重金屬土壤穩(wěn)定化治理設(shè)備研究

劉超 王銘劍

（廣州機械設(shè)計研究所 廣東廣州 510000）

1 土壤重金屬污染狀況

隨著在我國城市化進程不斷推進的過程中，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也在不斷變化，許多以工業(yè)為主的企業(yè)搬出了城市。據(jù)不完全統(tǒng)計，2010～2016年中國有近10萬個工業(yè)搬遷點。工業(yè)企業(yè)長期廣泛的生產(chǎn)方式可能會導(dǎo)致各種污染物通過泄漏和排放積聚在土壤中，造成土壤污染。此外，工業(yè)場所的污染物也可能遷移到周圍的耕地，然后被農(nóng)作物吸收，在食物鏈的終端進入人類的身體，對人類的健康造成威脅。據(jù)統(tǒng)計，中國19.4%的耕地受到鎘，鎳，銅，砷，汞，鉛等重金屬污染，總污染面積為2.3×107hm2。土壤重金屬污染具有大量，廣域，隱蔽，長期，不可逆，富集的特點，是污染土壤處理中的重點。

1.1 傳統(tǒng)的穩(wěn)定修復(fù)施工過程

該試劑與污染土壤的緊密混合是重金屬污染土壤穩(wěn)定和恢復(fù)的關(guān)鍵。諸如土壤顆粒的粒度分布和水含量的物理性質(zhì)通常決定土壤和穩(wěn)定劑是否可以均勻混合。由于土壤中固體顆粒的大小不同，大多數(shù)都是大型聚集體，特別是在南部沿海地區(qū)，土壤含水量高，土壤顆粒之間的附著力很大，這將是導(dǎo)致形成不同大小，性狀和性質(zhì)的土壤。因此，在修復(fù)過程中通常很難完全混合和接觸土壤顆粒，這將直接影響土壤修復(fù)效果和經(jīng)濟效益。因此，傳統(tǒng)的穩(wěn)定和修復(fù)施工過程首先需要粉碎和篩選污染的土壤，然后加入藥物并混合，最后進行后期維護。重金屬污染土壤穩(wěn)定施工技術(shù)的一般工藝流程如下：

（1）破碎篩分：將待處理的重金屬污染土壤首先在臨時堆場進行粉碎和篩分。目的是清除碎片，建筑垃圾，根部，草根和其他碎片。粉碎后95%的土壤粒徑為1～2cm；

（2）含水量控制：土壤自然干燥或添加石灰等輔助化學(xué)品，控制土壤含水量在15～35%之間；

（3）加藥攪拌：在破碎的污染土壤中加入一定比例的重金屬穩(wěn)定劑，然后攪拌攪拌；

（4）后期維護：穩(wěn)定后，穩(wěn)定劑和土壤污染物在一定的維護期內(nèi)完全反應(yīng)。一般固化時間為14～28d。

1.2 傳統(tǒng)穩(wěn)定與修復(fù)施工技術(shù)存在的問題

通過穩(wěn)定技術(shù)修復(fù)重金屬污染土壤的施工過程中常用的機械設(shè)備包括挖掘機，土壤破碎機，加藥裝置，攪拌和攪拌裝置。中國現(xiàn)有的機械設(shè)備基本可以滿足異位穩(wěn)定修復(fù)的建設(shè)需求，但仍存在一些問題：

（1）需要各種各樣的設(shè)備，不可能實現(xiàn)連續(xù)運行的自動化，工作效率低；

（2）藥物在土壤中的劑量比例無法準(zhǔn)確定量控制；

（3）土壤破碎程度難以控制，土壤和藥劑混合不均勻，處理效果差；

（4）露天作業(yè)，無封閉措施，造成施工揚塵等二次污染。為了解決傳統(tǒng)修復(fù)施工方法存在的問題，近年來，已有一種封閉的綜合土壤修復(fù)綜合施工設(shè)備，集土壤篩分破碎，定量投加，混合和自動可視化作業(yè)于一體。

2 重金屬土壤穩(wěn)定化治理設(shè)備

圖1為重金屬土壤穩(wěn)定化治理工藝流程圖，如圖所示，首先，將泵送過來的土壤經(jīng)過振動脫水車間脫水后運至土壤暫存區(qū)；然后，采用裝載機將暫存區(qū)的土壤輸送至穩(wěn)定化車間的攪拌站，同時將穩(wěn)定化藥劑和水泥通過斗提機輸送到儲倉，并且利用螺旋輸送機定量輸送到雙軸攪拌系統(tǒng)，攪拌均勻后由皮帶輸送出裝置輸出至成型磚機，制成的磚塊可作為建筑用材、回填材料等。

圖1 重金屬土壤穩(wěn)定化治理工藝流程圖

2.1 攪拌機

移動式重金屬污染土壤穩(wěn)定無害化攪拌機，采用PLC自動配料系統(tǒng)，容積式連續(xù)計量，系統(tǒng)可實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制，具有自動和手動二種操作方式，完備的生產(chǎn)管理，配比自動調(diào)入和存儲功能，內(nèi)置警報系統(tǒng)，主要部件運行中發(fā)生故障，警報鈴便會響，便于及時排除故障。各輸料裝置和輔助設(shè)施均采用了成熟先進的技術(shù)和制作工藝，為規(guī)?；┕ぬ峁┝丝赡?，自動化程度高和高的使用可靠性能。

具有以下特點：

（1）不使用襯墊技術(shù)的強制混合器，材料在沸騰狀態(tài)下滲透到彼此中，并被推到排出口，混合物均勻混合。特別是，無襯墊技術(shù)減少了刀片磨損，材料卡住，刀片硬劃痕以及頻繁更換襯墊的麻煩等問題?；旌瞎薜撞康膬蓚€排放口使清潔更容易。高強度，高耐磨的刀片材料延長了刀片壽命。

（2）只需輕觸控制臺上的按鈕，即可設(shè)置和調(diào)節(jié)由渦輪流量計和電動閥組成的水流量遙控系統(tǒng)。操作員無需在控制室和主機之間運行?？刂凭雀?，響應(yīng)時間快。

（3）自動配料系統(tǒng)，電磁調(diào)速電機精確控制骨料和粉末的均勻恒定供應(yīng)，可設(shè)定總產(chǎn)量，各種料料配比，比例系數(shù)等，比例準(zhǔn)確，運行可靠，操作簡單。

（4）通過大角度帶槽皮帶輸送機將混合產(chǎn)品送至成品筒倉。該機具有結(jié)構(gòu)簡單，維護方便，故障率低，輸送量大，使用壽命長的特點。

（5）所有部件都安裝在拖車上，可以在典型道路上以15km/h的速度牽引，用于短距離運輸和過渡。

（6）采用拖車裝置，集成了各種操作，如骨料，計量，輸送，混合，提升和存儲。

2.2 移動底盤

由車架，牽引方向盤，支撐腿，牽引制動器等組成。設(shè)備的工作部件安裝在底盤上，拖拉機用于牽引過渡。到達(dá)后，安裝支撐腿并調(diào)整框架，混凝土基座應(yīng)在每個支撐腿位置預(yù)先填充?；炷粱某叽顼@示在基本圖紙中，如果安裝地點已經(jīng)壓實，或者沒有澆筑混凝土基座，則只應(yīng)將準(zhǔn)備好的厚木材放在支撐腿上。

2.3 土壤供給系統(tǒng)

集料斗內(nèi)壁附有聚氨酯板，防止潮濕的土壤和粘土粘在內(nèi)壁上；門調(diào)節(jié)機構(gòu)由手輪操作，開口高度可在0～250mm范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié)。筒倉卸料帶配有調(diào)速電機，可根據(jù)比例調(diào)節(jié)料倉的卸料速度。皮帶具有張緊，防溢和自清潔功能。它由加粉桶，螺旋送料器，粉末過濾箱，計量輸送螺桿等組成，大直徑螺旋用于將粉末提升到粉末的過渡室中，粉末螺旋連續(xù)，密封性好，無粉塵泄漏，破碎粉末（攪拌）裝置安裝在粉末過渡室中，可有效防止材料拱起。

2.4 重金屬穩(wěn)定化學(xué)品供應(yīng)系統(tǒng)

計量輸送螺桿采用速度電機驅(qū)動。通過操作室中的同步調(diào)節(jié)器改變速度控制電動機的速度，可以改變螺桿單元時間的輸送量，以實現(xiàn)粉末的測量。特殊的粉末輸送螺桿可以避免葉輪給料器易被水分堵塞的現(xiàn)象，粉塵測量更可靠，均勻，可有效減少粉末的浪費和成品的報廢，穩(wěn)定材料的成本控制更準(zhǔn)確。它配備了一個容量為3m3的自給式水箱。自動供水，容積泵計量，并配有渦輪流量計，測量控制精度≤1.5%。有一個可靠的噴水裝置，以確保均勻和穩(wěn)定的供水，形成的水霧可以有效地減少粉塵污染，有效地消除穩(wěn)定的土壤團聚。

2.5 供水系統(tǒng)

如果需要液體添加劑，水箱可從中間切割成兩個，轉(zhuǎn)換簡單，方便了工程的實際需要。配備雙軸強制攪拌器，生產(chǎn)能力超過160T/h，連續(xù)雙軸連續(xù)攪拌。攪拌均勻，翻轉(zhuǎn)單元混合物，軸向位移不受偏析和干擾。攪拌葉片采用高鉻合金材料制成，使用壽命長，更換方便，不易磨損，無死角；單電機驅(qū)動，同步齒輪同步；驅(qū)動系統(tǒng)配有相應(yīng)的保護裝置。

2.6 攪拌系統(tǒng)

強制攪拌機采用無襯墊技術(shù)，物料在沸騰狀態(tài)下相互滲透，進入排料口，混合均勻。特別是，無襯墊技術(shù)減少了刀片磨損，材料卡住，刀片硬劃痕以及頻繁更換襯墊的麻煩等問題?；旌瞎薜撞康膬蓚€排放口使清潔更容易。

2.7 過渡儲存系統(tǒng)

采用槽式帶式輸送機，輸送能力強，調(diào)整方便，維護方便，安全，棒型清潔裝置清潔有效，無殘留物，穩(wěn)定的產(chǎn)品倉具有3.5m3的容量。從地面排出的凈高度為2.8m，以確保車輛自由進出。

2.8 控制系統(tǒng)

控制方式由集中繼電器按鈕控制。大多數(shù)電器安裝在機器的控制柜中，所有控制都在控制臺上進行，只需在安裝時通過編號將電控柜連接到操作臺，筒倉卸料由同步速度控制控制，可通過按一個按鈕進行料倉和供水及外加料。每個筒倉可單獨或組合調(diào)節(jié)，使生產(chǎn)尺寸變化非常方便，整個電氣系統(tǒng)具有完整的保護功能。

3 結(jié)束語

用于重金屬污染土壤異位穩(wěn)定修復(fù)的集成設(shè)備原則上與傳統(tǒng)的異位修復(fù)施工技術(shù)相似，但傳統(tǒng)的異位修復(fù)施工方法存在工作效率低，土壤和化學(xué)品混合不均勻的問題。異位修復(fù)一體化施工設(shè)備集定量給料，篩分破碎，定量加藥，攪拌攪拌，自動卸料，自動推進等功能于一體，具有自動化程度高，連續(xù)運轉(zhuǎn)，加工效率高，控制精確等特點。土壤中農(nóng)藥的比例，相對封閉的設(shè)備和可控的二次污染具有廣闊的發(fā)展前景。

雖然異位修復(fù)綜合施工設(shè)備在國外已得到很好的發(fā)展，并且有許多成功的工程應(yīng)用案例，但國內(nèi)這類設(shè)備的自主開發(fā)起步較晚，仍然沒有明顯的技術(shù)創(chuàng)新，很多都在研發(fā)中，在試驗階段，實際工程應(yīng)用仍然相對較小。因此，國內(nèi)研究和開發(fā)此類設(shè)備和工程應(yīng)用仍有很大的發(fā)展空間。目前，異位修復(fù)一體化施工設(shè)備一般存在機身較大，運輸不便，加工能力有限等問題，未來可以專注于輕型，小型或伸縮式設(shè)備的開發(fā)，或者大量開發(fā)，可以模塊化組裝和組裝的加工設(shè)備。