本发明属于污染土壤修复领域，具体涉及一种污染土壤热修复测试装置及方法。
背景技术：
热修复技术是通过加热，使土壤中的污染物受热挥发与土壤分离，针对受有机物和重金属汞污染的土壤修复效果好，较其他修复技术，更易满足修复工期短、重污染源消除快等要求。热修复技术在国外始于七十年代，在1982-2004年期间，约有70个美国超级基金项目采用热脱附作为主要的修复技术，是焦化、农药及化工等重污染场地土壤修复的必选技术。
目前，国内热修复技术包含了原位热脱附及异位热脱附，异位热脱附包含直接热脱附和间接热脱附两种形式，现已有大量专利涉及三种类型热修复技术的原理、装置及工程实施方法。各种热修复技术的修复效果基本只取决于热处理温度及处理时间，不同的热修复技术在处置不同的污染土壤时，需要开展实验室测试精确确定该两项核心参数，科学指导热修复技术工程实施，否则可能会出现过度修复成本高或修复不达标的现象。
专利号为201210340236.0的发明专利公布了一种土壤热脱附回转炉测试系统及其测试方法,所述测试系统包括载气装置、回转热脱附测试装置和尾气处理装置,所述载气装置包括氮气瓶、减压阀和进气耐腐蚀导气软管,所述回转热脱附测试装置包括有管式回转炉、进气气压阀、流量计和出气气压阀,所述尾气处理装置包括有出气耐腐蚀导气软管、冷凝器、洗气瓶和活性炭吸附器。可获取热修复技术的气压力、加热速度、炉管转速、加热温度、停留时间等设计参数，为实际应用提供科学指导和技术支持。但存在以下问题：(1)一次试验用土量50g，污染土的代表性有限；(2)试验土样需预先填充于石英管、试验土壤随加热窑一起升温与修复工程实际不合；(3)该装置只能模拟静态热脱附的温度和停留时间，不能反应修复工程连续生产的实际情况。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种受到有机或重金属汞污染类土壤进行工程热修复技术参数(处理温度及停留时间)测试研究的系统及方法，能模拟污染土壤工程化热修复过程，为各种形式的热修复技术提供实验室技术测试及中试参数确定。
本发明提供一种污染土壤热修复测试装置，所述装置包括进料仓、螺旋进料系统，优选为变频螺旋进料系统、热处理系统、出料系统和尾气系统；进料仓连接设置于螺旋进料系统的上部，用于将进料仓中的污染土壤输送到螺旋进料系统，螺旋进料系统连接热处理系统的前端，用于将污染土壤送入到热处理系统中，热处理系统的后端连接出料系统，用于将热处理后的所述土壤送入到出料系统进行出料，尾气系统连接热处理系统的前端，用于将热处理系统中产生的烟气处理后外排。
其中，所述进料仓包括顶盖、隔筛和仓筒；仓筒的上部开口区域设置有顶盖，隔筛设置在仓筒中，仓筒的底部连接螺旋进料系统，用于将进料仓中的污染土壤输送到螺旋进料系统中。
其中，所述螺旋进料系统包括螺旋进料器驱动电机、螺旋进料器减速机、螺旋进料器控制器和螺旋进料器，螺旋进料器连接所述热处理系统的热处理滚筒的前端，螺旋进料器电机通过螺旋进料器减速机连接螺旋进料器，螺旋进料器控制器电连接螺旋进料器电机，用于控制螺旋进料器电机的转速，进而通过调节螺旋进料频率，从而控制进入热处理系统的热处理滚筒中的污染土壤量。
其中，所述热处理系统包括热处理滚筒和加热炉体，用于模拟污染土壤热处理过程，热处理滚筒设置在加热炉体的加热腔中，热处理滚筒的前端伸出加热炉体，并且连接所述螺旋进料系统的螺旋进料器，热处理滚筒的后端伸出加热炉体，并且连接出料系统。优选，加热炉体内的加热腔中设置有加热电棒，加热炉体外部覆盖有保温材料，通过电加热棒和保温材料为热处理滚筒提供热量。
其中，加热炉体的加热腔内部设置有炉膛测温热电偶，热处理滚筒内部设置有窑内测温热电偶，两根热电偶分别对加热炉体内部和热处理滚筒中心进行温度监控，并且连接所述热处理系统的电子控制器，用于实时调节加热电棒的温度，保证热处理滚筒的温度稳定。
其中，所述污染土壤热修复测试装置还包括底座、顶升器、热处理系统驱动机构和电子控制器，螺旋进料系统、热处理系统和热处理系统驱动机构都设置在底座上，顶升器设置在底座的下部，顶升器的升降为热处理滚筒)提供不同的倾斜角，热处理滚筒的前后两端分别设置有滚轮，滚轮可转动支承在底座上的支承轨道上；热处理系统驱动机构包括热处理滚筒驱动电机和驱动减速机，热处理滚筒驱动电机连接驱动减速机，驱动减速机与热处理滚筒上设置的传动齿轮连接，热处理滚筒驱动电机电连接电子控制器，通过电子控制器的控制为热处理滚筒提供各种频率的旋转，同时顶升器的升降为热处理滚筒提供不同的倾斜角，通过控制热处理滚筒的旋转速度和角度来调节污染土热处理时间。优选，热处理滚筒上设置有观察孔，其位于热处理滚筒尾部，用于观测桶内情况，或者通过观察孔从热处理滚筒内取样。优选，热处理滚筒上设置有保护气入口。
其中，所述出料系统包括后端密封装置、两组出料阀门及存料仓，后端密封装置设置在热处理系统的热处理滚筒后端和出料系统的入口之间，用于对热处理滚筒及出料系统进行密封，两组出料阀门分别设置在存料仓的上下两端。
其中，所述尾气系统包括前端密封装置和尾气排放管，所述尾气系统用于排放污染土热处理后的尾气，尾气排放管通过前端密封装置连接在所述热处理系统的热处理滚筒的前端，用于将尾气从热处理滚筒的污染土壤入料口通过尾气排放管排出。
其中，所述尾气系统还包括尾气测温孔和尾气取样孔，尾气测温孔和尾气取样孔设置在尾气排放管上，尾气测温孔用于通过温度检测设备对尾气温度进行检测，尾气取样孔用于对热处理后的尾气进行取样，优选，尾气排放管排出的尾气根据浓度及危害程度选择进入处理系统或排放。
本发明还提供一种污染土壤热修复测试方法，特别是采用上述的装置对污染土壤修复测试方法，所述方法的步骤如下：
步骤一：污染土壤热处理方案设计，确定热处理技术测试的污染土壤热处理修复产量、热处理温度和热处理停留时间三参数的试验范围；
步骤二：选取污染土壤试验样品及预处理；具体为：首先，选取污染土壤试验样品进行预处理，预处理优选包括进行除杂、筛分、和/或晾干等预处理，使土壤试验样品的参数与热处理工程实际修复的污染土相符，同时检测污染土壤试验样品的污染物含量；
步骤三：热处理技术测试冷态试验；根据所述修复产量、热处理系统的热处理滚筒体积和热处理系统的热处理滚筒填充率，确定螺旋进料系统的一小时污染土壤处理量及热处理停留时间，不开启污染土壤热修复测试装置的加热功能，冷态调试不同的螺旋进料器驱动电机及热处理滚筒驱动电机转动频率，保证该转动频率下，污染土壤热处理修复产量及热处理停留时间满足参数要求；
步骤四：热处理技术测试热态试验；根据所述冷态试验确定的参数设置螺旋进料器驱动电机及热处理滚筒驱动电机转动频率，设置热处理温度，即加热温度；并且设置保温时间，启动加热功能，污染土壤试验样品加入进料仓；待热处理滚筒温度达到设定热处理温度时，同时启动螺旋进料器驱动电机及热处理滚筒驱动电机，污染土壤试验样品进入热处理系统开始测试；优选，出料系统选择出料方式进行出料，待热处理修复后的土壤冷却后，采集土壤样品送检，如需采集尾气样品，对尾气样品进行采集；
步骤五：测试装置关机；待污染土壤样品全部输送至热处理滚筒后，设置热处理停留时间为约2-5分钟，优选3分钟时间，保证螺旋进料系统的螺旋进料器中的间隙土壤全部清理干净后，关闭螺旋进料器驱动电机；待热处理修复后的土壤出料满足取样要求，尾气取样完成后，关闭热处理加热及保温功能；热处理转筒旋转至筒内土壤清理干净后，滚筒旋转频率降至降温频率；待热处理滚筒内温度降至50℃以下时，关闭热处理滚筒驱动电机，然后关闭总电源开关。
优选还包括步骤六：样品检测及数据分析；对不同测试组的土壤试验样品热处理前后的污染物进行检测，计算污染物去除率，对比修复目标值，判断基于该修复产量，热处理温度和热处理停留时间是否能使污染土壤样品修复至小于修复目标值，涉及尾气检测的，判断其尾气成分及含量。
本发明涉及一种污染土壤热修复技术测试装置，装置包括进料仓、螺旋进料系统、热处理系统、出料系统、尾气系统及配套辅助系统；测试方法为经过预处理后的污染土壤通过变频螺旋进料、顶升器及回转筒转速控制污染土壤热处理停留时间、通过对不同温度、停留时间处理后土壤中污染物含量的检测，评价热处理效果，确定合理的热处理温度及时间参数，避免出现过度修复或修复不达标等情况。
所述进料仓用于暂存待处理污染土，由顶盖、隔筛及仓筒组成。污染土添加完毕后合上顶盖，隔筛筛孔尺寸由污染土进料最大粒径决定，避免大颗粒石块进入卡住螺旋给料机，仓底与螺旋给料机衔接，通过螺旋给料进入热处理系统。
所述螺旋进料系统由电机、减速机、控制器、螺旋推进器四部分组成，通过调节螺旋给料频率，控制进入热处理系统的污染土量，同时利用土壤的密封性，防治热处理系统的气体扩散进入前端进料仓。
所述热处理系统用于模拟污染土壤热处理过程，主要包括热处理滚筒和加热炉体两部分，加热炉体通过电加热棒和保温材料为热处理滚筒提供热量，两根热电偶分别对热处理滚筒中心和加热炉体内部进行温度监控，通过电子控制器内置程序保证热处理滚筒的温度稳定。辅助设备包括滚轮、齿轮传动装置及减速机、观察孔、保护气入口及顶升器。电机、减速机机齿轮传动装置通过电子控制器为热处理滚筒提供各种频率的旋转，同时顶升器的升降为热处理滚筒提供不同的倾斜角，通过控制热处理滚筒的旋转速度和角度来调节污染土热处理时间；观察孔处于热处理滚筒尾部，可观测桶内情况，必要时可以通过此处从滚筒内取样；当污染土热处理时对气体氛围有要求时，可以通过保护气入口通过各种保护性气体。
所述出料系统包括密封装置、两组出料阀门及存料仓，系统密封系统对热处理滚筒及出料系统进行链接(连接)密封，两组出料阀门及存料仓通过配合可控制污染土热处理后不同的出料方式。
所述尾气系统主要排放污染土热处理后的尾气，从热处理滚筒污染土入料通过烟筒排除，包括密封装置、尾气测温孔、尾气取样口及烟囱。密封装置保证热处理滚筒与尾气系统及入料口的链接及密封性，尾气测温孔通过温度检测设备对尾气温度进行检测，尾气取样口处可以去热处理后的尾气进行取样，烟囱排出的尾气根据浓度及危害程度选择进入处理系统或排放。
所述配套辅助系统指为配合该装置完成污染土壤热处理的装置，包括配电系统、设备控制系统、支架系统、尾气净化系统、保护气体气源等。配电系统根据整台系统的功率大小，可选择380v或220v电源，主要用于加热、电机消耗及信号控制及传输；设备控制系统包括两台减速机频率控制及加热控制，满足提供不同的热处理测试的进料速度、热处理温度及停留时间参数要求；支架系统为集成系统各部分的平台，使该系统形成整体；尾气净化系统及保护气体气源为根据实际污染土热处理测试要求，选择性针对设置，保护气体一般以氮气或氩气为主，尾气净化系统根据污染物特征，一般采取活性炭吸附装置进行处理。
结合该污染土壤热修复技术测试装置，一种基于该装置的污染土壤热修复技术测试方法，其主要的操作步骤如下。
步骤一：污染土壤热处理方案设计。(1)明确污染土壤的目标污染物及含量、修复目标值、污染物熔沸点及土壤含水率等参数，判断是否适合热处理技术修复；(2)综合考量已有或即将选用热处理修复设施的实际情况，结合污染土壤特性，选择处理能力、合适的热处理温度及停留时间试验区间，设计热处理技术测试的修复产量、温度、停留时间三参数的试验范围，设计技术测试试验方案。
步骤二：污染土壤试验样品及预处理。根据相关标准采集有代表性的污染土壤，根据热处理工程的实际情况，选择性的进行除杂、筛分、晾干等预处理，使土壤试验样品相关参数与热处理工程修复进料污染土相符，同时留样品检测污染物含量。
步骤三：热处理技术测试冷态试验。根据测试试验的修复产量、热处理滚筒体积及填充率，计算技术测试螺旋进料小时处理污染土量及热处理停留时间，不开启测试系统加热功能，冷态调试不同螺旋给料电机及热处理滚筒电机频率，保证该频率下，污染土热处理修复产量及停留时间满足试验测试参数要求。
步骤四：热处理技术测试热态试验。根据冷态试验确定的参数设置螺旋给料机、热处理滚筒电机的转动频率，设置加热温度及保温时间，启动加热功能，污染土壤试验样品加入进料仓，如涉及保护性气体和尾气处理的，做好相应的准备工作。待热处理滚筒类温度达到设定温度时，同时启动螺旋给料电机及热处理滚筒电机，污染土进入热处理系统开始测试；出料系统根据实际情况，选择合适的出料方式，待热处理修复土壤冷却后，采集具有代表性的土壤样品送检，如需采集尾气样品，按相关标准采集尾气样品。
步骤五：测试系统关机。待污染土壤全部输送至热处理滚筒后停留约3分钟时间，保证螺旋给料机间隙土壤全部清理干净后，关闭螺旋给料电机；待热处理土壤出料满足取样要求、尾气取样完成后，关闭热处理加热及保温；热处理转筒旋转至桶内土壤清理干净后，如有保护性气体，关闭停止气体通入，滚筒旋转频率降至降温频率；待热处理滚筒内温度降至50℃以下时，关闭滚筒旋转电机，然后关闭设备的控制器及总电源开关。
步骤六：样品检测及数据分析。对不同测试组的土壤样品热处理前后的污染物进行检测，计算污染物去除率，对比修复目标值，判断基于该修复产量，测试的热处理温度、停留时间是否能修复污染土壤至小于修复目标值，如涉及尾气检测的，判断其尾气成分及含量。
附图说明
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
图1是本发明的结构示意图。
附图标记：1-进料仓；2、螺旋进料器；3-前端密封装置；4-尾气排放管；5-传动齿轮；6-电机；7-底座；8-顶升器；9-滚轮；10-热处理滚筒；11-加热炉体；12-加热电棒；13-炉膛测温热电偶；14-窑内测温热电偶；15-出料装置；16-观察孔；17-保护气入口；18-出料阀门；19-后端密封装置；20-尾气测温孔；21-尾气取样口；22-存料仓。
具体实施方式
实施案例参见图1所示，一种污染土壤热修复测试装置，所述装置包括进料仓1、螺旋进料系统，优选为变频螺旋进料系统、热处理系统、出料系统15和尾气系统；进料仓连接设置于螺旋进料系统的上部，用于将进料仓中的污染土壤输送到螺旋进料系统，螺旋进料系统连接热处理系统的前端，用于将污染土壤送入到热处理系统中，热处理系统的后端连接出料系统15，用于将热处理后的所述土壤送入到出料系统进行出料，尾气系统连接热处理系统的前端，用于将热处理系统中产生的烟气处理后外排。
所述进料仓1包括顶盖、隔筛和仓筒；仓筒的上部开口区域设置有顶盖，隔筛设置在仓筒中，仓筒的底部连接螺旋进料系统，用于将进料仓中的污染土壤输送到螺旋进料系统中。
所述螺旋进料系统包括螺旋进料器驱动电机、螺旋进料器减速机、螺旋进料器控制器和螺旋进料器2，螺旋进料器2连接所述热处理系统的热处理滚筒10的前端，螺旋进料器电机通过螺旋进料器减速机连接螺旋进料器2，螺旋进料器控制器电连接螺旋进料器电机，用于控制螺旋进料器电机的转速，进而通过调节螺旋进料频率，从而控制进入热处理系统的热处理滚筒10中的污染土壤量。
所述热处理系统包括热处理滚筒10和加热炉体11，用于模拟污染土壤热处理过程，热处理滚筒10设置在加热炉体11的加热腔中，热处理滚筒10的前端伸出加热炉体11，并且连接所述螺旋进料系统的螺旋进料器2，热处理滚筒10的后端伸出加热炉体11，并且连接出料系统15。优选，加热炉体11内的加热腔中设置有加热电棒12，加热炉体11外部覆盖有保温材料，通过电加热棒和保温材料为热处理滚筒10提供热量。加热炉体11的加热腔内部设置有炉膛测温热电偶13，热处理滚筒10内部设置有窑内测温热电偶14，两根热电偶分别对加热炉体内部和热处理滚筒中心进行温度监控，并且连接所述热处理系统的电子控制器，用于实时调节加热电棒12的温度，保证热处理滚筒的温度稳定。所述污染土壤热修复测试装置还包括底座7、顶升器8、热处理系统驱动机构和电子控制器，螺旋进料系统、热处理系统和热处理系统驱动机构都设置在底座7上，顶升器8设置在底座7的下部，顶升器的升降为热处理滚筒10提供不同的倾斜角，热处理滚筒10的前后两端分别设置有滚轮9，滚轮9可转动支承在底座7上的支承轨道上；热处理系统驱动机构包括热处理滚筒驱动电机6和驱动减速机，热处理滚筒驱动电机6连接驱动减速机，驱动减速机与热处理滚筒10上设置的传动齿轮5连接，热处理滚筒驱动电机6电连接电子控制器，通过电子控制器的控制为热处理滚筒10提供各种频率的旋转，同时顶升器8的升降为热处理滚筒提供不同的倾斜角，通过控制热处理滚筒的旋转速度和角度来调节污染土热处理时间。优选，热处理滚筒10上设置有观察孔16，其位于热处理滚筒尾部，用于观测桶内情况，或者通过观察孔从热处理滚筒10内取样。优选，热处理滚筒10上设置有保护气入口17。
所述出料系统15包括后端密封装置19、两组出料阀门18及存料仓22，后端密封装置19设置在热处理系统的热处理滚筒10后端和出料系统的入口之间，用于对热处理滚筒10及出料系统15进行密封，两组出料阀门18分别设置在存料仓22的上下两端。
所述尾气系统包括前端密封装置3和尾气排放管4，所述尾气系统用于排放污染土热处理后的尾气，尾气排放管4通过前端密封装置3连接在所述热处理系统的热处理滚筒10的前端，用于将尾气从热处理滚筒10的污染土壤入料口通过尾气排放管4排出。
所述尾气系统还包括尾气测温孔20和尾气取样孔21，尾气测温孔20和尾气取样孔21设置在尾气排放管4上，尾气测温孔20用于通过温度检测设备对尾气温度进行检测，尾气取样孔21用于对热处理后的尾气进行取样，优选，尾气排放管4排出的尾气根据浓度及危害程度选择进入处理系统或排放。
如图1所示，一种污染土壤热修复测试方法，特别是上述装置对污染土壤修复测试方法，所述方法的步骤如下：
步骤一：污染土壤热处理方案设计，确定热处理技术测试的污染土壤热处理修复产量、热处理温度和热处理停留时间三参数的试验范围；
步骤二：选取污染土壤试验样品及预处理；具体为：首先，选取污染土壤试验样品进行预处理，预处理优选包括进行除杂、筛分、和/或晾干等预处理，使土壤试验样品的参数与热处理工程实际修复的污染土相符，同时检测污染土壤试验样品的污染物含量；
步骤三：热处理技术测试冷态试验；根据所述修复产量、热处理系统的热处理滚筒10体积和热处理系统的热处理滚筒10填充率，确定螺旋进料系统的一小时污染土壤处理量及热处理停留时间，不开启污染土壤热修复测试装置的加热功能，冷态调试不同的螺旋进料器驱动电机及热处理滚筒驱动电机6转动频率，保证该转动频率下，污染土壤热处理修复产量及热处理停留时间满足参数要求；
步骤四：热处理技术测试热态试验；根据所述冷态试验确定的参数设置螺旋进料器驱动电机及热处理滚筒驱动电机6转动频率，设置热处理温度，即加热温度；并且设置保温时间，启动加热功能，污染土壤试验样品加入进料仓；待热处理滚筒10温度达到设定热处理温度时，同时启动螺旋进料器驱动电机及热处理滚筒驱动电机6，污染土壤试验样品进入热处理系统开始测试；优选，出料系统选择出料方式进行出料，待热处理修复后的土壤冷却后，采集土壤样品送检，如需采集尾气样品，对尾气样品进行采集；
步骤五：测试装置关机；待污染土壤样品全部输送至热处理滚筒后，设置热处理停留时间为约2-5分钟，优选3分钟时间，保证螺旋进料系统的螺旋进料器2中的间隙土壤全部清理干净后，关闭螺旋进料器驱动电机；待热处理修复后的土壤出料满足取样要求，尾气取样完成后，关闭热处理加热及保温功能；热处理转筒旋转至筒内土壤清理干净后，滚筒旋转频率降至降温频率；待热处理滚筒10内温度降至50℃以下时，关闭热处理滚筒驱动电机6，然后关闭总电源开关。
优选还包括步骤六：样品检测及数据分析；对不同测试组的土壤试验样品热处理前后的污染物进行检测，计算污染物去除率，对比修复目标值，判断基于该修复产量，热处理温度和热处理停留时间是否能使污染土壤样品修复至小于修复目标值，涉及尾气检测的，判断其尾气成分及含量。
参见图1，该套热处理修复技术测试平台包括进料仓、螺旋进料系统、热处理系统、出料系统、尾气系统及配套辅助系统。长约3.2m，宽约1.3m，高1.4m，重量约1.5吨，配置功率24kw。
所述进料仓1由不锈钢制成的覆斗容器，宽0.25m，高0.24m，底部收缩，底端出料口可放置不同的格栅，通过不同格栅的棒条间距对最大粒径不同的污染土进行导流(包括10mm、20mm、30mm)，顶端配不锈钢顶盖，尺寸为0.25m×0.25m。
所述螺旋进料系统主要包括螺旋给料机2，螺旋给料机内壁有轴和螺旋叶片，采用不锈钢制作，工作时通过污染土密封，由链条链接前端电机与螺旋给料机，通过变频电机转动频率的转变，调节输送量，实现均匀连续给料，螺旋进料系统与进料仓及热处理滚筒通过设套管法兰密封。螺旋给料机外壳为铁皮桶，内部一根轴，轴上面螺旋焊接铁片，即为螺旋叶片，工作时，轴连同贴片旋转，推动土壤在铁皮桶内前进。
所述热处理系统主要包括热处理滚筒10、加热炉体11、加热电棒12、炉膛测温热电偶13、窑内测温热电偶14。辅助设备包括传动齿轮5、电机6、顶升器8、滚轮9、观察孔16、保护气入口17。热处理滚筒长1.95m，直径0.22m，壁厚6mm，滚筒材料选用耐热不锈钢310s(cr25ni20)，最高使用温度达980℃，能够抵抗一般酸碱腐蚀，满足热处理高焙烧温度要求；在滚筒中部设电加热炉，加热区长度为0.95m，加热元件设于滚筒下部，因为滚筒在转动且内设有螺旋导料板及翻料板完全能够保证污染土加热均匀，加热元件为合金炉丝，加热炉内衬为耐火全纤维结构，蓄散热量少，升温快，炉外壳为型钢钢板结构，热处理滚筒内最高温度900-950℃；顶升器通过液压装置调节热处理滚筒前端高度，使热处理滚筒内污染土壤转动时形成0.5-5.0°的倾斜角，不同的倾斜角和转速提供不同的热处理时间试验参数；热处理滚筒由两组滚轮9支撑，由前端的传动齿轮5与变频电机6连接，提供不同的转动速度，可调范围0.2-2.9r/min，传动装置带有1个手轮，防治意外断电等特殊工况；观察孔16处于热处理滚筒尾部，直径50mm，带有封闭盖，打开时可观测筒内情况，必要时可以通过此处从滚筒内取样；炉膛测温热电偶13、窑内测温热电偶13都采用k型热电偶通过电子信号反馈给处理器；保护气入口17，直径20mm，可连接各种保护气体的胶皮导管，使保护性气体填充热处理滚筒，不涉及保护性气体时关闭阀门。
所述出料系统密封装置19采用q235钢材配合套管法兰对热处理滚筒和出料装置进行密封；两组出料阀门18及存料仓采用q235钢材制成，可交替打开间歇放料避免从出料口进入冷风，出料装置与滚筒采用填料压紧密封，密封效果好。同时也可以根据热处理工程的实际情况，通过两组阀门和存料仓配合，模拟热处理后污染土的不同出料方式。
所述尾气系统主要包括：前端密封装置3、尾气排放管4、尾气测温孔20、尾气取样口21。尾气排放管4采用直径80mm不锈钢管制作，长度2.5m，通过法兰与前端密封装置3连接，前端密封装置3由q235钢材制作，热处理滚筒与前端密封装置3间隙采用污染土壤料封密封；尾气测温孔20位于尾气排放口进口前端，由1支双金属温度计对尾气温度进行检测；尾气取样口21距离尾气测温孔0.23m，测试孔设有阀门，留有软管接口，可用于联接压力计测压力或废气取样等；尾气测温孔和尾气取样口之间设置1个调节闸阀，当尾气采用自然抽排或加装风机时，调节尾气烟量，或者当填充保护性气体时，调节窑内气压。对密闭来说，设备分为加热滚筒与非加热滚筒两部分，非工作状态情况下，需保证加热滚筒与设备必须密封，同时必须保障土壤由进料口到加热滚筒内部的通道。填料压紧密封是指设备工作状态下，回转筒内部产生的烟气必须从烟道排除，也就要回转筒与非回转筒部分要除烟道外全密封(也就是要求螺旋进料通道必须封闭，但是这个通道在不工作不螺旋输送土壤时，是有空隙的，产生烟气是可以流动的)。综上所述，系统密封装置是保障加热滚筒与设备连接密封，但是烟道和土壤进料通道两处是连同的(非密封状态)，设备工作时要求烟气只能由烟道排除(即要求土壤进料通道与加热滚筒是密封的，刚好工作时，该通道由待进入加热滚筒的土壤填充，起到密封的作用)。
所述配套辅助系统，包括配电系统、设备控制系统、支架系统、尾气净化系统、保护气体气源等。本系统要求额定电压380v，配置功率24kw；设备控制系统由1台控制柜集成，位于设备旁边操作控制区域，炉膛温度控制采用智能仪表和晶闸管模块调功控制，控温精度±2℃，智能仪表带超温报警功能，避免滚筒超温烧坏，其中智能仪表采用程序控制仪表，可设定多段程序完成升温、保温过程。螺旋给料电机及热处理滚筒变频电机的调节器也位于控制柜，通过调节电机频率调节转速；支架系统7由q235钢材制成，对个系统设备支撑固定，集成一台设备；尾气净化系统根据尾气污染程度可选择稀释排空、收集吸附、焚烧等方式处理，防止对测试人员及周边敏感群体的危害及影响；保护气源在设备旁边安全距离设置标准气瓶架，让各种保护性气体钢瓶置于其中，通过气管与保护气入口17连接。
基于该装置的污染土壤热修复技术测试方法，其步骤如下。
步骤一：污染土壤热处理方案设计。(1)明确污染土壤的目标污染物及含量、修复目标值、污染物熔沸点及土壤含水率等参数，判断是否适合热处理技术修复；(2)综合考量已有热处理修复设施的实际情况，结合污染土壤特性，选择单位处理能力、合适的热处理温度及停留时间试验区间，设计热处理技术测试的修复产量、温度、停留时间三参数的试验范围，设计技术测试试验方案。
步骤二：污染土壤试验样品及预处理。根据相关标准采集有代表性的污染土壤，根据热处理工程的实际情况，选择性的进行除杂、筛分、晾干等预处理，使土壤试验样品相关参数与热处理工程修复进料污染土相符，同时留样品检测污染物含量。
步骤三：热处理技术测试冷态试验。根据测试试验的修复产量、热处理滚筒体积及填充率，计算技术测试螺旋进料小时处理污染土量及热处理停留时间，不开启测试系统加热功能，冷态调试不同螺旋给料电机及热处理滚筒电机频率，保证该频率下，污染土热处理修复产量及停留时间满足试验测试参数要求。
步骤四：热处理技术测试热态试验。根据冷态试验确定的参数设置螺旋给料机、热处理滚筒电机的转动频率，设置加热温度及保温时间，启动加热功能，污染土壤试验样品加入进料仓，如涉及保护性气体和尾气处理的，做好相应的准备工作。待热处理滚筒内温度达到设定温度时，同时启动螺旋给料电机及热处理滚筒电机，污染土进入热处理系统开始测试；出料系统根据实际情况，选择合适的出料方式，待热处理修复土壤冷却后，采集具有代表性的土壤样品送检，如需采集尾气样品，按相关标准采集尾气样品。
步骤五：测试系统关机。待污染土壤全部输送至热处理滚筒后停留约3分钟时间，保证螺旋给料机间隙土壤全部清理干净后，关闭螺旋给料电机；待热处理土壤出料满足取样要求、尾气取样完成后，关闭热处理加热及保温；热处理转筒旋转至桶内土壤清理干净后，如有保护性气体，关闭停止气体通入，滚筒旋转频率降至降温频率；待热处理滚筒内温度降至50℃以下时，关闭滚筒旋转电机，然后关闭设备的控制器及总电源开关。
步骤六：样品检测及数据分析。对不同测试组的土壤样品热处理前后的污染物进行检测，计算污染物去除率，对比修复目标值，判断基于该修复产量，测试的热处理温度、停留时间是否能修复污染土壤至小于修复目标值，如涉及尾气检测的，判断其尾气成分及含量。
需要声明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
1.一种污染土壤热修复测试装置，其特征在于：所述装置包括进料仓(1)、螺旋进料系统，优选为变频螺旋进料系统、热处理系统、出料系统(15)和尾气系统；进料仓连接设置于螺旋进料系统的上部，用于将进料仓中的污染土壤输送到螺旋进料系统，螺旋进料系统连接热处理系统的前端，用于将污染土壤送入到热处理系统中，热处理系统的后端连接出料系统(15)，用于将热处理后的所述土壤送入到出料系统进行出料，尾气系统连接热处理系统的前端，用于将热处理系统中产生的烟气处理后外排。
2.根据权利要求1所述的一种污染土壤热修复测试装置，其特征在于：所述进料仓包括顶盖、隔筛和仓筒；仓筒的上部开口区域设置有顶盖，隔筛设置在仓筒中，仓筒的底部连接螺旋进料系统，用于将进料仓中的污染土壤输送到螺旋进料系统中。
3.根据权利要求1-2之一所述的一种污染土壤热修复测试装置，其特征在于：所述螺旋进料系统包括螺旋进料器驱动电机、螺旋进料器减速机、螺旋进料器控制器和螺旋进料器(2)，螺旋进料器(2)连接所述热处理系统的热处理滚筒(10)的前端，螺旋进料器电机通过螺旋进料器减速机连接螺旋进料器(2)，螺旋进料器控制器电连接螺旋进料器电机，用于控制螺旋进料器电机的转速，进而通过调节螺旋进料频率，从而控制进入热处理系统的热处理滚筒(10)中的污染土壤量。
4.根据权利要求1-3之一所述的一种污染土壤热修复测试装置，其特征在于：所述热处理系统包括热处理滚筒(10)和加热炉体(11)，用于模拟污染土壤热处理过程，热处理滚筒(10)设置在加热炉体(11)的加热腔中，热处理滚筒(10)的前端伸出加热炉体(11)，并且连接所述螺旋进料系统的螺旋进料器(2)，热处理滚筒(10)的后端伸出加热炉体(11)，并且连接出料系统(15)。优选，加热炉体(11)内的加热腔中设置有加热电棒(12)，加热炉体(11)外部覆盖有保温材料，通过电加热棒和保温材料为热处理滚筒(10)提供热量。
5.根据权利要求1-4之一所述的一种污染土壤热修复测试装置，其特征在于：加热炉体(11)的加热腔内部设置有炉膛测温热电偶(13)，热处理滚筒(10)内部设置有窑内测温热电偶(14)，两根热电偶分别对加热炉体内部和热处理滚筒中心进行温度监控，并且连接所述热处理系统的电子控制器，用于实时调节加热电棒(12)的温度，保证热处理滚筒的温度稳定。
6.根据权利要求1-5之一所述的一种污染土壤热修复测试装置，其特征在于：所述污染土壤热修复测试装置还包括底座(7)、顶升器(8)、热处理系统驱动机构和电子控制器，螺旋进料系统、热处理系统和热处理系统驱动机构都设置在底座(7)上，顶升器(8)设置在底座(7)的下部，顶升器的升降为热处理滚筒(10)提供不同的倾斜角，热处理滚筒(10)的前后两端分别设置有滚轮(9)，滚轮(9)可转动支承在底座(7)上的支承轨道上；热处理系统驱动机构包括热处理滚筒驱动电机(6)和驱动减速机，热处理滚筒驱动电机(6)连接驱动减速机，驱动减速机与热处理滚筒(10)上设置的传动齿轮(5)连接，热处理滚筒驱动电机(6)电连接电子控制器，通过电子控制器的控制为热处理滚筒(10)提供各种频率的旋转，同时顶升器(8)的升降为热处理滚筒提供不同的倾斜角，通过控制热处理滚筒的旋转速度和角度来调节污染土热处理时间。优选，热处理滚筒(10)上设置有观察孔(16)，其位于热处理滚筒尾部，用于观测桶内情况，或者通过观察孔从热处理滚筒(10)内取样。优选，热处理滚筒(10)上设置有保护气入口(17)。
7.根据权利要求1-6之一所述的一种污染土壤热修复测试装置，其特征在于：所述出料系统(15)包括后端密封装置(19)、两组出料阀门(18)及存料仓(22)，后端密封装置(19)设置在热处理系统的热处理滚筒(10)后端和出料系统的入口之间，用于对热处理滚筒(10)及出料系统(15)进行密封，两组出料阀门(18)分别设置在存料仓(22)的上下两端。
8.根据权利要求1-7之一所述的一种污染土壤热修复测试装置，其特征在于：所述尾气系统包括前端密封装置(3)和尾气排放管(4)，所述尾气系统用于排放污染土热处理后的尾气，尾气排放管(4)通过前端密封装置(3)连接在所述热处理系统的热处理滚筒(10)的前端，用于将尾气从热处理滚筒(10)的污染土壤入料口通过尾气排放管(4)排出。
9.根据权利要求1-8之一所述的一种污染土壤热修复测试装置，其特征在于：所述尾气系统还包括尾气测温孔(20)和尾气取样孔(21)，尾气测温孔(20)和尾气取样孔(21)设置在尾气排放管(4)上，尾气测温孔(20)用于通过温度检测设备对尾气温度进行检测，尾气取样孔(21)用于对热处理后的尾气进行取样，优选，尾气排放管(4)排出的尾气根据浓度及危害程度选择进入处理系统或排放。
10.一种污染土壤热修复测试方法，特别是采用权利要求1-9之一所述的装置对污染土壤修复测试方法，所述方法的步骤如下：
步骤一：污染土壤热处理方案设计，确定热处理技术测试的污染土壤热处理修复产量、热处理温度和热处理停留时间三参数的试验范围；
步骤二：选取污染土壤试验样品及预处理；具体为：首先，选取污染土壤试验样品进行预处理，预处理优选包括进行除杂、筛分、和/或晾干等预处理，使土壤试验样品的参数与热处理工程实际修复的污染土相符，同时检测污染土壤试验样品的污染物含量；
步骤三：热处理技术测试冷态试验；根据所述修复产量、热处理系统的热处理滚筒(10)体积和热处理系统的热处理滚筒(10)填充率，确定螺旋进料系统的一小时污染土壤处理量及热处理停留时间，不开启污染土壤热修复测试装置的加热功能，冷态调试不同的螺旋进料器驱动电机及热处理滚筒驱动电机(6)转动频率，保证该转动频率下，污染土壤热处理修复产量及热处理停留时间满足参数要求；
步骤四：热处理技术测试热态试验；根据所述冷态试验确定的参数设置螺旋进料器驱动电机及热处理滚筒驱动电机(6)转动频率，设置热处理温度，即加热温度；并且设置保温时间，启动加热功能，污染土壤试验样品加入进料仓；待热处理滚筒(10)温度达到设定热处理温度时，同时启动螺旋进料器驱动电机及热处理滚筒驱动电机(6)，污染土壤试验样品进入热处理系统开始测试；优选，出料系统选择出料方式进行出料，待热处理修复后的土壤冷却后，采集土壤样品送检，如需采集尾气样品，对尾气样品进行采集；
步骤五：测试装置关机；待污染土壤样品全部输送至热处理滚筒后，设置热处理停留时间为约2-5分钟，优选3分钟时间，保证螺旋进料系统的螺旋进料器(2)中的间隙土壤全部清理干净后，关闭螺旋进料器驱动电机；待热处理修复后的土壤出料满足取样要求，尾气取样完成后，关闭热处理加热及保温功能；热处理转筒旋转至筒内土壤清理干净后，滚筒旋转频率降至降温频率；待热处理滚筒(10)内温度降至50℃以下时，关闭热处理滚筒驱动电机(6)，然后关闭总电源开关。
优选还包括步骤六：样品检测及数据分析；对不同测试组的土壤试验样品热处理前后的污染物进行检测，计算污染物去除率，对比修复目标值，判断基于该修复产量，热处理温度和热处理停留时间是否能使污染土壤样品修复至小于修复目标值，涉及尾气检测的，判断其尾气成分及含量。
技术总结