多功能修复主体设备及其有机污染土壤修复装置和方法

1.本发明涉及污染土壤治理与修复技术领域，特别涉及一种多功能修复主体设备及其有机污染土壤修复装置和方法。


背景技术：

2.土壤作为重要的生产和环境要素，是人类和自然环境赖以生存的自然资源之一。随着经济的高速发展，频繁的工业活动导致大量的有机污染物进入土壤环境。有机污染物对生命体具有致癌、致畸和致突变风险，在自然条件下不易降解，并且能够在不同介质间迁移转化，环境风险较大。有机污染土壤修复是当前环保工作的重点之一。有机污染土壤修复方法包括物理法(气相抽提、热脱附)、化学法(淋洗、氧化还原)和生物法(微生物、植物)等。物理法可有效修复高浓度挥发性和半挥发性有机污染土壤，化学法可有效修复高浓度难挥发性有机污染土壤，生物法可有效修复低浓度易降解有机污染土壤。但是由于工业活动的复杂性、有机污染物在土壤中的持留性和污染源的多样性，多数的有机土壤污染表现为复合污染。针对复合污染，单一的土壤修复技术无法实现修复目标。
3.根据修复工程开设的地点不同，有机污染土壤修复工作可分为原位修复和异位修复。原位修复是不移动有机污染土壤，直接在原址修复，不需要建挖掘和输送运输，无需拆除场地建筑物，经济有效。但是由于土壤不均质性，有机污染土壤原位修复存在不确定性，修复时间较长。异位修复是将有机污染土壤挖掘、运输到修复基础设施集中处置，过程可控，修复周期短。但运输成本高，且在挖掘和运输过程中容易产生有机污染物的逃逸，造成二次污染。


技术实现要素：

4.针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种多功能修复主体设备及其有机污染土壤修复装置和方法。其中，有机污染土壤修复装置能装载于集装箱中实现可移动化，具有较强的机动性和灵活性。可有效实现有机污染土壤的原地异位修复，同时，多功能修复装置可实现修复技术间的联用，有效修复复合有机污染土壤。
5.本发明所采用的具体技术方案如下：
6.第一方面，本发明提供了一种多功能修复主体设备，包括进料单元、修复单元和卸载单元；所述进料单元用于将待处理的物料破碎传送至修复单元，其出口与修复单元的进口相连通；
7.所述修复单元包括箱体外壳、箱体底板和顶盖；箱体外壳底部连接有能向下敞开的箱体底板，顶部固定有顶盖，三者共同围成修复腔室；箱体外壳为筒状的多层结构，由内至外依次为导热层、加热层和保温层，导热层中间隔设有用于促进修复腔室内空气流动的风扇，风扇出风口处设有用于阻挡杂质的筛网层；顶盖上开设有与修复腔室连通的出气口，箱体底板上方设有固定于箱体外壳的轴承底板；轴承底板为多孔框架结构，其上承托固定有进气管和至少两个第一轴承底座；所述进气管上开设有若干用于为上方物料曝气的曝气
孔，一端通过开设于箱体外壳的进气口与外部的鼓风装置相连通；所述第一轴承底座上竖直安装有中空轴，中空轴外侧同轴固定有用于搅拌物料的螺旋叶片；螺旋叶片内部中空且与中空轴相连通，其上均匀开设有若干加药孔；所述中空轴的顶部穿过顶盖并与固定于顶盖上方的第二减速电机相连，第二减速电机能带动中空轴转动；位于顶盖上方的中空轴上还设有加药装置；加药装置、中空轴和螺旋叶片相连通，共同构成用于向修复腔室内部物料加药的加药通路；
8.所述卸载单元包括液压系统和斜板，液压系统用于控制箱体底板的开合；斜板位于箱体底板下方，底部设有出料口；当箱体底板向下打开时能与斜板共同构成使物料滑落的斜坡。
9.作为优选，所述进料单元为具有进料腔室的箱型结构，包括破碎辊、齿轮、第一传送带、进料斗和斜台；进料腔室的顶部敞开且设有横截面由下至上逐渐扩大的进料斗，进料斗下方并排设有至少两个用于破碎进料的破碎辊；破碎辊下方设有能通过齿轮带动传送的第一传送带；第一传送带的前端位于破碎辊下方，用于承接破碎掉落的物料，末端与斜台的顶面相连；斜台的底面位于修复单元的进口处，经第一传送带运输后的物料能经斜台送至修复单元中。
10.进一步的，所述破碎辊的中心同轴固定有与第一减速电机相连的第一旋转轴，第一减速电机能通过第一旋转轴带动破碎辊转动；第一传送带上设有至少两个第二旋转轴，第二旋转轴的两端分别固定有与第一减速电机相连的齿轮，第一减速电机能通过齿轮带动第二旋转轴的转动，以实现第一传送带的传动。
11.作为优选，所述修复单元的进口处设有与机械组件相连的进料口板，机械组件能通过进料口板控制进口的启闭；所述进料单元与修复单元之间通过支撑架固定连接。
12.作为优选，所述进气管为设于修复腔室内周的环形管状结构，进气管的单侧开设若干曝气孔，顶部固定安装有用于防止土壤进入进气管孔洞中的遮蔽板。
13.作为优选，所述出气口处覆盖有滤网；螺旋叶片的加药孔上设有仅能用于出液的单向阀；所述箱体外壳内部还设有若干与螺旋叶片互不干涉的搅拌桨，搅拌桨用于辅助螺旋叶片搅拌物料。
14.作为优选，所述修复单元底部固定有箱体支架，箱体支架上设有液压系统和斜板；所述液压系统包括液压底座、液压缸和第二轴承底座；箱体支架底部固定有液压底座，液压底座上固定有至少一个液压缸，液压缸的活塞杆通过杆头轴承与固定于箱体底板底部的第二轴承底座相连，以控制箱体底板的开合。
15.作为优选，所述出料口处设有用于传输从出料口掉落物料的第二传送带，第二传送带能将物料送至自卸车处。
16.第二方面，本发明提供了一种有机污染土壤修复装置，包括热交换器、除尘装置、固废暂存装置、尾气净化装置、尾气吸收装置、废液收集装置和如第一方面任一所述的多功能修复主体设备；
17.所述多功能修复主体设备上的出气口通过管路依次与热交换器和除尘装置相连通；除尘装置的固相出口与固废暂存装置相连，气液出口通过设有真空泵和在线检测器的管路与尾气吸收装置相连；尾气吸收装置的气相出口与尾气净化装置相连通，尾气净化装置的气相出口通过烟囱排入大气，烟囱处设有在线检测器；尾气吸收装置的废液出口与废
液收集装置相连通。
18.第三方面，本发明提供了一种根据第二方面所述有机污染土壤修复装置的有机污染土壤修复方法，具体如下：
19.待修复的有机污染土壤在进料单元内进行破碎，开启修复单元的进口，将破碎的土壤通过进口传送至修复单元内；向修复单元内进料的同时，第二减速电机驱动中空轴带动螺旋叶片旋转，使进入的土壤均匀填充修复腔室；当修复腔室内的土壤填充高度达到设定值时，关闭进料单元和修复单元的进口，停止进料，修复腔室处于封闭状态；开启加热层、风扇、鼓风装置、真空泵和加药装置，加热层均匀对污染土壤进行加热，风扇促进热空气在修复腔室内流通；鼓风装置通过进气管提供吹脱气体，真空泵通过出气口抽提尾气，使得吹脱气体能从下至上的流经土壤；将药剂加入加药装置，随后通过加药通路注入土壤中，由于螺旋叶片的旋转作用，药剂与土壤均匀混合；经出气口抽提的尾气进入热交换器中以降低温度，随后进入除尘装置将尾气中的固态颗粒物进行分离；分离后的固态物质进入固废暂存装置，气体进入尾气吸收装置以去除气体中的有机污染物；尾气吸收装置产生的废液定期排入废液收集装置，经尾气吸收装置处理后的气体进入尾气净化装置，随后经烟囱排入大气；液压系统定期控制箱体底板开启，将修复单元内修复达标的土壤经斜板和出料口排出多功能修复主体设备，以进行后续处理。
20.本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
21.本发明能够实现不同有机污染土壤修复技术的强化耦合，可操作性强，解决了传统组合方式流程长、功能单一和灵活性差等问题，满足了不同场地复合有机污染土壤的修复需求。本发明除具有修复污染土壤功能之外，兼具调理土壤物性功能。以修复达标土壤再利用为导向，遴选适宜添加剂(菌剂、有机质和生物炭等)，调理土壤物性，恢复受损功能，达成绿色修复目标。本发明的进料单元和修复单元结构优化形成密闭空间，有效解决了传输-修复过程中挥发性污染物和飞灰逃逸，避免二次污染问题的产生。本发明的螺旋叶片和搅拌桨依据功能需要设置不同的转动程序，使土壤和添加剂充分混匀的同时，防止出现不动土，解决了修复过程中存在死区的问题。本发明的修复主体装置各功能单元联动使待修复土壤均质化，各向同质；使修复单元内能量场和压力场均匀分布，使修复过程归一化有序可控，提高修复效率。。除此以外，本发明后置的尾气处理装置将修复过程中产生的三废统一收集处理，环境影响小。本发明有效解决了传统修复装置中存在的不足，整套装置集成在集装箱内，这种可移动的装配方式具有很好的机动性，可有效完成集中、散点和应急有机污染土壤修复工作。
附图说明
22.图1是多功能修复主体设备的第一等轴测示意图；
23.图2是多功能修复主体设备的第二等轴测示意图；
24.图3是多功能修复主体设备的剖面示意图(a)和a-a剖面示意图(b)；
25.图4是多功能修复主体设备的剖面示意图(a)和b-b剖面示意图(b)；
26.图5是有机污染土壤修复装置的第一结构示意图；
27.图6是有机污染土壤修复装置的第二结构示意图；
28.附图标记：1、进料单元；101、进料斗；102、第一减速电机；103、破碎辊；104、第一旋
转轴；105、第一传送带；106、第二旋转轴；107、齿轮；108、斜台；109、支撑架；2、修复单元；201、顶盖；202、箱体外壳；203、箱体底板；204、第二减速电机；205、加药装置；206、出水口；207、进水口；208、出气口；209、进气口；210、进料口板；211、机械组件；212、第一合页；213、中空轴；214、螺旋叶片；215、搅拌桨；216、第一轴承底座；217、遮蔽板；218、进气管；219、轴承底板；220、保温层；221、导热层；222、加热层；223、风扇；224、筛网层；225、传感器；3、卸载单元；301、箱体支架；302、斜板；303、出料口；304、液压底座；305、液压缸；306、活塞杆；307、第二合页；308、第二轴承底座；4、热交换器；5、除尘装置；6、固废暂存装置；7、真空泵；8、在线检测器；9、尾气净化装置；10、尾气吸收装置；11、废液收集装置；12、配电柜；13、控制台；14、烟囱；15、集装箱；16、鼓风装置；17、第二传送带；18、自卸车；19、多功能修复主体设备。
具体实施方式
29.下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
30.本发明可有效处理含挥发性和半挥发性有机污染土壤，根据污染土壤的具体情况设定预处理工序，预先对土壤进行挖掘和干化等处理后再行处理。
31.在本实施例中，对多功能修复装置的箱体方位表述为“上”、“下”、“左”、“右”、“前”和“后”。具体地，可以参照图1的图面方向。其中，加药装置位于上面，箱体支架位于下面，进料单元位于后面，出料口位于前面。加热层位于左面、右面、前面和后面(位于壳体内部)。
32.下面详细介绍本实施例中可移动式集成多功能污染土壤修复装置的实现方式。
33.如图1和2所示，为本发明提供的一种多功能修复主体设备，该设备为箱式结构，主要包括进料单元1、修复单元2和卸载单元3。其中，进料单元1、修复单元2和卸载单元3三者依次连通，进料单元1用于将待处理的土壤进行破碎处理，随后将破碎的土壤输送至修复单元2中，修复单元2用于土壤的具体修复调理处理，卸载单元3用于将修复单元2中修复完成的土壤排出多功能修复主体设备。
34.进料单元1用于将待处理的物料破碎传送至修复单元2，其出口与修复单元2的进口相连通。在本实施例中，进料单元1为具有进料腔室的套筒式箱型结构，包括破碎辊103、齿轮107、第一传送带105、进料斗101和斜台108。进料腔室的顶部敞开且设有横截面由下至上逐渐扩大的进料斗101，进料斗101下方并排设有至少两个用于破碎进料的破碎辊103。破碎辊103下方设有能通过齿轮107带动传送的第一传送带105。第一传送带105的前端位于破碎辊103下方，用于承接破碎掉落的物料，末端与斜台108的顶面相连。斜台108的底面位于修复单元2的进口处，经第一传送带105运输后的物料能经斜台108送至修复单元2中，该种斜台108结构有利于污染土壤进入修复单元2，防止土壤在进料单元1出口处堆积。破碎辊103的中心同轴固定有与第一减速电机102相连的第一旋转轴104，第一减速电机102能通过第一旋转轴104带动破碎辊103转动。第一传送带105上设有至少两个第二旋转轴106，第二旋转轴106的两端分别固定有与第一减速电机102相连的齿轮107，第一减速电机102能通过齿轮107带动第二旋转轴106的转动，以实现第一传送带105的传动。该种结构的进料单元1在实际应用时，将有机污染土壤添加到进料斗101，第一减速电机102驱动相邻的破碎辊103向相反方向转动以破碎大块土壤颗粒，破碎的土壤掉落到第一传送带105上，同时，第一减速电机102驱动第一传送带105运输破碎后的有机污染土壤，土壤掉落到斜台108上之后进
入到修复单元2中。
35.此外，在修复单元2的箱体外壳的进口处设置进料口板210，进料口板210通过第一合页212与箱体外壳固定。机械组件211(如机械臂)固定安装在进料口板上，控制其转动开合。在进料单元1的运转过程中，进料口板打开，机械臂211驱动进料口板210转动到与进料单元1出口处，以与斜台108共同形成密封空间，从而使得进料单元和修复单元形成密闭空间，有效防止进料过程中飞尘和有机污染物的无组织排放；当进料单元1停止运转时，机械臂211驱动进料口板210封闭修复单元2的进口，以使修复单元2形成密闭空间。
36.为了使进料单元1和修复单元2之间的连接更加牢固，如图3所示，可以在进料单元1与修复单元2之间设置至少两个支撑架109。支撑架109可以采用横截面为三角形的框架结构，一条直角边固定于进料单元1底部，另一条直角边固定于修复单元2进口处的侧壁。
37.如图3所示，修复单元2为箱体结构，主要包括箱体外壳202、箱体底板203和顶盖201。箱体外壳202底部连接有能向下敞开的箱体底板203，顶部固定有顶盖201，三者共同围成修复腔室。在实际应用时，箱体底板203的一边可以通过第二合页307连接固定于箱体外壳202底部，以便于向下翻转敞开。
38.如图4所示，箱体外壳202为筒状的多层结构，由内至外依次为导热层221、加热层222和保温层220，导热层221中间隔设有用于促进修复腔室内空气流动的风扇223，风扇223出风口处设有用于阻挡杂质的筛网层224。在实际应用时，筛网层224能够阻止修复腔室内的土壤颗粒进入风扇223空腔；风扇223用于促进修复腔室中的热空气对流，以鼓吹热空气进入修复单元2；导热层221、加热层222和保温层220依次保证了热量的传递、产生和不散失。为了使热量传递更加均匀，本实施例中，在修复腔室的前后两面各自安装有八个风扇223，从而使得修复腔室内的热空气流动更加均匀。
39.顶盖201上开设有与修复腔室连通的出气口208，箱体底板203上方设有固定于箱体外壳202的轴承底板219。在本实施例中，出气口208处覆盖有滤网。轴承底板219为多孔框架结构，其上承托固定有进气管218和至少两个第一轴承底座216，轴承底板219用于防止箱体底板203开启时进气管218和第一轴承底座216掉落。进气管218上开设有多个用于为上方物料曝气的曝气孔，一端通过开设于箱体外壳202的进气口209与外部的鼓风装置16相连通，通过鼓风装置16能够经进气管218为修复腔室提供吹脱气体。在本实施例中，将进气管218设置为环形管状结构，并环绕于修复腔室的内周，进气管218的单侧开设若干曝气孔，有利于吹脱气体绕圆周均布；进气管218的顶部固定安装有遮蔽板217，以防止土壤进入进气管218孔洞中。
40.第一轴承底座216上竖直安装有中空轴213，中空轴213的外侧同轴固定有用于搅拌物料的螺旋叶片214，螺旋叶片214由下至上环绕于中空轴213的外侧设置。螺旋叶片214内部中空，且螺旋叶片214的中空内部与中空轴213的中空内部相连通，螺旋叶片214上均匀开设有多个加药孔，加药孔将螺旋叶片214的中空内部与修复腔室相连通。中空轴213的顶部穿过顶盖201，并与固定于顶盖201上方的第二减速电机204相连，第二减速电机204能带动中空轴213转动。位于顶盖201上方的中空轴213上还设有加药装置205。加药装置205、中空轴213和螺旋叶片214相连通，共同构成用于向修复腔室内部物料加药的加药通路。在使用过程中，药剂添加到加药装置中，流经中空轴，进入螺旋体，通过孔口注入有机污染土壤，单向阀门可有效防止土壤颗粒进入螺旋体。
41.在本实施例中，在螺旋叶片214的表面以阵列方式均布开孔，且孔口处固定安装单向阀门，仅能使药液经过加药通路向外流动；在加药装置的上部开设用于添加药液的进水口207，在下部开设用于排液放空的出水口206。箱体外壳202内部还设有多个与螺旋叶片214互不干涉的搅拌桨215，搅拌桨215用于辅助螺旋叶片214搅拌物料。为了使热量传递更加均匀，本实施例中，箱体外壳201内侧各自安装三个搅拌桨215用于搅动土壤。穿透箱体外壳201安装有三个传感器225，用于记录修复过程中土壤的温度、含水率和压力。
42.卸载单元3包括液压系统和斜板302，液压系统用于控制箱体底板203的开合。斜板302位于箱体底板203下方，底部设有出料口303。当箱体底板203向下打开时能与斜板302共同构成使物料滑落的斜坡。
43.在本实施例中，修复单元2底部固定有箱体支架301，箱体支架301上设有液压系统和斜板302。液压系统包括液压底座304、液压缸305和第二轴承底座308。箱体支架301底部固定有液压底座304，液压底座304上固定有至少一个液压缸305，液压缸305的活塞杆306通过杆头轴承与固定于箱体底板203底部的第二轴承底座308相连，以控制箱体底板203的开合。箱体支架对角线方向设置有斜板，斜板上开设和修复单元箱体底板大小一致的孔，用于收纳翻折的箱体底板，箱体支架前面开设出料口303。出料口处设置有与卸载单元相配合的第二传送带17，将修复达标土壤运送至自卸车18处，便于车辆运输。
44.基于上述多功能修复主体设备19，本发明还设计了与其相配的尾气处理工艺，共同构成了有机污染土壤修复装置。如图5和6所示，该有机污染土壤修复装置包括热交换器4、除尘装置5、固废暂存装置6、尾气净化装置9、尾气吸收装置10、废液收集装置11和多功能修复主体设备19。
45.其中，多功能修复主体设备19上的出气口208通过管路依次与热交换器4和除尘装置5相连通。热交换器4用于降低尾气温度，除尘装置5用于去除尾气中的固体颗粒。除尘装置5的固相出口与固废暂存装置6相连，气液出口通过设有真空泵7和在线检测器8的管路与尾气吸收装置10相连。尾气吸收装置10的气相出口与尾气净化装置9相连通，尾气净化装置9的气相出口通过烟囱14排入大气，烟囱14处设有在线检测器8。尾气吸收装置10的废液出口与废液收集装置11相连通。真空泵7为尾气的输送提供动力，分离的尾气通过真空泵7输送到尾气吸收装置10，同时管路上连接在线监测装置8，测定尾气当中污染物浓度；尾气吸收装置10内填充有机酸溶液，吸附尾气当中的有机污染物，达到净化的目的；尾气净化装置9内填充活性炭，对未能吸收的有机物进一步净化；净化的尾气通过烟囱14排入大气，管路上连接在线监测装置8，测定尾气当中污染物浓度。管路中同时配置安装有阀门、流量计和压力表等。
46.在本实施例中，有机污染土壤修复装置通过配电柜12和控制台13实现统一的供电和自动化控制，整套装置集成安装于集装箱15内，整体可移动，灵活性强。
47.利用上述有机污染土壤修复装置的有机污染土壤修复方法，具体如下：
48.待修复的有机污染土壤在进料单元1内进行破碎，开启修复单元2的进口，将破碎的土壤通过进口传送至修复单元2内。向修复单元2内进料的同时，第二减速电机204驱动中空轴213带动螺旋叶片214旋转，使进入的土壤均匀填充修复腔室。当修复腔室内的土壤填充高度达到设定值时，关闭进料单元1和修复单元2的进口，停止进料，修复腔室处于封闭状态。开启加热层222、风扇223、鼓风装置16、真空泵7和加药装置205，加热层222均匀对污染
土壤进行加热，风扇223促进热空气在修复腔室内流通。鼓风装置16通过进气管218提供吹脱气体，真空泵7通过出气口208抽提尾气，使得吹脱气体能从下至上的流经土壤。将药剂加入加药装置205，随后通过加药通路注入土壤中，由于螺旋叶片214的旋转作用，药剂与土壤均匀混合。经出气口208抽提的尾气进入热交换器4中以降低温度，随后进入除尘装置5将尾气中的固态颗粒物进行分离。分离后的固态物质进入固废暂存装置6，气体进入尾气吸收装置10以去除气体中的有机污染物。尾气吸收装置10产生的废液定期排入废液收集装置11，经尾气吸收装置10处理后的气体进入尾气净化装置9，随后经烟囱14排入大气。液压系统定期控制箱体底板203开启，将修复单元2内修复达标的土壤经斜板302和出料口303排出多功能修复主体设备19，以进行后续处理。
49.具体的，鼓风设置16和真空泵7共同作用使吹脱气体流过有机污染土壤，通过气相抽提技术修复土壤。吹脱的过程当中，接通加热层222和风扇223对土壤加温到设定温度，与箱体前面传感器225形成反馈回路，精准控温，通过热脱附技术修复有机污染土壤。修复单元内加药装置205、中空轴213和螺旋体214构成连通单元内可填充循环热源辅助加热，与加热层222共同对有机污染土壤加温，通过热强化气相抽提和热脱附技术修复有机污染土壤。连通单元也可向有机污染土壤中注入氧化还原药剂，通过化学氧化还原技术修复有机污染土壤；连通单元也可向有机污染土壤中注入菌剂，通过微生物技术修复有机污染土壤。除以之外多功能修复装置通过设置不同运行参数可灵活实现以上修复技术之间的联用。调理土壤功能是指对于处理土壤理化性质改变或生产能力降低等状况，连通单元可在土壤修复达标之后向土壤中添加菌剂、有机质和生物炭等实现土壤调理功能。
50.以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。