CN108939657B - 一种土壤粒径快速分级装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种土壤粒径快速分级装置及方法，装置包括筒体、竖直设置在筒体内部并将筒体分割成原浆部和滤液部的过滤介质、设置在原浆部中间的搅拌单元、设置在筒体原浆部侧壁的泥浆进口和回流液出口以及设置在筒体滤液部侧壁的细粒径土壤出口，所述泥浆进口和回流液出口均与原浆槽连接，所述筒体顶部设有排气口。与现有技术相比，本发明具有结构简单，操作方便，在较大的固液比条件下获得较高的分级精度，用水量少，且可更换过滤介质规格并能实现多级串联使用，实现连续多范围土壤颗粒粒径的分级目的，满足不同工况生产要求。
Description
技术领域
本发明涉及属于污染土壤修复技术领域，具体涉及一种土壤粒径快速分级装置及方法。
背景技术
随着城市化和产业转移进程的加快，我国城市工业企业搬迁或遗留的污染场地数量与日俱增，场地污染土壤已成为我国许多大中城市土地资源安全再利用的限制因素。场地污染土壤修复的研究和实践已成为我国环境治理领域的重要内容。
土壤性质研究是土壤学的重要内容，而土壤的粒径分布，作为其主要的物理性质，对土壤的水力特性、肥效发挥等功能性，起着重要作用。在污染土壤修复技术领域，一般而言，颗粒较细的粘粒组分对污染物的吸持能力强，因此土壤污染物往往聚集在土壤细粒组分上，为了强化土壤修复效果，常需要进行土壤粒径分级。比如，传统土壤洗涤/淋洗技术未对土壤进行粒径分级，而相应的土壤修复效率往往偏低。
目前常用的土壤粒径分级方法有筛分法、重力沉降法等，但是该操作对细粒径土壤的分级以及获得大量的细粒径土壤等，存在效率低下、精度较低等问题。
专利“土壤的净化方法”(201080068053.7)提供的土壤净化方法，主要在“脱水前处理工序”后通过“干式分级”、“干式磁选工序”将污染土壤中的细粒组分加以去除。该工序需向土壤中加入脱水剂使其含水率在10％(质量比)以下，使用一定孔径的筛网(如2mm、0.5mm和0.15mm)将土壤分为砂砾、粗粒土壤和细粒土壤，继而采用干式磁选从筛分出的粗粒土壤中将细粒土壤筛选出来，经过干式磨碎、比重筛选等过程后逐步分离细粒土壤组分，并将细粒土壤组分进行处理。但这种干式处理方式的分离效率不高，细颗粒土壤组分往往黏附在砂砾、粗粒土壤的颗粒表面上而得不到有效分离。
专利“一种土壤分级筛选装置”(201720016667.X)提供的土壤分级筛选装置，通过构造出“S形”三级通道，借助重力以及振动输送过程中在每个通道内设置“筛选板”，实现土壤颗粒的分级筛选过程。该设备通过三个S形分布的通道，能够将土壤进行分级筛选，操作简单，减少工作量和劳动力。但装置处理过程中，更加细小的土壤颗粒吸附作用强，无法仅在振动和自身重力作用下与黏附的大颗粒区分开来通过筛分孔道，分离精度低；同时当目标颗粒粒度较小时，振动筛分过程会产生较大粉尘，容易污染生产环境。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种分级效率及精度良好的土壤粒径快速分级装置及方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种土壤粒径快速分级装置，该装置包括筒体、竖直设置在筒体内部并将筒体分割成原浆部和滤液部的过滤介质、设置在原浆部中间的搅拌单元、设置在筒体原浆部侧壁的泥浆进口和回流液出口以及设置在筒体滤液部侧壁的细粒径土壤出口，所述泥浆进口和回流液出口均与原浆槽连接，所述筒体顶部设有排气口。
由于传统湿法抽滤过程极易在过滤介质上形成滤饼架桥，导致小颗粒土壤也无法滤出，降低分级效率，本发明在形成滤饼一侧表面增加高速搅拌，在过滤介质表面形成一定剪切力大大延缓了滤饼的形成过程；同时过滤介质的竖直放置，也有效降低了滤饼在过滤介质表面的附着性，对滤饼在过滤介质表面的堆积也具有一定的阻碍作用。同时，通过调节过滤介质孔径和材质，可快速实现不同粒径土壤的快速分级操作。
同时，由于本申请设置了回流液出口，可使得原浆部的泥浆与原浆槽形成循环，可避免筒体原浆部内泥浆浓度快速升高，造成过滤的强化过程降低，滤速变慢，过滤介质表面易架桥等影响。
所述的搅拌单元包括通过密封和连接端与筒体顶部连接的搅拌电机以及设置在原浆部中间且与搅拌电机连接的搅拌桨叶。
所述搅拌桨叶呈螺旋状，且搅拌桨叶的边缘靠近过滤介质但不与过滤介质接触，该设置可减少滤饼在筒体内部过滤介质表面的搭桥沉积。
所述筒体的底部设有滤饼出料口，且在筒体滤液部侧壁上部设有卸饼压力进口。装置停止运行后，过滤介质上已形成一定厚度的滤饼，此时开启卸饼压力进口，使得过滤介质上的大颗粒滤饼脱落，并从滤饼出料口排出筒体。
多个所述装置串联连接，且每一个装置中采用的过滤介质的孔径逐渐变小，前一个装置的细粒径土壤出口与下一个装置的泥浆进口连接。并联设置可提高土壤粒径分级的效率。
一种采用如上所述装置进行土壤粒径快速分级的方法，包括以下步骤：
(1)将待分级的土壤置于原浆槽中，加水形成泥浆；
(2)打开筒体的排气口，关闭回流液出口及细粒径土壤出口，将泥浆从原浆槽中泵入泥浆进口，同时打开搅拌单元，直至泥浆充满筒体，关闭排气口，打开回流液出口及细粒径土壤出口；
(3)待过滤介质上的滤饼与搅拌单元即将接触时，停止泵入泥浆，待筒体内泥浆回流至原浆槽后，关闭进料口，从卸饼压力进口向筒体内吹入加压空气进行滤饼反吹，去除过滤介质上的滤饼，停止吹气，打开卸饼出料口，将滤饼排出，关闭卸饼出料口，最后根据具体需要重复步骤(2)。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几方面：
(1)本发明的一种土壤粒径快速分级试验装置，具有高效快速分级的特点。常规的过滤分级很容易在滤网形成堵塞，影响分级效率，而本发明能显著减少过滤介质的表面的搭桥效应，在过滤介质内外表面压差作用下，实现小粒径的快速过筛。有效降低劳动强度，减小生产周期，提高分级精度。
(2)本发明的一种土壤粒径快速分级试验装置，在具体分级过程中，目前可以达到最小分级用固液比为2比1，即土壤质量为水质量的2倍也可以达到分级效果。使得分级过程中用水量大大降低，同时也减少了操作成本和生产周期。
(3)本发明的一种土壤粒径快速分级试验装置，在具体应用中可实现连续多级串联使用，达到连续多范围土壤颗粒粒径的分级使用的目的，满足不同工况生产要求。
附图说明
图1为实施例1的结构示意图；
图2为实施例2中的结构示意图。
其中，1为搅拌电机，2为密封和连接端，3为卸饼压力进口，4为过滤介质，5为细粒径土壤出口，6为滤饼出料口，7为回流液出口，8为搅拌桨叶，9为筒体，10为泥浆进口，11为原浆槽，12为滤液部，13为原浆部。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
一种土壤粒径快速分级装置，其结构如图1所示，包括筒体9、竖直设置在筒体9内部并将筒体9分割成原浆部13和滤液部12的过滤介质4、设置在原浆部13中间的搅拌单元、设置在筒体9原浆部13侧壁的泥浆进口10和回流液出口7以及设置在筒体9滤液部12侧壁的细粒径土壤出口5，泥浆进口10和回流液出口7均与原浆槽11连接，筒体9顶部设有排气口。
搅拌单元包括通过密封和连接端2与筒体9顶部连接的搅拌电机1以及设置在原浆部中间且与搅拌电机1连接的搅拌桨叶8。搅拌桨叶8呈螺旋状，且搅拌桨叶8的边缘靠近过滤介质4但不与过滤介质4接触，该设置可减少滤饼在筒体9内部过滤介质4表面的搭桥沉积。
筒体9的底部设有滤饼出料口6，且在筒体9滤液部12侧壁上部设有卸饼压力进口3。装置停止运行后，过滤介质4上已形成一定厚度的滤饼，此时开启卸饼压力进口3，使得过滤介质4上的大颗粒滤饼脱落，并从滤饼出料口6排出筒体9。
利用上述装置进行试验，对土壤中250微米以上大颗粒实施分级筛分并检测分级效果。
(1)系统准备
选用去除树枝和巨大颗粒的土壤与水按照固液比为1比5在搅拌容器中进行混合。将250微米截留精度的金属丝网过滤介质4安装在筒体9内部，然后将上盖与筒体9通过法兰连接结构将过滤介质压紧固定。
(2)通入物料
本装置中将土壤和水搅拌后的泥浆，通过进料泵进入到设备中。且通入前要将筒体内气体排出，通入过程中搅拌桨叶8需要启动并将转速调整为30r/min，将泥浆中水和土壤颗粒体系保持在均匀悬浮状态，有利于后续分级过程的进行。
(3)分级操作
当装置中物料充满筒体9后，关闭排气口，打开细粒径土壤出口5和回流液出口7，调高搅拌桨叶转速，在筒体内部表压为0.15Mpa压力的驱动下及搅拌桨叶的强化作用下，在过滤介质4内外表面形成分级压差，小于250微米的小颗粒土壤通过过滤介质4被快速分级出来，并通过细粒径土壤出口5进行收集。在此过程中系统中250微米以上颗粒被不断浓缩。
(4)卸饼排大颗粒
整个泥浆系统中，当筒体9内压力不断升高，细颗粒土壤出口5处液体量很小时，关闭回流液出口7和搅拌桨叶8进行脱水过程，将剩余系统中物料脱水成大颗粒滤饼。此时开启卸饼压力进口3使大于筒体9内压力的压力气体进入到设备内部，使得过滤介质4上的大颗粒滤饼脱落，并从滤饼出料口6排出筒体，测量排出的滤饼厚度约为2cm。
(5)清洗设备内部
卸饼操作结束后，对设备筒体9内部进行清洗。清洗过程中加压清水从卸饼压力口3进入到筒体内部开启搅拌桨叶8，并将转速调整到30r/min，堵塞在过滤介质4孔道中的杂质被挤出孔道，随后被搅拌中的流体代入到筒体9内部，最后从滤饼出料口6排出，完成清洗过程。
数据分析：
对上述分级过程中分级出的原料泥浆和分级后的大颗粒滤饼和小颗粒液体进行粒度分析。发现原料泥浆中大于250微米的颗粒比例为15％，而小颗粒液体的粒度值显示，其中大于250微米的颗粒粒度比例为0，也就是不存在，而大颗粒滤饼中的粒度数据则显示，滤饼中有约91％颗粒为大于250微米的大颗粒。可以得出，在分级过程中，大于高精度的过滤介质的颗粒均被筛分下来，而在滤饼不是很厚的情况下，未被分级出的细小颗粒所占比例也很低，综合分级效率可达90％以上。
实施例2
本实施例采用与实施例1类似的装置，且采用两级串联的形式，其结构如图2所示，右侧装置的回流液出口7泥浆进口10分别与原浆槽11连接，右侧装置的细粒径土壤出口5与左侧装置的泥浆进口10连接，左侧装置回流液出口7与原浆槽11连接，且左侧装置的过滤介质4的孔径小于右侧装置过滤介质4的孔径。
Claims (2)
1.一种土壤粒径快速分级方法，其特征在于，采用土壤粒径快速分级装置，该装置包括筒体、竖直设置在筒体内部并将筒体分割成原浆部和滤液部的过滤介质、设置在原浆部中间的搅拌单元、设置在筒体原浆部侧壁的泥浆进口和回流液出口以及设置在筒体滤液部侧壁的细粒径土壤出口，回流液出口设置于筒体下部，泥浆进口设置于筒体上部，所述泥浆进口和回流液出口均与原浆槽连接，所述筒体顶部设有排气口；
所述筒体的底部设有滤饼出料口，且在筒体滤液部侧壁上部设有卸饼压力进口；
所述的搅拌单元包括通过密封和连接端与筒体顶部连接的搅拌电机以及设置在原浆部中间且与搅拌电机连接的搅拌桨叶；
所述搅拌桨叶呈螺旋状，为螺带式搅拌桨，且搅拌桨叶的边缘靠近过滤介质但不与过滤介质接触；
土壤粒径快速分级方法包括以下步骤：
(1)将待分级的土壤置于原浆槽中，加水形成泥浆；
(2)打开筒体的排气口，关闭回流液出口及细粒径土壤出口，将泥浆从原浆槽中泵入泥浆进口，同时打开搅拌单元，直至泥浆充满筒体，关闭排气口，打开回流液出口及细粒径土壤出口；
(3)待过滤介质上的滤饼与搅拌单元即将接触时，停止泵入泥浆，待筒体内泥浆回流至原浆槽后，关闭进料口，从卸饼压力进口向筒体内吹入加压空气进行滤饼反吹，去除过滤介质上的滤饼，停止吹气，打开卸饼出料口，将滤饼排出，关闭卸饼出料口，最后根据具体需要重复步骤(2)；
分级操作中，筒体内部表压为0.15MPa。
2.根据权利要求1所述的一种土壤粒径快速分级方法，其特征在于，多个所述装置串联连接，且每一个装置中采用的过滤介质的孔径逐渐变小，细粒径土壤出口与下一个装置的泥浆进口连接。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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