CN103510506A - 污染泥土原位固化稳定化处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

一种污染泥土原位固化稳定化处理系统及方法，液压挖掘机主机并配套主机及数据监控系统中的液压挖掘机主机通过连接基板模块与均混臂连接，均混臂下端对称设有两个向下倾斜的定筒体，定筒体内固设有液压马达，液压马达通过传动装置与转动筒体连接，转动筒体的外壁上设有多个成螺旋线布置的搅拌刀板；复配气控材料供料器通过药剂供料管道及数据电缆并经多相流转换装置、药剂输送系统与均混臂的药剂供料装置连接。本发明与现有技术相比具有以下的有益效果：整套技术工艺流程简捷可靠、系统设备结构安全可靠、均混搅拌传动效率高扭矩大、搅拌均匀效率高、定量化，节约成本。深度可调提高作业范围。自动化程度高。

Description

污染泥土原位固化稳定化处理系统及方法

技术领域

本发明涉及污染土壤修复、河湖清淤淤泥及污水处理厂污泥安全处置、垃圾填埋场污泥坑和软基原位固化稳定化安全处置的技术领域。特别是一种污染泥土原位固化稳定化处理系统。

背景技术

淤泥污泥生态安全处理处置是我国当前亟需解决的重大环境问题，国内一部分污泥进行垃圾填埋场填埋，但由于污泥的含水量比较高（约80%），污泥堆放后持水性较强，渗透系数小，抗剪强度低，内摩擦角接近于零，具有较强的流变性，使得填埋作业面容易形成沼泽从而导致填埋作业面无法压实，严重影响了填埋场的正常运行以及周边生态环境。

淤泥污泥处置负荷已不能满足现实需求，成套处置技术开发已成燃眉之急。本发明采用淤泥污泥原位固化稳定化安全处理技术，通过污染泥土原位固化稳定化均混搅拌器配合专用供料设备，采用强力搅拌工法，实现污泥和药剂充分混合，使污泥与药剂快速脱水包裹强化，达到固化稳定化安全处置要求。

随着污泥固化技术的发展，目前国内尚没有成熟专业原位固化搅拌系统。在此类技术研究中，提到了部分概念型设备（如中国专利：200920037964.8）结构性能不能满足实际工况要求，传动效率低，密封性差，搅拌深度有限。不能有效的解决搅拌均匀度差，效率低、药剂不能定量化和成本高等关键技术难题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统及方法，可以解决现有技术中固化搅拌深度不够、搅拌均匀度差，效率低、药剂不能定量化和成本高等关键技术难题，可以实现三维多方位深度搅拌，操作灵活便捷，快速高效的实现污泥和药剂充分混合，使污泥与药剂快速脱水包裹强化。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，包括液压挖掘机主机并配套主机及数据监控系统，液压挖掘机主机并配套主机及数据监控系统中的液压挖掘机主机通过连接基板模块与均混臂连接，

均混臂下端对称设有两个向下倾斜的定筒体，定筒体内固设有液压马达，液压马达通过传动装置与转动筒体连接，转动筒体的外壁上设有多个成螺旋线布置的搅拌刀板；

复配气控材料供料器通过药剂供料管道及数据电缆并经多相流转换装置、药剂输送系统与均混臂的药剂供料装置连接。

所述的传动装置为行星齿轮传动装置，其中液压马达的输出轴与第一齿轮连接，第一齿轮与至少一个行星齿轮啮合连接，行星齿轮与内齿圈啮合连接；

行星齿轮的轴与定筒体固定连接，内齿圈与转动筒体固定连接。

所述的定筒体轴线之间的夹角为120~130°。

所述的转动筒体端头设有锥形头，锥形头的夹角为150~160°。

所述的多个搅拌刀板通过连接部与转动筒体连接，搅拌刀板和连接部的横截面成“T”字形，搅拌刀板外壁切线与转动筒体外壁切线的夹角为15~20°。

所述的药剂供料装置中，药剂供料装置的上端开口位于靠近连接基板模块的位置，药剂供料装置的下端侧壁设有两个朝向转动筒体方向的出药口，在药剂供料装置的下端管口设有分药锥，分药锥的尖端伸入到下端管口内。

还设有油路及信号输送模块，其中的油路通过分配阀与各个液压马达连接，油路及信号输送模块的上部接口位于靠近连接基板模块的位置。

所述的油路及信号输送模块中还设有温度传感器、速度传感器、漏油传感器和深度传感器。

在定筒体和转动筒体之间还设有密封盘，其中定盘体与定筒体固定连接，动盘体通过多根预紧螺栓与行星齿轮传动装置的内齿圈连接；定盘体与动盘体之间的边缘端面形成密封接触。

所述的连接基板模块与液压挖掘机连接，连接基板模块上设有用于控制整个均混臂姿态的两根销轴，两根销轴位于不同的高程。

一种采用上述的系统进行污染泥土原位固化稳定化处理的方法，其特征是包括以下步骤：

一、通过机械连接、液压系统、药剂供料管道及数据电缆、药剂输送系统以及自动化控制系统将均混臂、液压挖掘机主机并配套主机及数据监控系统和复配气控材料供料器集成为污染泥土原位固化稳定化处理系统；

二、利用液压挖掘机主机操作均混臂对污染泥土工作区进行原位三维控源均混搅拌，同时通过药剂输送系统添加药剂，使污泥与药剂快速脱水包裹强化，达到对泥土的安全处理；

三、对完成均混的区域进行土工布和碎石层的摊铺作业，其中土工布位于碎石层的下方，以便于使完成均混的区域能够承载污染泥土原位固化稳定化处理系统，从而对其他区域进行处理；

通过上述步骤，实现污染泥土原位固化稳定化安全处理。

本发明提供的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统及方法，与现有技术相比具有以下的有益效果：

1、整套技术工艺流程简捷可靠

整套技术工艺中复配气控材料供料器、液压挖掘机主机并配套主机及数据监控系统和均混臂，各流程紧密衔接，逻辑关系明确，简洁明了，可靠性高可操作性强。

2、系统设备结构安全可靠

对整套系统设备进行模块化划分，集成组装工作简单快捷，安全可靠性高，均混搅拌器依靠液压快换联接基板快速装配到液压挖掘机主机上，供料系统及数据电缆所有接头设计为快换结构，可以快速的完成整套系统集成。 

3、均混搅拌传动效率高扭矩大

均混搅拌器靠主机液压系统提供动力，液压传动损耗低，效率高扭矩大，液压系统稳定性及抗冲击性能强能实现三维多方位深度连续搅拌均混。

4、搅拌均匀效率高

均混搅拌部分采用双液压马达双向驱动，液压集成管路简单可靠。液压马达驱动方式为同时可以不同步，分别配有安全溢流阀，可以自动调节马达供油，抗冲击抗干扰性强。通过采用特制的均混臂，实现了对泥土的高效切削、翻抛、均混功能，定筒体和转动筒体与水平面有一定的夹角，实现三维多方位深度搅拌，转动筒体的扭矩高达10000至20000Nm，配合成螺旋线布置的搅拌刀板，具有混合搅拌效果好，破碎能力强，扭矩大，运动阻力小，不易损坏的优点。在高速转动过程中，对于流塑态的物料具有很好的搅拌扰动作用，在克服泥土粘滞阻力的同时，实现了泥土土质均化。达到强力均混的效果，且有利于设备顺利下沉，尤其对表面板结的泥土层可实现有效的破碎搅拌。采用的密封盘结构，通过采用面密封方式，结构简单，维修保养成本低。油路及信号输送模块中特制的出药口和分药锥的配合，可以使药剂正好送到搅拌刀板的位置，从而进一步提高搅拌固化效果。

5、供料便捷，定量化，节约成本

复配气控材料供料器设备配置药剂输送系统，药剂适合粉剂和湿剂两种，通过专业快换接头与对应供料设备联接，药剂通过锥形喷洒装置喷出并配置流量传感器对药剂实时监控，节约药剂成本。药剂喷射轨迹便于混合滚筒均混，达到污泥和药剂快速包裹充分混合。

6、深度可调，提高作业范围

钢结构主体框架设计有联接模块，可装配加长操作臂，拓展作业深度提高作业范围。

7、自动化程度高

配合液压挖掘机主机并配套主机及数据监控系统和复配气控材料供料器及各种的传感器，如：药剂流量传感器、温度传感器、转速传感器、漏油传感器等通过信号线传输自动控制系统指令，实现对设备的自动化控制。降低操作风险，提高设备寿命，提高效率，降低成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明中均混臂的立体示意图。

图3是本发明中定筒体和转动筒体的结构示意图。

图4是本发明中药剂供料装置下端的结构示意图。

图5是本发明中行星齿轮传动装置的结构示意图。

图6是图5中B处的局部放大视图。

图中：均混臂1，连接基板模块101，油路及信号输送模块102，臂结构框架103，药剂供料装置104，定筒体105，转动筒体106，连接部107，搅拌刀板108，分药锥109，油路110，分配阀111，液压马达112，密封盘113，传感器114，行星齿轮传动装置115，锥形头116，出药口117，预紧螺栓118，第一齿轮119，行星齿轮120，内齿圈121，液压挖掘机主机并配套主机及数据监控系统2，复配气控材料供料器3，药剂供料管道及数据电缆4，药剂输送系统5，污染泥土处理单元截面6，土工布7，碎石层8，多相流转换装置9，液压管路10。

具体实施方式

如图1中所示，一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，液压挖掘机主机并配套主机及数据监控系统2中的液压挖掘机主机通过连接基板模块101与均混臂1连接，

均混臂1下端对称设有两个向下倾斜的定筒体105，定筒体105内固设有液压马达112，液压马达112通过传动装置与转动筒体106连接，转动筒体106的外壁上设有多个成螺旋线布置的搅拌刀板108；

复配气控材料供料器3通过药剂供料管道及数据电缆4并经多相流转换装置9、药剂输送系统5与均混臂1的药剂供料装置104连接。

本发明的工作原理是：一、通过机械连接、液压系统、药剂供料管道及数据电缆4、药剂输送系统以及自动化控制系统将均混臂1、液压挖掘机主机并配套主机及数据监控系统2和复配气控材料供料器3集成为污染泥土原位固化稳定化处理系统；

二、利用液压挖掘机主机操作均混臂1对污染泥土工作区进行原位三维控源均混搅拌，同时通过药剂输送系统5添加药剂，使污泥与药剂快速脱水包裹强化，达到对泥土的安全处理；

三、对完成均混的区域进行土工布7和碎石层8的摊铺作业，其中土工布7位于碎石层8的下方，以便于使完成均混的区域能够承载污染泥土原位固化稳定化处理系统，从而对其他区域进行处理；

通过上述步骤，从而实现污染泥土原位固化稳定化安全处理。

结合附图对本发明的技术方案详细说明：

如图1所示，为污染泥土原位固化稳定化处置设备基础配套总图。该发明在作业前进行整体集成配套，可以划分为：以均混臂为主的多相流均混搅拌部分、药剂精确供料部分和液压挖掘机主机动力及自动化控制部分。

通过连接基板模块101使多相流均混搅拌部分即均混臂1与液压挖掘机主机并配套主机及数据监控系统2连接，液压管路10及传感器模块采集的信号经过油路及信号输出模块与主机对应的接口联接。药剂供料管道及数据电缆4将药剂精确供料部分与主机动力及自动化控制部分即液压挖掘机主机并配套主机及数据监控系统2连接。操作手可以在主机驾驶室里通过自动控制系统，控制整套系统的协调工作，包括液压挖掘机主机的动作、均混臂1的均混搅拌，复配气控材料供料器3的实时精确供料和远程形成控制等动作，并可以根据各个传感器反馈的实时信号进行整套系统实时监控。

如图1所示，连接基板模块101与液压挖掘机主机设备连接方式可以分为机械式和液压式，达到快速连接的作用。连接基板模块101与均混臂1之间采用螺栓联接并配套锁死垫圈保证安全可靠，在实际处理深度超过设备深度时可以在两部件之间增加加长操作臂，拓展作业深度提高作业范围。

如图所示，复配气控材料供料器3为药剂精确供料系统。药剂可以分为粉剂和湿剂两种。针对两种形态药剂的供应及输送需要依靠多相流转换装置9进行阀门转换，保证不同形态药剂通过药剂输送系统5实时精确供料。

如图所示，均混臂1装配的转动筒体106位于设备的两侧，转动筒体106与水平面有一定的夹角，在搅拌过程中形成一个三维搅拌扰动空间，达到强力均混的效果，另外有利于设备顺利下沉，尤其对表面板结的泥土层可有有效的破碎搅拌，根据实验研究两滚筒夹角120°至130°最佳。按照螺旋曲线的轨迹排布，有利于均混效果。

在预先设定的稳定区域块内，随着转动筒体106的旋转，位于转动筒体106上的混合搅拌刀板108带动泥土与药剂药剂进行混合，同时均混臂1可以在污染泥土处理单元截面6三维空间内实现上下，左右，前后的运动，实现药剂与泥土的均匀拌合达到对泥土的固化处理过程。为有序高效保证原位固化作业连续性，对均混后的区域表面铺设土工布7和碎石层8等表面复层材料，铺设方向如图箭头所示。表面复层具体材料及厚度应根据实际中试试验结果优化确定。

如图2、3中，所述的多个搅拌刀板108通过连接部107与转动筒体106连接，搅拌刀板108和连接部107的横截面成“T”字形，搅拌刀板108外壁切线与转动筒体106外壁切线的夹角为15~20°。由此结构，搅拌刀板108的受力较小，不易损坏，并在搅拌过程中形成一个三维搅拌扰动空间，实现破碎、翻抛的效果，达到强力均混的效果，且有利于设备顺利下沉，尤其对表面板结的泥土层可实现有效的破碎搅拌。

如图5中，所述的传动装置为行星齿轮传动装置115，其中液压马达112的输出轴与第一齿轮119连接，第一齿轮119与至少一个行星齿轮120啮合连接，行星齿轮120与内齿圈121啮合连接；

行星齿轮120的轴与定筒体105固定连接，内齿圈121与转动筒体106固定连接。采用行星齿轮传动的扭矩传递大，高达10000至20000N· m，传动效率可达到98~99%，工作稳定。

优选的如图4中，所述的定筒体105轴线之间的夹角a为120~130°。由此结构，在搅拌过程中形成一个三维搅拌扰动空间，达到强力均混的效果，另外有利于设备顺利下沉，尤其对表面板结的泥土层可有有效的破碎搅拌。

优选的如图5中，所述的转动筒体106端头设有锥形头116，锥形头116的夹角c为150~160°。设置的锥形头116同样便于破碎泥土，和便于设备的下沉，且足够的坚固，不易损坏。

优选的如图2、4中，还设有药剂供料装置104，药剂供料装置104的上端开口位于靠近连接基板模块101的位置，药剂供料装置104的下端侧壁设有两个朝向转动筒体106方向的出药口117，在药剂供料装置104的下端管口设有分药锥109，分药锥109的尖端伸入到下端管口内。由此结构，便于药剂被输送到搅拌刀板的位置，然后由螺旋形布置的搅拌刀板充分混合。

优选的如图2、3中，还设有油路及信号输送模块102，其中的油路110通过分配阀111与各个液压马达112连接，油路及信号输送模块102的上部接口位于靠近连接基板模块101的位置。

所述的油路及信号输送模块102中还设有温度传感器、速度传感器、漏油传感器和深度传感器。例如图3中的传感器114即为温度传感器。由此结构，便于实现自动控制。

优化的如图5、6中，在定筒体105和转动筒体106之间还设有密封盘113，其中定盘体F与定筒体105固定连接，动盘体R通过多根预紧螺栓118与行星齿轮传动装置115的内齿圈121连接；定盘体F与动盘体R之间的边缘端面形成密封接触。本发明采用采用复合型液压机械密封结构，定盘体F和动盘体R采用抗腐蚀高耐磨的复合材料密封圈，在行星齿轮传动装置中设有互相扣合的结构，以实现内齿圈121的轴向定位，并为预紧提供拉力，通过调节预紧螺栓118即可调节定盘体F和动盘体R之间的压紧力。在定盘体F和动盘体R之内设置有优质润滑机油，在定盘体F和动盘体R之外，与转动筒体106之间设有耐高温润滑脂。在设备运行过程中定盘体F和动盘体R之间发生相对运动，达到内外压力平衡，依靠复合型液压润滑系统内压可以有效隔离外部泥水混合物，尤其在深层泥水层作用尤为重要。

优化的如图1中，所述的连接基板模块101与液压挖掘机连接，连接基板模块101上设有用于控制整个均混臂1姿态的两根销轴，两根销轴位于不同的高程；通过该结构便于由液压挖掘机控制实现升降即旋转动作，参见图1。

Claims (10)

1.一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，包括液压挖掘机主机并配套主机及数据监控系统，其特征是：液压挖掘机主机并配套主机及数据监控系统（2）中的液压挖掘机主机通过连接基板模块（101）与均混臂（1）连接，

均混臂（1）下端对称设有两个向下倾斜的定筒体（105），定筒体（105）内固设有液压马达（112），液压马达（112）通过传动装置与转动筒体（106）连接，转动筒体（106）的外壁上设有多个成螺旋线布置的搅拌刀板（108）；

复配气控材料供料器（3）通过药剂供料管道及数据电缆（4）并经多相流转换装置（9）、药剂输送系统（5）与均混臂（1）的药剂供料装置（104）连接。

2.根据权利要求1所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：所述的传动装置为行星齿轮传动装置（115），其中液压马达（112）的输出轴与第一齿轮（119）连接，第一齿轮（119）与至少一个行星齿轮（120）啮合连接，行星齿轮（120）与内齿圈（121）啮合连接；

行星齿轮（120）的轴与定筒体（105）固定连接，内齿圈（121）与转动筒体（106）固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：所述的定筒体（105）轴线之间的夹角（a）为120~130°。

4.根据权利要求3所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：所述的转动筒体（106）端头设有锥形头（116），锥形头（116）的夹角（c）为150~160°。

5.根据权利要求1或3所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：所述的多个搅拌刀板（108）通过连接部（107）与转动筒体（106）连接，搅拌刀板（108）和连接部（107）的横截面成“T”字形，搅拌刀板（108）外壁切线与转动筒体（106）外壁切线的夹角为15~20°。

6.根据权利要求1所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：所述的药剂供料装置（104）中，药剂供料装置（104）的上端开口位于靠近连接基板模块（101）的位置，药剂供料装置（104）的下端侧壁设有两个朝向转动筒体（106）方向的出药口（117），在药剂供料装置（104）的下端管口设有分药锥（109），分药锥（109）的尖端伸入到下端管口内。

7.根据权利要求1或2所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：还设有油路及信号输送模块（102），其中的油路（110）通过分配阀（111）与各个液压马达（112）连接，油路及信号输送模块（102）的上部接口位于靠近连接基板模块（101）的位置。

8.根据权利要求7所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：所述的油路及信号输送模块（102）中还设有温度传感器、速度传感器、漏油传感器和深度传感器。

9.根据权利要求2所述的一种污染泥土原位固化稳定化处理系统，其特征是：在定筒体（105）和转动筒体（106）之间还设有密封盘（113），其中定盘体（F）与定筒体（105）固定连接，动盘体（R）通过多根预紧螺栓（118）与行星齿轮传动装置（115）的内齿圈（121）连接；定盘体（F）与动盘体（R）之间的边缘端面形成密封接触。

10.一种采用权利要求1~9任一项的系统进行污染泥土原位固化稳定化处理的方法，其特征是包括以下步骤：

一、通过机械连接、液压系统、药剂供料管道及数据电缆（4）、药剂输送系统以及自动化控制系统将均混臂（1）、液压挖掘机主机并配套主机及数据监控系统（2）和复配气控材料供料器（3）集成为污染泥土原位固化稳定化处理系统；

二、利用液压挖掘机主机操作均混臂（1）对污染泥土工作区进行原位三维控源均混搅拌，同时通过药剂输送系统（5）添加药剂，使污泥与药剂快速脱水包裹强化，达到对泥土的安全处理；

三、对完成均混的区域进行土工布（7）和碎石层（8）的摊铺作业，其中土工布（7）位于碎石层（8）的下方，以便于使完成均混的区域能够承载污染泥土原位固化稳定化处理系统对其他区域进行处理；

通过上述步骤，实现污染泥土原位固化稳定化安全处理。

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