本发明涉及污染土壤生物修复设备，具体地说是一种用于污染土壤生物修复的密封保温式回转生物反应器，动反应器内筒体、保温外皮层及液体补给管同步转动，组成反应器的核心回转部分；动反应器内筒的内部设有螺旋导土料板与导土料板，二者相互交叉垂直；核心转动部分依靠动力传动装置进行顺时针方向或逆时针方向转动，动反应器内筒的内部通过液体补给管及强制注气通道进行液体补给及氧分压和温度调控，从而实现污染土壤微生物修复的中温好氧均质搅拌式孵育过程；筒体内气体可经由排气净化罐净化处理后排出。本发明有效实现了固体土壤的流体式处理模式，节省水资源的同时也避免了二次污染物的产生，是一种高效环保的污染土壤修复设备。
1.一种密封保温式回转生物反应器，其特征在于：包括窑头罩(1)、液体补给管(2)、动保温隔层(8)、定保温隔层(12)、动反应器内筒(21)、动力传动装置(25)、窑尾罩(29)、窑头定反应器内筒(39)及窑尾定反应器内筒(40)，其中窑头定反应器内筒(39)及窑尾定反应器内筒(40)分别安装于窑头罩(1)、窑尾罩(29)内，所述动反应器内筒(21)外设有保温外层皮(42)，该保温外层皮(42)与动反应器内筒(21)外表面的内筒外皮(26)之间形成动保温隔层(8)，该保温外层皮(42)上沿轴向安装有所述液体补给管(2)，所述动反应器内筒(21)的两端分别与窑头定反应器内筒(39)及窑尾定反应器内筒(40)密封转动连接，该动反应器内筒(21)通过所述动力传动装置(25)驱动带动液体补给管(2)旋转；所述动反应器内筒(21)内壁沿轴向设有螺旋导土料板(22)及散土料板(23)，所述液体补给管(2)内沿轴向均布有多个向动反应器内筒(21)内补液的液体喷嘴(3)；所述窑头定反应器内筒(39)及窑尾定反应器内筒(40)内分别设有与动保温隔层(8)相连通的定保温隔层(12)；所述窑头罩(1)内设有进土料通道(13)，该进土料通道(13)的一端与所述动反应器内筒(21)的内部相连通，另一端通过内筒排气通道(14)与设置在窑头罩(1)上的主排气阀门(19)相连通，第三端连通有设置在所述窑头罩(1)上的进土料口阀门(16)；所述窑尾罩(29)上安装有出土料口阀门(36)，该出土料口阀门(36)通过通道与设置在所述动反应器内筒(21)上的动内筒出料口(34)相连通，所述窑尾罩(29)内分别设有向动保温隔层(8)和定保温隔层(12)内供气的保温隔层注气通道(31)和向动反应器内筒(21)内部供气的强制注气通道(32)；
所述窑尾罩(29)上开设有注气口(33)、内部安装有通风温度控制室(41)，所述保温隔层注气通道(31)及强制注气通道(32)的一端分别与动保温隔层(8)、动反应器内筒(21)内部相连通，另一端均由所述通风温度控制室(41)穿过、并与所述注气口(33)相连通，在所述保温隔层注气通道(31)及强制注气通道(32)外表面与通风温度控制室(41)内壁之间为温度控制室热传导层(43)。
2.根据权利要求1所述的密封保温式回转生物反应器，其特征在于：所述散土料板(23)为多列，每列中的各散土料板(23)均与所在列上的所述螺旋导土料板(22)垂直连接。
3.根据权利要求2所述的密封保温式回转生物反应器，其特征在于：所述螺旋导土料板(22)的螺旋圈数大于或等于两圈，该螺旋导土料板(22)与散土料板(23)沿径向深入动反应器内筒(21)内部的高度均小于或等于所述动反应器内筒(21)直径的四分之一。
4.根据权利要求1所述的密封保温式回转生物反应器，其特征在于：每个所述液体喷嘴(3)的出水端部均设有喷嘴挡盖(9)，该喷嘴挡盖(9)轴向截面的一端与所述液体喷嘴(3)铰接，另一端为自由端，每个所述液体喷嘴(3)内的下部均设有横梁(27)，所述喷嘴挡盖(9)通过弹簧(44)与该横梁(27)相连；所述喷嘴挡盖(9)的自由端在补液时被经过的液体冲开，并在补液后通过所述弹簧(44)的弹力复位，与所述液体喷嘴(3)密封抵接；所述喷嘴挡盖(9)的外边缘位于液体喷嘴(3)出水端部外边缘的外侧。
5.根据权利要求1所述的密封保温式回转生物反应器，其特征在于：所述窑头定反应器内筒(39)内的定保温隔层(12)上或窑尾定反应器内筒(40)内的定保温隔层(12)上安装有保温隔层压力调节阀(35)。
6.根据权利要求1所述的密封保温式回转生物反应器，其特征在于：所述窑头罩(1)内设有排气净化罐(18)，所述内筒排气通道(14)的一端与进土料通道(13)的另一端相连，该内筒排气通道(14)的另一端与所述排气净化罐(18)的入口相连通，该排气净化罐(18)的出口与所述主排气阀门(19)相连通。
7.根据权利要求1所述的密封保温式回转生物反应器，其特征在于：所述液体补给管(2)一端的端部设有与供液源相连通的液体补给口(30)，该液体补给口(30)位于动反应器内筒(21)与窑头定反应器内筒(39)的连接面处或位于动反应器内筒(21)与窑尾定反应器内筒(40)的连接面处。
8.根据权利要求1所述的密封保温式回转生物反应器，其特征在于：所述进土料口阀门(16)上设有调节动反应器内筒(21)、窑头定反应器内筒(39)及窑尾定反应器内筒(40)内部气体压力的可选排气阀门(17)。
9.根据权利要求1所述的密封保温式回转生物反应器，其特征在于：所述动反应器内筒(21)的保温外层皮(42)外表面安装有至少一个转动齿圈(7)，所述动力传动装置(25)包括安装在脚座(38)上的动力源及连接于动力源输出轴上、并与所述转动齿圈(7)啮合传动的齿轮，所述动力源通过齿轮与转动齿圈(7)的传动驱动动反应器内筒(21)及液体补给管(2)同步旋转；所述动反应器内筒(21)下方设有通过脚座(38)支撑的内筒支撑平台(24)，该内筒支撑平台(24)上设有多个支撑托轮(28)，与各所述支撑托轮(28)对应的动反应器内筒(21)的保温外层皮(42)上均安装有滚圈(6)，相对应的滚圈(6)与支撑托轮(28)滚动接触；
所述窑头罩(1)及窑尾罩(29)的底部均设有支撑脚柱(20)，该支撑脚柱(20)放置在所述脚座(38)上，通过该脚座(38)支撑。
一种密封保温式回转生物反应器
技术领域
[0001] 本发明涉及污染土壤生物修复设备，具体地说是一种用于污染土壤生物修复的密封保温式回转生物反应器。
背景技术
[0002] 污染土壤的生物修复技术是被广泛接受的、具有经济实用性的土壤治理技术，因其低成本、污染干扰小、操作便捷等优势而得到环保工作者的青睐。然而，微生物修复技术的耗时低效缺陷，始终制约着其在工程应用中的更深入发展。对此，主要原因在于环境条件因素对微生物生长代谢活性的制约。土壤温度、湿度、氧分压等环境因素，限制了微生物的数量、组成及生物酶活性。为了提高微生物修复污染土壤的修复效率，环保工作者采用人工调节等措施，增强土壤孔隙度，增加土壤养分含量，保持土壤湿度等环境条件。但繁重的人工调节工作不仅增加了人工修复成本，同时极易破坏土壤环境的稳定性，造成修复效率的参差不齐。对此，开发生物反应器等污染土壤修复设备，成为一个重要的研发方向之一。目前，泥浆生物反应器是研究和应用较多的土壤修复设备，因其具有较高的传质效率，提高污染物的生物可接触性及生物可利用性，故而修复效果得到强化。但高的含水量需求将产生污染废水等二次污染物，具有扩大污染范围的风险，是限制泥浆生物反应器应用的最大因素之一。
[0003] 卧式回转反应器在有色冶金、耐火材料、水泥及造纸化工等工业生产中得到广泛的应用，具有百余年的历史。卧式回转反应器也称为回转窑，一般在工业上作为导料装置而得到应用。回转反应器具有可传导物料、混合均匀等特点，因此具有应用于污染土壤修复并作为污染土壤生物反应器的潜能。对此，通过加工设计，以卧式回转反应器为基础，可期望实现集控温、曝气、搅混、补液、营养调控及自动出料于一体的原状污染土壤修复的回转生物反应器设备。
发明内容
[0004] 为了满足污染土壤修复的要求，本发明的目的在于提供一种密封保温式回转生物反应器。
[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
[0006] 本发明包括窑头罩、液体补给管、动保温隔层、定保温隔层、动反应器内筒、动力传动装置、窑尾罩、窑头定反应器内筒及窑尾定反应器内筒，其中窑头定反应器内筒及窑尾定反应器内筒分别安装于窑头罩、窑尾罩内，所述动反应器内筒外设有保温外层皮，该保温外层皮与动反应器内筒外表面的内筒外皮之间形成动保温隔层，该保温外层皮上沿轴向安装有所述液体补给管，所述动反应器内筒的两端分别与窑头定反应器内筒及窑尾定反应器内筒密封转动连接，该动反应器内筒通过所述动力传动装置驱动带动液体补给管旋转；所述动反应器内筒内壁沿轴向设有螺旋导土料板及散土料板，所述液体补给管内沿轴向均布有多个向动反应器内筒内补液的液体喷嘴；所述窑头定反应器内筒及窑尾定反应器内筒内分别设有与动保温隔层相连通的定保温隔层；所述窑头罩内设有进土料通道，该进土料通道的一端与所述动反应器内筒的内部相连通，另一端通过内筒排气通道与设置在窑头罩上的主排气阀门相连通，第三端连通有设置在所述窑头罩上的进土料口阀门；所述窑尾罩上安装有出土料口阀门，该出土料口阀门通过通道与设置在所述动反应器内筒上的动内筒出料口相连通，所述窑尾罩内分别设有向动保温隔层和定保温隔层内供气的保温隔层注气通道和向动反应器内筒内部供气的强制注气通道；
[0007] 其中：所述窑尾罩上开设有注气口、内部安装有通风温度控制室，所述保温隔层注气通道及强制注气通道的一端分别与动保温隔层、动反应器内筒内部相连通，另一端均由所述通风温度控制室穿过、并与所述注气口相连通，在所述保温隔层注气通道及强制注气通道外表面与通风温度控制室内壁之间为温度控制室热传导层；
[0008] 所述散土料板为多列，每列中的各散土料板均与所在列上的所述螺旋导土料板垂直连接；
[0009] 所述螺旋导土料板的螺旋圈数大于或等于两圈，该螺旋导土料板与散土料板沿径向深入动反应器内筒内部的高度均小于或等于所述动反应器内筒直径的四分之一；
[0010] 每个所述液体喷嘴的出水端部均设有喷嘴挡盖，该喷嘴挡盖轴向截面的一端与所述液体喷嘴铰接，另一端为自由端，每个所述液体喷嘴内的下部均设有横梁，所述喷嘴挡盖通过弹簧与该横梁相连；所述喷嘴挡盖的自由端在补液时被经过的液体冲开，并在补液后通过所述弹簧的弹力复位，与所述液体喷嘴密封抵接；所述喷嘴挡盖的外边缘位于液体喷嘴出水端部外边缘的外侧；
[0011] 所述窑头定反应器内筒内的定保温隔层上或窑尾定反应器内筒内的定保温隔层上安装有保温隔层压力调节阀；
[0012] 所述窑头罩内设有排气净化罐，所述内筒排气通道的一端与进土料通道的另一端相连，该内筒排气通道的另一端与所述排气净化罐的入口相连通，该排气净化罐的出口与所述主排气阀门相连通；
[0013] 所述液体补给管一端的端部设有与供液源相连通的液体补给口，该液体补给口位于动反应器内筒与窑头定反应器内筒的连接面处或位于动反应器内筒与窑尾定反应器内筒的连接面处；
[0014] 所述进土料口阀门上设有调节动反应器内筒、窑头定反应器内筒及窑尾定反应器内筒内部气体压力的可选排气阀门；
[0015] 所述动反应器内筒的保温外层皮外表面安装有至少一个转动齿圈，所述动力传动装置包括安装在脚座上的动力源及连接于动力源输出轴上、并与所述转动齿圈啮合传动的齿轮，所述动力源通过齿轮与转动齿圈的传动驱动动反应器内筒及液体补给管同步旋转；所述动反应器内筒下方设有通过脚座支撑的内筒支撑平台，该内筒支撑平台上设有多个支撑托轮，与各所述支撑托轮对应的动反应器内筒的保温外层皮上均安装有滚圈，相对应的滚圈与支撑托轮滚动接触；所述窑头罩及窑尾罩的底部均设有支撑脚柱，该支撑脚柱放置在所述脚座上，通过该脚座支撑。
[0016] 本发明的优点与积极效果为：
[0017] 1.本发明具有密封性良好的特点，动反应器部分与定反应器部分通过动密封连接结构连接，保障反应器内土壤修复系统的稳定性。
[0018] 2.本发明可实现中温温控精密控制、水分养分原位补给及翻转混合充分供氧等过程，具有模拟泥浆流态均质化的特征，可有效增强污染土壤中的传质效率，提高污染物的生物可接触性及生物可利用性。
[0019] 3.本发明所实现的稳定中温控制，为微生物代谢提供了良好的温度条件；所实现的强制通风供氧为中温氧气供给，具有更好的热传导效率及更均匀的温度场分布；设置的通风温度控制室，可实现翻转同时同步强制通风，保障反应器筒体内充足的氧分压，促进微生物的好氧代谢反应。
[0020] 4.本发明有效实现了固体土壤的流体式处理模式，节省水资源的同时也避免了二次污染物的产生，是一种高效环保的污染土壤修复设备。
附图说明
[0021] 图1为本发明的内部结构示意图；
[0022] 图2为本发明动反应器主体的横截面结构示意图；
[0023] 图3为本发明液体补给管及液体喷嘴的结构示意图；
[0024] 图4为本发明动反应器主体的俯视剖视图；
[0025] 图5为本发明通风温度控制室的侧视结构示意图；
[0026] 其中：1为窑头罩，2为液体补给管，3为液体喷嘴，4为内筒压力表，5为隔层压力表，6为滚圈，7为转动齿圈，8为动保温隔层，9为喷嘴挡盖，10为动密封连接件，11为固定连接件，12为定保温隔层，13为进土料通道，14为内筒排气通道，15为动内筒进土料口，16为进土料口阀门，17为可选排气阀门，18为排气净化罐，19为主排气阀门，20为支撑脚柱，21为动反应器内筒，22为螺旋导土料板，23为散土料板，24为内筒支撑平台，25为动力传动装置，26为内筒外皮，27为横梁，28为支撑托轮，29为窑尾罩，30为液体补给口，31为保温隔层注气通道，32为强制注气通道，33为总注气口，34为动内筒出土料口，35为保温隔层压力调节阀，36为出土料口阀门，37为排气净化罐支撑，38为脚座，39为窑头定反应器内筒，40为窑尾定反应器内筒，41为通风温度控制室，42为保温外层皮，43为温度控制室热传导层，44为弹簧。
具体实施方式
[0027] 下面结合附图对本发明作进一步详述。
[0028] 如图1～5所示，本发明包括窑头罩1、液体补给管2、动保温隔层8、定保温隔层12、动反应器内筒21、动力传动装置25、窑尾罩29、窑头定反应器内筒39、窑尾定反应器内筒40及通风温度控制室41，其中动反应器内筒21的左右两端分别设有窑头罩1和窑尾罩29，该窑头罩1及窑尾罩29的底部均设有支撑脚柱20，支撑脚柱20放置在脚座38上，通过脚座38支撑。
[0029] 动反应器内筒21为空心的圆柱状，外部设有保温外层皮42，该保温外层皮42与动反应器内筒21外表面的内筒外皮26之间形成动保温隔层8。动反应器内筒21的保温外层皮42外表面安装有至少一个转动齿圈7，动力传动装置25包括安装在脚座38上的动力源及连接于动力源输出轴上、并与转动齿圈7啮合传动的齿轮，动力源通过齿轮与转动齿圈7的传动驱动动反应器内筒21旋转。在动反应器内筒21的下方设有通过脚座38支撑的内筒支撑平台24，该内筒支撑平台24上设有多个支撑托轮28，与各支撑托轮28对应的动反应器内筒21的保温外层皮42上均安装有滚圈6，相对应的滚圈6与支撑托轮28滚动接触。本实施例在内筒支撑平台24上设置了两个支撑托轮28，这两个支撑托轮28对应的动反应器内筒21的保温外层皮42上各安装一个滚圈6，两个滚圈6对称设置于转动齿圈7的两侧，在动力传动装置25驱动动反应器内筒21旋转时起到滚动支撑的作用。动反应器内筒21的内壁上沿轴向分别设有螺旋导土料板22及散土料板23，螺旋导土料板22呈螺旋状、从动反应器内筒21的一侧轴向延伸至另一侧，螺旋导土料板22的螺旋圈数大于或等于两圈；散土料板23为多列，每列中的各散土料板23均与所在列上的螺旋导土料板22垂直连接。螺旋导土料板22与散土料板23沿径向深入动反应器内筒21内部的高度均小于或等于动反应器内筒21直径的四分之一。
[0030] 动反应器内筒21的保温外层皮42上沿轴向安装有液体补给管2，该液体补给管2随动反应器内筒21由动力传动装置25驱动同步旋转。液体补给管2内沿轴向均布有多个向动反应器内筒21内补液的液体喷嘴3，每个液体喷嘴3的出水端部均设有喷嘴挡盖9，该喷嘴挡盖9轴向截面的一端与液体喷嘴3铰接，另一端为自由端，每个液体喷嘴3内的下部均设有横梁27，喷嘴挡盖9通过弹簧44与该横梁27相连；喷嘴挡盖9的上表面边缘设有O型密封圈。由于液体喷嘴3是随动反应器内筒21旋转的，当旋转倒立(即液体喷嘴3出水端朝上)后，动反应器内筒21内的土壤会挤压喷嘴挡盖9，进而压缩弹簧；为了防止土壤进入到液体喷嘴3内而使液体喷嘴3堵塞的情况发生，本发明喷嘴挡盖9的外边缘位于液体喷嘴3出水端部外边缘的外侧(即喷嘴挡盖9的直径大于液体喷嘴3出水端的直径)，这样即使液体喷嘴旋转倒立后，喷嘴挡盖9会卡在液体喷嘴3的出水端，喷嘴挡盖9不会被压进液体喷嘴3内。
[0031] 喷嘴挡盖9的自由端在补液时被经过的液体冲开，并在补液后通过弹簧44的弹力复位，通过O型密封圈与液体喷嘴3密封抵接。液体补给管2一端的端部设有与供液源相连通的液体补给口30，该液体补给口30位于动反应器内筒21与窑头定反应器内筒39的连接面处或位于动反应器内筒21与窑尾定反应器内筒40的连接面处；本实施例的液体补给口30位于动反应器内筒21与窑尾定反应器内筒40的连接面处。
[0032] 窑头定反应器内筒39及窑尾定反应器内筒40分别安装于窑头罩1、窑尾罩29内，窑头定反应器内筒39、窑尾定反应器内筒40分别通过固定连接件11(如法兰)与窑头罩1、窑尾罩29相连，窑头定反应器内体39和窑尾定反应器内筒40分别通过动密封连接件10与动反应器内筒21的左右两端密封转动连接，动密封连接件10为套制结构，如O型密封圈。窑头定反应器内筒39及窑尾定反应器内筒40内分别设有与动保温隔层8相连通的定保温隔层12，在窑头定反应器内筒39内的定保温隔层12上或窑尾定反应器内筒40内的定保温隔层12上安装有保温隔层压力调节阀35，本实施例是在窑尾定反应器内筒40内的定保温隔层12上安装了保温隔层压力调节阀35，动保温隔层8与定保温隔层12内的气体通过该保温隔层压力调节阀35调节排出，进而调节动保温隔层8与定保温隔层12内的气体压力。窑头罩1内设有进土料通道13，该进土料通道13的一端与动反应器内筒21左端面圆周中心位置上设置的动内筒进土料口15要连，进而与动反应器内筒21的内部相连通，进土料通道13的另一端为内筒排气通道14，第三端连通有设置在窑头罩1表面开设的进土料口阀门16，进土料口阀门16上设有调节动反应器内筒21、窑头定反应器内筒39及窑尾定反应器内筒40内部气体压力的可选排气阀门17，该可选排气阀门17可作为备用排气口；由进土料口阀门16向动内筒进土料口15之间的进土料通道13为由上至下倾斜，以便待修复的污染土壤能够进入到动反应器内筒21中。窑头罩1内设有排气净化罐18，该排气净化罐18通过排气净化罐支撑37安装在窑头罩1内部，内筒排气通道14的一端与进土料通道13的另一端相连，该内筒排气通道14的另一端与排气净化罐18的入口相连通，排气净化罐18的出口与设置在窑头罩1上的主排气阀门19相连通。窑尾罩29的表面安装有出土料口阀门36，该出土料口阀门36通过通道与设置在动反应器内筒21右端面上的动内筒出料口34相连通，进而连通于动反应器内筒21的内部。
动内筒出料口34与出土料口阀门36之间的通道由上至下倾，以便于修复后的土壤排出。
[0033] 窑尾罩29内分别设有向动保温隔层8和定保温隔层12内供气的保温隔层注气通道31和向动反应器内筒21内部供气的强制注气通道32。窑尾罩29的表面上开设有注气口33、内部安装有通风温度控制室41，保温隔层注气通道31及强制注气通道32的一端分别与动保温隔层8、动反应器内筒21内部相连通，另一端均由通风温度控制室41穿过、并与注气口33相连通，在保温隔层注气通道31及强制注气通道32外表面与通风温度控制室41内壁之间为温度控制室热传导层43。
[0034] 本发明的工作原理为：
[0035] 本发明的核心部件为旋转生物反应器筒体部分，即由动反应器内筒21为主体，外部包制保温外层皮4。待修复的污染土壤由进土料口阀门16进入进土料通道13，再由内筒进土料口15进入到动反应器内筒21中。动力传动装置25驱动动反应器内筒21和液体补给管2同步旋转，动反应器内筒21的转动分为顺时针方向转动及逆时针方向转动，两种转动方向交替进行，土壤排出时选择所需旋转方向持续转动。利用动反应器内筒21内的螺旋导土料板22和散土料板23将污染土壤由动反应器内筒21的一端向另一端输送。在输送过程中，可在任意运行时刻向动反应器内筒21中以及动保温隔层8和定保温隔层12中注气。分别通过保温隔层注气通道31为动保温隔层8和定保温隔层12注气，通过强制注气通道32为动反应器内筒21注气；高温气体经过通风温度控制室时，由通风温度控制室内流动的风与高温气体进行热交换，使高温气体变为中温气体，中温空气的温度调节由通风温度控制室41的风速、风量完成。动保温隔层8和定保温隔层12内的气体通过保温隔层压力调节阀35调节排出，动反应器内筒21内的气体通过位于窑头罩1内的进土料通道13和内筒排气通道14排出，其中可选排气阀门17作为备用排气口，内筒排气通道14连接排气净化罐18并通过主排气阀门19排出气体。
[0036] 在本发明运行过程中，液体补给选择在液体喷嘴3与水平面处于相互垂直位置时进行，液体补给时间节点依据土壤处理工况需求而定；补给的液体通过液体补给口30进入到液体补给管2中，进而流到各个液体喷嘴3处，利用液体的身重以及补给的压力，克服弹簧44的弹力，使喷嘴挡盖9开启，向动反应器内筒21中补液；补液完成后，喷嘴挡盖9通过弹簧
44的弹力作用复位，关闭喷嘴挡盖9，并与动反应器内筒21隔离。
