刘超 王铭剑

（广州机械设计研究所 广东广州 510000）

1 土壤重金属污染状况

随着在我国城市化进程不断推进的过程中，产业结构也在不断变化，许多以工业为主的企业搬出了城市。据不完全统计，2010～2016年中国有近10万个工业搬迁点。工业企业长期广泛的生产方式可能会导致各种污染物通过泄漏和排放积聚在土壤中，造成土壤污染。此外，工业场所的污染物也可能迁移到周围的耕地，然后被农作物吸收，在食物链的终端进入人类的身体，对人类的健康造成威胁。据统计，中国19.4%的耕地受到镉，镍，铜，砷，汞，铅等重金属污染，总污染面积为2.3×107hm2。土壤重金属污染具有大量，广域，隐蔽，长期，不可逆，富集的特点，是污染土壤处理中的重点。

1.1 传统的稳定修复施工过程

该试剂与污染土壤的紧密混合是重金属污染土壤稳定和恢复的关键。诸如土壤颗粒的粒度分布和水含量的物理性质通常决定土壤和稳定剂是否可以均匀混合。由于土壤中固体颗粒的大小不同，大多数都是大型聚集体，特别是在南部沿海地区，土壤含水量高，土壤颗粒之间的附着力很大，这将是导致形成不同大小，性状和性质的土壤。因此，在修复过程中通常很难完全混合和接触土壤颗粒，这将直接影响土壤修复效果和经济效益。因此，传统的稳定和修复施工过程首先需要粉碎和筛选污染的土壤，然后加入药物并混合，最后进行后期维护。重金属污染土壤稳定施工技术的一般工艺流程如下：

（1）破碎筛分：将待处理的重金属污染土壤首先在临时堆场进行粉碎和筛分。目的是清除碎片，建筑垃圾，根部，草根和其他碎片。粉碎后95%的土壤粒径为1～2cm；

（2）含水量控制：土壤自然干燥或添加石灰等辅助化学品，控制土壤含水量在15～35%之间；

（3）加药搅拌：在破碎的污染土壤中加入一定比例的重金属稳定剂，然后搅拌搅拌；

（4）后期维护：稳定后，稳定剂和土壤污染物在一定的维护期内完全反应。一般固化时间为14～28d。

1.2 传统稳定与修复施工技术存在的问题

通过稳定技术修复重金属污染土壤的施工过程中常用的机械设备包括挖掘机，土壤破碎机，加药装置，搅拌和搅拌装置。中国现有的机械设备基本可以满足异位稳定修复的建设需求，但仍存在一些问题：

（1）需要各种各样的设备，不可能实现连续运行的自动化，工作效率低；

（2）药物在土壤中的剂量比例无法准确定量控制；

（3）土壤破碎程度难以控制，土壤和药剂混合不均匀，处理效果差；

（4）露天作业，无封闭措施，造成施工扬尘等二次污染。为了解决传统修复施工方法存在的问题，近年来，已有一种封闭的综合土壤修复综合施工设备，集土壤筛分破碎，定量投加，混合和自动可视化作业于一体。

2 重金属土壤稳定化治理设备

图1为重金属土壤稳定化治理工艺流程图，如图所示，首先，将泵送过来的土壤经过振动脱水车间脱水后运至土壤暂存区；然后，采用装载机将暂存区的土壤输送至稳定化车间的搅拌站，同时将稳定化药剂和水泥通过斗提机输送到储仓，并且利用螺旋输送机定量输送到双轴搅拌系统，搅拌均匀后由皮带输送出装置输出至成型砖机，制成的砖块可作为建筑用材、回填材料等。

图1 重金属土壤稳定化治理工艺流程图

2.1 搅拌机

移动式重金属污染土壤稳定无害化搅拌机，采用PLC自动配料系统，容积式连续计量，系统可实现生产过程的自动控制，具有自动和手动二种操作方式，完备的生产管理，配比自动调入和存储功能，内置警报系统，主要部件运行中发生故障，警报铃便会响，便于及时排除故障。各输料装置和辅助设施均采用了成熟先进的技术和制作工艺，为规模化施工提供了可能，自动化程度高和高的使用可靠性能。

具有以下特点：

（1）不使用衬垫技术的强制混合器，材料在沸腾状态下渗透到彼此中，并被推到排出口，混合物均匀混合。特别是，无衬垫技术减少了刀片磨损，材料卡住，刀片硬划痕以及频繁更换衬垫的麻烦等问题。混合罐底部的两个排放口使清洁更容易。高强度，高耐磨的刀片材料延长了刀片寿命。

（2）只需轻触控制台上的按钮，即可设置和调节由涡轮流量计和电动阀组成的水流量遥控系统。操作员无需在控制室和主机之间运行。控制精度高，响应时间快。

（3）自动配料系统，电磁调速电机精确控制骨料和粉末的均匀恒定供应，可设定总产量，各种料料配比，比例系数等，比例准确，运行可靠，操作简单。

（4）通过大角度带槽皮带输送机将混合产品送至成品筒仓。该机具有结构简单，维护方便，故障率低，输送量大，使用寿命长的特点。

（5）所有部件都安装在拖车上，可以在典型道路上以15km/h的速度牵引，用于短距离运输和过渡。

（6）采用拖车装置，集成了各种操作，如骨料，计量，输送，混合，提升和存储。

2.2 移动底盘

由车架，牵引方向盘，支撑腿，牵引制动器等组成。设备的工作部件安装在底盘上，拖拉机用于牵引过渡。到达后，安装支撑腿并调整框架，混凝土基座应在每个支撑腿位置预先填充。混凝土基座的尺寸显示在基本图纸中，如果安装地点已经压实，或者没有浇筑混凝土基座，则只应将准备好的厚木材放在支撑腿上。

2.3 土壤供给系统

集料斗内壁附有聚氨酯板，防止潮湿的土壤和粘土粘在内壁上；门调节机构由手轮操作，开口高度可在0～250mm范围内任意调节。筒仓卸料带配有调速电机，可根据比例调节料仓的卸料速度。皮带具有张紧，防溢和自清洁功能。它由加粉桶，螺旋送料器，粉末过滤箱，计量输送螺杆等组成，大直径螺旋用于将粉末提升到粉末的过渡室中，粉末螺旋连续，密封性好，无粉尘泄漏，破碎粉末（搅拌）装置安装在粉末过渡室中，可有效防止材料拱起。

2.4 重金属稳定化学品供应系统

计量输送螺杆采用速度电机驱动。通过操作室中的同步调节器改变速度控制电动机的速度，可以改变螺杆单元时间的输送量，以实现粉末的测量。特殊的粉末输送螺杆可以避免叶轮给料器易被水分堵塞的现象，粉尘测量更可靠，均匀，可有效减少粉末的浪费和成品的报废，稳定材料的成本控制更准确。它配备了一个容量为3m3的自给式水箱。自动供水，容积泵计量，并配有涡轮流量计，测量控制精度≤1.5%。有一个可靠的喷水装置，以确保均匀和稳定的供水，形成的水雾可以有效地减少粉尘污染，有效地消除稳定的土壤团聚。

2.5 供水系统

如果需要液体添加剂，水箱可从中间切割成两个，转换简单，方便了工程的实际需要。配备双轴强制搅拌器，生产能力超过160T/h，连续双轴连续搅拌。搅拌均匀，翻转单元混合物，轴向位移不受偏析和干扰。搅拌叶片采用高铬合金材料制成，使用寿命长，更换方便，不易磨损，无死角；单电机驱动，同步齿轮同步；驱动系统配有相应的保护装置。

2.6 搅拌系统

强制搅拌机采用无衬垫技术，物料在沸腾状态下相互渗透，进入排料口，混合均匀。特别是，无衬垫技术减少了刀片磨损，材料卡住，刀片硬划痕以及频繁更换衬垫的麻烦等问题。混合罐底部的两个排放口使清洁更容易。

2.7 过渡储存系统

采用槽式带式输送机，输送能力强，调整方便，维护方便，安全，棒型清洁装置清洁有效，无残留物，稳定的产品仓具有3.5m3的容量。从地面排出的净高度为2.8m，以确保车辆自由进出。

2.8 控制系统

控制方式由集中继电器按钮控制。大多数电器安装在机器的控制柜中，所有控制都在控制台上进行，只需在安装时通过编号将电控柜连接到操作台，筒仓卸料由同步速度控制控制，可通过按一个按钮进行料仓和供水及外加料。每个筒仓可单独或组合调节，使生产尺寸变化非常方便，整个电气系统具有完整的保护功能。

3 结束语

用于重金属污染土壤异位稳定修复的集成设备原则上与传统的异位修复施工技术相似，但传统的异位修复施工方法存在工作效率低，土壤和化学品混合不均匀的问题。异位修复一体化施工设备集定量给料，筛分破碎，定量加药，搅拌搅拌，自动卸料，自动推进等功能于一体，具有自动化程度高，连续运转，加工效率高，控制精确等特点。土壤中农药的比例，相对封闭的设备和可控的二次污染具有广阔的发展前景。

虽然异位修复综合施工设备在国外已得到很好的发展，并且有许多成功的工程应用案例，但国内这类设备的自主开发起步较晚，仍然没有明显的技术创新，很多都在研发中，在试验阶段，实际工程应用仍然相对较小。因此，国内研究和开发此类设备和工程应用仍有很大的发展空间。目前，异位修复一体化施工设备一般存在机身较大，运输不便，加工能力有限等问题，未来可以专注于轻型，小型或伸缩式设备的开发，或者大量开发，可以模块化组装和组装的加工设备。