一种超声波破碎搅拌混匀原位修复装置的制作方法

1.本发明涉及污染土修复设备技术领域，尤其涉及一种超声波破碎搅拌混匀原位修复装置。


背景技术：

2.随着城市化和工业化的快速发展，作为人类生存与发展所必须的自然资源之一的土壤却面临着日益严重的环境安全问题。据2014年《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤环境状况不容乐观，其中工矿业及其废弃地土壤环境问题尤为突出，在调查的690家重污染企业用地及周边地区中，超标点位占36.3％，在81块工业废弃地中，超标点位占34.9％，其中以cd、zn、pb、as、hg污染为主，残留在土壤中的重金属因不能被微生物降解，而很难消除，且可以通过地下水或食物链等途径进入人体，严重影响人类健康。
3.固化/稳定化是指通过添加固化剂或稳定剂，将土壤中的有毒有害物质固定起来，或者将污染转化成化学性质不活泼的形态，阻止其在环境中的迁移、扩散等过程，从而降低污染物毒害程度的修复技术。固化/稳定化修复可在异位也可在原位进行。异位固化/稳定化适用于修复浅层污染土壤或大型机械无法进入的小型污染地块，且由于其能较好控制粘合剂的添加和混合质量，修复效果往往较为理想，不足之处是需要开挖污染土壤、暂存土壤、转运土壤和对污染土壤进行前处理(如破碎和筛分)，这些过程会造成扬尘和噪音，甚至挥发物释放等环境影响，且修复完成后还需回填或处置土壤，并对土壤进行压实与覆盖等操作，修复成本较高。原位固化/稳定化适用于深层及大面积污染土壤的治理与修复，其通过利用开凿或钻孔机械将粘合剂与受污染土壤原地直接混合，操作环节相对异位修复要少，对环境造成二次污染的风险也较小，并可显著降低污染土壤的治理与修复成本，但局限性在于难以有效治理粘稠度较大的土壤，容易受到地下障碍物(如碎石瓦砾等)和地层结构变化的影响，常因混合搅拌不够均匀而降低修复效果与质量，修复单元间对接不充分会形成污染土壤“夹层”，修复后土壤体积增容改变地面形状，操作过程对地面承载力和地块面积有一定的要求等。虽然我国目前已有不同类型的原位固化/稳定化修复设备，但是存在破碎不够充分、混合搅拌不均匀，设备部件价格昂贵等问题，导致处理后土壤中的污染物浸出浓度仍然无法达标。进口的原位修复设备以芬兰allu有限公司的原位搅拌设备为主，但该设备作用面积小、不适用于坚硬物料的破碎搅拌，而且原位修复效率低、施工场地适应能力不足、物料混匀效果差，应用具有局限性。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种超声波破碎搅拌混匀原位修复装置，解决了现有技术中重金属污染土壤的处理过程中土壤破碎不够充分、与稳定化药剂混合搅拌不均匀、不能在破碎、搅拌、混匀的同时加药、设备处理成本高的技术问题。根据本发明的修复装置，利用高强度超声波进行土壤破碎、搅拌、混匀，且破碎更彻底，搅拌混匀更完全，更加快速和省时省力，因此设备故障率很低，设备运行更加稳定和节约成本，本发明采用的技术方案如下：
5.根据本发明的一个方面，提供了一种超声波破碎搅拌混匀原位修复装置，包括中空的钻进轴，在所述钻进轴上端设有连接块，所述钻进轴的外侧壁上相对设有若干个搅拌臂，且位于同一侧的多个搅拌臂等距设置，位于不同侧的所述搅拌臂错位设置，若干个所述搅拌臂与所述钻进轴垂直连接，所述搅拌臂的上侧开设有若干个药剂孔，每个药剂孔上均设有喷药管，在每个所述搅拌臂的下侧通过连接杆连接有若干个搅拌齿，所述搅拌齿位于所述喷药管正下方，所述钻进轴的下端连接有钻头，在每个所述搅拌臂内部和所述钻头内部均安装有超声波处理器，在所述连接块上设有通电线和加药管，所述加药管均与每个所述喷药管连通。
6.优选的，所述搅拌臂的个数为4
‑
6个。
7.优选的，所述喷药管的个数为5
‑
6个。
8.优选的，所述搅拌齿的个数为5
‑
6个。
9.优选的，所述搅拌臂采用耐磨的合金制成。
10.优选的，所述钻头为高强度的合金钻头。
11.优选的，所述超声波处理器包括超声波发生器和超声波换能器。
12.优选的，所述搅拌齿为硬质的合金刀头。
13.优选的，所述连接杆为电动推杆。
14.本发明采用的上述技术方案，具有如下显著效果：
15.(1)本发明的修复装置包括中空的钻进轴，在钻进轴上端设有连接块，钻进轴的外侧壁上相对设有若干个搅拌臂，若干个搅拌臂与钻进轴垂直连接，搅拌臂的上侧开设有若干个药剂孔，每个药剂孔上均设有喷药管，在每个搅拌臂的下侧通过连接杆连接有若干个搅拌齿，钻进轴的下端连接有钻头，在每个搅拌臂内部和钻头内部均安装有超声波处理器，在连接块上设有通电线和加药管，加药管均与每个喷药管连通，本发明将钻进、破碎、加药、搅拌、混匀多种功能集成在一台装置上，使污染土壤的修复工序得到简化，解决了现有技术中重金属污染土壤破碎不完全、药剂混合搅拌不均匀、不能在土壤破碎、搅拌、混匀的同时加药等技术问题。
16.(2)本发明采用原位修复技术，不需要开挖和运输土壤，减少二次污染，处理成本也远低于异位修复技术。
17.(3)本发明利用高强度超声波进行土壤破碎、搅拌、混匀，配合搅拌臂和搅拌齿的设计，使设备能够在短时间之内完成多项工作，且破碎更彻底，搅拌混匀更完全，相较于其他处理方式，更加快速和省时省力。
18.(4)本发明利用高强度超声波进行土壤破碎、搅拌、混匀，与其他机械设备采用电机相比，超声波发生器的功率更低，运行过程中更加节约成本。另外，超声波发生器没有复杂的机械结构，同时工作时也没有施加作用力，因此设备故障率很低，运行更加稳定，设备维修、维护及运行成本都远低于机械设备。
19.(5)本发明适用广泛，适用于各类规模的污染场地修复,不仅可用于土壤重金属固化稳定化修复，还可用于土壤原位化学氧化/还原和水土共治。
附图说明
20.图1是本发明的结构示意图。
[0021]1‑
钻进轴，2
‑
连接块，3
‑
搅拌臂，4
‑
喷药管，5
‑
搅拌齿，6
‑
钻头，7
‑
超声波处理器，8
‑
通电线，9
‑
加药管。
具体实施方式
[0022]
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
[0023]
如图1所示，根据本发明的一种超声波破碎搅拌混匀原位修复装置，超声波破碎搅拌混匀原位修复装置，包括中空的钻进轴1，在钻进轴1上端设有连接块2，钻进轴1的外侧壁上相对设有4个搅拌臂3，且位于同一侧的2个搅拌臂3等距设置，位于不同侧的搅拌臂3错位设置，4个搅拌臂3与钻进轴1垂直连接，搅拌臂3采用耐磨的合金制成，使用寿命长，搅拌臂3的上侧开设有5个药剂孔，每个药剂孔上均设有喷药管4，在每个搅拌臂3的下侧通过连接杆连接有5个搅拌齿5，连接杆为电动推杆，可以进行伸缩。搅拌齿5为硬质的合金刀头。搅拌齿5位于喷药管4正下方，钻进轴1的下端连接有钻头6，钻头6为高强度的合金钻头，在达一定深度或者遇到石块等硬物不易损坏，且使用寿命长。在每个搅拌臂3内部和钻头6内部均安装有超声波处理器7，超声波处理器7包括超声波发生器和超声波换能器，超声波发生器的作用是把市电转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号，驱动超声波换能器工作，产生机械振动，增强设备钻头和搅拌臂的破碎搅拌混匀强度，在连接块上设有通电线8和加药管9，加药管9均与每个喷药管4连通。钻头6上的超声波处理器能将超声能量集中在钻头上，提高钻进和破碎效率，使钻头破碎效果更好。
[0024]
采用本发明一种超声波破碎搅拌混匀原位修复装置进行土壤修复的操作方法如下：
[0025]
第一步，将本装置的连接块固定在土壤修复一体化设备上，并使本装置的通电线8和加药管9与一体化设备的供电端和加药泵连接，将整个设备安置在需要修复的污染场地上。
[0026]
第二步，接通电源，启动本装置钻头6上和搅拌臂3内部的超声波处理器，将高频率超声波转换为本装置所需的高强钻进和搅拌动力。
[0027]
第三步，将本装置顺时针旋转，钻进要求的修复深度，在钻进的同时，搅拌臂3和搅拌齿5对钻进区域内的土壤进行破碎。
[0028]
第四步，加药泵将稳定化药剂通过搅拌臂3上的喷药管4输送到钻进区域，搅拌臂3和搅拌齿5将喷洒的药剂和破碎的污染土壤进行搅拌、混匀。
[0029]
第五步，将本装置逆时针旋转提升，逆时针旋转的搅拌臂3和搅拌齿5再次将污染土壤和药剂进行破碎搅拌混匀，使污染土壤与药剂充分反应以达到治理污染的效果。
[0030]
以下是本发明的应用实例：
[0031]
甘肃某铬盐厂，由于历史原因，该厂生产线在长达二十多年的生产过程中，铬渣长期露天堆存，造成土壤、厂房及设备的铬污染，并产生了大量的铬污染工业垃圾。根据规划，该地块修复后拟作为工业用地开发利用。该场地土壤污染物为六价铬，污染深度为0.5
‑
10m；污染土壤样品采用《固体废物浸出毒性浸出方法硫酸硝酸法》(hj/t 299
‑
2007)浸出，
浸出液中六价铬的浓度为42.92mg/l，超出《地下水质量标准》(gb/t 14848
‑
2017)ⅲ类标准的858.4倍，污染土壤ph为10.99。场地地下水埋深达200m，地下水未受到污染。该厂区地势平坦、地层结构简单，自上而下可分为：杂填土层、粉砂黏土层、卵石层。经过修复技术论证，场地污染土壤采用原位固化稳定化技术进行修复，修复设备的破碎搅拌混匀装置采用本发明。本发明装置钻进喷搅拌作业采用四搅四喷工艺，其中搅拌头下钻速度为0.6
‑
0.8m/min，提升速度为0.8
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1.0m/min，搅拌臂达到设计深度时，停留并搅拌时间为10s。采用超声波处理器后，设备节能30％。因此本发明装置的搅拌工艺和设备节能均优于传统搅拌装置。
[0032]
以上所述仅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，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。