CN115487699B - 一种土壤中污染物高压涡流高效分离装置 - Google Patents

一种土壤中污染物高压涡流高效分离装置 Download PDF

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Abstract

一种土壤中污染物高压涡流高效分离装置，沿分离液流向依次包括：收缩管，其始端为分离液进口，其内的底部设有分流抬升面；第一混合室，其顶部设有土料进口，其左右两侧内壁呈圆弧形；高压混合管，其内设有旋转叶片；扩张管，其末端底部设有土料出口；第二混合室，其后侧内壁呈圆弧形。土壤与借助分流抬升面形成的分离液在第一混合室内湍流混合，而后进入高压混合管实现进一步混合、分离，进入扩张管减缓冲击压力，进入第二混合室实现二次混合和降速，最终从土料出口收集，实现对污染土壤的高效、快速分离。本装置采用高压冲刷和特殊构型设计，显著提升了污染物与土壤颗粒的分离效能，解决了目前技术混合不均匀、分离效率低、占地面积大等不足。

Description

一种土壤中污染物高压涡流高效分离装置
技术领域
本发明涉及土壤修复设备技术领域，具体涉及一种土壤中污染物高压涡流高效分离装置。
背景技术
在国内外场地修复常用技术中，通过分离液与土壤的搅拌混合，实现污染物从土壤相到水相的迁移，进而固液分离实现污染物的去除，是常用的修复手段。该技术通过配置不同性质的分离液，实现对有机物、重金属等不同类别污染物的清除，能够显著降低土壤污染物含量。
其中，异位分离工艺相对于其他修复方式效果良好、可靠性高，近年来已得到广泛关注。异位分离工艺的效果与土壤和分离液的混合情况密切相关，现有主流混合搅拌装置通常采用土块破碎、颗粒筛分、振动混合、滚筒混合、螺旋搅拌、多级处理等工艺，实现分离液和土壤的充分混合。但是，这些工艺仍存在一定的混合不均匀、效率低、占地面积大等不足。
目前，关乎高压涡流高效分离装备的设计较少，相关技术主要通过增加分离液压力来提升混合效率，而针对管道结构效能方面缺乏相关技术，因此，针对管道的构型设计及分离效率方面仍需要更加完善的冲淋结构方案。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种土壤中污染物高压涡流高效分离装置。
本发明提供了一种土壤中污染物高压涡流高效分离装置，用于分离液和土壤的混合，具有这样的特征，沿分离液流向依次包括：收缩管，用于使流经的分离液的流速增加，收缩管的始端为分离液进口，收缩管内的底部设有分流抬升面，分流抬升面用于使流经的分离液分成左右两股，并同时抬升；第一混合室，用于供流经的分离液与投加的土壤形成一次湍流混合，第一混合室的顶部设有土料进口，第一混合室的左右两侧内壁呈便于形成湍流的圆弧形；高压混合管，用于供流经的分离液和土壤的混合物在内流动冲洗，高压混合管内设有旋转叶片，旋转叶片用于使流经的分离液和土壤的混合物旋转并混合；扩张管，用于使流经的分离液和土壤的混合物的流速降低，并同时进一步地混合，扩张管的末端底部设有土料出口；以及第二混合室，用于供分离液和土壤的混合物碰撞内壁形成二次湍流混合，并同时降低流速和冲击力，第二混合室的后侧内壁呈便于形成湍流的圆弧形。
在本发明提供的土壤中污染物高压涡流高效分离装置中，还可以具有这样的特征：分流抬升面包括第一平滑曲面和第二平滑曲面，第一平滑曲面和第二平滑曲面在收缩管内左右分布，并且其到收缩管的底侧内壁的距离沿始端往末端方向逐渐增大。
在本发明提供的土壤中污染物高压涡流高效分离装置中，还可以具有这样的特征：旋转叶片为多个，高压混合管内设有沿轴向分布的多组旋转叶片组，并且每组旋转叶片组包括沿高压混合管的周向分布的至少两个旋转叶片。
在本发明提供的土壤中污染物高压涡流高效分离装置中，还可以具有这样的特征：土料进口呈竖直设置的管状。
在本发明提供的土壤中污染物高压涡流高效分离装置中，还可以具有这样的特征：土料出口呈竖直设置的管状。
在本发明提供的土壤中污染物高压涡流高效分离装置中，还可以具有这样的特征：分离液进口处设有流量计。
在本发明提供的土壤中污染物高压涡流高效分离装置中，还可以具有这样的特征：高压混合管的中部设有压力表。
在本发明提供的土壤中污染物高压涡流高效分离装置中，还可以具有这样的特征：第一混合室和高压混合管内的介质压力为80～150MPa。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的土壤中污染物高压涡流高效分离装置，因为包括依次连通的收缩管、第一混合室、高压混合管、扩张管、以及第二混合室，其中，收缩管内设有分流抬升面，第一混合室采用左右两侧内壁呈圆弧形的腔室设计，并且顶部设有土料进口，高压混合管内设有旋转叶片，扩张管的末端底部设有土料出口，第二混合室采用后侧内壁呈圆弧形的腔室设计。当待分离土壤进入第一混合室时，土壤和借助分流抬升面形成的分离液在第一混合室内形成一次湍流混合，而后进入高压混合管，并通过其内旋转叶片实现进一步混合、分离，之后进入扩张管减缓冲击压力，再进入第二混合室再次进行碰撞冲击，实现二次湍流混合和降速，最终从扩张管末端的土料出口进行收集，实现对污染土壤的高效、快速分离。所以，本土壤中污染物高压涡流高效分离装置采用高压冲刷和特殊构型设计，显著提升了污染物与土壤颗粒的分离效能，解决了目前技术混合不均匀、效率低、占地面积大的不足，也降低了成本，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的实施例中土壤中污染物高压涡流高效分离装置的侧视剖面图；
图2是本发明的实施例中土壤中污染物高压涡流高效分离装置的俯视剖面图；
图3是本发明的实施例中高压混合管内的旋转叶片的结构示意图。
附图标记说明：
100土壤中污染物高压涡流高效分离装置；10收缩管；11分离液进口；12分流抬升面；121第一平滑曲面；122第二平滑曲面；20第一混合室；21土料进口；30高压混合管；31旋转叶片；40扩张管；41土料出口；50第二混合室；60流量计；70压力表。
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，以下实施例结合附图对本发明作具体阐述。
实施例
图1是土壤中污染物高压涡流高效分离装置100的侧视剖面图，图2是土壤中污染物高压涡流高效分离装置100的俯视剖面图。
如图1和图2所示，本实施例提供了一种土壤中污染物高压涡流高效分离装置100，主要包括依次连通的收缩管10、第一混合室20、高压混合管30、扩张管40、以及第二混合室50。
收缩管10的始端(或者说大径端)为供高压分离液进入的分离液进口11，收缩管10的末端(或者说小径端)与第一混合室20连接，收缩管10通过管径逐渐变小使流经的分离液的流速增加。收缩管10内的底部设有分流抬升面12，分流抬升面12包括第一平滑曲面121和第二平滑曲面122，第一平滑曲面121和第二平滑曲面122在收缩管10内左右分布，并且其到收缩管10的底侧内壁的距离沿始端往末端方向逐渐增大，如此能使流经分流抬升面12的分离液分成左右两股，并同时平稳抬升，进一步地增加流速。
第一混合室20的顶部设有供土壤进入的土料进口21，土料进口21呈竖直设置的管状，使得土壤在重力作用下落入第一混合室20内。第一混合室20采用圆形腔室设计，具体地，第一混合室20的左右两侧内壁呈圆弧形，用于对经过分流抬升面12分流抬升的两股分离液导流，使其在第一混合室20内形成湍流流动。如图2所示，当两股分离液进入第一混合室20，并且土壤从土料进口21落入第一混合室20时，这两股分离液在第一混合室20内壁的导流下汇合碰撞以及在重力作用下下落，同时其与土壤形成激烈碰撞，实现强效混合、破碎以及分离，其中的一部分混合物会流入高压混合管30，另一部分混合物会在第一混合室20内呈湍流流动，如此实现分离液和土壤的充分混合以及污染物高效转移至分离液的充分分离。
高压混合管30供流经的分离液和土壤的混合物在内流动冲洗，这里的“流动冲洗”指的是分离液和土壤充分混合和碰撞。高压混合管30内设有沿轴向分布的多组旋转叶片31组，每组旋转叶片31组包括沿高压混合管30的周向分布的多个旋转叶片31。如图3示所示的旋转叶片31的结构示意图，旋转叶片31呈弧形曲线状。旋转叶片31的设置使流经的分离液和土壤在高压混合管30内摩擦、旋转，形成湍流流动，实现进一步的混合及分离。
扩张管40的始端(或者说小径端)与高压混合管30的末端连接，扩张管40的末端(或者说大径端)与第二混合室50连接，扩张管40通过管径逐渐增大使流经扩张管40的分离液和土壤的混合物的流速降低，以减缓冲击力，并同时使分离液和土壤进一步地混合。扩张管40的末端底部设有土料出口41，土料出口41呈竖直设置的管状，以供扩张管40中的混合物及从第二混合室50回流的混合物在重力作用下流出。
第二混合室50供分离液和土壤的混合物碰撞内壁形成二次湍流混合，并同时降低流速和冲击力，便于后续出料。第二混合室50采用半圆形腔室设计，具体地，第二混合室50的后侧内壁呈圆弧形，用于对分离液和土壤的混合物导流，使其经碰撞回流形成湍流流动，实现分离液和土壤的二次混合。
本土壤中污染物高压涡流高效分离装置在使用时，待分离土壤先是从土料进口21落入第一混合室20进行一次混合作业，借助分流抬升面12形成的分离液湍流实现混合、分离，而后进入高压混合管30，借助高压混合管30内的旋转叶片31实现进一步地混合、分离，之后进入扩张管40减缓流速，降低冲击力，再之后进入第二混合室50再次进行碰撞冲击，实现二次混合和降速，最终从土料出口41进行收集。分离液先是从分离液进口11进入，经过收缩管10和分流抬升面12实现进一步提速和分流，增大了分离过程地冲击力和混合程度，而后进入第一混合室20和高压混合管30，与土壤混合流动，最终同样从土料出口41进行收集。
其中，从土料进口21投加的土壤需事先经过破碎和筛分，不宜含有较大颗粒土块及石子，否则会损坏分流抬升面12、第一混合室20、高压混合管30、扩张管40、以及第二混合室50。因此，在具体实施时，需在土料进口21前安装破碎装置、筛分装置、输送装置，以配合本土壤中污染物高压涡流高效分离装置进行使用。
从分离液进口11进入的分离液需要配备高压泵进行输送，输送压力视实际设备情况决定，推荐压力在80～150MPa之间，能够取得较为良好的分离效果。进一步地，分离液进口11处设有流量计60，流量计60的设置能够对进入高压混合管30的分离液进行计量，从而便于监控与调节，分离液的流量可根据高压混合管30内的压力进行适当调节。高压混合管30的中部设有压力表70，压力表70的设置能够对高压混合管30中的混合物压力进行测量，从而便于监控与调节，压力表70检测到的高压混合管30内的混合物压力宜为80～150MPa。
需要说明的是，本土壤中污染物高压涡流高效分离装置100未设置相关管段阀门，在具体实施时，应按照实际操作需要设置流量控制阀门等。
从土料出口41收集的是分离液和土壤的混合物，后续还应经过固液分离工序，最后分离得到的分离液回收循环利用，分离得到的土壤完成了污染物去除。
本土壤中污染物高压涡流高效分离装置100可以进行多级串联，进一步地提升分离效果，也可以多个平行使用，提升土壤处理量。
实施例的作用与效果
根据本实施例所涉及的土壤中污染物高压涡流高效分离装置，因为包括依次连通的收缩管、第一混合室、高压混合管、扩张管、以及第二混合室，其中，收缩管内设有分流抬升面，第一混合室采用两侧内壁呈圆弧形的腔室设计，并且顶部设有土料进口，高压混合管内设有旋转叶片，扩张管的末端底部设有土料出口，第二混合室采用后侧内壁呈圆弧形的腔室设计。当待分离土壤进入第一混合室时，土壤和借助分流抬升面形成的分离液在第一混合室内形成一次湍流混合，而后进入高压混合管，并通过其内旋转叶片实现进一步混合、分离，之后进入扩张管减缓冲击压力，再进入第二混合室再次进行碰撞冲击，实现二次湍流混合和降速，最终从扩张管末端的土料出口进行收集，实现对污染土壤的高效、快速分离。所以，本土壤中污染物高压涡流高效分离装置采用高压冲刷和特殊构型设计，显著提升了污染物与土壤颗粒的分离效能，解决了目前技术混合不均匀、效率低、占地面积大的不足，也降低了成本，具有良好的应用前景。
其中，分离液由高压泵输送。在冲洗过程中，高压分离液能够与土壤充分混合、切割以及碰撞，促进污染物从土壤颗粒上剥离，使污染物高效转移至分离液中。第一混合室和高压混合管内的压力宜为80～150Mpa，不仅能保证分离液与土壤充分混合，还能避免过高的冲击力造成高压混合管内旋转叶片的损坏。
采用两段混合室设计，显著提升了污染物与土壤颗粒的分离效果。其中，第一混合室采用分流混合模式，高压分离液经分流抬升面形成两股高速分离液流，在第一混合室内相撞形成湍流流动，与投加的土壤形成激烈碰撞，实现强效混合、破碎和分离。第二混合室采用冲撞混合模式，冲淋混合物经碰撞回流形成湍流流动，实现了分离液与土壤的二次混合。
旋转叶片可以在高压混合管内沿轴向分布成多组，每组的旋转叶片可以沿高压混合管的周向分布。旋转叶片能使高压分离液和土壤在高压混合管内摩擦、旋转，形成湍流流动，实现充分混合。其充分利用了管内压力与速度，实现了高压射流和直管混合的同时进行，大大增加了分离效率，减少设备占地面积和成本。
扩张管和第二混合室可以有效降低末端压力，增加本装置的使用寿命。其中，扩张管通过管径增大实现高压高速冲淋混合物的降速，有效减少了对管道末端的冲击。第二混合室通过圆弧形后侧内壁显著降低了分离液对管道的冲击。
在分离液进口处设有流量计，流量计能够对进入高压混合管的分离液进行计量。在高压混合管的中部设有压力表，压力表能够对高压混合管中的混合物压力进行测量。通过设置流量计和压力表，便于对本装置内介质的流量和压力进行监控与调节。
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 (7)

1.一种土壤中污染物高压涡流高效分离装置，用于分离液和土壤的混合，其特征在于，沿分离液流向依次包括：
收缩管，用于使流经的分离液的流速增加，所述收缩管的始端为分离液进口，所述收缩管内的底部设有分流抬升面，所述分流抬升面用于使流经的分离液分成左右两股，并同时抬升；
第一混合室，用于供流经的分离液与投加的土壤形成一次湍流混合，所述第一混合室的顶部设有土料进口，所述第一混合室的左右两侧内壁呈便于形成湍流的圆弧形；
高压混合管，用于供流经的分离液和土壤的混合物在内流动冲洗，所述高压混合管内设有旋转叶片，所述旋转叶片用于使流经的分离液和土壤的混合物旋转并混合；
扩张管，用于使流经的分离液和土壤的混合物的流速降低，并同时进一步地混合，所述扩张管的末端底部设有土料出口；以及
第二混合室，用于供分离液和土壤的混合物碰撞内壁形成二次湍流混合，并同时降低流速和冲击力，所述第二混合室的后侧内壁呈便于形成湍流的圆弧形，
其中，所述分流抬升面包括第一平滑曲面和第二平滑曲面，
所述第一平滑曲面和所述第二平滑曲面在所述收缩管内左右分布，并且其到所述收缩管的底侧内壁的距离沿始端往末端方向逐渐增大。
2.根据权利要求1所述的土壤中污染物高压涡流高效分离装置，其特征在于：
其中，所述旋转叶片为多个，
所述高压混合管内设有沿轴向分布的多组旋转叶片组，并且每组所述旋转叶片组包括沿所述高压混合管的周向分布的至少两个所述旋转叶片。
3.根据权利要求1所述的土壤中污染物高压涡流高效分离装置，其特征在于：
其中，所述土料进口呈竖直设置的管状。
4.根据权利要求1所述的土壤中污染物高压涡流高效分离装置，其特征在于：
其中，所述土料出口呈竖直设置的管状。
5.根据权利要求1所述的土壤中污染物高压涡流高效分离装置，其特征在于：
其中，所述分离液进口处设有流量计。
6.根据权利要求1所述的土壤中污染物高压涡流高效分离装置，其特征在于：
其中，所述高压混合管的中部设有压力表。
7.根据权利要求1所述的土壤中污染物高压涡流高效分离装置，其特征在于：
其中，所述第一混合室和所述高压混合管内的介质压力为80～150MPa。
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