本發(fā)明屬于土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，涉及實(shí)驗(yàn)室用土壤堆腐設(shè)備，特別涉及一種全自動(dòng)球體自轉(zhuǎn)式土壤堆腐裝置。

背景技術(shù)：

隨著石油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，大量原油及其加工品進(jìn)入土壤。石油污染已經(jīng)成為石油開采區(qū)土壤生態(tài)環(huán)境保護(hù)的一個(gè)突出問題。與物理、化學(xué)方法相比，生物修復(fù)被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)保的修復(fù)方法。然而由于污染土壤養(yǎng)分貧乏導(dǎo)致的石油生物降解率低，成為了石油污染土壤生物修復(fù)的限制因素。通常，可以通過添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)或外源微生物，來提高修復(fù)過程的石油生物降解率。

堆腐化修復(fù)技術(shù)是利用自然界廣泛分布的微生物或外源菌株，通過添加調(diào)理劑，有控制地促進(jìn)有機(jī)物快速分解的固相反應(yīng)過程，是實(shí)現(xiàn)石油污染土壤修復(fù)的主要途徑和有效方式，它結(jié)合傳統(tǒng)堆肥和生物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)，可以有效克服污染物生物降解率低等缺陷。石油污染土壤堆腐化修復(fù)的本質(zhì)是利用微生物的代謝活動(dòng)，將石油烴轉(zhuǎn)化為h2o和co2等無害化物質(zhì)的過程。在這一過程中，微生物既是石油降解的執(zhí)行者，又是降解過程的核心動(dòng)力，影響土壤中微生物活性的環(huán)境因子都是制約污染土壤堆腐化修復(fù)的關(guān)鍵因素。

目前實(shí)驗(yàn)室規(guī)模土壤堆腐裝置多為圓柱體或立方體，保溫效果差，只能在環(huán)境溫度較高時(shí)使用；通氣模式采用靜態(tài)通風(fēng)或機(jī)械(人工)翻堆，靜態(tài)通風(fēng)會(huì)帶走大量熱量和水分，不利于微生物繁殖和代謝，影響污染土壤的修復(fù)效果，且空氣泵連續(xù)工作能源消耗大；機(jī)械翻堆通常利用內(nèi)置攪拌裝置，成本高，耗能大，且減少了發(fā)酵罐有效體積，發(fā)酵后物料難清洗，也有采用人工翻堆，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)工，操作不便，還會(huì)導(dǎo)致堆體通氣不均勻。此外，多數(shù)堆腐裝置未考慮堆腐化修復(fù)過程中的水分補(bǔ)給問題，通常為人為定期添加，存在補(bǔ)水不定量，堆體濕度不恒定等問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種全自動(dòng)球體自轉(zhuǎn)式土壤堆腐裝置，其體積大，保溫保濕效果好，利用重力作用進(jìn)行翻堆，通氣均勻，耗能低，采樣均勻，操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種全自動(dòng)球體自轉(zhuǎn)式土壤堆腐裝置，包括發(fā)酵罐1、噴淋系統(tǒng)、間歇式通氣系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于：

所述發(fā)酵罐1由支架4通過轉(zhuǎn)軸3固定，轉(zhuǎn)軸3接發(fā)動(dòng)機(jī)5，發(fā)動(dòng)機(jī)5與plc模塊22連接，發(fā)酵罐1的頂部設(shè)置罐蓋11和噴淋裝置15，罐蓋11設(shè)置有連通氣體收集罐14的尾氣出口13，發(fā)酵罐1側(cè)壁設(shè)置有卸料口7和上、中、下三層采樣與傳感器接入口6，底部設(shè)置有布?xì)鈱?，布?xì)鈱?與弧形罐底形成供氣室9，供氣室9底部設(shè)置有廢液出口10；

所述噴淋系統(tǒng)包括設(shè)置在發(fā)酵罐1頂部近轉(zhuǎn)軸3處的噴淋裝置15，噴淋裝置15接口依次連接液體流量計(jì)16、電磁閥一17、水泵18和恒溫水箱19；

所述間歇式通氣系統(tǒng)設(shè)置在發(fā)酵罐1外部，與供氣室9相通，包括依次設(shè)置的氣體流量計(jì)24、電磁閥二25、空氣調(diào)節(jié)模塊26、帶有溫度保護(hù)開關(guān)28的空氣加熱器27、儲(chǔ)氣罐29和空氣泵30；

所述控制系統(tǒng)包括設(shè)置在采樣與傳感器接入口6的堆體溫度濕度傳感器20和設(shè)置在發(fā)酵罐1外部的環(huán)境溫度傳感器21，堆體溫度濕度傳感器20和環(huán)境溫度傳感器21輸出連接至連有顯示器23的plc模塊22，plc模塊22輸出控制信號(hào)連接至發(fā)動(dòng)機(jī)5、電磁閥一17和電磁閥二25。

所述發(fā)酵罐1為球體，轉(zhuǎn)軸3與水平線夾角為50度，發(fā)動(dòng)機(jī)5由plc模塊22輸出控制發(fā)酵罐1順時(shí)針和逆時(shí)針交替旋轉(zhuǎn)。

所述發(fā)酵罐1為雙層不銹鋼結(jié)構(gòu)，其保溫夾層2厚度大于等于2cm，填充玻璃纖維。

所述布?xì)鈱?內(nèi)鋪有厚約5cm的玻璃珠，玻璃珠的直徑約為5mm，布?xì)鈱?表面的篩孔為圓形或方形，其直徑或邊長(zhǎng)小于等于1.5mm，開孔率為20-30％。

所述罐蓋11上設(shè)置罐把12。

所述噴淋系統(tǒng)作為多個(gè)發(fā)酵罐公用設(shè)備。

所述控制系統(tǒng)作為多個(gè)發(fā)酵罐公用設(shè)備。

所述間歇式通氣系統(tǒng)作為多個(gè)發(fā)酵罐公用設(shè)備。

所述plc模塊22有包括噴淋時(shí)長(zhǎng)、噴淋間隔、通氣時(shí)長(zhǎng)、通氣間隔和轉(zhuǎn)動(dòng)間隔、轉(zhuǎn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)動(dòng)方向設(shè)置在內(nèi)的間歇式控制系統(tǒng)。

所述空氣調(diào)節(jié)模塊26包括裝有鈉石灰、氫氧化鈉和蒸餾水的密封罐。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

1、本發(fā)明發(fā)酵罐罐體為球形，空間大，利用本發(fā)明進(jìn)行污染土壤修復(fù)試驗(yàn)，批次處理的土壤體積大。

2、本發(fā)明設(shè)有保溫夾層，填充玻璃纖維，堆體保溫效果好，利用本發(fā)明進(jìn)行污染土壤修復(fù)試驗(yàn)，不受環(huán)境溫度影響。

3、本發(fā)明發(fā)酵罐轉(zhuǎn)軸傾斜，旋轉(zhuǎn)后可利用重力作用進(jìn)行翻堆，減少了機(jī)械翻堆所需的能源動(dòng)力，混勻效果好，且轉(zhuǎn)軸發(fā)動(dòng)機(jī)與plc模塊連接，可設(shè)置旋轉(zhuǎn)方向、旋轉(zhuǎn)速度和旋轉(zhuǎn)間隔，在滿足堆腐化修復(fù)過程土壤氧氣和水分供給的基礎(chǔ)上，最大程度減小堆體熱量散失和能源消耗。

4、本發(fā)明設(shè)有布?xì)鈱?，布?xì)鈱颖砻嬖O(shè)有篩孔，內(nèi)鋪有玻璃珠，防止土壤顆粒堵塞篩孔，且通氣均勻。

5、本發(fā)明的噴淋系統(tǒng)中設(shè)有恒溫水箱，避免水分補(bǔ)給影響堆體溫度，系統(tǒng)中的電磁閥與plc模塊連接，可根據(jù)濕度傳感器輸出信號(hào)設(shè)置噴淋間隔和噴淋時(shí)長(zhǎng)，并通過液體流量計(jì)控制噴淋流速，控制堆體濕度，滿足土壤微生物的生長(zhǎng)和代謝，保證污染土壤的修復(fù)效果。

6、本發(fā)明的控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)堆體溫度、濕度和環(huán)境溫度的實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄，并繪制成曲線，通過usb接口導(dǎo)出。

7、本發(fā)明的間歇式通氣系統(tǒng)中設(shè)有空氣加熱器和溫度保護(hù)開關(guān)，可設(shè)置通入空氣的溫度，避免冷空氣影響堆體溫度，空氣調(diào)節(jié)模塊可除去通入空氣的二氧化碳，保證尾氣中的二氧化碳均為有機(jī)污染物降解產(chǎn)生，便于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，同時(shí)增加進(jìn)入供氣室的空氣濕度，避免干燥空氣影響堆體濕度。

8、本發(fā)明的噴淋系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和間歇式通氣系統(tǒng)可作為多臺(tái)發(fā)酵罐的公共設(shè)備，降低多套發(fā)酵罐的總成本。

9、本發(fā)明設(shè)有上、中、下三層采樣口和傳感器接入口，可作為堆體溫度濕度傳感器接入口，取出傳感器可作為采樣口，實(shí)現(xiàn)上、中、下三層溫度濕度測(cè)定和樣品采集，測(cè)定數(shù)據(jù)更可靠，采樣更均勻。

10、本發(fā)明功能齊全，自動(dòng)化程度高，操作簡(jiǎn)便，適用于實(shí)驗(yàn)室規(guī)模石油污染土壤堆腐化修復(fù)研究。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的組成示意圖。

圖2為多個(gè)發(fā)酵罐共用噴淋系統(tǒng)示意圖。

圖3為多個(gè)發(fā)酵罐共用間歇式通氣系統(tǒng)示意圖。

圖4為多個(gè)發(fā)酵罐共用控制系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式。

如圖1所示，一種全自動(dòng)球體自轉(zhuǎn)式土壤堆腐裝置，包括發(fā)酵罐、噴淋控系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和間歇式通氣系統(tǒng)。

其中發(fā)酵罐1為球體，雙層不銹鋼結(jié)構(gòu)，保溫夾層2厚度大于等于2cm，填充玻璃纖維。發(fā)酵罐1由支架4通過轉(zhuǎn)軸3固定，轉(zhuǎn)軸3上的發(fā)動(dòng)機(jī)5連接plc模塊22，plc模塊22包含有旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)間隔設(shè)置，控制發(fā)酵罐1順時(shí)針和逆時(shí)針交替旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)軸3與水平線夾角為50度，罐體旋轉(zhuǎn)后，罐內(nèi)堆料可在重力作用下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)翻堆，減少了機(jī)械翻堆所需的能源動(dòng)力。發(fā)酵罐1頂部設(shè)置罐蓋11和噴淋裝置15。罐蓋11上設(shè)置罐把12，方便罐蓋的拆卸，罐蓋11設(shè)置有尾氣出口13，尾氣出口13與氣體收集罐14連接，用于尾氣收集和數(shù)據(jù)分析，可根據(jù)土壤中污染物種類連通多個(gè)氣體收集罐，實(shí)現(xiàn)多種氣體收集和分析。發(fā)酵罐1側(cè)壁設(shè)置有上、中、下三層采樣與傳感器接入口6和卸料口7。采樣與傳感器接入口6可接入溫度濕度傳感器，實(shí)現(xiàn)堆體分層溫度濕度的實(shí)時(shí)監(jiān)控與記錄，取出傳感器可進(jìn)行樣品分層采集。側(cè)壁下方的卸料口7便于堆腐化修復(fù)結(jié)束后堆料的卸出。發(fā)酵罐1底部1設(shè)置有布?xì)鈱?，布?xì)鈱?內(nèi)鋪有厚約5cm的玻璃珠，其直徑約為5mm，表面的篩孔為圓形或方形，其直徑或邊長(zhǎng)小于等于1.5mm，開孔率為20-30％，防止土壤顆粒堵塞篩孔，且通氣更加均勻。布?xì)鈱?與弧形罐底形成供氣室9，通入的空氣可在供氣室9形成緩沖。供氣室9底部設(shè)置有廢液出口10，堆腐化修復(fù)過程產(chǎn)生的滲濾液和堆腐結(jié)束后清洗發(fā)酵罐1產(chǎn)生的廢液可通過廢液出口10排出。

噴淋系統(tǒng)包括設(shè)置在發(fā)酵罐1頂部近轉(zhuǎn)軸3處的噴淋裝置15，以及與噴淋裝置15通過軟管依次連接的液體流量計(jì)16、電磁閥一17、水泵18和恒溫水箱19，可作為多個(gè)發(fā)酵罐的公共設(shè)備。液體流量計(jì)16實(shí)現(xiàn)噴淋流速控制。電磁閥一17與plc模塊22連接，可根據(jù)濕度傳感器輸出信號(hào)設(shè)置噴淋間隔和噴淋時(shí)長(zhǎng)。恒溫水箱19可設(shè)置水溫，避免水分補(bǔ)給影響堆體溫度。

間歇式通氣系統(tǒng)設(shè)置在發(fā)酵罐1外部，與供氣室9相通，依次為氣體流量計(jì)24、電磁閥二25、空氣調(diào)節(jié)模塊26、帶有溫度保護(hù)開關(guān)28的空氣加熱器27、儲(chǔ)氣罐29和空氣泵30，可作為多個(gè)發(fā)酵罐的公共設(shè)備。空氣由空氣泵30進(jìn)入儲(chǔ)氣罐29，通過空氣加熱器27給空氣加熱，溫度保護(hù)開關(guān)28可設(shè)置空氣的溫度，空氣調(diào)節(jié)模塊26可除去空氣中的二氧化碳，保證尾氣中的二氧化碳均為有機(jī)污染物降解產(chǎn)生，便于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，同時(shí)增加進(jìn)入供氣室的空氣濕度，避免干燥空氣影響堆體濕度，電磁閥二25與plc模塊22連接，實(shí)現(xiàn)通氣時(shí)長(zhǎng)和通氣間隔的控制，空氣流量計(jì)24可控制通氣流量，實(shí)現(xiàn)堆腐化修復(fù)條件控制。

控制系統(tǒng)包括堆體溫度濕度傳感器20、環(huán)境溫度傳感器21，plc模塊22和顯示器23，可作為多個(gè)發(fā)酵罐的公共設(shè)備。堆體溫度濕度傳感器20設(shè)置在采樣與傳感器接入口6，環(huán)境溫度傳感器21設(shè)置在發(fā)酵罐1外部，其輸出連接至的plc模塊22，plc模塊22輸出控制信號(hào)連接至發(fā)動(dòng)機(jī)5、電磁閥一17和25，控制噴淋時(shí)長(zhǎng)、噴淋間隔、通氣時(shí)長(zhǎng)、通氣間隔和轉(zhuǎn)動(dòng)間隔、轉(zhuǎn)動(dòng)速度、轉(zhuǎn)動(dòng)方向。plc模塊22連有顯示器23，實(shí)現(xiàn)堆體溫度、濕度和環(huán)境溫度實(shí)時(shí)監(jiān)控和記錄，并繪制曲線，數(shù)據(jù)可通過usb接口導(dǎo)出。

本發(fā)明的工作過程是：

污染土壤與調(diào)理劑混合后裝入發(fā)酵罐1，關(guān)閉罐蓋11，保溫夾層2內(nèi)填充玻璃纖維，為發(fā)酵罐1保溫?？諝獗?0向儲(chǔ)氣罐29供氣，保證儲(chǔ)氣罐29內(nèi)有足夠的壓力，空氣加熱器27對(duì)通入的空氣加熱，通過溫度保護(hù)開關(guān)28設(shè)置加熱空氣的溫度。加熱的空氣經(jīng)過空氣調(diào)節(jié)模塊26以去除空氣中的二氧化碳，同時(shí)增加空氣濕度。電磁閥二25與plc模塊22連接，plc模塊22包含間歇式通氣程序，可設(shè)置通氣時(shí)長(zhǎng)和通氣間隔。當(dāng)電磁閥二25打開時(shí)，熱空氣經(jīng)過氣體流量計(jì)24進(jìn)入供氣室9，在供氣室9形成緩沖，再通過布?xì)鈱?進(jìn)入堆體，均勻的為堆體供氣。堆腐化修復(fù)過程中的堆體溫度和環(huán)境溫度分別通過堆體溫度濕度傳感器20和環(huán)境溫度傳感器21測(cè)定，數(shù)據(jù)在plc模塊22上記錄和分析，在顯示器23顯示。堆腐化修復(fù)過程中的堆體濕度可通過堆體溫度濕度傳感器20測(cè)定，數(shù)據(jù)連接至連有顯示器23的plc模塊22。plc模塊22含有噴淋時(shí)長(zhǎng)和噴淋間隔設(shè)置，輸出控制信號(hào)連接至電磁閥一17，當(dāng)電磁閥一17打開時(shí)，恒溫水箱19中設(shè)定溫度的水經(jīng)過水泵18和液體流量計(jì)16，進(jìn)入設(shè)置在發(fā)酵罐1頂部的噴淋裝置，定時(shí)給堆體補(bǔ)充水分。堆腐化修復(fù)過程進(jìn)行翻堆時(shí)，plc模塊22含有的罐體旋轉(zhuǎn)速度、旋轉(zhuǎn)方向和選裝間隔設(shè)置，控制罐體定期順時(shí)針和逆時(shí)針交替旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)軸3與水平有夾角，旋轉(zhuǎn)后罐體內(nèi)堆料在重力作用下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)翻堆。堆料樣品采集時(shí)卸下堆體溫度濕度傳感器20，進(jìn)行上、中、下三層樣品采集。堆腐化修復(fù)過程產(chǎn)生的氣體從尾氣出口13排出，并由氣體收集罐14收集，產(chǎn)生的滲濾液聚集在罐底，定期由廢液出口10排出。堆腐化修復(fù)結(jié)束后，堆料從卸料口7卸出，清洗罐的廢液通過廢液出口10排出。

如圖2所示，當(dāng)噴淋系統(tǒng)作為公共設(shè)備時(shí)，plc模塊22后連接多個(gè)電磁閥一17，可進(jìn)行不同發(fā)酵罐噴淋時(shí)長(zhǎng)和噴淋間隔的分別控制。

如圖3所示，當(dāng)間歇式通氣系統(tǒng)作為公共設(shè)備時(shí)，plc模塊22后連接多個(gè)電磁閥二25，可進(jìn)行不同發(fā)酵罐通氣時(shí)長(zhǎng)和通氣間隔的分別控制。

如圖4所示，當(dāng)控制系統(tǒng)作為公共設(shè)備時(shí)，plc模塊22后連接多個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)5和堆體溫度濕度傳感器20，可進(jìn)行多個(gè)發(fā)酵罐1的旋轉(zhuǎn)設(shè)定和溫度濕度監(jiān)控與記錄。