土壤淋洗試驗機總體及淋洗系統(tǒng)設(shè)計

張 瑋

（沈陽大學，遼寧 沈陽110044）

0 引言

異位土壤淋洗是指把污染土壤挖掘出來，通過篩分去除超大的組分并把土壤分為粗料和細料，然后用淋洗劑來清洗、去除污染物，再處理含有污染物的淋出液，并將潔凈的土壤回填或運到其他地點。該技術(shù)操作的核心是通過水力學方式機械地懸浮或攪動土壤顆粒，土壤顆粒尺寸的最低下限是9.5mm，大于這個尺寸的石礫和粒子才會較易由該方式將污染物從土壤中洗去。通常將異位土壤淋洗技術(shù)用于降低受污染土壤量的預(yù)處理，主要與其他修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用，當污染土壤中砂粒與礫石含量超過50%時，異位土壤淋洗技術(shù)就會十分有效，而對于粘粒、粉粒含量超過30%～50%或者腐殖質(zhì)含量較高的污染土壤，異位土壤淋洗技術(shù)分離去除效果較差。如何從淋出液中回收利用化學助劑，成為制約土壤淋洗技術(shù)廣泛用于工程實踐的一個主要問題，這中間主要涉及化學助劑的成本、如何實現(xiàn)土壤淋洗技術(shù)與其他修復(fù)技術(shù)的有效組合。在未來的土壤修復(fù)中，異位土壤淋洗技術(shù)具有較為廣闊的應(yīng)用前景。

1 淋洗機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

1.1 整體設(shè)計

淋洗機是小型化移動式土壤淋洗成套設(shè)備的核心單元，它是用來淋洗污染土壤的設(shè)備。本文研發(fā)的淋洗機特點是污染土壤淋洗和固液分離采用一體機設(shè)計，整體結(jié)構(gòu)呈臥式布局，由外筒、旋轉(zhuǎn)內(nèi)滾筒、支架、電動機及一些附件構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)內(nèi)滾筒在外筒體內(nèi)由電動機帶動旋轉(zhuǎn)，外筒不轉(zhuǎn)動并與固定支架連接，圖1為淋洗機結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)淋洗機的設(shè)計結(jié)構(gòu)，旋轉(zhuǎn)內(nèi)滾筒的外壁由工業(yè)濾布構(gòu)成，淋洗機淋洗污染土壤時土壤被裝入內(nèi)滾筒中，然后將其置入盛有淋洗劑和清水的外筒體中，使內(nèi)滾筒在其中旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)土壤淋洗。淋洗劑和清水能通過外壁的工業(yè)濾布滲透到內(nèi)滾筒中，而為了防止內(nèi)滾筒中污染土壤滲透到外筒需選擇適合的工業(yè)濾布目數(shù)，此處需進行實驗來確定。在淋洗污染土壤之后需要進行固液分離，由于本文采用淋洗和固液分離一體式設(shè)計，為內(nèi)外滾筒雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)滾筒高速離心旋轉(zhuǎn)實現(xiàn)淋洗后泥漿的固液分離，同時外筒上的污水排水電磁閥將污水排掉，電動機控制內(nèi)滾筒轉(zhuǎn)速，實現(xiàn)不同的運行功能。

1.2 固液分離方式

接下來介紹一下固液分離方式的選擇。常見的固液分離方式有3種，分別是靜置式固液分離、擠壓式固液分離以及離心式固液分離。淋洗機的設(shè)計形式為內(nèi)外滾筒雙層結(jié)構(gòu)，由圖1可知，采用臥式內(nèi)滾筒在外筒內(nèi)進行高速離心旋轉(zhuǎn)，外筒固定在支架上不動，只需電動機通過控制轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)固液分離。該離心式固液分離方案更加簡潔高效，可操作性更強，制造成本較低，同時土壤淋洗和固液分離都在同一個裝置中進行，處理起來不需要移動土壤，達到了淋洗與固液分離一體的效果，因此選擇離心式固液分離方式。

圖1 淋洗機結(jié)構(gòu)示意圖

2 淋洗機控制系統(tǒng)設(shè)計

2.1 控制要求

通過對淋洗機淋洗污染土壤工作流程的了解，具體的淋洗機系統(tǒng)控制要求如下：（1）放入污染的土壤，為了淋洗機能安全運行，在內(nèi)筒的進料口安裝一個傳感器，當進料口打開時PLC系統(tǒng)不能運行，進料口關(guān)閉時PLC系統(tǒng)可以正常運行；（2）按下“土壤淋洗按鈕”，系統(tǒng)控制“清水注入電磁閥”打開，待清水注入至一定高度觸碰到高水位傳感器時，“清水注入電磁閥”關(guān)閉，此時通過系統(tǒng)控制“淋洗劑注入電磁閥”打開，加入淋洗劑，時間控制加入量，電機運行，在此之前通過PLC設(shè)計程序設(shè)定了電機轉(zhuǎn)速（可調(diào)）、淋洗時間（可調(diào)）、電機運行方式（正反轉(zhuǎn)）；（3）按下“土壤漂洗”按鈕，此時通過PLC設(shè)計程序同時打開“清水注入電磁閥”、電機轉(zhuǎn)速（可調(diào)）、漂洗時間（可調(diào)）、電機運行方式（正反轉(zhuǎn)）；（4）按下“固液分離”按鈕，通過PLC設(shè)計程序設(shè)定電機轉(zhuǎn)速（可調(diào)）、脫水時間（可調(diào)）、電機運行方式為正轉(zhuǎn)運行或反轉(zhuǎn)運行；（5）按下“反沖”按鈕，在土壤卸出之后，圓柱臥式內(nèi)滾筒壁上的濾布會粘有一些土壤，需要用清水沖掉，以便下次更好地進行淋洗和固液分離。

2.2 控制方法

為了實現(xiàn)淋洗機的自動化控制，通過對比繼電器控制系統(tǒng)和PLC可編程控制系統(tǒng)，選擇了后者作為控制系統(tǒng)對淋洗機進行控制。PLC是一種數(shù)值運算操作電子控制系統(tǒng)，其專為工業(yè)環(huán)境應(yīng)用而設(shè)計，通過可編程存儲器在內(nèi)部進行存儲、邏輯運算、計數(shù)、順序控制、定時控制和算數(shù)運算等操作，并可輸入和輸出數(shù)字式和模擬式信號，控制各種大中小類型機械的生產(chǎn)過程?，F(xiàn)在的PLC大多采用了微處理和半導(dǎo)體存儲器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子器件，并采用梯形圖進行編程，所以能夠靈活修改控制程序，即可以通過軟件方式來實現(xiàn)修改程序的目的。PLC應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，包括機械生產(chǎn)流水線上的電氣控制系統(tǒng)和運行自動化系統(tǒng)等。

污染土壤的淋洗時間、漂洗時間、固液分離時間、反沖時間是通過定時器來設(shè)定的，在運行過程中，當定時器的輸入條件滿足時，當前值從0開始按一定的單位增加，當定時器的當前值達到用戶設(shè)定值時，定時器發(fā)出動作指令，從而滿足淋洗機對時間的要求；根據(jù)污染土壤淋洗工藝流程，如需選擇淋洗、漂洗、固液分離和反沖工藝流程循環(huán)次數(shù)，可以運用PLC的計時器來實現(xiàn)，計時器的使用和定時器基本相似，編程時輸入計數(shù)設(shè)定值，計數(shù)器累計脈沖輸入端信號上升沿的個數(shù)，當計數(shù)值達到用戶設(shè)定值時，計數(shù)器發(fā)出動作指令，完成淋洗機修復(fù)污染土壤的工藝流程要求。

3 結(jié)語

本文首先對土壤淋洗技術(shù)進行了簡要介紹，然后在此基礎(chǔ)上設(shè)計了淋洗機的整體結(jié)構(gòu)，淋洗機主要由外筒、旋轉(zhuǎn)內(nèi)滾筒、支架、電動機和一些附件構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)內(nèi)滾筒置于外筒內(nèi)部，電動機帶動內(nèi)滾筒在裝有水的外筒體內(nèi)旋轉(zhuǎn)，接著選擇了合適的固液分離方式，最后設(shè)計了土壤淋洗機的控制系統(tǒng)。

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