一种用于复合重金属污染土壤改良剂制备的连续生产装置的制作方法

本发明涉及土壤改良剂制备设备技术领域，特别是涉及一种用于复合重金属污染土壤改良剂制备的连续生产装置。

背景技术：

随着我国工农业发展进程加快，土壤重金属污染问题日益突出，严重威胁生态环境和人类健康，解决土壤重金属污染问题已迫在眉睫。对于重金属污染土壤修复以低成本、操作简单、效果较为显著的化学钝化技术成为当前广泛关注和应用的一种修复措施。目前使用的改良剂包括：(1)无机碱性物质，如石灰、粉煤灰、羟基磷灰石、钙镁磷肥和硅肥等。无机碱性物质可提高土壤ph值，促进重金属生成硅酸盐、碳酸盐和磷酸盐等沉淀，从而降低其生物有效性，但长期施用会改变土壤理化性质。(2)有机肥，如农林废弃物、绿肥和草炭等。有机改良剂具有改变土壤重金属形态分布，提高土壤肥力和废弃物资源化的多重效益，但存在钝化重金属易于释放，有机肥携带重金属增加土壤存量的风险。人们逐渐转向开发复合改良剂，目前研究较多的有无机/无机复合和有机/无机复合这两种类型，有将壳聚糖、生物炭、凹凸棒和膨润土等与羟基磷灰石复合制备无机/无机型复合材料用于脱除废水中的重金属(anirudhanetal.,2016；chuetal.,2020)。汪涛等(2018)选用多硫化钙、生物炭与有机肥组成无机有机复合材料对铅、镉和锌污染土壤进行钝化，不同钝化处理后有效态pb、cd和zn分别降低9.7％～87.6％、21.0％～71.8％和45.1％～98.8％。发明人的在先专利(公开号cn106701091b)公开了复合型重金属污染土壤改良剂的制备方法，将生物质和磷肥复合，有效利用磷肥提升生物质改良剂对土壤重金属钝化效果，并增强了生物质材料的化学稳定性，发挥了钝化性能协同增强作用，复合改良剂钝化性能提升，不断将其推广应用于重金属污染土壤。目前，当务之急是解决改良剂批量生产成本高、缺乏连续化运行设备等问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于复合重金属污染土壤改良剂制备的连续生产装置，以解决上述现有技术存在的问题，能够连续生产扩大装置，装置成本低，确保复合改良剂生产的高效稳定运行，为复合改良剂的推广应用提供技术支持。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种用于复合重金属污染土壤改良剂制备的连续生产装置，包括依次相连的预处理系统、主反应系统、输送设备一、产物分离系统、输送设备二和产物成型系统；

所述预处理系统包括预处理器主体、搅拌装置一和加热设备一，所述搅拌装置一用于对预处理器主体内的物料进行搅拌，加热设备一用于对预处理器主体进行加热，所述预处理器主体底部设置有排料口一；

所述主反应系统包括主反应器主体、搅拌装置二、加热设备二和主反应器控制器，所述排料口一通过管路连接所述主反应器主体，所述搅拌装置二用于对所述主反应器主体内的物料进行搅拌，所述加热设备二用于对所述主反应器主体进行加热，所述主反应器主体的顶盖上设置有备用加料口、排气口、感温探头插口和ph计监测器插口，所述感温探头插口上插接有温感探头，所述ph计监测器插口上插接有ph计监测器，所述反应器主体底部设置有排料口二，所述主反应器控制器用于控制反应温度和时间，所述搅拌装置上设有控制器，用于控制搅拌桨转速和搅拌时间；

所述产物分离系统通过输送设备一连接所述主反应器主体，产物分离系统为一固液分离槽，所述产物分离系统分离的固体物料通过输送设备二输送到产物成型系统进行产物成型。

优选地，所述预处理器主体为双层筒体结构，其外部为不锈钢筒体，内部为pe或聚四氟乙烯套筒，所述预处理器主体的底部为锥形结构，锥度为3-10°。

优选地，所述加热设备一包括缠绕在所述不锈钢筒体外部的加热线圈和控制线圈温度的预处理系统控制器。

优选地，所述排料口一的最大直径为预处理器主体直径的1/10～1/20，所述排料口一处设置有电动挡板，所述预处理器主体的底部设置有控制电动挡板开合大小的排料旋钮。

优选地，所述反应器主体为双层筒体结构，其外部为不锈钢筒体，内部为pe或聚四氟乙烯套筒，所述反应器主体的顶部设置有顶盖，顶盖与所述反应器主体密封连接，所述反应器主体的底部为锥形结构，锥度为5-15°。

优选地，所述加热设备二包括缠绕在所述不锈钢筒体外部的加热线圈和控制线圈温度的控制系统二。

优选地，所述搅拌装置二的搅拌桨为双搅拌桨。

优选地，所述排料口二的直径为3-8cm，所述排料口二处设置有排料阀，所述排料阀通过排料口控制器控制开闭。

优选地，所述固液分离槽的框架由有机玻璃制成，其底部设置有储液槽，所述储液槽上设置有抽气孔，所述抽气孔连接有一真空泵，所述储液槽上还设置有排液口，所述储液槽与所述固液分离槽之间设置有尼龙网，所述尼龙网倾斜设置，高度由进料口向排料口逐渐降低，所述固液分离槽的框架顶部还吊设有升降式悬杆，所述悬杆底部连接有一套体滤饼弯叶圆盘涡轮式清理刮板，所述升降式悬杆和所述清理刮板由刮板控制器控制。

优选地，所述输送设备一和所述输送设备二为pe材质的截面为梯形的输送槽。

本发明相对于现有技术取得了以下有益技术效果：

本发明提供的用于复合重金属污染土壤改良剂制备的连续生产装置，装置适用范围广，适用于所有采用溶液共混法、化学沉淀法、机械混合法、微乳液法和水热法等方法制备的材料，由于本装置开发时考虑到各种体系(酸、碱和有机体系)的需求，材质方面经过考量，成本也较低，而且反应器可以控温控压，能够满足各种产品的生产要求；根据本装置可以设计各种放大装置，反应容量进一步扩大，不断提升产量，还可实现制备材料的连续化生产。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中用于复合重金属污染土壤改良剂制备的连续生产装置的系统结构示意图；

图2为本发明中用于复合重金属污染土壤改良剂制备的连续生产装置的结构示意图；

图中：1、预处理系统；2、主反应系统；3、输送设备一；4、产物分离系统；5、输送设备二；6、产物成型系统；11、排料口一；12、搅拌装置一；13、预处理系统控制器；21、加料口；22、备用加料口；23、搅拌装置二；24、温感探头；25、ph计监测器；26、主反应器控制器；27、排料口二；28、排料口控制器；29、排气口；41、固液分离槽；42、真空泵；43、储液槽；44、排液口；45、框架；46、框架横梁；47、升降式悬杆；48、清理刮板；49、刮板控制器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种用于复合重金属污染土壤改良剂制备的连续生产装置，以解决现有技术存在的问题。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

本实施例中的用于复合重金属污染土壤改良剂制备的连续生产装置，如图1、图2所示，包括依次相连的预处理系统1、主反应系统2、输送设备一3、产物分离系统4、输送设备二5和产物成型系统6；

预处理系统1包括预处理器主体、搅拌装置一12和加热设备一，搅拌装置一12用于对预处理器主体内的物料进行搅拌，加热设备一用于对预处理器主体进行加热，预处理器主体底部设置有排料口一11；预处理器主体为双层筒体结构，其外部为不锈钢筒体，内部为pe或聚四氟乙烯套筒，预处理器主体的底部为锥形结构，锥度为3-10°；加热设备一包括缠绕在不锈钢筒体外部的加热线圈和控制线圈温度的预处理系统控制器13；排料口一11的最大直径为预处理器主体直径的1/10～1/20，排料口一11处设置有电动挡板，预处理器主体的底部设置有控制电动挡板开合大小的排料旋钮，可以设置档位来控制排料口尺寸，调节排料速度。

主反应系统2包括主反应器主体、搅拌装置二23、加热设备二和主反应器控制器26，排料口一11通过管路连接主反应器主体，搅拌装置二23用于对主反应器主体内的物料进行搅拌，搅拌装置二23的搅拌桨为双搅拌桨，采用桨式、推进式、锚式和框式中两种结合的搅拌桨，一般下部搅拌桨采用框式或锚式，上部采用推进式或桨式，下部搅拌桨直径为反应器直径的1/5～1/3，上部搅拌桨直径为反应器直径的1/5～1/4；加热设备二用于对主反应器主体进行加热，加热设备二包括缠绕在不锈钢筒体外部的加热线圈和控制线圈温度的控制系统二。主反应器主体的顶盖上设置有备用加料口22、排气口29、感温探头插口和ph计监测器插口，感温探头插口上插接有温感探头24，ph计监测器插口上插接有ph计监测器25，反应器主体底部设置有排料口二27，排料口二27的直径为3-8cm，排料口二27为反应器直径的1/10～1/15，在上一次主反应器物料反应结束排料后，自动关闭排料口二27；排料口二27处设置有排料阀，排料阀通过排料口控制器28控制开闭，主反应器控制器26用于控制反应温度和时间，搅拌装置二23上设有控制器，用于控制搅拌桨转速和搅拌时间；一次主反应器物料反应结束排料后，自动关闭排料口二27；当次反应结束后，在保证反应体系压力与外界压力一致时，通过控制系统开启排料阀，同时启动搅拌设备二23，搅拌桨转速不应太快，转速一般低于200r/min，边搅拌边排料。

产物分离系统4通过输送设备一3连接主反应器主体，产物分离系统4为一固液分离槽41，产物分离系统4分离的固体物料通过输送设备二5输送到产物成型系统6进行产物成型；根据制备得到固体材料的比重，比重较小，小于1g/cm³，通过造粒系统制备得到颗粒样品；比重较大的，大于1g/cm³，可以风干或烘干成粉末样品备用。

固液分离槽的框架45由有机玻璃制成，框的厚度为0.5～2mm，其底部设置有储液槽43，储液槽43上设置有抽气孔，抽气孔连接有一真空泵42，储液槽43的槽底上还设置有排液口44，储液槽43与固液分离槽41之间设置有300目尼龙网，尼龙网倾斜设置，高度由进料口向排料口逐渐降低，整个固液分离槽41也呈这个趋势倾斜，固液分离槽41的框架45顶部还吊设有升降式悬杆47，升降式悬杆47底部连接有一套体滤饼弯叶圆盘涡轮式清理刮板48，升降式悬杆47和清理刮板48由刮板控制器49控制；具体地，框架横梁46上设置2～5个升降式悬杆47，每个升降式悬杆47连接一套清理刮板48，在流体进入产物分离系统4进行固液分离时，控制升降式悬杆47上升收起刮片，固液分离结束后控制升降式悬杆47下降到待清理固体表面，启动清理刮板48清除固体。在框架45的一面安装的控制器控制升降式悬杆47和清理刮板48。

本实施例中，输送设备一3和输送设备二5为pe材质的截面为梯形的输送槽，输送设备一3向下倾斜设计，倾斜角度为10～30°，与产物分离系统4连通。

现结合具体实例对装置的工作过程进行说明：

实例1：

使用该装置制备稻秸粉、鸡蛋壳和磷肥三者的复合材料，应用于镉污染红壤修复。首先将粉碎好的稻秸粉与鸡蛋壳粉置于预处理反应器中，以稀硝酸为溶剂，进行1h的预处理。同时将以磷酸二氢钙为主要成分的混合磷肥置于主反应器中，以磷酸溶液为溶剂，固液比为1:5kg/l进行溶解，反应时间为2h，温度为60℃，通过控温系统控温。将预处理后的稻秸和鸡蛋壳的混合溶液逐渐排入主反应器中，通过控制排液口44尺寸，调节排液速度，同时通过备用加料口22泵入碱溶液调节酸度，通过ph计监测反应体系酸度，反应结束后边搅拌边排出流体，进入到产物分离系统4中，抽真空实现固液分离，分离后固体通过传输系统2排入成型系统进行烘干造粒，最终获得稻秸粉、鸡蛋壳和磷肥三者的复合材料。

实例2：

使用该装置采用化学沉淀法制备壳聚糖、生物炭和膨润土等与羟基磷灰石的复合材料，无需预处理，将壳聚糖、生物炭和膨润土等从进料口加入到主反应器中，以磷酸氢铵溶液为溶剂，启动搅拌装置，进行充分搅拌，然后通过进料口逐渐加入氯化钙溶液，通过蠕动泵控制氯化钙加入速率，同时通过备用加料口22泵入碱溶液调节酸度，通过ph计监测反应体系酸度，反应结束后边搅拌边排出流体，进入到产物分离系统4中，抽真空实现固液分离，分离后固体通过传输系统2排入成型系统烘干，最终获得壳聚糖、生物炭和膨润土等与羟基磷灰石的复合材料。

本发明应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

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