CN115365287B - 一种用于深层污染土壤原位修复的挖掘搅拌注药设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于深层污染土壤原位修复的挖掘搅拌注药设备，属于污染土壤修复技术领域。该设备包括药剂高压喷浆系统和挖掘搅拌注药系统，二者由高压喷浆管和压缩空气管连接；药剂浆液和压缩空气分别由高压喷浆泵和空气压缩机输送到喷枪，将药剂浆液喷射入土壤层中；挖掘搅拌注药系统包括大扭矩挖掘搅拌单元和喷射注药单元，包括挖掘搅拌头、加长臂、吊耳和喷枪，大扭矩挖掘搅拌单元悬挂固定在挖掘机的机械臂上；喷枪随挖掘搅拌头插入挖松的土壤层中。本发明的挖掘搅拌头扭矩大，切削能力强，可将混有砂石的硬质土层挖松，并将挖掘搅拌头和喷枪插入到深层土壤中，实现深层污染土壤的原位注药修复。
Description
技术领域
本发明涉及污染土壤修复技术领域，特别是指一种用于深层污染土壤原位修复的挖掘搅拌注药设备。
背景技术
钝化修复技术是重金属污染土壤修复的主要技术，需要将钝化剂注入到一定深度的污染土壤层，实现钝化修复。目前，芬兰阿陆有限公司的ALLU 强力搅拌头和ALLU自行式压力输料罐车配合，可实现3～5m污染土壤层的修复，但ALLU强力搅拌头的切削力小，只适用于淤泥和软质污染土层的修复，不适合混有砂石的硬质污染土层的修复，特别不适合矿区重金属污染场地的原位修复。如现有技术中公开的一种加药、掘进、破碎、搅拌混合一体式污染土壤原位修复设备，可解决土壤的破碎、混合和搅拌等问题，但掘进的土壤深度受限，不能对深层污染土壤进行原位注药修复。矿冶场地中受重金属污染的深层土壤往往是混有砂石的硬质土壤，需要一种挖掘切削能力强，能实现深层污染土壤原位注药修复的设备。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于深层污染土壤原位修复的挖掘搅拌注药设备，具备切削扭矩大、强化挖掘搅拌、能多点给药功能，能够解决现有设备在原位修复深层污染土时修复效率低，难以解决混有砂石的硬质土层的深部原位注药修复问题。
该设备包括药剂高压喷浆系统和挖掘搅拌注药系统，药剂高压喷浆系统包括药剂搅拌槽、搅拌器、柴油发动机、高压喷浆泵、空气压缩机、高压喷浆管、压缩空气管、电瓶和浆液回流减压单元，浆液回流减压单元包括三通联接管、球形止回阀、卸压罐和减压阀；挖掘搅拌注药系统包括大扭矩挖掘搅拌单元和喷射注药单元，其中，大扭矩挖掘搅拌单元包括挖掘搅拌头、加长臂和吊耳，喷射注药单元包括注药钢管、喷枪、药剂注射头和不锈钢高压气管；
柴油发动机、高压喷浆泵、空气压缩机和电瓶安装于机架上，机架底部安装有定向大轮与万向小轮，方便药剂高压喷浆系统转换安放位置；药剂搅拌槽安装在机架前部，药剂搅拌槽上部安装搅拌器，柴油发动机通过皮带驱动高压喷浆泵和空气压缩机运行；高压喷浆管和压缩空气管分别与注药钢管和不锈钢高压气管相连；
挖掘搅拌注药系统的加长臂通过吊耳悬挂固定于挖掘机的机械臂上，挖掘搅拌头和加长臂通过螺栓固定，注药钢管置于加长臂两侧，喷枪以快接卡箍固定于注药钢管末端，药剂注射头通过螺纹套接于喷枪顶端，不锈钢高压气管以倾斜15°～30°角斜插于喷枪顶端。
其中，吊耳焊接在加长臂一端。
挖掘搅拌头中液压驱动马达的液压油管与挖掘机机械臂上的液压油管相连接，挖掘搅拌头的挖掘和搅拌动作由挖掘机控制。
药剂搅拌槽和高压喷浆泵通过三通联接管连接，球形止回阀通过快接卡箍固定于三通联接管和卸压罐之间，减压阀通过快接卡箍固定于卸压罐一侧，浆液回流减压单元控制药剂浆液稳定喷出，保证药剂浆液能稳定、连续喷出。
挖掘搅拌头为纵向铣挖头，外侧和底部以螺旋状安装有30～45个铣刨齿，铣刨齿的长度为10～15cm，铣刨齿的齿头以钨钢硬质合金加工，铣刨齿磨损后取出更换；挖掘搅拌头在工作压力300Pa时，输出扭矩为8000～15000牛顿米，切削力为38000～45000牛顿。
高压喷浆泵为高压柱塞泵，最大出口压力10～15MPa，最大水平输送距离 100～150m，输送药剂颗粒的最大粒径＜5mm。
高压喷浆管为耐磨橡胶喷浆管，能经受住颗粒状修复药剂对高压喷浆管内壁的磨损。
空气压缩机由柴油发动机通过皮带驱动，出口处压缩空气压力为 0.4～0.6MPa。
喷射注药单元配置为两套，分别设置于大扭矩挖掘搅拌单元的左右两侧，完成多点加药功能。
该设备中土壤修复药剂在药剂搅拌槽中加水被搅拌成浆状液后，由高压喷浆泵经由高压喷浆管输送到挖掘搅拌注药系统的喷枪中，同时，为扩大药剂浆液的喷散范围，由空气压缩机提供压缩空气，经由压缩空气管送到挖掘搅拌注药系统的喷枪中，喷枪中的药剂浆液在高液压和压缩空气吹散的双重作用下，以分散液滴呈多角度喷入土壤颗粒层中。
该设备的大扭矩挖掘搅拌单元需配合挖掘机使用，选配的挖掘机类型与挖掘搅拌头和加长臂的重量，以及土壤修复深度有关，一般选配10～20吨挖掘机即可满足深层污染土壤修复需求。
本发明的上述技术方案的有益效果如下：
上述方案中，挖掘搅拌注药系统与市售的挖掘机配合使用，以挖掘机的操纵杆控制挖掘搅拌头的挖掘和搅拌动作，因选用纵向铣挖头作为挖掘搅拌头，输出扭矩大，切削能力强，可将混有砂石的硬质土层切开挖松，并在挖掘机机械臂的挤压下，挖掘搅拌头可插入2～4m的深层土壤中。喷射注药单元中的喷枪固定于挖掘搅拌头两侧，能随挖掘搅拌头上下左右同步移动，药剂浆液能通过喷枪射入挖松的土壤层中，实现边挖掘搅拌边向深层土壤注药的目的。本发明中，为保证喷枪能于2～4m深的挖松土壤中稳定喷出药剂浆液，选用高压柱塞泵为高压喷浆泵，提供10～15MPa的出口压力，保证药剂浆液能以射流的方式注入土层中，土壤层中的喷射半径达300～500mm；同时，为保证喷枪喷出的药剂浆液能在空间上分布均匀，采用压缩空气同步注入喷枪，药剂浆液被吹散，呈细小的液滴群注入土层中，增加注药的均匀性。
附图说明
图1为本发明的用于深层污染土壤原位修复的挖掘搅拌注药设备整体示意图；
图2为本发明的用于深层污染土壤原位修复的挖掘搅拌注药设备的药剂高压喷浆系统结构示意图；
图3为本发明的用于深层污染土壤原位修复的挖掘搅拌注药设备的挖掘搅拌注药系统结构示意图；
图4为本发明的用于深层污染土壤原位修复的挖掘搅拌注药设备的喷枪结构示意图。
其中：1-药剂搅拌槽，2-搅拌器，3-柴油发动机，4-高压喷浆泵，5-空气压缩机，6-高压喷浆管，7-压缩空气管，8-电瓶，9-机架，10-定向大轮，11- 万向小轮，12-三通联接管，13-球形止回阀，14-卸压罐，15-减压阀，16-挖掘搅拌头，17-加长臂，18-吊耳，19-注药钢管，20-喷枪，21-药剂注射头，22- 不锈钢高压气管，23-液压驱动马达，24-铣刨齿。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明提供一种用于深层污染土壤原位修复的挖掘搅拌注药设备。
如图1所示，该设备包括药剂高压喷浆系统和挖掘搅拌注药系统，药剂高压喷浆系统包括药剂搅拌槽1、搅拌器2、柴油发动机3、高压喷浆泵4、空气压缩机5、高压喷浆管6、压缩空气管7、电瓶8和浆液回流减压单元，浆液回流减压单元包括三通联接管12、球形止回阀13、卸压罐14和减压阀15；挖掘搅拌注药系统包括大扭矩挖掘搅拌单元和喷射注药单元，其中，大扭矩挖掘搅拌单元包括挖掘搅拌头16、加长臂17和吊耳18，喷射注药单元包括注药钢管19、喷枪20、药剂注射头21和不锈钢高压气管22；
如图2，柴油发动机3、高压喷浆泵4、空气压缩机5和电瓶8安装于机架9上，机架9底部安装有定向大轮10与万向小轮11，药剂搅拌槽1安装在机架9前部，药剂搅拌槽1上部安装搅拌器2，柴油发动机3通过皮带驱动高压喷浆泵4和空气压缩机5运行；高压喷浆管6和压缩空气管7分别与注药钢管19和不锈钢高压气管22相连；
如图3，挖掘搅拌注药系统的加长臂17通过吊耳18悬挂固定于挖掘机的机械臂上，挖掘搅拌头16和加长臂17通过螺栓固定，注药钢管19置于加长臂17两侧，喷枪20以快接卡箍固定于注药钢管19末端，药剂注射头21通过螺纹套接于喷枪20顶端，如图4，不锈钢高压气管22以倾斜15°～30°角斜插于喷枪20顶端。吊耳18焊接在加长臂17一端。
挖掘搅拌头16中液压驱动马达23的液压油管与挖掘机机械臂上的液压油管相连接，挖掘搅拌头16的挖掘和搅拌动作由挖掘机控制。
药剂搅拌槽1和高压喷浆泵4通过三通联接管12连接，球形止回阀13 通过快接卡箍固定于三通联接管12和卸压罐14之间，减压阀15通过快接卡箍固定于卸压罐14一侧，浆液回流减压单元控制药剂浆液稳定喷出。
挖掘搅拌头16为纵向铣挖头，外侧和底部以螺旋状安装有30～45个铣刨齿24(在本实施例中设计为40个)，铣刨齿24的长度为10～15cm(在本实施例中设计为14cm)，铣刨齿24的齿头以钨钢硬质合金加工，铣刨齿24磨损后取出更换；挖掘搅拌头16在工作压力300Pa时，输出扭矩为8000～15000牛顿米，切削力为38000～45000牛顿。
高压喷浆泵4为高压柱塞泵，最大出口压力10～15MPa(本实施例中设计最大出口压力为12MPa)，最大水平输送距离100～150m(本实施例中设计为 120m)，输送药剂颗粒的最大粒径＜5mm。
空气压缩机5由柴油发动机3通过皮带驱动，出口处压缩空气压力为 0.4～0.6MPa(本实施例中设计为0.5MPa)。
喷射注药单元配置为两套，分别设置于大扭矩挖掘搅拌单元的左右两侧，完成多点加药功能。
该设备中挖掘搅拌注药系统悬挂固定于市售挖掘机的机械臂上，由挖掘机操控挖掘搅拌头16的挖掘和搅拌动作。
使用时，土壤修复药剂在药剂搅拌槽1中加水被搅拌成浆状液后，由高压喷浆泵4经由高压喷浆管6输送到挖掘搅拌注药系统的喷枪20中，同时，为保证药剂浆液的喷散均匀性，由空气压缩机5提供压缩空气，经由压缩空气管 7送到挖掘搅拌注药系统的喷枪20中，喷枪20中的药剂浆液在高液压和压缩空气吹散的双重作用下，以分散液滴呈多角度射入土壤颗粒层中。
具体的，首先，将挖掘搅拌注药系统通过吊耳18悬挂固定于挖掘机的机械臂上，挖掘搅拌头16中液压驱动马达23的液压油管与挖掘机机械臂上的液压油管相连接，药剂高压喷浆系统中的高压喷浆管6和压缩空气管7分别与喷射注药单元中的注药钢管19和不锈钢高压气管22相连接。其次，将土壤修复药剂倒入药剂高压喷浆系统的药剂搅拌槽1中，加水搅拌成浆状液；操控挖掘机向挖掘搅拌头16中液压驱动马达23注入液压油，使得挖掘搅拌头16旋转切削并插入土层中。然后，发动柴油发动机3，打开高压喷浆泵4和空气压缩机5，将药剂浆液喷入土层中；随着表层土壤被挖松，挖掘搅拌头16在挖掘机机械臂的挤压下，不断将深层土壤挖松、搅碎，挖掘搅拌头16带着喷枪20 也不断插入到更深的土层中，同时，药剂浆液也不断被喷入深层的土壤层中。最后，达到修复深度后，关闭柴油发动机3，停止向喷枪20输送药剂浆液和压缩空气，保持挖掘搅拌头16处于旋转状态，操控挖掘机将挖掘搅拌头16 拔出土壤层。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种用于深层污染土壤原位修复的挖掘搅拌注药设备，包括药剂高压喷浆系统和挖掘搅拌注药系统，其特征在于，药剂高压喷浆系统包括药剂搅拌槽、搅拌器、柴油发动机、高压喷浆泵、空气压缩机、高压喷浆管、压缩空气管、电瓶和浆液回流减压单元，浆液回流减压单元包括三通联接管、球形止回阀、卸压罐和减压阀；挖掘搅拌注药系统包括大扭矩挖掘搅拌单元和喷射注药单元，其中，大扭矩挖掘搅拌单元包括挖掘搅拌头、加长臂和吊耳，喷射注药单元包括注药钢管、喷枪、药剂注射头和不锈钢高压气管；
柴油发动机、高压喷浆泵、空气压缩机和电瓶安装于机架上，机架底部安装有定向大轮与万向小轮，药剂搅拌槽安装在机架前部，药剂搅拌槽上部安装搅拌器，柴油发动机通过皮带驱动高压喷浆泵和空气压缩机运行；高压喷浆管和压缩空气管分别与注药钢管和不锈钢高压气管相连；
挖掘搅拌注药系统的加长臂通过吊耳悬挂固定于挖掘机的机械臂上，挖掘搅拌头和加长臂通过螺栓固定，注药钢管置于加长臂两侧，喷枪以快接卡箍固定于注药钢管末端，药剂注射头通过螺纹套接于喷枪顶端，不锈钢高压气管以倾斜15°～30°角斜插于喷枪顶端；
土壤修复药剂在药剂搅拌槽中加水被搅拌成浆状液后，由高压喷浆泵经由高压喷浆管输送到挖掘搅拌注药系统的喷枪中，同时，由空气压缩机提供压缩空气，经由压缩空气管送到挖掘搅拌注药系统的喷枪中，喷枪中的药剂浆液在高液压和压缩空气吹散的双重作用下，以分散液滴呈多角度喷入土壤颗粒层中；
所述挖掘搅拌头为纵向铣挖头，外侧和底部以螺旋状安装有30～45个铣刨齿，铣刨齿的长度为10～15cm，铣刨齿的齿头以钨钢硬质合金加工，铣刨齿磨损后取出更换；挖掘搅拌头在工作压力300Pa时，输出扭矩为8000～15000牛顿米，切削力为38000～45000牛顿；
所述喷射注药单元配置为两套，分别设置于大扭矩挖掘搅拌单元的左右两侧，完成多点加药功能；
该设备应用时，首先，将挖掘搅拌注药系统通过吊耳悬挂固定于挖掘机的机械臂上，挖掘搅拌头中液压驱动马达的液压油管与挖掘机机械臂上的液压油管相连接，药剂高压喷浆系统中的高压喷浆管和压缩空气管分别与喷射注药单元中的注药钢管和不锈钢高压气管相连接；其次，将土壤修复药剂倒入药剂高压喷浆系统的药剂搅拌槽中，加水搅拌成浆状液；操控挖掘机向挖掘搅拌头中液压驱动马达注入液压油，使得挖掘搅拌头旋转切削并插入土层中；然后，发动柴油发动机，打开高压喷浆泵和空气压缩机，将药剂浆液喷入土层中；随着表层土壤被挖松，挖掘搅拌头在挖掘机机械臂的挤压下，不断将深层土壤挖松、搅碎，挖掘搅拌头带着喷枪也不断插入到更深的土层中，同时，药剂浆液也不断被喷入深层的土壤层中；最后，达到修复深度后，关闭柴油发动机，停止向喷枪输送药剂浆液和压缩空气，保持挖掘搅拌头处于旋转状态，操控挖掘机将挖掘搅拌头拔出土壤层。
2.根据权利要求1所述的用于深层污染土壤原位修复的挖掘搅拌注药设备，其特征在于，所述吊耳焊接在加长臂一端。
3.根据权利要求1所述的用于深层污染土壤原位修复的挖掘搅拌注药设备，其特征在于，所述挖掘搅拌头中液压驱动马达的液压油管与挖掘机机械臂上的液压油管相连接，挖掘搅拌头的挖掘和搅拌动作由挖掘机控制。
4.根据权利要求1所述的用于深层污染土壤原位修复的挖掘搅拌注药设备，其特征在于，所述药剂搅拌槽和高压喷浆泵通过三通联接管连接，球形止回阀通过快接卡箍固定于三通联接管和卸压罐之间，减压阀通过快接卡箍固定于卸压罐一侧，浆液回流减压单元控制药剂浆液稳定喷出。
5.根据权利要求1所述的用于深层污染土壤原位修复的挖掘搅拌注药设备，其特征在于，所述高压喷浆泵为高压柱塞泵，最大出口压力10～15MPa，最大水平输送距离100～150m，输送药剂颗粒的最大粒径＜5mm。
6.根据权利要求1所述的用于深层污染土壤原位修复的挖掘搅拌注药设备，其特征在于，所述空气压缩机由柴油发动机通过皮带驱动，出口处压缩空气压力为0.4～0.6MPa。
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