搅拌器；10：第一控制阀门；11：第一传输动力件；12：输液管；13：喷头；14：储药箱；15：第二控制阀门；16：缓冲仓；17：第二传输动力件；18：出料管；19：控制系统；20：搅拌仓；21：进料口；22：第二搅拌器；23：第二出料口；24：传输装置；25：自卸箱体；26：轮子。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

如图1所示，一种一体化高效全自动土壤修复设备，其特征在于：包括筛分给料系统、送料系统5、加药系统、搅拌混匀系统、出料系统和控制系统19；所述筛分给料系统设有第一出料口4、所述加药系统设有出药口，所述第一出料口4和出药口依次位于送料系统5的上方，所述送料系统5的落料口位于搅拌混匀系统的进料口21上方；所述搅拌混匀系统设有第二出料口23，所述第二出料口23位于出料系统的上料端处；所述筛分给料系统、送料系统5、加药系统、搅拌混匀系统和出料系统均分别与控制系统19电联。所述加药系统包括1套或多套修复材料加药子系统和修复药剂加药子系统，并可根据修复需求进行不同的组合和排序。所述修复药剂加药子系统包括储液箱6和淋药喷洒器，所述储液箱6上设有加药管7和加液管8、储液箱6内部设有第一搅拌器9，所述储液箱6借助出液管与淋药喷洒器相连，所述出液管上设有第一控制阀门10和第一传输动力件11，所述淋药喷洒器包括输液管12和多个喷头13，所述淋药喷洒器的喷头13位于送料系统5的上方，所述第一传输动力件11是但不限于电动隔膜泵。所述修复材料加药子系统包括储药箱14、缓冲仓16和出料管18，所述储药箱14借助带有第二控制阀门15的管道与缓冲仓16相连，所述缓冲仓16借助第二传输动力件17与出料管18相连，所述出料管18管口位于送料系统5的上方，所述第二传输动力件17为计量螺旋输送机。所述筛分给料系统包括振动筛2、储料箱1、定量给料机3和第一出料口4，所述振动筛2位于储料箱1上口处，所述定量给料机3与第一出料口4相连，所述第一出料口4底部带有格栅板。所述搅拌混匀系统包括搅拌仓20和第二搅拌器22，所述第二搅拌器22位于搅拌仓20内，所述搅拌仓20设有进料口21和第二出料口23；所述出料系统包括传输装置24和自卸箱体25，所述第二出料口23位于传输装置24的上料端，所述传输装置24的出料端位于自卸箱体25的上方，所述送料系统5为皮带式传输装置。所述控制系统19主要有控制台及其计算机操作单元组成；其中，计算机操作单元又包括：筛分给料操作单元、送料操作单元、加药操作单元和混匀搅拌操作单元，通过在筛分给料系统、送料系统5、加药系统、混匀搅拌系统中各设备安装控制和传感元件，并通过线缆或无线传输与各计算机操作单元相连接，实现对各设备运行、监测和调控的集成控制。所述传输装置24为皮带式传输装置，所述搅拌仓20的进料口21带有可单向闭合的闸板，所述搅拌仓20的底板带有5°～10°倾角，所述第二出料口23设有可自动开闭的闸板阀，所述第二搅拌器22是但不限于双卧轴强制式搅拌机。

具体应用于石油烃污染土壤修复实施时：

a将修复设备中各系统组装完成后，连接各设备电源，根据污染土壤修复技术方案中确定的修复药剂和材料投加量、投加顺序、搅拌速度及混匀时间等参数，通过控制系统的筛分给料操作单元、送料操作单元、加药操作单元、混匀搅拌操作单元设定各系统的运行参数，先进行开机试车，检查设备是否运转良好。

b在确认修复设备可正常运转后，先向加药系统中添加修复材料和药剂，对于石油烃污染浓度小于10000mg/kg的土壤，各修复材料和药剂向每吨污染土壤的添加量为，过硫酸钠20～30kg/吨，硫酸亚铁2～4kg/吨，氧化钙1～3kg/吨。其中，第一修复药剂加药子系统通过加药管7加入过硫酸钠粉末，通过加液管8加入水溶液，开启第一搅拌器9，配制成质量分数为10％～20％的过硫酸钠溶液；同样的方法，第二修复药剂加药子系统中配制成质量分数为5％～10％的硫酸亚铁溶液；固相修复材料加药子系统直接加入氧化钙粉末。

c待以上准备工作完成后，正式开始污染土壤的修复；先利用铲车将暂存区的污染土壤投加到筛分给料系统，土壤经振动筛2筛分后，其中所夹杂的大颗粒建筑垃圾等介质难以经过筛孔被筛除，细颗粒污染土壤经筛网进入储料箱1。通过储料箱1下部连接的定量给料机3控制污染土壤的输出量，污染土壤经第一出料口4被输送并分散到送料系统5的皮带上，并随皮带以一定速度传输；定量给料机3输送污染土壤的流量为0.5～1t/min，皮带传输速度为5～10m/min。

d第一修复药剂加药子系统中储液箱6配好的过硫酸盐溶液及第二修复药剂加药子系统中储液箱6配好的硫酸亚铁溶液，分别通过各自第一传输动力件11输送至对应淋药喷洒器，药剂通过输液管12上的多个喷头13均匀喷洒到送料系统5皮带上的污染土壤中。过硫酸钠的投加量为100～200l/min，硫酸亚铁加药量为10～40l/min。其中，过硫酸钠溶液喷洒在前，硫酸亚铁溶液喷洒在后。

e修复材料加药子系统中氧化钙的投加在第一修复药剂和第二修复药剂淋洒步骤之后。打开第二控制阀门15，将储药箱14中投加的氧化钙粉末输送到缓冲仓16，进而通过连接缓冲仓16的第二传输动力件17将氧化钙定量输送到送料系统5皮带上的土壤中。其中，缓冲仓16带有可自动开闭的闸板阀，当氧化钙下料量大于设定称重值时，闸板阀关闭，以控制氧化钙下料量，保证氧化钙向第二传输动力件17的喂料均匀，氧化钙投加量为0.5～3kg/min。

f依次投加完成过硫酸钠溶液、硫酸亚铁溶液和氧化钙粉末的污染土壤，通过送料系统5输入到搅拌混匀系统，搅拌仓20进料容量为600～1200l/min，出料容量600～1200l/min，第二搅拌器22设定转速为20～50r/min，期间仓内通过第二搅拌器22使药剂与污染土充分混匀，第二出料口23的闸板每分钟开启一次，并通过第二出料口23将第一次修复土壤传输到传输装置24的皮带上。

g完成第一次修复的土壤经传输装置24皮带导向自卸箱体25内，自卸箱体25底部带有可移动的轮子26，修复后土壤达到自卸箱体25装载容量后运至养护区开展养护，养护周期为7天。

h养护7天后对第一次修复的土壤进行取样测试，若土壤中石油烃含量达到修复目标值要求，则完成污染土壤修复；若仍不达标，则利用自卸箱体25运回至污染土壤暂存区，重复以上c、d、e、f、g、h步骤，对未达标土壤继续修复，直至土壤中石油烃含量达到修复目标值。

实施例1：

某石油烃污染场地，土壤中石油烃的污染浓度为1450～8500mg/kg，土壤质地为粉土，容重1.45，含水率13％～22％。根据《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(gb36600-2018)第一类用地筛选值标准，该污染场地确定的石油烃修复目标值为826mg/kg。

采用本发明所述修复设备及方法进行修复。采用过硫酸钠作为氧化剂，硫酸亚铁和氧化钙作为活化剂，通过化学氧化实现土壤中石油烃的降解。具体为向污染土壤先投加质量分数为20％的过硫酸钠溶液，再投加质量分数为10％的硫酸亚铁溶液，最后投加氧化钙粉末对污染土壤进行修复。

修复设备运行参数为：筛分给料系统中定量给料机3对污染土壤输送量为1t/min，送料系统5的皮带传送速度为10m/min。过硫酸盐向污染土喷洒量为100l/min，硫酸亚铁向污染土喷洒量为20l/min，氧化钙向污染土壤投加量为1kg/min。搅拌仓20设定为进料容量为1t/min，出料容量1t/min，第二搅拌器22转速为50r/min，每分钟第二出料口23闸板开启一次，自卸箱体25每次装满20m³修复后土壤外运至养护区。

修复后土壤在养护区养护7天后，按每500m³土壤取一个样监测，依据《土壤和沉积物石油烃(c10-c40)的测定气相色谱法》(hj1021-2019)对土壤中石油烃含量进行检测，结果如下表1所示。修复后土壤达到该污染场地的修复目标值要求。

表1污染土壤修复结果

实施例2：

某石油烃污染场地，土壤中石油烃的污染浓度为1050～3500mg/kg，土壤质地为粉土和粉质粘土，容重1.45～1.60，含水率15％～24％。根据《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》(gb36600-2018)第一类用地筛选值标准，该污染场地确定的石油烃修复目标值为826mg/kg。

采用本发明所述修复设备及方法进行修复。采用过硫酸钠作为氧化剂，硫酸亚铁和氧化钙作为活化剂，通过化学氧化实现土壤中石油烃的降解。具体为依次投加质量分数为10％的过硫酸钠溶液、质量分数为5％的硫酸亚铁溶液及氧化钙粉末对污染土壤进行修复。

修复设备运行参数为：筛分给料系统中定量给料机输送污染土壤的流量为1t/min，送料系统5传送速度为20m/min。过硫酸盐向污染土喷洒量为100l/min，硫酸亚铁向污染土喷洒量为20l/min，氧化钙向污染土壤投加量为1kg/min。搅拌仓20设定为进料容量为1t/min，出料容量1t/min，设定转速为40r/min，每分钟第二出料口23闸板开启一次，自卸箱体25每次装满20m³修复后土壤外运至养护区。

修复后土壤在养护区养护7天后，按每500m³土壤取一个样监测，依据《土壤和沉积物石油烃(c10-c40)的测定气相色谱法》(hj1021-2019)对土壤中石油烃含量进行检测，结果如下表2所示。修复后土壤达到该污染场地的修复目标值要求。

表2污染土壤修复结果

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。