張 瑋

（沈陽(yáng)大學(xué)，遼寧 沈陽(yáng)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(xì)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(yùn)到其他地點(diǎn)。該技術(shù)操作的核心是通過水力學(xué)方式機(jī)械地懸浮或攪動(dòng)土壤顆粒，土壤顆粒尺寸的最低下限是9.5mm，大于這個(gè)尺寸的石礫和粒子才會(huì)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(dāng)污染土壤中砂粒與礫石含量超過50%時(shí)，異位土壤淋洗技術(shù)就會(huì)十分有效，而對(duì)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(xué)助劑，成為制約土壤淋洗技術(shù)廣泛用于工程實(shí)踐的一個(gè)主要問題，這中間主要涉及化學(xué)助劑的成本、如何實(shí)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(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.1 整體設(shè)計(jì)

淋洗機(jī)是小型化移動(dòng)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(jī)特點(diǎn)是污染土壤淋洗和固液分離采用一體機(jī)設(shè)計(jì)，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(dòng)機(jī)及一些附件構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)內(nèi)滾筒在外筒體內(nèi)由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，外筒不轉(zhuǎn)動(dòng)并與固定支架連接，圖1為淋洗機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖。根據(jù)淋洗機(jī)的設(shè)計(jì)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(jī)淋洗污染土壤時(shí)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(shí)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)來確定。在淋洗污染土壤之后需要進(jìn)行固液分離，由于本文采用淋洗和固液分離一體式設(shè)計(jì)，為內(nèi)外滾筒雙層結(jié)構(gòu)，內(nèi)滾筒高速離心旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)淋洗后泥漿的固液分離，同時(shí)外筒上的污水排水電磁閥將污水排掉，電動(dòng)機(jī)控制內(nèi)滾筒轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)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(jī)的設(shè)計(jì)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(jìn)行高速離心旋轉(zhuǎn)，外筒固定在支架上不動(dòng)，只需電動(dòng)機(jī)通過控制轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)固液分離。該離心式固液分離方案更加簡(jiǎn)潔高效，可操作性更強(qiáng)，制造成本較低，同時(shí)土壤淋洗和固液分離都在同一個(gè)裝置中進(jìn)行，處理起來不需要移動(dòng)土壤，達(dá)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(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

2 淋洗機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 控制要求

通過對(duì)淋洗機(jī)淋洗污染土壤工作流程的了解，具體的淋洗機(jī)系統(tǒng)控制要求如下：（1）放入污染的土壤，為了淋洗機(jī)能安全運(yùn)行，在內(nèi)筒的進(jìn)料口安裝一個(gè)傳感器，當(dāng)進(jìn)料口打開時(shí)PLC系統(tǒng)不能運(yùn)行，進(jìn)料口關(guān)閉時(shí)PLC系統(tǒng)可以正常運(yùn)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(shí)，“清水注入電磁閥”關(guān)閉，此時(shí)通過系統(tǒng)控制“淋洗劑注入電磁閥”打開，加入淋洗劑，時(shí)間控制加入量，電機(jī)運(yùn)行，在此之前通過PLC設(shè)計(jì)程序設(shè)定了電機(jī)轉(zhuǎn)速（可調(diào)）、淋洗時(shí)間（可調(diào)）、電機(jī)運(yùn)行方式（正反轉(zhuǎn)）；（3）按下“土壤漂洗”按鈕，此時(shí)通過PLC設(shè)計(jì)程序同時(shí)打開“清水注入電磁閥”、電機(jī)轉(zhuǎn)速（可調(diào)）、漂洗時(shí)間（可調(diào)）、電機(jī)運(yùn)行方式（正反轉(zhuǎn)）；（4）按下“固液分離”按鈕，通過PLC設(shè)計(jì)程序設(shè)定電機(jī)轉(zhuǎn)速（可調(diào)）、脫水時(shí)間（可調(diào)）、電機(jī)運(yùn)行方式為正轉(zhuǎn)運(yùn)行或反轉(zhuǎn)運(yùn)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(huì)粘有一些土壤，需要用清水沖掉，以便下次更好地進(jìn)行淋洗和固液分離。

2.2 控制方法

為了實(shí)現(xiàn)淋洗機(jī)的自動(dòng)化控制，通過對(duì)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(duì)淋洗機(jī)進(jìn)行控制。PLC是一種數(shù)值運(yùn)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(jì)，通過可編程存儲(chǔ)器在內(nèi)部進(jìn)行存儲(chǔ)、邏輯運(yùn)算、計(jì)數(shù)、順序控制、定時(shí)控制和算數(shù)運(yùn)算等操作，并可輸入和輸出數(shù)字式和模擬式信號(hào)，控制各種大中小類型機(jī)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(chǔ)器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子器件，并采用梯形圖進(jìn)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(shí)現(xiàn)修改程序的目的。PLC應(yīng)用領(lǐng)域非常廣，包括機(jī)械生產(chǎn)流水線上的電氣控制系統(tǒng)和運(yùn)行自動(dòng)化系統(tǒng)等。

污染土壤的淋洗時(shí)間、漂洗時(shí)間、固液分離時(shí)間、反沖時(shí)間是通過定時(shí)器來設(shè)定的，在運(yùn)行過程中，當(dāng)定時(shí)器的輸入條件滿足時(shí)，當(dāng)前值從0開始按一定的單位增加，當(dāng)定時(shí)器的當(dāng)前值達(dá)到用戶設(shè)定值時(shí)，定時(shí)器發(fā)出動(dòng)作指令，從而滿足淋洗機(jī)對(duì)時(shí)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(yùn)用PLC的計(jì)時(shí)器來實(shí)現(xiàn)，計(jì)時(shí)器的使用和定時(shí)器基本相似，編程時(shí)輸入計(jì)數(shù)設(shè)定值，計(jì)數(shù)器累計(jì)脈沖輸入端信號(hào)上升沿的個(gè)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到用戶設(shè)定值時(shí)，計(jì)數(shù)器發(fā)出動(dòng)作指令，完成淋洗機(jī)修復(fù)污染土壤的工藝流程要求。

3 結(jié)語(yǔ)

本文首先對(duì)土壤淋洗技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要介紹，然后在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了淋洗機(jī)的整體結(jié)構(gòu)，淋洗機(jī)主要由外筒、旋轉(zhuǎn)內(nèi)滾筒、支架、電動(dòng)機(jī)和一些附件構(gòu)成，旋轉(zhuǎn)內(nèi)滾筒置于外筒內(nèi)部，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)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(jì)了土壤淋洗機(jī)的控制系統(tǒng)。

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