重金属污染土壤摇摆震动型多级筛分淋洗装置的制作方法

本发明涉及土壤修复领域，具体涉及一种重金属污染土壤摇摆震动型多级筛分淋洗装置。

背景技术：

1、重金属污染土壤常用固化稳定化技术、土壤淋洗技术进行修复。其中土壤淋洗技术能将重金属污染物从污染土壤中彻底分离出去，应用市场广阔；但在实际工程应用中，土壤淋洗系统集合上料装置、滚筒筛分、震动筛分、淋洗液循环系统、压滤装置、污水处理装置等，大型设备较多、占地面积较大、系统资金投入较高；在项目未启动实施的前提下，企业较难以工业级土壤多级筛分淋洗系统进行中试，来判断某种重金属污染土壤是否适用于土壤淋洗技术。而且在实验室条件下，也缺乏专门用于重金属污染土壤的系统化多级筛分淋洗实验装置，在实验室仅能通过瓶罐等静态实验，进行多级筛分及分步静态淋洗，且淋洗液也仅能依靠多次抽真空或者多次静置沉淀进行固液分离，费时费力。

2、综上，对于某重金属污染土壤，是否可应用土壤淋洗技术进行修复，在前期进行技术筛选阶段，亟需一种小型、操作简便、集成化、自动化、系统化的多级筛分淋洗技术验证装置。

技术实现思路

1、本发明意在提供重金属污染土壤摇摆震动型多级筛分淋洗装置，以解决目前土壤淋洗技术验证投入大、淋洗液利用费时费力的问题。

2、为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：重金属污染土壤摇摆震动型多级筛分淋洗装置，包括：摇摆震动本体、摇摆震动盘、物料多级淋洗分筛组件、自动料液循环及排放组件、淘洗组件和自清洁固液分离膜组件；所述摇摆震动本体，用于带动摇摆震动盘和物料多级淋洗分筛组件震动；所述摇摆震动盘，用于安装物料多级淋洗分筛组件；所述物料多级淋洗分筛组件包括：物料筛固定组件、物料筛顶盖、物料筛底盘和至少一级物料筛，所述物料筛底盘、物料筛和物料筛顶盖由下至上依次密闭连接；所述物料筛顶盖上设有淋洗液进料口，所述物料筛底盘内部形成固液储存空间，所述物料筛底盘上设有出料口；所述物料筛底盘、物料筛和物料筛顶盖由下至上通过物料筛固定件固定在摇摆震动盘上；所述自动料液循环及排放组件，用于将固液储存空间内淋洗液重新输送到顶层的物料筛上部，其一端和固液储存空间连通，另一端和淋洗液进料口连通；所述淘洗组件，用于增加物料筛上的土壤和淋洗液的接触时间，所述淘洗组件包括：精工固定件、精工旋转件、连接板、精工旋转轴、精工滑轨和带动精工旋转轴转动的动力单元，所述精工固定件的端部固定在物料筛内壁上，所述精工旋转件位于精工固定件的顶部或底部，所述精工旋转轴用于带动精工旋转件转动，所述精工滑轨安装在物料筛内壁上，所述精工旋转件位于精工滑轨上，初始时精工旋转件与精工固定件紧密接触与物料筛内壁形成密闭淘洗空间，所述精工旋转件旋转时与精工固定件之间形成交叉孔隙；所述自清洁固液分离膜组件，用于将进入自动料液循环及排放组件的淋洗液进行固液分离。本文所述精工指结构精密，且加工精度高，表面非常平整，运动时表面产生极小的摩擦阻力。

3、本方案的原理：首先将摇摆震动盘固定在摇摆震动本体，然后通过物料筛固定件将物料筛底盘和物料筛固定在摇摆震动盘上，在第一层物料筛上部设置布料器；在第二层物料筛或其他层物料筛上部设置淘洗组件；将重金属污染土壤倒入顶层的物料筛中，然后固定物料筛顶盖，并将自动液料循环及排放组件与物料筛底盘、物料筛顶盖连接，结构连接完成后，启动摇摆震动本体，开始震动筛分工作，向物料筛顶盖内加入对应重金属的淋洗液，重金属污染土壤在摇摆震动及重力作用下，从最顶层物料筛逐级向下筛分至最底层物料筛；同时淋洗液经布料器，也从最顶层物料筛均匀布料并逐级流向最底层物料筛，在此过程中污染土壤颗粒中相应的重金属洗脱至淋洗液中；重金属污染土壤和淋洗液下落过程中先在精工旋转件、精工固定件、物料筛内壁形成的密闭淘洗空间内停留，使得重金属污染土壤和淋洗液充分接触，对重金属污染土壤进行震动淘洗，待淘洗预设时间结束后再控制精工旋转件与精工固定件相对转动使重金属污染土壤和淋洗液落入下一级物料筛，落料完成后将精工旋转件与精工固定件恢复原位待下次淋洗，反复淘洗3-5次后，使精工固定件与精工旋转件保持交叉的位置关系，以便循环淋洗；在淘洗组件上，重金属污染土壤和淋洗液碰撞不受物料筛的网格阻力，重金属污染土壤和淋洗液混合接触效果更好，洗脱作用更充分。自动料液循环及排放组件抽取物料筛底盘中的淋洗液到物料筛顶盖中使得淋洗液对重金属污染土壤反复淋洗，淋洗结束后，可通过自动料液循环及排放组件排放淋洗废液。

4、本方案优点：本方案通过自清洁固液分离膜组件和自动料液循环及排放组件循环利用淋洗液，节约淋洗液；通过设置多级物料筛分级淋洗，可以获得不同粒径的清洁石料、砂砾、沙料或土壤颗粒，能够有针对性的分别进行综合利用；同时通过精工旋转件和精工固定件结构，延长待筛分重金属污染土壤与淋洗液的淋洗时间，增强洗脱作用，保障重金属污染土壤的洗脱效果；同时在震动盘作用下使得重金属污染土壤与淋洗液均混 、碰撞，发生物化反应，对重金属污染土壤组分进行强力洗脱，进一步保障重金属污染土壤的洗脱效果；本发明提供了一种小型、操作简便、集成化、自动化、系统化的摇摆震动型重金属污染土壤多级筛分淋洗装置，具备淋洗液淋洒均匀、循环使用、洗脱均质充分等特点，在循环淋洗工作中，固液分离膜管件能够自清洁，可以确保试验装置连续稳定运行，循环淋洗过程中可实现自动化控制。

5、优选的，还包括所述手动料液排放组件，所述手动料液排放组件用于手动控制排出固液储存空间内淋洗液，所述手动料液排放组件包括固液分离膜片、第二料液管和废液盛放器，所述第二料液管一端和固液储存空间连通，另外一端和废液盛放器连通；所述固定分离膜片位于第二料液管的进料端；所述第二料液管上设有手动阀。可通过手动阀控制第二料液管及时排出废淋洗液。

6、优选的，在顶层物料筛上部设置布料器，用于将淋洗液向下均匀淋洗至物料筛上的重金属污染土壤。所述布料器由上壳和布料器底盘构成，上壳开有与淋洗液进料端及自动液料循环及排放组件出液端料液管连接的连接孔。顶部物料筛上部设有一圈卡槽，将布料器以卡合形式固定住。

7、优选的，还包括连接板，所述精工固定件和精工旋转件均为条块状，所述精工固定件和精工旋转件在物料筛内部间隔铺设，且上下错层相接；所述精工固定件位于精工旋转件上方，所述连接板用于连接所有精工旋转件，所述精工旋转轴设置在连接板上。

8、优选的，所述动力单元包括：传动齿轮单元、传动轴和电机，电机设置在物料筛侧壁上，可从地面设置三脚架支撑电机，以确保电机的稳固性。传动轴与电机的输出轴固定连接，传动齿轮单元包括第一锥形齿轮、第二锥形齿轮和齿轮保护罩，第一锥形齿轮和第二锥形齿轮的轴线相垂直，第一锥形齿轮和第二锥形齿轮分别固定在传动轴和精工旋转轴上，通过第一锥形齿轮和第二锥形齿轮啮合传动，改变力传动方向使精工旋转轴转动，进而带动精工旋转件整体转动，传动齿轮单元设置有齿轮保护罩，用于保护第一锥形齿轮和第二锥形齿轮。

9、优选的，所述自清洁固液分离膜组件包括：固液分离膜管、膜管刷、连接件、螺旋叶片、旋转轴和传动件，所述固液分离膜管为u形，所述固液分离膜管的开口端通过连接件与自动料液循环及排放组件的进料口密闭连接，所述旋转轴设置在自动料液循环及排放组件内的进料端料液管内，所述螺旋叶片固定在旋转轴上，所述膜管刷位于固液分离膜管的外侧，所述旋转叶片和旋转轴通过传动件使膜管刷相对固液分离膜管转动。自动料液循环及排放组件抽取淋洗液时，料液泵的抽吸作用和淋洗液流动带动螺旋叶片和旋转轴转动，旋转叶片和旋转轴通过传动件使膜管刷相对固液分离膜管转动，膜管刷对固液分离膜管进行清理，防止固液分离膜管堵塞，确保自动料液循环及排放组件稳定循环淋洗液；能实现固液分离膜管的自清洁，保障淋洗液循环工作的稳定进行。

10、优选的，所述传动件包括：磁力珠、磁力圈、磁力珠滑轨和磁力圈连接件，所述磁力珠滑轨设置在连接件外侧，所述磁力珠滑轨为c形，所述磁力珠设置在磁力珠滑轨内，所述膜管刷通过连接短杆和磁力珠固定连接，所述磁力圈连接件固定在螺旋叶片和旋转轴上，所述磁力圈安装在磁力圈连接件上，所述连接件内侧设有安装磁力圈的磁力圈滑轨。螺旋叶片和旋转轴转动时带动磁力圈同步转动，磁力圈转动时其周围空间的磁场方向和强弱发生变化，形成旋转的磁场，磁力珠在磁场力的作用下随着磁力圈一起转动，进而带动膜管刷相对固液分离膜管转动，对固液分离膜管进行清理。

11、优选的，所述自动料液循环及排放组件包括第一料液管、料液泵、第一电磁阀和第二电磁阀，所述料液管一端与固液储存空间连通，所述料液管的另外一端与淋洗液进料口连通，所述第一电磁阀用于控制料液管和淋洗液进料口连通；所述第一料液管上还设有废液出口，所述第二电磁阀用于控制废液出口的打开和闭合。需要抽取淋洗液到顶层物料筛中时，关闭第二电磁阀，同时打开第一电磁阀和料液泵，在料液泵作用下，淋洗液沿着第一料液管进入顶层物料筛中进行循环利用；当需要排出淋洗液时，关闭第一电磁阀，同时打开第二电磁阀和料液泵，废液出口最为分支料液管路，在料液泵的作用下，淋洗液从第一料液管的废液出口排出；通过料液泵、第一电磁阀和第二电磁阀结构方便快速控制抽取和排出淋洗液。

12、优选的，所述固液储存空间内设有高低浮球液位计，通过高低浮球液位计可自动获取固液储存空间的液位情况，方便plc组件控制自动料液循环及排放组件的运行。

13、优选的，所述第一料液管通过万向弹性伸缩软接头和淋洗液进料口与固液储存空间连通。通过万向弹性伸缩软接头确保在摇摆震动型多级淋洗筛分系统进行工作时，自动液料循环及排放组件不受其摇摆震动的工作状态影响。

14、优选的，所述手动料液排放组件通过万向弹性伸缩软接头和固液储存空间连通。

15、优选的，还包括plc自控组件，plc自控组件用于控制淘洗组件以及自动料液循环及排放组件的自动控制工作，plc自控组件包括连接电机、料液泵、高低浮球液位计、第一电磁阀和第二电磁阀的控制线，以及plc控制器。plc控制器通过运行时间编制淘洗组件工作程序，通过运行时间及高低浮球液位计传输的液位信号编制自动料液循环及排放组件的工作程序。例如，摇摆震动本体设置的工作时间为80min，对于淘洗组件实现编程控制内容如下：初始状态时，精工固定件及精工旋转件间隔铺设并上下交错布置，相邻接缝处紧密贴合，以确保不漏液；plc控制器启动工作时，开始计时，淘洗系统1进行淘洗工作10min后，淘洗系统的电机开始启动，将精工旋转件旋转90°并保持5min，使其上的重金属污染土壤在棋盘式空格中掉落至第二级物料筛上；之后电机反向旋转，复位精工旋转件至初始状态工作5min后，再启动电机，将精工旋转件继续旋转90°保持3min；电机再次反向旋转复位精工旋转件至初始状态工作5min后，最后一次启动电机，将精工旋转件继续旋转90°保持至淋洗工作结束，通过往复3次淘洗，使得当层物料筛待筛分重金属污染土壤与淋洗液均质混合、充分洗脱后，并能完全掉落至物料筛上进行下一步的多级筛分淋洗工作。

16、假如摇摆震动本体设置的工作时间为80min，对于自动液料循环及排放组件编程控制如下：plc控制器初始工作时，开始计时，当物料筛底盘中的淋洗液液位高度，达到高低浮球液位计的高位球时，液料泵自动启动，同时通向物料筛顶盖的循环管路上的电磁阀启动，并关闭液料排放管路上的第二电磁阀，开始淋洗液自动循环淋洗工作，将淋洗液由物料筛底盘缓慢抽送至顶层物料筛，经布料器对每层物料筛的土壤颗粒进行新一轮均洒淋洗；当物料筛底盘中的淋洗液的液位高度，到达高低浮球液位计的低位球时，液料泵自动停止工作，循环管路上的第一电磁阀可保持工作状态；待液位高度重新到达高位球时，液料泵继续自动启动。周而复始地对每层物料筛的砷污染土壤颗粒循环淋洗。直至80min后，摇摆震动本体完成定时工作，自动液料循环及排放组件的液料循环管路上的第一电磁阀关闭，启动液料排放管路上的电磁阀，开始自动排放物料筛底盘中的淋洗废液至废液盛放器中，待淋洗液高度达到高低浮球液位计低位计时，plc程序设定自动关闭液料泵、第一电磁阀、第二电磁阀，停止工作。

17、为达到上述目的，本发明还提供了另一种方案，重金属污染土壤摇摆震动型多级筛分淋洗装置，包括：摇摆震动本体、摇摆震动盘、物料多级淋洗分筛组件、自动料液循环及排放组件、淘洗组件和自清洁固液分离膜组件；所述摇摆震动本体，用于带动摇摆震动盘和物料多级淋洗分筛组件震动；所述摇摆震动盘，用于安装物料多级淋洗分筛组件；所述物料多级淋洗分筛组件包括：物料筛固定组件、物料筛顶盖、物料筛底盘和至少一级物料筛，所述物料筛底盘、物料筛和物料筛顶盖由下至上依次密闭连接；所述物料筛顶盖上设有淋洗液进料口，所述物料筛底盘内部形成固液储存空间，所述物料筛底盘上设有出料口；所述物料筛底盘、物料筛和物料筛顶盖由下至上通过物料筛固定件固定在摇摆震动盘上；所述自动料液循环及排放组件，用于将固液储存空间内淋洗液重新输送到顶层的物料筛上部，其一端和固液储存空间连通，另一端和淋洗液进料口连通；所述淘洗组件，用于增加物料筛上的土壤和淋洗液的接触时间及洗脱作用，所述淘洗组件包括淘洗隔膜和伸缩杆式刺针，所述淘洗隔膜位于当层物料筛与上层物料筛之间，所述淘洗隔膜与物料筛内壁形成密闭淘洗空间，所述伸缩杆式刺针用于刺破淘洗隔膜；所述自清洁固液分离膜组件，用于将进入自动料液循环及排放组件的淋洗液进行固液分离，同时实现固液分离膜管的自清洁，以保障淋洗液循环工作的稳定进行。

18、首先将摇摆震动盘固定在摇摆震动本体上，然后通过物料筛固定件将物料筛和物料筛底盘固定在摇摆震动盘上，在第一层物料筛上部设置布料器；在第二层或其它层物料筛内设置淘洗组件；将重金属污染土壤倒入顶层的物料筛中，然后固定物料筛顶盖，并将自动液料循环及排放组件与物料筛底盘、物料筛顶盖连接，将手动料液排放组件与物料筛底盘连接，结构连接完成后，启动摇摆震动本体，开始震动筛分工作。向物料筛顶盖内加入对应重金属的淋洗液，重金属污染土壤在摇摆震动及重力作用下，从最顶层物料筛逐级向下筛分至最底层物料筛；同时淋洗液经布料器均匀地从最顶层物料筛逐级流向最底层物料筛，在此过程中污染土壤颗粒中相应的重金属洗脱至淋洗液中；重金属污染土壤和淋洗液下落过程中，将被设置的淘洗隔膜与物料筛内壁形成密闭淘洗空间全部承接，在摇摆震动本体提供的摇摆力、离心力和重力作用下，在淘洗组件上对重金属污染土壤进行充分的震动淘洗，使得重金属污染土壤和淋洗液充分接触并延长停留时间，增强重金属洗脱作用，待承接有重金属污染土壤和淋洗液的淘洗隔膜向下拉伸缩小与伸缩式刺针之间距离，同时控制伸缩杆式刺针的长度，使淘洗隔膜被伸缩杆式刺针刺破，重金属污染土壤和淋洗液混合物落入当层物料筛上，继续进行多级筛分淋洗及循环淋洗工作，刺破的淘洗隔膜弹性伸缩至物料筛边缘。当物料筛底盘的固液储存空间中的液位达到高低浮球液位计所设置的高液位时，plc自控组件控制自动料液循环及排放组件开始工作，抽取物料筛底盘中的淋洗液到物料筛顶盖中使得淋洗液对重金属污染土壤反复淋洗，淋洗结束后，可通过自动料液循环及排放组件排放淋洗废液。该淘洗隔膜和伸缩杆式刺针结构简单，方便使用；每次使用淋洗设备时更换一张新的淘洗隔膜即可，安装简便，容易操作；对于不同分量的重金属污染土壤，可通过控制伸缩杆式刺针的伸缩量来刺破淘洗隔膜，也可在一定程度上控制淘洗时间，适应性范围广。

19、优选的，所述淘洗隔膜采用橡胶材料制备而成，橡胶材料弹性性能好，能与物料筛紧密贴合，保障重金属污染土壤的淋洗时间及充分洗脱作用。