CN113798316A - 一种用于污染场地土壤原位破碎与修复药剂均混的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环保工程中土壤修复领域，具体地说是一种用于污染场地土壤原位破碎与修复药剂均混的装置，包括动力输入轴、减速器、搅拌系统、主轴系统及土壤切割和药剂喷淋系统，减速器的输入端与动力输入轴相连，输出端与主轴系统连接；搅拌轴自身转动、同时绕主轴转动，雾化喷嘴绕主轴转动，搅拌叶片和旋挖钻头的组合设计提高了修复装置对场地土壤的破碎能力和均混效率，进而提升了修复药剂对土壤中污染物的修复效果。本发明适用于污染场地土壤的破碎和均混，尤其适用于场地1～2米深度的污染土壤均混，诸如重金属污染土壤的稳定化药剂、有机污染土壤的氧化药剂、微生物降解制剂等均混及污染去除。

Description

一种用于污染场地土壤原位破碎与修复药剂均混的装置
技术领域
本发明属于环保工程中土壤修复领域，具体地说是一种用于污染场地土壤原位破碎与修复药剂均混的装置。
背景技术
我国土壤污染形势日趋严峻。尤其是城市搬迁场地土壤，一般呈重金属和有机污染物复合污染特征。目前的场地土壤原位修复技术中，针对重金属污染物，主要是固化/稳定化为主；针对有机污染物，以化学氧化技术为主。这些化学处理方法具有操作简单、处理成本低和修复效果好的优点，但化学处理技术的难点在于土壤原位破碎以及土壤与化学药剂的混合均匀。破碎后的土壤粒径分布及土壤-药剂的均混性能直接影响到土壤修复效果。目前市场上存在的原位土壤修复装备存在如下不足：
1.破碎均混后的土壤粒度较大，粉末状的稳定化药剂或者化学氧化药剂只能接触到大颗粒土壤表面，很难进入土壤颗粒内部发挥作用，导致药剂总体的稳定化或氧化的效率低。
2.土壤和药剂的混合均匀性较差，混合均匀性很难达到多数工艺要求的90％以上的技术指标，没有充分发挥药剂的作用，容易造成药剂成本的增加，甚至导致二次污染。
3.目前现存的均混装备由于破碎均混能力的不足，存在能耗高和处理效率低的问题。
发明内容
为了解决现有原位土壤修复存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种用于污染场地土壤原位破碎与修复药剂均混的装置。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明包括动力输入轴、减速器、搅拌系统、主轴系统及土壤切割和药剂喷淋系统，其中减速器的输入端与动力输入轴相连，输出端与主轴系统连接；所述主轴系统包括主轴及土壤切割和药剂喷淋系统轴，该主轴的一端与所述减速器的输出端相连，另一端设有土壤切割和药剂喷淋系统轴，所述主轴及土壤切割和药剂喷淋系统轴内部均开设有相连通的药剂管道，该主轴上开设有与药剂管道相连通的药剂进口，所述土壤切割和药剂喷淋系统轴的端部为旋挖钻头；所述土壤切割和药剂喷淋系统包括土壤切割刀及雾化喷嘴，该土壤切割刀安装于所述主轴或土壤切割和药剂喷淋系统轴上，所述土壤切割刀内部开设有喷淋管道，该喷淋管道与所述主轴内开设的药剂管道相连通或与所述土壤切割和药剂喷淋系统轴内开设的药剂管道相连通，所述土壤切割刀上安装有与所述喷淋管道相连通的雾化喷嘴；所述搅拌系统安装于主轴上，所述动力输出轴通过减速器驱动主轴旋转，该主轴带动所述搅拌系统及土壤切割刀旋转，药剂随气体由所述药剂进口进入，经所述药剂管道、喷淋管道后通过随所述土壤切割刀旋转的雾化喷嘴喷出。
其中：所述搅拌系统包括搅拌轴、搅拌轴支撑架、搅拌叶片及套筒，该套筒套设于所述主轴上、并与主轴连动，所述套筒上沿圆周方向均匀安装有多个搅拌轴支撑架，每个搅拌轴支撑架上均转动安装有所述搅拌轴，每个所述搅拌轴上安装有至少一列搅拌叶片。
所述搅拌系统包括搅拌叶片，所述主轴上安装有至少一列搅拌叶片。
所述搅拌叶片为板状，其安装角度为45°，即搅拌叶片沿竖直方向倾斜45°后安装。
所述主轴与土壤切割和药剂喷淋系统轴为一体结构或分体结构，当为分体结构时，所述主轴的一端与减速器的输出端相连，另一端与所述土壤切割和药剂喷淋系统轴的一端连接，该土壤切割和药剂喷淋系统轴的另一端为旋挖钻头。
所述土壤切割刀为多片、上下设置，安装角度为45°，即土壤切割刀沿竖直方向倾斜45°后安装；相邻两所述土壤切割刀呈90°交错设置，即相邻两所述土壤切割刀同一长边在水平面的投影夹角为90°。
每个所述土壤切割刀底部沿长度方向均匀安装有多个雾化喷嘴，每个所述雾化喷嘴均与所安装的土壤切割刀内的喷淋管道相连通。
所述雾化喷嘴外部罩有锥形钢管，该锥形钢管直径大的一端安装于所述土壤切割刀上，直径小的一端为开口端。
本发明的优点与积极效果为：
1.本发明将土壤切割，药剂喷淋和混合结合在一起，功能集成化，提高了修复效率，减少了能耗，高强度和多方式的破碎设计可使土壤粒径大部分达到2mm以下，土壤—药剂的混合均匀性达到90％以上的修复技术目标；使用现有的单一设备至少需要进行两次作业，所以本发明可以减少50％以上的能耗，且修复效率提升100％以上。
2.本发明破碎和均混后的土壤粒度的减小和混合均匀性的提高有利于最大效力的发挥药剂的作用，缩短土壤修复周期。
3.本发明装置可安装在铲车或挖掘机上面使用，通用性强。
附图说明
图1为本发明的立体结构示意图；
图2为本发明实施例一的搅拌系统立体结构示意图；
图3为本发明土壤切割和药剂喷淋系统的立体结构示意图；
图4为本发明主轴系统的立体结构示意图；
其中：1为动力输入轴；2为减速器；
3为搅拌系统，301为搅拌轴，302为搅拌轴上支撑架，303为搅拌叶片，304为套筒，305为搅拌轴下支撑架；
4为主轴系统，401为药剂进口，402为主轴，403为药剂管道，404为土壤切割和药剂喷淋系统轴，405为旋挖钻头；
5为土壤切割和药剂喷淋系统，501为喷淋管道，502为土壤切割刀，503为雾化喷嘴，504为锥形钢管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详述。
实施例一
如图1～4所示，本实施例包括动力输入轴1、减速器2、搅拌系统3、主轴系统4及土壤切割和药剂喷淋系统5，其中减速器2的输入端与动力输入轴1相连，输出端与主轴系统4连接；本实施例的减速器2的外壳与铲车或挖掘机的液压系统输出端连接，利用铲车或挖掘机的液压系统可以对本发明进行高度调节，完成对不同时深度土壤的修复；本实施例的动力输入轴1与铲车或挖掘机的动力输出系统连接，为本发明提供动力来源。
主轴系统4包括主轴402及土壤切割和药剂喷淋系统轴404，该主轴402的一端与减速器2的输出端相连，另一端设有土壤切割和药剂喷淋系统轴404，主轴402及土壤切割和药剂喷淋系统轴404内部均开设有相连通的药剂管道403，该主轴402上方沿径向开设有与药剂管道403相连通的药剂进口401，土壤切割和药剂喷淋系统轴404的端部为旋挖钻头405。主轴402与土壤切割和药剂喷淋系统轴404为一体结构或分体结构，当为一体结构时，主轴402为阶梯轴；当为分体结构时，主轴402的一端与减速器2的输出端相连，另一端与土壤切割和药剂喷淋系统轴404的一端焊接，该土壤切割和药剂喷淋系统轴404的另一端为旋挖钻头405，可以大幅减少每次进入土壤中时的阻力，减少对修复装置的冲击。本实施例的主轴402与土壤切割和药剂喷淋系统轴404为一体结构。
土壤切割和药剂喷淋系统5包括土壤切割刀502、雾化喷嘴503及锥形钢管，该土壤切割刀502安装于主轴402或土壤切割和药剂喷淋系统轴404上，土壤切割刀502内部开设有喷淋管道501，该喷淋管道501与主轴402内开设的药剂管道403相连通或与土壤切割和药剂喷淋系统轴404内开设的药剂管道403相连通，土壤切割刀502上安装有与喷淋管道501相连通的雾化喷嘴503，每个雾化喷嘴503外均罩有一个安装固定在土壤切割刀502上的锥形钢管。本实施例的土壤切割刀502为多片、上下设置，均固接于土壤切割和药剂喷淋系统轴404上，安装角度为45°，即土壤切割刀502沿竖直方向倾斜45°后安装；相邻两土壤切割刀502呈90°交错设置，即相邻两土壤切割刀502同一长边在水平面的投影夹角为90°。这样设置的土壤切割刀502一方面可以减少土壤在刀片上的附着，另一方面可以减少搅拌阻力。每个土壤切割刀502底部沿长度方向均匀安装有多个雾化喷嘴503，每个雾化喷嘴503均与所安装的土壤切割刀502内的喷淋管道501相连通。锥形钢管504直径大的一端安装于土壤切割刀502上，直径小的一端为开口端。这种结构设计一方面可以在土壤切割刀502切割土壤前使用锥形钢管504将土壤松动，另一方面锥形钢管504里面的雾化喷嘴503喷出的高压气体对土壤有冲击作用，减少封切割刀502的运行阻力，有利于的土壤的细化。此外，锥形钢管504还可以对雾化喷嘴503起到保护作用。雾化喷嘴503一方面可以减小药剂微团尺寸，另一方面可以使喷出的药剂微团具有所需的动能，可以使药剂微团克服土壤阻力喷射到较远的地方；此外，由于雾化喷嘴503安装在土壤切割刀502上，土壤切割刀502可以绕主轴402旋转，雾化喷嘴503也绕主轴402旋转，这种旋喷设计使药剂尽可能的在土壤中均匀分布，有利于接下来的混合作业。本实施例雾化喷嘴503喷出的气体压力可为2MPa，喷出的液体药剂微团粒径可为50μm，喷出的速度可为50m/s右，在土壤中的喷射距离可以达到0.5m。经过土壤切割和药剂喷淋系统5后，土壤的粒度可以达到50mm。
搅拌系统3安装于主轴402上，动力输出轴1通过减速器2驱动主轴402旋转，该主轴402带动搅拌系统3及土壤切割刀502旋转。本实施例的搅拌系统3包括搅拌轴301、搅拌轴支撑架、搅拌叶片303及套筒304，套筒304套设于主轴402上、并通过螺栓与主轴402连接，套筒304上沿圆周方向均匀安装有多个搅拌轴支撑架，每个搅拌轴支撑架上均转动安装有搅拌轴301，每个搅拌轴301上安装有至少一列搅拌叶片303。本实施例的搅拌轴301为四根，每根搅拌轴301上均沿圆周方向均匀安装了三列搅拌叶片303，每根搅拌轴301均由搅拌轴上支撑架302和搅拌轴下支撑架305进行固定，增加搅拌系统的刚度和稳定性；搅拌轴上支撑架302和搅拌轴下支撑架305与套筒304之间采用焊接固定，搅拌轴301与搅拌轴上支撑架302和搅拌轴下支撑架305之间采用轴承转动连接，这种结构设计可以保证四根搅拌轴301既可以绕自身轴向中心线旋转，又可以绕主轴402旋转，可以提高土壤破碎程度和土壤与药剂的混合均匀。本实施例的搅拌叶片303为板状，其安装角度为45°，即搅拌叶片303沿竖直方向倾斜45°后安装，一方面可以减少土壤在搅拌叶片303上的附着，另一方面可以减少搅拌阻力。四根搅拌轴301可以对土壤进行进一步的破碎以及土壤和药剂的充分混合，最终土壤粒度在10mm，混合均匀性在95％以上。
实施例二
本实施例与实施例一的区别在于，本实施例的搅拌系统3包括搅拌叶片303，主轴402上安装有至少一列搅拌叶片303，搅拌叶片303仅随主轴402旋转，具体搅拌叶片303的列数视修复土壤情况而定。其他均与实施例一相同。
本发明的工作原理为：
本发明安装在铲车或挖掘机上使用，对1～2米的土壤深度修复效果最佳。
进行土壤修复工作时，首先确定土壤修复深度和土壤重金属污染程度，根据土壤修复深度，将本发明插入土壤中，使本发明的底部达到修复的深度。根据土壤性质调节动力输入轴1的转速，根据重金属污染程度调节药剂喷淋流量。调节好行驶速度即可进行土壤修复工作。
铲车或挖掘机的动力输出系统为动力输入轴1提供动力来源，动力输入轴1通过减速器2驱动主轴402旋转，由主轴402通过套筒304带动各搅拌轴301旋转，或直接带动安装在主轴402上的搅拌叶片303旋转；同时，通过土壤切割和药剂喷淋系统轴404带动各土壤切割刀502旋转。药剂随气体由药剂进口401进入，经药剂管道403、喷淋管道501后通过随土壤切割刀502旋转的雾化喷嘴503喷出，使修复的土壤均混。

Claims (8)

1.一种用于污染场地土壤原位破碎与修复药剂均混的装置，其特征在于：包括动力输入轴(1)、减速器(2)、搅拌系统(3)、主轴系统(4)及土壤切割和药剂喷淋系统(5)，其中减速器(2)的输入端与动力输入轴(1)相连，输出端与主轴系统(4)连接；所述主轴系统(4)包括主轴(402)及土壤切割和药剂喷淋系统轴(404)，该主轴(402)的一端与所述减速器(2)的输出端相连，另一端设有土壤切割和药剂喷淋系统轴(404)，所述主轴(402)及土壤切割和药剂喷淋系统轴(404)内部均开设有相连通的药剂管道(403)，该主轴(402)上开设有与药剂管道(403)相连通的药剂进口(401)，所述土壤切割和药剂喷淋系统轴(404)的端部为旋挖钻头(405)；所述土壤切割和药剂喷淋系统(5)包括土壤切割刀(502)及雾化喷嘴(503)，该土壤切割刀(502)安装于所述主轴(402)或土壤切割和药剂喷淋系统轴(404)上，所述土壤切割刀(502)内部开设有喷淋管道(501)，该喷淋管道(501)与所述主轴(402)内开设的药剂管道(403)相连通或与所述土壤切割和药剂喷淋系统轴(404)内开设的药剂管道(403)相连通，所述土壤切割刀(502)上安装有与所述喷淋管道(501)相连通的雾化喷嘴(503)；所述搅拌系统(3)安装于主轴(402)上，所述动力输出轴(1)通过减速器(2)驱动主轴(402)旋转，该主轴(402)带动所述搅拌系统(3)及土壤切割刀(502)旋转，药剂随气体由所述药剂进口(401)进入，经所述药剂管道(403)、喷淋管道(501)后通过随所述土壤切割刀(502)旋转的雾化喷嘴(503)喷出。
2.根据权利要求1所述用于污染场地土壤原位破碎与修复药剂均混的装置，其特征在于：所述搅拌系统(3)包括搅拌轴(301)、搅拌轴支撑架、搅拌叶片(303)及套筒(304)，该套筒(304)套设于所述主轴(402)上、并与主轴(402)连动，所述套筒(304)上沿圆周方向均匀安装有多个搅拌轴支撑架，每个搅拌轴支撑架上均转动安装有所述搅拌轴(301)，每个所述搅拌轴(301)上安装有至少一列搅拌叶片(303)。
3.根据权利要求1所述用于污染场地土壤原位破碎与修复药剂均混的装置，其特征在于：所述搅拌系统(3)包括搅拌叶片(303)，所述主轴(402)上安装有至少一列搅拌叶片(303)。
4.根据权利要求2或3所述用于污染场地土壤原位破碎与修复药剂均混的装置，其特征在于：所述搅拌叶片(303)为板状，其安装角度为45°，即搅拌叶片(303)沿竖直方向倾斜45°后安装。
5.根据权利要求1所述用于污染场地土壤原位破碎与修复药剂均混的装置，其特征在于：所述主轴(402)与土壤切割和药剂喷淋系统轴(404)为一体结构或分体结构，当为分体结构时，所述主轴(402)的一端与减速器(2)的输出端相连，另一端与所述土壤切割和药剂喷淋系统轴(404)的一端连接，该土壤切割和药剂喷淋系统轴(404)的另一端为旋挖钻头(405)。
6.根据权利要求1所述用于污染场地土壤原位破碎与修复药剂均混的装置，其特征在于：所述土壤切割刀(502)为多片、上下设置，安装角度为45°，即土壤切割刀(502)沿竖直方向倾斜45°后安装；相邻两所述土壤切割刀(502)呈90°交错设置，即相邻两所述土壤切割刀(502)同一长边在水平面的投影夹角为90°。
7.根据权利要求1所述用于污染场地土壤原位破碎与修复药剂均混的装置，其特征在于：每个所述土壤切割刀(502)底部沿长度方向均匀安装有多个雾化喷嘴(503)，每个所述雾化喷嘴(503)均与所安装的土壤切割刀(502)内的喷淋管道(501)相连通。
8.根据权利要求1所述用于污染场地土壤原位破碎与修复药剂均混的装置，其特征在于：所述雾化喷嘴(503)外部罩有锥形钢管(504)，该锥形钢管(504)直径大的一端安装于所述土壤切割刀(502)上，直径小的一端为开口端。
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