土壤淋洗試驗機總體及淋洗系統設計

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用于降低受污染土壤量的預處理，主要與其他修復技術聯合使用，當污染土壤中砂粒與礫石含量超過50%時，異位土壤淋洗技術就會十分有效，而對于粘粒、粉粒含量超過30%～50%或者腐殖質含量較高的污染土壤，異位土壤淋洗技術分離去除效果較差。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、如何實現土壤淋洗技術與其他修復技術的有效組合。在未來的土壤修復中，異位土壤淋洗技術具有較為廣闊的應用前景。

1 淋洗機總體結構設計

1.1 整體設計

淋洗機是小型化移動式土壤淋洗成套設備的核心單元，它是用來淋洗污染土壤的設備。本文研發的淋洗機特點是污染土壤淋洗和固液分離采用一體機設計，整體結構呈臥式布局，由外筒、旋轉內滾筒、支架、電動機及一些附件構成，旋轉內滾筒在外筒體內由電動機帶動旋轉，外筒不轉動并與固定支架連接，圖1為淋洗機結構示意圖。根據淋洗機的設計結構，旋轉內滾筒的外壁由工業濾布構成，淋洗機淋洗污染土壤時土壤被裝入內滾筒中，然后將其置入盛有淋洗劑和清水的外筒體中，使內滾筒在其中旋轉，實現土壤淋洗。淋洗劑和清水能通過外壁的工業濾布滲透到內滾筒中，而為了防止內滾筒中污染土壤滲透到外筒需選擇適合的工業濾布目數，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計，為內外滾筒雙層結構，內滾筒高速離心旋轉實現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，電動機控制內滾筒轉速，實現不同的運行功能。

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。淋洗機的設計形式為內外滾筒雙層結構，由圖1可知，采用臥式內滾筒在外筒內進行高速離心旋轉，外筒固定在支架上不動，只需電動機通過控制轉速來實現固液分離。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 淋洗機結構示意圖

2 淋洗機控制系統設計

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，在內筒的進料口安裝一個傳感器，當進料口打開時PLC系統不能運行，進料口關閉時PLC系統可以正常運行；（2）按下“土壤淋洗按鈕”，系統控制“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”關閉，此時通過系統控制“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設計程序設定了電機轉速（可調）、淋洗時間（可調）、電機運行方式（正反轉）；（3）按下“土壤漂洗”按鈕，此時通過PLC設計程序同時打開“清水注入電磁閥”、電機轉速（可調）、漂洗時間（可調）、電機運行方式（正反轉）；（4）按下“固液分離”按鈕，通過PLC設計程序設定電機轉速（可調）、脫水時間（可調）、電機運行方式為正轉運行或反轉運行；（5）按下“反沖”按鈕，在土壤卸出之后，圓柱臥式內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

為了實現淋洗機的自動化控制，通過對比繼電器控制系統和PLC可編程控制系統，選擇了后者作為控制系統對淋洗機進行控制。PLC是一種數值運算操作電子控制系統，其專為工業環境應用而設計，通過可編程存儲器在內部進行存儲、邏輯運算、計數、順序控制、定時控制和算數運算等操作，并可輸入和輸出數字式和模擬式信號，控制各種大中小類型機械的生產過程。現在的PLC大多采用了微處理和半導體存儲器代替傳統的電子器件，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修改程序的目的。PLC應用領域非常廣，包括機械生產流水線上的電氣控制系統和運行自動化系統等。

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定值時，定時器發出動作指令，從而滿足淋洗機對時間的要求；根據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次數，可以運用PLC的計時器來實現，計時器的使用和定時器基本相似，編程時輸入計數設定值，計數器累計脈沖輸入端信號上升沿的個數，當計數值達到用戶設定值時，計數器發出動作指令，完成淋洗機修復污染土壤的工藝流程要求。

3 結語

本文首先對土壤淋洗技術進行了簡要介紹，然后在此基礎上設計了淋洗機的整體結構，淋洗機主要由外筒、旋轉內滾筒、支架、電動機和一些附件構成，旋轉內滾筒置于外筒內部，電動機帶動內滾筒在裝有水的外筒體內旋轉，接著選擇了合適的固液分離方式，最后設計了土壤淋洗機的控制系統。

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