土壤淋洗试验机总体及淋洗系统设计

张 玮

（沈阳大学，辽宁 沈阳110044）

0 引言

异位土壤淋洗是指把污染土壤挖掘出来，通过筛分去除超大的组分并把土壤分为粗料和细料，然后用淋洗剂来清洗、去除污染物，再处理含有污染物的淋出液，并将洁净的土壤回填或运到其他地点。该技术操作的核心是通过水力学方式机械地悬浮或搅动土壤颗粒，土壤颗粒尺寸的最低下限是9.5mm，大于这个尺寸的石砾和粒子才会较易由该方式将污染物从土壤中洗去。通常将异位土壤淋洗技术用于降低受污染土壤量的预处理，主要与其他修复技术联合使用，当污染土壤中砂粒与砾石含量超过50%时，异位土壤淋洗技术就会十分有效，而对于粘粒、粉粒含量超过30%～50%或者腐殖质含量较高的污染土壤，异位土壤淋洗技术分离去除效果较差。如何从淋出液中回收利用化学助剂，成为制约土壤淋洗技术广泛用于工程实践的一个主要问题，这中间主要涉及化学助剂的成本、如何实现土壤淋洗技术与其他修复技术的有效组合。在未来的土壤修复中，异位土壤淋洗技术具有较为广阔的应用前景。

1 淋洗机总体结构设计

1.1 整体设计

淋洗机是小型化移动式土壤淋洗成套设备的核心单元，它是用来淋洗污染土壤的设备。本文研发的淋洗机特点是污染土壤淋洗和固液分离采用一体机设计，整体结构呈卧式布局，由外筒、旋转内滚筒、支架、电动机及一些附件构成，旋转内滚筒在外筒体内由电动机带动旋转，外筒不转动并与固定支架连接，图1为淋洗机结构示意图。根据淋洗机的设计结构，旋转内滚筒的外壁由工业滤布构成，淋洗机淋洗污染土壤时土壤被装入内滚筒中，然后将其置入盛有淋洗剂和清水的外筒体中，使内滚筒在其中旋转，实现土壤淋洗。淋洗剂和清水能通过外壁的工业滤布渗透到内滚筒中，而为了防止内滚筒中污染土壤渗透到外筒需选择适合的工业滤布目数，此处需进行实验来确定。在淋洗污染土壤之后需要进行固液分离，由于本文采用淋洗和固液分离一体式设计，为内外滚筒双层结构，内滚筒高速离心旋转实现淋洗后泥浆的固液分离，同时外筒上的污水排水电磁阀将污水排掉，电动机控制内滚筒转速，实现不同的运行功能。

1.2 固液分离方式

接下来介绍一下固液分离方式的选择。常见的固液分离方式有3种，分别是静置式固液分离、挤压式固液分离以及离心式固液分离。淋洗机的设计形式为内外滚筒双层结构，由图1可知，采用卧式内滚筒在外筒内进行高速离心旋转，外筒固定在支架上不动，只需电动机通过控制转速来实现固液分离。该离心式固液分离方案更加简洁高效，可操作性更强，制造成本较低，同时土壤淋洗和固液分离都在同一个装置中进行，处理起来不需要移动土壤，达到了淋洗与固液分离一体的效果，因此选择离心式固液分离方式。

图1 淋洗机结构示意图

2 淋洗机控制系统设计

2.1 控制要求

通过对淋洗机淋洗污染土壤工作流程的了解，具体的淋洗机系统控制要求如下：（1）放入污染的土壤，为了淋洗机能安全运行，在内筒的进料口安装一个传感器，当进料口打开时PLC系统不能运行，进料口关闭时PLC系统可以正常运行；（2）按下“土壤淋洗按钮”，系统控制“清水注入电磁阀”打开，待清水注入至一定高度触碰到高水位传感器时，“清水注入电磁阀”关闭，此时通过系统控制“淋洗剂注入电磁阀”打开，加入淋洗剂，时间控制加入量，电机运行，在此之前通过PLC设计程序设定了电机转速（可调）、淋洗时间（可调）、电机运行方式（正反转）；（3）按下“土壤漂洗”按钮，此时通过PLC设计程序同时打开“清水注入电磁阀”、电机转速（可调）、漂洗时间（可调）、电机运行方式（正反转）；（4）按下“固液分离”按钮，通过PLC设计程序设定电机转速（可调）、脱水时间（可调）、电机运行方式为正转运行或反转运行；（5）按下“反冲”按钮，在土壤卸出之后，圆柱卧式内滚筒壁上的滤布会粘有一些土壤，需要用清水冲掉，以便下次更好地进行淋洗和固液分离。

2.2 控制方法

为了实现淋洗机的自动化控制，通过对比继电器控制系统和PLC可编程控制系统，选择了后者作为控制系统对淋洗机进行控制。PLC是一种数值运算操作电子控制系统，其专为工业环境应用而设计，通过可编程存储器在内部进行存储、逻辑运算、计数、顺序控制、定时控制和算数运算等操作，并可输入和输出数字式和模拟式信号，控制各种大中小类型机械的生产过程。现在的PLC大多采用了微处理和半导体存储器代替传统的电子器件，并采用梯形图进行编程，所以能够灵活修改控制程序，即可以通过软件方式来实现修改程序的目的。PLC应用领域非常广，包括机械生产流水线上的电气控制系统和运行自动化系统等。

污染土壤的淋洗时间、漂洗时间、固液分离时间、反冲时间是通过定时器来设定的，在运行过程中，当定时器的输入条件满足时，当前值从0开始按一定的单位增加，当定时器的当前值达到用户设定值时，定时器发出动作指令，从而满足淋洗机对时间的要求；根据污染土壤淋洗工艺流程，如需选择淋洗、漂洗、固液分离和反冲工艺流程循环次数，可以运用PLC的计时器来实现，计时器的使用和定时器基本相似，编程时输入计数设定值，计数器累计脉冲输入端信号上升沿的个数，当计数值达到用户设定值时，计数器发出动作指令，完成淋洗机修复污染土壤的工艺流程要求。

3 结语

本文首先对土壤淋洗技术进行了简要介绍，然后在此基础上设计了淋洗机的整体结构，淋洗机主要由外筒、旋转内滚筒、支架、电动机和一些附件构成，旋转内滚筒置于外筒内部，电动机带动内滚筒在装有水的外筒体内旋转，接着选择了合适的固液分离方式，最后设计了土壤淋洗机的控制系统。

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