一種污染泥土原位固化穩定化處置系統

《一種污染泥土原位固化穩定化處置系統》是中國科學院武漢岩土力學研究所於2013年1月9日申請的專利，該專利的公布號為CN103046538A，申請公布日為2013年4月17日，發明人是薛強、陳億軍、陳益人、劉磊、張民。該發明屬於環境岩土工程技術領域。

《一種污染泥土原位固化穩定化處置系統》所述的處置系統由履帶式挖機、履帶車、攪拌頭、液壓伸縮桿、線管控制集合器、控制作業系統、粉劑罐、氣壓動力裝置、水劑罐、液壓動力裝置和相關感測器構成。攪拌頭的傳動器通過液壓動力裝置驅動，安全可靠；鑽頭能破碎污染泥土中的岩石和硬塊，能適應複雜工況的施工、保證攪拌輪的工作效率和保證攪拌頭的安全運行；液壓伸縮桿保證攪拌頭達到更大的施工深度；材料和動力裝置安裝於履帶車上，運輸施工方便與履帶式挖機同步，適應複雜的施工環境；電磁閥和感測器與控制作業系統連線，在控制作業系統上設定相關施工參數並實時記錄和處理數據，提高了工作效率。

2017年12月11日，《一種污染泥土原位固化穩定化處置系統》獲得第十九屆中國專利優秀獎。

（概述圖為《一種污染泥土原位固化穩定化處置系統》摘要附圖）

基本介紹

• 中文名：一種污染泥土原位固化穩定化處置系統
• 申請人：中國科學院武漢岩土力學研究所
• 申請日：2013年1月9日
• 申請號：2013100061975
• 公布號：CN103046538A
• 公布日：2013年4月17日
• 發明人：薛強、陳億軍、陳益人、劉磊、張民
• 地址：湖北省武漢市武昌區小洪山
• 分類號：E02D3/12(2006.01)I
• 類別：發明專利

專利背景

污泥、淤泥和污染土都屬於污染泥土範疇。中國污染泥土處理處置形勢十分嚴峻。隨著中國城市化的迅速發展，城市污泥排放量急劇增長導致的環境安全問題日益突出。城市脫水污泥具有高親水、高含水、高有機質含量和低滲透等特點導致在工程中處置難度大，如何進一步處理利用成為關鍵問題。改善湖泊水質、保持河道泄洪能力和內陸航道暢通，大規模的環境疏浚、清淤工程不可避免，由此而產生大量的水體疏浚淤泥涵待處理。污染土面積廣大，據統計，全國受污染的耕地約有1.5億畝，污水灌溉污染耕地3250萬畝，固體廢棄物堆存占地和毀田200萬畝，合計約占中國耕地總面積的1/10以上。污染泥土已成為亟待解決的重要環境問題之一。

根據國家對污染泥土穩定化、無害化、減量化、資源化發展的戰略需求，原位固化穩定化是污染泥土的重要的出路，原位固化穩定化技術具有快速、高效、環保和經濟等特點，能同時處理多金屬污染泥土，應急作用突出，廣泛套用於污泥、淤泥和污染土等各類危險廢物的處理，歐美國家率先開展了該技術的研究，在美國超基金項目中，超過200個項目（占20％以上）涉及該技術。通過原位固化穩定化處理，能有效改善高含水率、低強度和重金屬污染的污染泥土土質，變為具有高強度、低滲透和重金屬固化穩定化的性質。處理後的污染泥土主要成為填方材料，代替砂石和土料，用於填土工程、築堤工程及道路工程等。由於其不需要對污染泥土進行搬運，節省了運輸費用，同時減小了污染物環境暴露的可能性，因此，原位固化穩定化技術將是今後所廣泛採納的處理處置技術。

為了實現深層土壤和固化劑的均混，通常要利用各種鑽探、攪拌和注漿等設備，根據現場實際工況選擇合適的混合方式。由於中國相關行業起步較晚，原位固化穩定化技術及設備發展緩慢，如淤泥固化處理機（專利：ZL200420028026.9）處理效率低，成本高；淤泥原位固化裝置（專利：201120473034.4）的攪拌頭為機械驅動，已發生故障且攪拌頭的長度有限，原位的處理深度有限，且對於有一定碎石的泥土難以處理，難以滿足工程的需要。

因此，在2013年1月之前的技術基礎上，集成已有儀器設備，研發污染泥土原位固化穩定化裝置是亟待解決的問題。

發明內容

專利目的

針對上述存在的問題，該發明的目的在於提供一種經濟快捷的污染泥土原位固化穩定化處置系統。

技術方案

《一種污染泥土原位固化穩定化處置系統》包括履帶式挖機及履帶車，其中履帶式挖機的挖掘臂的前端設定有攪拌頭，攪拌頭由殼體、鑽頭、鑽頭傳動器、攪拌輪傳動器、攪拌輪和轉軸構成，攪拌頭通過液壓伸縮桿與履帶式挖機的挖掘臂連線，液壓伸縮桿與攪拌頭和履帶式挖機之間分別採用法蘭盤連線，殼體呈容器狀，殼體內底部設定有鑽頭傳動器，鑽頭傳動器與鑽頭活動連線，鑽頭傳動器上方設定有攪拌輪傳動器和轉軸，轉軸活動貫穿殼體，轉軸兩端對稱設定有攪拌輪，轉軸與攪拌輪傳動器之間齒輪連線，轉軸垂直於鑽頭，殼體上設定有第一液壓管接頭和第二液壓管接頭，攪拌輪傳動器和第一液壓管接頭之間管道連線，鑽頭傳動器和第二液壓管接頭之間管道連線，殼體外壁上設定有含水率感測器、溫度感測器、粉劑噴頭固定器和水劑噴頭固定器，粉劑噴頭固定器上設定有粉劑噴頭，水劑噴頭固定器上設定有水劑噴頭，攪拌頭的法蘭盤上設定有高壓氣噴頭，高壓氣噴頭的噴口平行於鑽頭，履帶式挖機上設定有線管控制集合器、控制作業系統，線管控制集合器上設定有各轉換接頭，各轉換接頭均設定有電磁閥，電磁閥和控制作業系統之間導線連線，粉劑罐、氣壓動力裝置、水劑罐和液壓動力裝置設定在履帶車上，粉劑罐與氣壓動力裝置之間管道連線，管道上設定有粉劑罐壓力控制器，粉劑罐的內壁設定有粉劑計量感測器，水劑罐與氣壓動力裝置之間管道連線，管道上設定水劑罐壓力控制器，水劑罐內壁設定有水劑計量感測器，粉劑罐上設有粉劑管，粉劑管通過線管控制集合器的轉換接頭與粉劑噴頭連線，氣壓動力裝置上設有高壓氣管，高壓氣管通過線管控制集合器的轉換接頭與高壓氣噴頭連線，水劑罐上設有水劑管，水劑管通過線管控制集合器的轉換接頭與水劑噴頭連線，液壓動力裝置上設定有連線第二液壓管接頭的液壓管，液壓動力裝置上設定有連線第一液壓管接頭的液壓管，液壓動力裝置上設定有連線液壓伸縮桿的液壓管，所述的液壓管分別通過線管控制集合器的轉換接頭。粉劑噴頭和水劑噴頭的噴口垂直於轉軸。含水率感測器和溫度感測器位於高壓氣噴頭的噴口下方，含水率感測器和溫度感測器分別經導線連線控制作業系統。粉劑罐壓力控制器、水劑罐壓力控制器、粉劑計量感測器、水劑計量感測器、氣壓動力裝置和液壓動力裝置通過導線與控制作業系統連線。

改善效果

由於採用了以上技術方案，《一種污染泥土原位固化穩定化處置系統》的攪拌頭內的攪拌輪傳動器和鑽頭傳動器通過液壓動力裝置驅動，較機械鏈條驅動更加方便可靠，不容易出現故障；攪拌頭的底部設定的鑽頭能破碎污染泥土中的岩石和硬塊，從而保證攪拌輪的工作效率，且能避免攪拌輪被岩石和硬塊破壞；攪拌頭上的水劑噴頭和粉劑噴頭的噴口與轉軸垂直，能保證水劑和粉劑的噴射效率；攪拌頭通過液壓伸縮桿與履帶式挖機的挖掘臂連線，藉助液壓伸縮桿的伸縮功能，保證了攪拌頭能達到更大的施工深度；同時，液壓伸縮桿、履帶式挖機的挖掘臂和攪拌頭之間採用法蘭盤連線，便於拆卸運輸；粉劑罐、氣壓動力裝置、水劑罐和液壓動力裝置安裝於履帶車上，運輸施工方便與履帶式挖機同步，適應複雜的施工環境；電磁閥和感測器與控制作業系統連線，在控制作業系統上設定相關施工參數並實時記錄和處理數據，提高了工作效率。

附圖說明

圖1為《一種污染泥土原位固化穩定化處置系統》的結構示意圖。

附圖說明

權利要求

1.《一種污染泥土原位固化穩定化處置系統》包括履帶式挖機（27）及履帶車（31），其特徵在於：其中履帶式挖機（27）的挖掘臂的前端設定有攪拌頭（3），攪拌頭（3）由殼體、鑽頭（1）、鑽頭傳動器（2）、攪拌輪傳動器（19）、攪拌輪（4）和轉軸（18）構成，攪拌頭（3）通過液壓伸縮桿（11）與履帶式挖機（27）的挖掘臂連線，液壓伸縮桿（11）與攪拌頭（3）和履帶式挖機（27）之間分別採用法蘭盤連線，殼體呈容器狀，殼體內底部設定有鑽頭傳動器（2），鑽頭傳動器（2）與鑽頭（1）活動連線，鑽頭傳動器（2）上方設定有攪拌輪傳動器（19）和轉軸（18），轉軸（18）活動貫穿殼體，轉軸（18）兩端對稱設定有攪拌輪（4），轉軸（18）與攪拌輪傳動器（19）之間齒輪連線，轉軸（18）垂直於鑽頭（1），殼體上設定有第一液壓管接頭（15）和第二液壓管接頭（16），攪拌輪傳動器（19）和第一液壓管接頭（15）之間管道連線，鑽頭傳動器（2）和第二液壓管接頭（16）之間管道連線，殼體外壁上設定有含水率感測器（6）、溫度感測器（7）、粉劑噴頭固定器（13）和水劑噴頭固定器（14），粉劑噴頭固定器（13）上設定有粉劑噴頭（5），水劑噴頭固定器（14）上設定有水劑噴頭（17），攪拌頭（3）的法蘭盤上設定有高壓氣噴頭（8），高壓氣噴頭（8）的噴口平行於鑽頭（1），履帶式挖機（27）上設定有線管控制集合器（25）、控制作業系統（26），線管控制集合器（25）上設定有各轉換接頭，各轉換接頭均設定有電磁閥，電磁閥和控制作業系統（26）之間導線連線，粉劑罐（21）、氣壓動力裝置（20）、水劑罐（28）和液壓動力裝置（29）設定在履帶車（31）上，粉劑罐（21）與氣壓動力裝置（20）之間管道連線，管道上設定有粉劑罐壓力控制器（32），粉劑罐（21）的內壁設定有粉劑計量感測器（22），水劑罐（28）與氣壓動力裝置（20）之間管道連線，管道上設定水劑罐壓力控制器（33），水劑罐（28）內壁設定有水劑計量感測器（30），粉劑罐（21）上設有粉劑管，粉劑管通過線管控制集合器（25）的轉換接頭與粉劑噴頭（5）連線，氣壓動力裝置（20）上設有高壓氣管，高壓氣管通過線管控制集合器（25）的轉換接頭與高壓氣噴頭（8）連線，水劑罐（28）上設有水劑管，水劑管通過線管控制集合器（25）的轉換接頭與水劑噴頭（17）連線，液壓動力裝置（29）上設定有連線第二液壓管接頭（16）的液壓管，液壓動力裝置（29）上設定有連線第一液壓管接頭（15）的液壓管，液壓動力裝置（29）上設定有連線液壓伸縮桿（11）的液壓管，所述的液壓管分別通過線管控制集合器（25）的轉換接頭。

2.如權利要求1所述的一種污染泥土原位固化穩定化處置系統，其特徵在於：粉劑噴頭（5）和水劑噴頭（17）的噴口垂直於轉軸（18）。

3.如權利要求1所述的一種污染泥土原位固化穩定化處置系統，其特徵在於：含水率感測器（6）和溫度感測器（7）位於高壓氣噴頭（8）的噴口下方，含水率感測器（6）和溫度感測器（7）分別經導線連線控制作業系統（26）。

4.如權利要求1所述的一種污染泥土原位固化穩定化處置系統，其特徵在於：粉劑罐壓力控制器（32）、水劑罐壓力控制器（33）、粉劑計量感測器（22）、水劑計量感測器（30）、氣壓動力裝置（20）和液壓動力裝置（29）通過導線與控制作業系統（26）連線。

實施方式

《一種污染泥土原位固化穩定化處置系統》所述處置系統由履帶式挖機27、履帶車31、攪拌頭3、液壓伸縮桿11、線管控制集合器25、控制作業系統26、粉劑罐21、氣壓動力裝置20、水劑罐39、液壓動力裝置29和相關感測器構成。其中履帶式挖機27的挖掘臂的前端設定有攪拌頭3，攪拌頭3由殼體、鑽頭1、鑽頭傳動器2、攪拌輪傳動器19、攪拌輪4和轉軸18構成，攪拌頭3通過液壓伸縮桿11與履帶式挖機27的挖掘臂連線，液壓伸縮桿11與攪拌頭3和履帶式挖機27之間分別採用法蘭盤連線，液壓伸縮桿11的外壁設定有柔性保護層10，防止工作時污染泥土污染和損壞液壓伸縮桿11，液壓伸縮桿11靠近攪拌頭3的端部設定有伸縮桿保護器9，用於保護液壓伸縮桿11，防止液壓伸縮桿11伸的過長而損壞，殼體呈容器狀，殼體內底部設定有鑽頭傳動器2，鑽頭傳動器2與鑽頭1活動連線，鑽頭傳動器2上方設定有攪拌輪傳動器19和轉軸18，轉軸18活動貫穿殼體，轉軸18兩端對稱設定有攪拌輪4，轉軸18與攪拌輪傳動器19之間齒輪連線，轉軸18垂直於鑽頭1，殼體上設定有第一液壓管接頭15和第二液壓管接頭16，攪拌輪傳動器19和第一液壓管接頭15之間管道連線，鑽頭傳動器2和第二液壓管接頭16之間管道連線，殼體外壁上設定有含水率感測器6、溫度感測器7、粉劑噴頭固定器13和水劑噴頭固定器14，粉劑噴頭固定器13上設定有粉劑噴頭5，水劑噴頭固定器14上設定有水劑噴頭17，粉劑噴頭5和水劑噴頭17的噴口垂直於轉軸18，攪拌頭3的法蘭盤上設定有高壓氣噴頭8，高壓氣噴頭8的噴口平行於鑽頭1，含水率感測器6和溫度感測器7位於高壓氣噴頭8的噴口下方，含水率感測器6和溫度感測器7分別經導線連線控制作業系統26，履帶式挖機27上設定有線管控制集合器25、控制作業系統26，線管控制集合器25上設定有各轉換接頭，各轉換接頭均設定有電磁閥，電磁閥和控制作業系統26之間導線連線，便於控制作業系統26控制污染泥土原位固化穩定化處置系統工作時相應的氣壓、液壓、水劑速度和粉劑速度，粉劑罐21、氣壓動力裝置20、水劑罐28和液壓動力裝置29設定在履帶車31上，粉劑罐21與氣壓動力裝置20之間管道連線，管道上設定有粉劑罐壓力控制器32，粉劑罐21的內壁設定有粉劑計量感測器22，水劑罐28與氣壓動力裝置20之間管道連線，管道上設定水劑罐壓力控制器33，水劑罐28內壁設定有水劑計量感測器30，粉劑罐21上設有粉劑管，粉劑管通過線管控制集合器25的轉換接頭與粉劑噴頭5連線，氣壓動力裝置20上設有高壓氣管，高壓氣管通過線管控制集合器25的轉換接頭與高壓氣噴頭8連線，水劑罐28上設有水劑管，水劑管通過線管控制集合器25的轉換接頭與水劑噴頭17連線，液壓動力裝置29上設定有連線第二液壓管接頭16的液壓管，液壓動力裝置29上設定有連線第一液壓管接頭15的液壓管，液壓動力裝置29上設定有連線液壓伸縮桿11的液壓管，所述的液壓管分別通過線管控制集合器25的轉換接頭，管套24設定於線管控制集合器25和攪拌頭3之間，線管控制集合器25和攪拌頭3之間的管道置於管套24內，管套24置於線管卡套12內，管套24通過線管鎖緊扣23固定，在履帶式挖機27的挖掘臂和液壓伸縮桿11工作時，攪拌頭3和線管鎖緊扣23之間的管套24線上管卡套12內能夠自由移動，便於施工，粉劑罐壓力控制器32、水劑罐壓力控制器33、粉劑計量感測器22、水劑計量感測器30、氣壓動力裝置20和液壓動力裝置29通過導線與控制作業系統26連線。

該發明處置系統的工作原理：污染泥土原位固化穩定化處置系統使用前對各管道、導線、電磁閥、感測器和轉換接頭做好相應的標記，施工時，用運輸車裝運輸履帶式挖機27、履帶車31、攪拌頭3、液壓伸縮桿11、管道、導線和相關裝配件到施工現場，檢查攪拌頭3、液壓伸縮桿11和履帶式挖機27之間的連線是否妥當，按照對應的標記連線好相關管道、電磁閥和感測器導線，打開控制作業系統26，確保氣壓動力裝置20、液壓動力裝置29和各控制器處於關閉狀態，並檢查各感測器和電磁閥是否正常，通過控制作業系統26設定攪拌頭3工作溫度上限值，當攪拌頭3的工作溫度超過設定值時，裝置自動停止工作，以保護攪拌頭3，根據污染泥土的處理處置要求向水劑罐28和粉劑罐21中添加相應配方的水劑和粉劑，在控制作業系統26上打開氣壓動力裝置20和液壓動力裝置29、各液壓管道電磁閥，使攪拌頭3開始工作，攪拌頭3一直工作到設計深度，然後在控制作業系統26上打開高壓氣電磁閥，高壓氣噴頭8噴出的高壓氣體沖乾淨含水率感測器6，然後測定攪拌後的污染泥土的含水率，根據返回的污染泥土的含水率，控制作業系統26自動計算並設定水劑速度、粉劑速度和攪拌頭3的上升速度，在控制作業系統26上打開粉劑罐壓力控制器32、水劑罐壓力控制器33、水劑電磁閥和粉劑電磁閥，攪拌頭3開始上升攪拌，並從粉劑噴頭5和水劑噴頭17噴出的粉劑和水劑，在攪拌頭3的鑽頭1和攪拌輪4的協調工作下，原位固化穩定化污染泥土，等攪拌頭3上升到污染泥土工作面後，移動攪拌頭3開始下一輪工作，直至施工完整個場地，在施工過程中履帶車31要跟隨履帶式挖機27並保持一定的距離，隨時梳理各管線，防止各管線被破壞，施工完成後，關閉各電磁閥、感測器、氣壓動力裝置20和液壓動力裝置29，然後關閉控制作業系統26，卸掉履帶車31與履帶式挖機27之間連線的各管線，將履帶車31與履帶式挖機27開到沖洗點，清洗裝置並護理，然後將裝置裝上運輸車為下一個場地做準備。

榮譽表彰

2017年12月11日，《一種污染泥土原位固化穩定化處置系統》獲得第十九屆中國專利優秀獎。