CN115178581A - 一种利用高压搅拌喷液的土壤修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，属于土壤修复领域。本发明提供的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法包括如下步骤：步骤1，使用具有多个打钻部以及搅拌部的搅拌喷液装置对目标区域进行打钻，从而在目标区域形成有多个钻孔；步骤2，使用位于钻孔内的搅拌部对目标区域的土壤进行搅拌；步骤3，在搅拌部保持搅拌的同时，通过钻孔向目标区域的土壤注入土壤修复成分，其中，土壤修复成分包括呈液态的土壤修复液以及用于在土壤中扩散土壤修复液的扩散剂。本发明提供的土壤修复方法不仅可以时修复液与土壤融合的更加均匀，而且还能使土壤修复液扩散到更远的距离。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复领域，具体涉及一种利用高压搅拌喷液的土壤修复方法。
背景技术
土壤污染主要是指人类在活动过程中所产生的污染通过各种途径进入到土壤而对土壤造成严重的污染，受到污染的土壤理化性质发生改变，致使土壤质量出现明显下降，从而降低了土壤生产力。近些年，人们开始研究土壤污染的修复方法，通过物理、化学、生物等方式处理土壤中所含有的污染物质，希望能够改良土壤性能，促使被污染的土壤转变为利于植物生长的土壤资源。20世纪80年代起，我国开始重视污染土壤的修复技术，历经40年取得了一定的研究成果，并且还在持续优化。
固化/稳定化技术是通过黏合剂和添加剂对目标介质中污染物的吸附、络合和螯合等作用，使污染物固定在固体块中，同时稳定污染物的化学性质。该技术具有工艺操作简单、价格低廉、固化稳定化药剂易得等优点。另外，该技术可处理的污染物种类广泛，主要包括有重金属、多环芳烃、半挥发性有机污染物、有机农药、多氯联苯等，因此，近年来该技术在国内外获得了广泛的应用。应用对象主要包括：金属污泥、采矿废物、石油化工污泥、无机化工污泥、被污染的土壤、市政污泥等。根据修复技术的作用方式，该技术可以分为原位固化/稳定化修复技术和异位固化/稳定化修复技术，两种技术均得到了广泛的应用。修复效果较好的物理和化学污染土壤修复技术，通常情况下是异位土壤修复，即将受污染的土壤挖掘出来，离开原位，放到污染修复处理区进行统一处理。这样就会产生一些土壤挖掘劳务费、土壤运输费、土壤回填费用等等。对于大面积的污染，这种修复方式会产生大量的费用，所以应用受限制。原位土壤修复技术是指在受污染的原地开始土壤修复工作，这样可以减少人工成本的和运输成本，同时修复工作不会受制于污染土壤量的限制。
原位固化/稳定化技术的原理是通过一定的机械力在原位向污染介质中添加固化剂/稳定化剂，在充分混合的基础上，使其与污染介质、污染物发生物理、化学作用，将污染介质固封在结构完整的具有低渗透系数固态材料中，或将污染物转化成化学性质不活泼形态，降低污染物在环境中迁移和扩散。处理周期一般为3-6个月。美国EPA数据显示，应用于浅层污染介质修复成本约为50-80美元/m3，对于深层修复成本约为195-330美元/m3。该系统主要由挖掘、翻耕或螺旋钻等机械深翻松动装置系统、试剂调配及输料系统、气体收集系统、工程现场取样监测系统以及长期稳定性监测系统组成。主要设备包括机械深翻搅动装置系统(如挖掘机、翻耕机、螺旋中空钻等)、试剂调配及输料系统(输料管路、试剂储存罐、流量计、混配装置、水泵、压力表等)、气体收集系统(气体收集罩、气体回收处理装置)、工程现场取样监测系统(驱动器、取样钻头、固定装置)、长期稳定性监测系统(气体监测探头、水分、温度、地下水在线监测系统等)。
市场上常用的旋喷钻机的作用为喷出水泥、混凝土等物料，在地下形成水泥柱，使得土壤或地基得以加固，该类旋喷钻机不能用于土壤的修复。应用于土壤修复的旋喷钻机采用单一钻头进行钻孔、打眼、搅拌和药剂注射，钻头体积小，限制了其修复半径，不利于钻头的旋转钻入与继续深入作业。高压旋喷设备对于砾石直径过大、砾石含量过多及有大量纤维质的腐植土，旋喷质量稍差，有时甚至还不如静压注浆的效果。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种可使污染土壤和药剂均匀混合，污染物得以高效去除的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法。
本发明提供了一种利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，具有这样的特征，包括如下步骤：步骤1，使用具有多个打钻部以及搅拌部的搅拌喷液装置对目标区域进行打钻，从而在目标区域形成有多个钻孔；步骤2，使用位于钻孔内的搅拌部对目标区域的土壤进行搅拌；步骤3，在搅拌部保持搅拌的同时，通过钻孔向目标区域的土壤注入土壤修复成分，其中，所述搅拌部具有至少三级搅拌叶片组，土壤修复成分包括呈液态的土壤修复液以及用于在土壤中扩散土壤修复液的扩散剂。
在本发明提供的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，还可以具有这样的特征：其中，搅拌喷液装置具有2n个搅拌部，n为大于等于1的整数，2n个搅拌部分布在一条直线线段上，且以该直线线段的中点对称分布。
在本发明提供的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，还可以具有这样的特征：其中，在对目标区域的土壤进行搅拌的过程中，所有搅拌部的转速相等，位于直线线段一侧的n个搅拌部的转向与位于直线线段另一侧的n个搅拌部的转向相反。
在本发明提供的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，还可以具有这样的特征：其中，搅拌喷液装置具有(2p+2q)个搅拌部，p，q均为大于等于1的整数，(2p+2q)个搅拌部呈矩形阵列分布，矩形阵列中其中相对设置的一对边上各设有p个搅拌部，另一对相对设置的边上各设有q个搅拌部。
在本发明提供的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，还可以具有这样的特征：其中，在对目标区域的土壤进行搅拌的过程中，所有搅拌部的转速相等，位于相对设置两条边上的搅拌部的转向相同，位于相邻两条边上的搅拌部的转向相反。
本发明提供的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，还可以具有这样的特征：其中，所有搅拌部的搅拌直径相同。
本发明提供的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，还可以具有这样的特征：其中，搅拌喷液装置还包括：注入部，用于向土壤注入土壤修复成分。
本发明提供的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，还可以具有这样的特征：其中，在对目标区域的土壤进行搅拌的过程中，注入部与搅拌部保持同步转动。
本发明提供的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，还可以具有这样的特征：其中，每个搅拌部包括从上而下依次分布的多级搅拌叶片组，每个搅拌叶片组包括多片沿搅拌轴对称设置的搅拌叶片。
本发明提供的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，还可以具有这样的特征：其中，位于同一级搅拌叶片组中的搅拌叶片的搅拌直径相等，多级搅拌叶片组中的搅拌叶片的搅拌直径从上而下依次减小。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，因为在土壤修复过程中，使用的土壤修复成分包括呈液态的土壤修复液以及用于在土壤中扩散土壤修复液的扩散剂，所以，本发明提供的土壤修复方法不仅可以时修复液与土壤融合的更加均匀，而且还能使土壤修复液扩散到更远的距离。
附图说明
图1是本发明的实施例中土壤修复方法的流程图；
图2是本发明的实施例中偶数轴多级高压搅拌喷液装置的结构示意图；
图3是本发明的实施例中打钻部的透视剖面图；
图4是图3中A区域的局部放大图；
图5是另一种打钻部分布的示意图；
图6是本发明的实施例中的喷嘴的结构示意图；以及
图7是本发明的实施例中的喷嘴的剖视图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
<实施例>
本实施例提供了一种利用高压搅拌喷液的土壤修复方法。本实施例提供的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法是通过一种偶数轴多级高压搅拌喷液装置来实现的，但在别的实施例中，如本实施例这样的偶数轴多级高压搅拌喷液装置并非是必须的，也可以采用别的装置来实现。
图1是本发明的实施例中土壤修复方法的流程图。
如图1所示，具体地，包括如下步骤：
步骤1，使用具有多个打钻部以及搅拌部的搅拌喷液装置对目标区域进行打钻，从而在目标区域形成有多个钻孔；
步骤2，使用位于钻孔内的所述搅拌部对目标区域的土壤进行搅拌；
步骤3，在搅拌部保持搅拌的同时，通过钻孔向目标区域的土壤注入土壤修复成分，其中，土壤修复成分由呈液态的土壤修复液以及用于在土壤中扩散土壤修复液的扩散剂压缩空气组成，并且土壤修复液和压缩空气是通过两条不同的管道输送的。
下面对本实施例土壤修复方法所使用的偶数轴多级高压搅拌喷液装置进行介绍。
图2是本发明的实施例中偶数轴多级高压搅拌喷液装置的结构示意图。图3是本发明的实施例中钻头部的透视剖面图。
如图2-3所示，本实施例提供的偶数轴多级高压搅拌喷液装置100包括：打桩架10、打钻部20、搅拌部30、输送部40以及注入部50。
打桩架10固定设置在需要土壤原位修复的区域。在本实施例中，打桩架选用的是通用的长螺旋打桩架，BL-32型，桩架高度39m，宽度8m，长度13m，能够承受250千牛米的最大扭矩。
打钻部20的数量为2个，对称地安装在打桩架10两端，呈一字型排列。在本实施例中，两个打钻部20的结构完全相同。在别的实施例中，打钻部20的数量可以为2n个(n为大于等于1的整数)，2n个打钻部20可以像本实施例这样对称地安装在打桩架10两端，每端各n个。
图4是另一种打钻部分布的示意图。
如图4所示，在别的实施例中，打钻部20的数量也可以为2p+2q个(p，q均为大于等于1的整数)，呈口字型分布。具体而言，2p+2q个打钻部20分布在位于打桩架10底部的虚拟四边形S上，虚拟四边形S上其中一对相对设置的边上总共设置有2p个打钻部20，每条边各p个；另一对相对设置的边上总共设置有2q个打钻部20，每条边各q个。优选地，在该实施例中，虚拟四边形S的中心点与打桩架10底面的中心点相重合。在此处，虚拟四边形S仅仅是为了方便描述而定义的概念，并不需要真正地存在于打桩机10底部。
每个打钻部20包括：钻杆21、动力头22以及抱箍23。
钻杆21为空心圆钻杆，安装在打桩架10的底部，钻杆21竖直向下延伸。在本实施例中，钻杆21为
通用圆钻杆，壁厚20mm，结构强度900兆帕。
动力头22安装在钻杆21远离打桩架10的一端。在本实施例中，动力头22选用的是通用的长螺旋打桩动力头，该动力头功率150KW，由两台75KW交流电动机并机驱动，可产生最大扭矩150千牛米，转速14r/min，该动力头芯管中间还可以装有高压搅喷气液分流器。
抱箍23套设在每个钻杆21靠近打桩架10的一端。该抱箍23包括两个半圆形的箍架以及分别嵌设在两个半圆形的箍架内侧的半圆形的牛筋衬套。抱箍23用于合抱钻杆21，并使得钻杆21可在抱箍23中转动并上下滑动从而起到导正钻杆21并保持钻孔垂直度的作用。
搅拌部30形成在钻杆21上，在本实施例中，每个钻杆21上形成有一套含有三级搅拌组件的搅拌部30，每级搅拌组件包括四片搅拌叶片31和形成在部分搅拌叶片31上的钻齿32。在别的实施例中，搅拌组件的级数可以根据实际需要设置更多或者更少，每级搅拌组件中的搅拌叶片的数量可以根据实际需要调整。
在对目标区域的土壤进行搅拌的过程中，两个搅拌部的转速相等，但是转速相反。
各级搅拌组件中的搅拌叶片的数量均为4片，所有搅拌叶片的结构基本相同，均呈板状，区别仅在于各级叶片的搅拌半径不同，沿钻杆21的长度方向，从靠近打桩架10的一端到远离打桩架10的一端，搅拌叶片31的搅拌直径依次减小。在本实施例中，第一级搅拌叶片外径为φ400mm，第二级叶片外径为φ800mm，第三级叶片外径为φ1200mm。
搅拌叶片31沿钻杆21的长度方向依次设置在钻杆21的外周壁上，同一级中的搅拌叶片31均以相同的姿态设置在钻杆21外周壁上，搅拌叶片31所在的平面与钻杆21的轴线的呈非直角的夹角。
钻齿32设置在部分搅拌叶片31远离钻杆21的一端，并且其尖部倾斜朝下。在本实施例中，每一级的四个搅拌叶片31中只有两个搅拌叶片31在端部设置有三个互相平行的钻齿32。具有钻齿32的两个搅拌叶片31相对于钻杆21的转轴轴对称设置。这样的设置方式可以保证在打钻部20工作时，作用力保持均匀从而保证整个装置的安全性。
图3是本发明的实施例中钻头部的透视剖面图。图4是图3中A区域的局部放大图。
如图3-4所示，输送部40包括：输送管41、第一输送通道42、第二输送通道43、高压泵(图中未示出)以及空气压缩机(图中未示出)。
输送管41为空心杆，设置在钻杆21的内部，并沿钻杆21的长度方向延伸。
第一输送通道42形成在输送管41内部，在本实施例中，第一输送通道42与高压泵相连通，用于输送液态的土壤修复剂。
第二输送通道43形成在输送管41的外壁与钻杆21的内壁之间，在本实施例中，第二输送通道43与空气压缩机相连通，用于输送作为扩散剂的压缩空气。在别的实施例中，第一输送管道42也可以用于输送扩散剂，第二输送管道43也可以用于输送土壤修复剂。
高压泵用于向第一输送管道42中输送液态的土壤修复剂，具体地，在本实施例中选用3e160型高压旋喷泵，电机功率110KW，泵量最高可达到300L/min，泵压最高达到20MPa。
空气压缩机用于向第二输送管道43中输送压缩空气，具体地，在本实施例中选用螺杆式通用工艺空气压缩机，输出气压1.2MPa，产气量9m3/min，电机功率75KW。
注入部50包括：安装单元以及喷嘴51。
安装单元包括钻杆安装孔以及输送管安装孔。
钻杆安装孔形成在钻杆21上位于每一级的相邻的两个搅拌叶片31之间的区域上(为了方便描述，在下文中该区域简称为A区域)，每一级搅拌叶片在钻杆21的表面上形成有4个A区域，但并非所有的A区域上均形成有钻杆安装孔，其中，只有在2个每一级中相对设置两个A区域上形成有钻杆安装孔。
由上述描述可知，本实施例中的钻杆21上总共分布有6个钻杆安装孔，并且所有的钻杆安装孔形成在两条与钻杆21的轴平行的线上。这样的设置可以使得喷洒更为均匀。
输送管安装孔形成在输送管41与钻杆安装孔相对应的位置。
图6是本发明的实施例中的喷嘴的结构示意图。图7是本发明的实施例中的喷嘴的剖视图。
如图6-7所示，喷嘴51的数量与钻杆安装孔的数量相对应。喷嘴51的部分结构位于钻杆21内部，其另一部分结构。在本实施例中，令喷嘴51位于钻杆21的外部的结构中距离钻杆21表面最远的点为L点。安装在同一级钻杆安装孔上的喷嘴的L点与钻杆21表面最短距离s均相同。最靠近打桩架10的喷嘴的L点与钻杆21表面最短距离为s1，次靠近打桩架10的喷嘴的L点与钻杆21表面最短距离为s2，最远离打桩架10的喷嘴的L点与钻杆21表面最短距离为s3。在本实施例中，s1＞s2＞s3。通过这样的设置，可以实现土壤修复成分的远距离投送，最大限度的减小射流能量衰减，保证切割破碎效率。
此外，如图2所示，本实施例中每一级中均有一个喷嘴51位于搅拌叶片31的下方，这样的设置有利于保证喷嘴51的出口不易被堵塞。
具体而言，喷嘴51包括：喷嘴内管511、第一注入通道512、喷嘴外管513以及第二注入通道514。
喷嘴内管511一端设置在输送管安装孔处，另一端穿过钻杆安装孔伸出钻杆21外并形成有内管出口。喷嘴内管511靠近输送管安装孔一端的外径与输送管安装孔的直径相匹配。喷嘴内管511伸出钻杆21外部分的直径相对于位于钻杆21内部部分的直径减缩。
第一注入通道512形成在喷嘴内管511内部，与第一输送通道42相连通。
喷嘴外管513套设在喷嘴内管511的外侧，一端设置在钻杆安装孔处，另一端穿出钻杆表面向外延伸并形成有外管出口。喷嘴外管513靠近钻杆安装孔的一端的外径与钻杆安装孔的直径相匹配。喷嘴外管513伸出钻杆21外部分的直径相对于位于钻杆21内部部分的直径减缩。
第二注入通道514形成在喷嘴内管511的外壁与喷嘴外管513的内壁之间，与第二输送通道43相连通。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，因为在土壤修复过程中，使用的土壤修复成分包括呈液态的土壤修复液以及用于在土壤中扩散土壤修复液的扩散剂。所以，本发明提供的土壤修复方法不仅可以时修复液与土壤融合的更加均匀，而且还能使土壤修复液扩散到更远的距离。
进一步地，因为使用了具有偶数个钻头部并且偶数个钻头部对称地设置在打桩架的底部的装置，所以，在工作时两侧的作用力分布较为均匀，不会对桩架产生反扭力，确保了生产安全。
进一步地，因为喷嘴具有喷嘴内管以及喷嘴外管，所以能够使得土壤修复成分在土壤中充分混合从而高效修复。
进一步地，由于钻杆上设置有搅拌叶片和钉齿，因此装置具有较大的修复半径，可以在最大程度地对土壤进行破碎，极大地提高修复剂与土壤的混合度。
进一步地，由于搅拌叶片是倾斜布置在钻杆上的，因此，提高钻头对土体的切削与搅拌作用力，克服杂物缠绕的问题，有利于钻头的旋转钻入与继续深入作业。
进一步地，由于喷嘴安装在钻杆上，并且在搅拌的过程中随钻杆同步转动，因此有利于土壤修复成分能够均匀地被喷洒到目标区域的土壤中。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，使用具有多个打钻部以及搅拌部的搅拌喷液装置对目标区域进行打钻，从而在所述目标区域形成有多个钻孔；
步骤2，使用位于所述钻孔内的所述搅拌部对所述目标区域的土壤进行搅拌；
步骤3，在所述搅拌部保持搅拌的同时，通过所述钻孔向所述目标区域的所述土壤注入土壤修复成分，
其中，所述搅拌部具有至少三级搅拌叶片组，
所述土壤修复成分包括呈液态的土壤修复液以及用于在所述土壤中扩散所述土壤修复液的扩散剂。
2.根据权利要求1所述的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，其特征在于：
其中，所述搅拌喷液装置具有2n个搅拌部，n为大于等于1的整数，2n个所述搅拌部分布在一条直线线段上，且以该直线线段的中点对称分布。
3.根据权利要求2所述的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，其特征在于：
其中，在对所述目标区域的土壤进行搅拌的过程中，所有所述搅拌部的转速相等，位于所述直线线段一侧的n个搅拌部的转向与位于所述直线线段另一侧的n个搅拌部的转向相反。
4.根据权利要求1所述的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，其特征在于：
其中，所述搅拌喷液装置具有(2p+2q)个搅拌部，p，q均为大于等于1的整数，(2p+2q)个所述搅拌部呈矩形阵列分布，所述矩形阵列中其中相对设置的一对边上各设有p个搅拌部，另一对相对设置的边上各设有q个搅拌部。
5.根据权利要求4所述的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，其特征在于，
其中，在对所述目标区域的土壤进行搅拌的过程中，所有所述搅拌部的转速相等，位于相对设置两条边上的搅拌部的转向相同，位于相邻两条边上的搅拌部的转向相反。
6.根据权利要求2或4所述的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，其特征在于：
其中，所有所述搅拌部的搅拌直径相同。
7.根据权利要求1所述的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，其特征在于，
其中，所述搅拌喷液装置还包括：
注入部，用于向所述土壤注入所述土壤修复成分。
8.根据权利要求7所述的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，其特征在于，
其中，在对所述目标区域的土壤进行搅拌的过程中，所述注入部与所述搅拌部保持同步转动。
9.根据权利要求1所述的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，其特征在于，
其中，每个所述搅拌部包括从上而下依次分布的多级搅拌叶片组，每个所述搅拌叶片组包括多片沿搅拌轴对称设置的搅拌叶片。
10.根据权利要求9所述的利用高压搅拌喷液的土壤修复方法，其特征在于，
其中，位于同一级搅拌叶片组中的搅拌叶片的搅拌直径相等，所述多级搅拌叶片组中的所述搅拌叶片的搅拌直径从上而下依次减小。
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