CN107570530B - 一种重金属污染土地清洗方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及污染土地修复领域，具体公开了一种重金属污染土地清洗方法；采用土地清洗装置进行清洗，土地清洗装置包括车架、进料机构、清洗机构，车架设有车轮，车架上固定有第一电机；进料机构包括切刀和第一传送带；清洗机构包括第二电机、清洗槽、曲柄和拉杆，曲柄、拉杆和清洗槽组成曲柄滑块机构；清洗槽内设有搅拌机构，搅拌机构包括丝杆、多个搅拌组件和限位件；搅拌组件包括内筒、单向轴承和转盘，内筒和丝杆之间设有若干滚珠；限位件与转盘外壁相抵；转盘上固定有出料桶，出料桶上设有出水孔；车架上设有第二传送带;清洗步骤包括：（一）配料；（二）清洗；（三）检测；（四）复清洗。本方案可快速对被重金属污染的土地进行清洗。

Description

一种重金属污染土地清洗方法

技术领域

本发明涉及污染土地修复领域，尤其涉及重金属污染土地的物理修复方法。

背景技术

重金属指密度超过每立方公分五克的元素，如：铝、铅、铁、锡、汞等，由于重金属的金属离子携带的电子多，能产生强而稳定的键结，在人体内与蛋白质结合后不易被代谢消除掉，所以会影响身体的代谢运作。由于工业和废电池污染，重金属无法被生物降解，进入土壤中会污染土壤，在这种土壤上生长的植物中会含有过量的重金属，食用后会严重危害人体健康，故这种土壤无法种植可食用的植物；而在土壤中的重金属过多时，植物也无法在土壤上生长，如此会造成土壤的浪费，所以需要对被重金属污染的土壤进行修复。

目前对被重金属污染的土壤的修复方法主要有农业生态修复、物理修复、化学修复，其中物理修复的见效快，适应于对污染严重的土壤的紧急处理。物理修复中土壤清洗方法的成本较低，可以对大范围的被污染土地进行处理。处理时一般是将被污染土地挖出，运送到清洗池中与清水、析出重金属的试剂等进行混合形成泥浆，再进行沉淀，最后将沉淀后的土壤和上层溶液进行分离，并将清洗后的土壤进行回填。在整个过程中需要不断将污染土壤运送到清洗池中，然后将清洗后的土壤运回进行回填，工人的工作量大，且运输土壤也需要较长时间，对土壤的处理效率低。其次，静置一端时间后，泥浆中的土壤才会和溶液分离，才可以进行回填，耗时较长，使清洗效率进一步降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速对被重金属污染的土地进行清洗的清洗方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是：一种重金属污染土地清洗方法，采用土地清洗装置进行清洗，土地清洗装置包括车架、进料机构、清洗机构，车架底部设有至少四个车轮，车架上固定有可驱动车轮转动的第一电机；进料机构包括切刀和第一传送带，切刀沿水平方向固定在车架前端，切刀后部高于前部，第一传送带可将切下的土壤送入清洗槽；清洗机构包括第二电机、清洗槽、曲柄和拉杆，第二电机固定在车架上，清洗槽可沿车架滑动，拉杆两端分别与清洗槽和曲柄转动连接，第二电机驱动曲柄转动，曲柄、拉杆和清洗槽组成曲柄滑块机构；清洗槽内设有搅拌机构，搅拌机构包括丝杆、多个搅拌组件和限位件，丝杆两端分别固定在清洗槽两相对内壁；搅拌组件包括内筒、单向轴承和转盘，内筒位于丝杆外周并与丝杆螺纹连接,内筒和丝杆之间设有若干滚珠，内筒外壁固定有搅拌件，单向轴承的内圈固定在内筒外周、外圈固定在转盘内周，多个限位件固定在车架上并并位于搅拌组件两侧，限位件与转盘外壁相抵；转盘上倾斜固定有多个出料桶，出料桶上设有若干出水孔；车架上设有第二传送带，第二传送带一端位于清洗槽内、另一端位于车架后端；

清洗步骤包括：

（一）配料，根据土地污染情况，在清水中加入适量可析出重金属的试剂，配成清洗液；

（二）清洗，打开第一电机，驾驶清洗装置、使装置前端朝前的沿着被重金属污染的土地行驶，并打开第二电机、第一传送带和第二传送带，同时向清洗槽内加入经步骤（一）配得的清洗液，使清洗液液面高于转盘底部并低于第二传送带左端端部；不断抽出清洗槽内的清洗液，同时加入经步骤（一）配得的清洗液；

（三）检测，被污染的土壤进入清洗槽后每隔3～5min取出清洗槽内混合溶液测量溶液中的重金属含量，在含量大于0.25～0.55μg/L时增加加入的清洗液的量，同时加快抽出清洗槽内清洗液的速度，使清洗槽内重金属含量保持在0.25～0.55μg/L以下；

（四）复清洗，每行驶200～300m对清洗后的土壤进行检测，在土壤中重金属含量高于0.05～0.15μg/L时重复步骤（二），对清洗后的土壤进行再次清洗；检测时清洗槽内重金属含量保持在0.05～0.15μg/L以下，直到清洗后的土壤中的重金属含量降低到0.05～0.15μg/L以下。

步骤（二）清洗时，第一电机驱动车轮转动，车架开始朝前运动。切刀将土壤表层切下，切下的土壤在后面的土壤的挤压下沿着切刀向切刀后部移动，最后落到第一传送带前端，第一传送带将土壤运送到清洗槽内。第二电机使曲柄做圆周运动，曲柄带动拉杆移动，拉杆使清洗槽沿着车架往复滑动，丝杆随着清洗槽运动。清洗槽向一侧滑动时，而由于限位件的阻挡作用，内筒位于相邻的两个限位件之间，内筒相对丝杆运动，而由于内筒与丝杆螺纹连接，内筒开始转动。单向轴承的内圈随着内筒转动，内筒正转时，单向轴承的内圈带动外圈转动，单向轴承的外圈带动转盘转动。搅拌件随着内筒转动，同时对挤入清洗槽的土壤进行搅拌，土壤、清水和试剂等形成泥浆，出料桶随着转盘运动，出料桶先开口朝下的进入泥浆中，泥浆流入出料桶内，然后再开口朝上的离开泥浆，泥浆中的水在重力作用下穿过出水孔，重金属混在水中从出水孔流出，最后土壤残留在出料桶内。出料桶继续随着转盘转动，出料桶重新开口朝下，出料桶内的土壤从出料桶内落出，土壤落到第二传送带上，第二传送带将土壤运送到车架后端，土壤从第二传送带后端重新落到土地上进行回填，如此完成对土壤的清洗和回填。在清洗槽反向滑动时，内筒反向转动，由于限位件与转盘相抵，单向轴承的内圈无法带动外圈转动，此时出料桶停止运动，停止将泥浆中的土壤分离出，使土壤中的重金属有足够的时间析出。

本方案的有益效果为：（一）清洗时，加入清洗液后，驱动清洗装置移动可以自动完成挖土、搅拌、过滤和回填，大大减少工人的工作量。

（二）出料桶自动完成过滤，省略沉淀过程，缩短清洗时间，继而提高清洗效率。

（二）内筒转动，固定在内筒上的搅拌件对土壤、清水和试剂进行搅拌，使试剂和土壤充分接触，继而促进土壤中的重金属析出。而调整第二电机的转速还可以调整清洗槽做往复运动的速度，最后调整搅拌件的搅拌效果。

（三）在内筒反转时，限位件与转盘相抵，转盘受到摩擦力的作用，单向轴承的内圈无法继续带动外圈转动，此时出料桶停止运动，暂时停止分离土壤和水，使土壤有更多的时间与试剂接触，进一步促进土壤中的重金属析出。

（四）对清洗后的土壤进行检测，对重金属含量较高的土壤进行复清洗，进一步降低土壤中的重金属含量，使清洗效果更好。

优选方案一，作为对基础方案的进一步改进，清洗槽下部设有可封闭的抽水口，步骤（二）将过滤网固定在抽水口处，通过抽水口抽出清洗槽内的清洗液，不断推开过滤网上堆积的土壤。抽水口位于清洗槽下部，从抽水口抽出清洗槽内的清洗液时，抽水装置不会对清洗机构的工作和第一传送带的进料造成阻挡；推开堆积的土壤可以避免土壤堵塞抽水口。

优选方案二，作为对优选方案一的进一步改进，步骤（二）同时对清洗槽内的清洗液和土壤进行搅拌。增强搅拌效果，促进土壤和清洗液中的试剂接触，继而促进土壤中的重金属析出。

优选方案三，作为对优选方案二的进一步改进，步骤（四）对清洗后的土壤检测，在土壤中重金属的含量低于0.05～0.15μg/L时，向回填的土壤中喷洒有机肥。在土壤合格后喷洒有机肥可以增加土壤中的肥力，有利于植物生长。

优选方案四，作为对优选方案三的进一步改进，步骤（二），敲击第一传送带右端。敲击可以使第一传送带右端振动，附着在第一传送带上的土壤从第一传送带上掉落到清洗槽内。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

图2为图1中清洗槽的剖视图；

图3为图1中搅拌机构的左视图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

附图标记为：车架1、车轮11、切刀12、刮板13、限位件14、第一传送带2、凸棱21、第二传送带3、清洗槽4、丝杆41、内筒5、搅拌件51、内圈52、外圈53、转盘6、空腔61、蓄水腔62、出料桶7、出水孔71。

如图1所示，一种重金属土地清洗装置，包括车架1、进料机构、清洗机构，车架1底部设有四个车轮11，车架1上固定有可驱动车轮11转动的第一电机。进料机构包括切刀12和第一传送带2，切刀12呈L形，切刀12左端端部设有刀刃，切刀12左端低于中部，且切刀12左部与地面的夹角为20°，右部与地面的夹角为30°，切刀12右端端部焊接在车架1左侧上，且刀刃高度等于车轮11底部高度。第一传送带2左端位于切刀12右端的下方。

如图2所示，清洗机构包括第二电机、清洗槽4、曲柄和拉杆，第二电机固定在车架1上，清洗槽4左右侧壁的顶部一体成型有L形的滑槽，车架上一体成型有左右支撑台，滑槽左右上缘分别放置在支撑台上并与车架1接触并可沿车架1滑动，第一传送带2右端位于清洗槽4上方。第一传送带2表面均一体成型有若干凸棱21，凸棱21垂直于第一传送带2带面运动方向。拉杆两端分别与清洗槽4外壁和曲柄一端端部铰接，曲柄另一端与第二电机固定，拉杆、曲柄和清洗槽4构成曲柄滑块机构，第二电机可驱动曲柄转动。清洗槽4左右侧壁上部设有供第一传送带2或第二传送带3通过的槽，槽的宽度大于第一传送带2和第二传送带3的宽度。

如图3所示，清洗槽4内设有搅拌机构，搅拌机构包括丝杆41、两个搅拌组件和两个L形的限位件14，丝杆41两端分别固定在清洗槽4前后两内壁上。两个限位件14均焊接在车架上并位于搅拌组件两侧，搅拌组件包括内筒5、单向轴承和转盘6，内筒5位于丝杆41外周并与丝杆41螺纹连接，内筒5和丝杆41之间设有若干滚珠。内筒5左右外壁固定有搅拌件51，本实施例的搅拌件51为四块平板，每块平板均沿内筒5半径方向固定，相邻平板之间的夹角为90°。单向轴承的内圈52与内筒5过盈配合、外圈53与转盘6过盈配合，，两个限位件14均焊接在车架1上并位于搅拌组件两侧，限位件14下端与转盘6左右侧壁相抵。转盘6上焊接有三个出料桶7，出料桶7均呈开口朝外的倾斜设置，出料桶7侧壁设有若干出水孔71，出料桶7外壁与转盘6之间形成周设有蓄水腔62。转盘6内设有空腔61，空腔61与三个蓄水腔62连通。

车架1上设有第二传送带3，第二传送带3左端位于清洗槽4内、右端位于车架1右端并支出车架1，车架1右端焊接有刮板13，刮板13上端朝左的倾斜设置，刮板13与地面的夹角为60°。

清洗步骤包括：

（一）配料，在清水中加入适量可析出重金属的试剂，配成室温下浓度为2mol/L的清洗液；

（二）清洗，打开第一电机，驾驶清洗装置、使装置左端朝前的沿着被重金属污染的土地行驶，并打开第二电机、第一传送带2和第二传送带3，同时向清洗槽4内加入经步骤（一）配得的清洗液；水泵的进水口与抽水口连通，在进水口处固定过滤网，利用水泵抽出清洗槽4内的清洗液并推开堆积在过滤网上的土壤，同时加入经步骤（一）配得的清洗液，使清洗槽4内泥浆高于转盘6下部10cm；对清洗槽4内的清洗液和土壤进行搅拌，在土壤从第一传送带2右端落入清洗槽4时敲击第一传送带2右端。

（三）检测，被污染的土壤进入清洗槽4后每隔5min取出清洗槽4内混合溶液测量溶液中的重金属含量，在含量大于0.25μg/L时增加加入的清洗液的量，同时加快抽出清洗槽4内清洗液的速度，使清洗槽4内重金属含量保持在0.25μg/L以下；

（四）复清洗，每行驶300m对清洗后的土壤进行检测，在土壤中重金属含量高于0.05μg/L时重复步骤（二），对清洗后的土壤进行再次清洗；检测时清洗槽4内重金属含量保持在0.05μg/L以下，直到清洗后的土壤中的重金属含量降低到0.05μg/L以下，然后向回填的土壤中喷洒有机肥。

步骤（二）打开第一电机、第二电机、第一传送带2和第二传送带3后，第一电机驱动车轮11转动，车架1开始向左运动。切刀12左端将土壤表层切下，切下的土壤先沿着切刀12向右滑动，最后落到第一传送带2左端，第一传送带2将土壤运送到清洗槽4内。第二电机使曲柄做圆周运动，曲柄带动拉杆移动，拉杆使清洗槽4沿着车架1前后往复滑动，丝杆41随着清洗槽4运动。清洗槽4向前滑动时，由于限位件14的阻挡作用，内筒5位于相邻的两个限位件14之间，内筒5无法随着丝杆41运动，内筒5开始正转。单向轴承的内圈52随着内筒5转动，单向轴承的内圈52带动外圈53转动，单向轴承的外圈53带动转盘6转动，转盘6克服与限位件14之间的摩擦力并相对限位件14转动。搅拌件51随着内筒5转动，同时对挤入清洗槽4的土壤进行搅拌，土壤、清水和试剂等形成泥浆，出料桶7随着转盘6顺时针运动，出料桶7先开口朝下的进入泥浆，泥浆流入出料桶7内，然后再开口朝上的离开泥浆，泥浆中的水在重力作用下穿过出水孔71进入蓄水腔62，然后再进入空腔61内；重金属混在水中从出水孔71流出，最后土壤残留在出料桶7内。出料桶7继续随着转盘6转动，出料桶7重新开口朝下，出料桶7内的土壤从出料桶7的开口落到第二传送带3左端，第二传送带3将土壤运送到车架1右端，土壤从第二传送带3右端重新落到土地上进行回填，刮板13与落下的土壤接触，并推平土壤，如此完成对土壤的清洗和回填。与此同时，空腔61中的水进入下方的蓄水腔62内，然后穿过出水口进入该出料桶7内，将附着在该出料桶7内的土壤冲洗出。

在清洗槽4向后滑动时，内筒5反向转动，由于限位件14与转盘6之间的摩擦力，单向轴承的内圈52无法带动外圈53转动，此时出料桶7停止运动，停止将泥浆中的土壤分离出，使土壤中的重金属有足够的时间析出。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本发明所省略描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (5)

1.一种重金属污染土地清洗方法，其特征在于，采用土地清洗装置进行清洗，所述土地清洗装置包括车架、进料机构、清洗机构，所述车架底部设有至少四个车轮，所述车架上固定有可驱动车轮转动的第一电机；所述进料机构包括切刀和第一传送带，所述切刀沿水平方向固定在车架前端，所述切刀后部高于前部，所述第一传送带可将切下的土壤送入清洗槽；所述清洗机构包括第二电机、清洗槽、曲柄和拉杆，所述第二电机固定在车架上，所述清洗槽可沿车架滑动，所述拉杆两端分别与清洗槽和曲柄转动连接，所述第二电机驱动曲柄转动，所述曲柄、拉杆和清洗槽组成曲柄滑块机构；所述清洗槽内设有搅拌机构，所述搅拌机构包括丝杆、多个搅拌组件和限位件，所述丝杆两端分别固定在清洗槽两相对内壁；所述搅拌组件包括内筒、单向轴承和转盘，所述内筒位于丝杆外周并与丝杆螺纹连接,所述内筒和丝杆之间设有若干滚珠，所述内筒外壁固定有搅拌件，所述单向轴承的内圈固定在内筒外周、外圈固定在转盘内周，多个限位件固定在车架上并位于搅拌组件两侧，所述限位件与转盘外壁相抵；所述转盘上倾斜固定有多个出料桶，所述出料桶上设有若干出水孔，出料桶外壁与转盘之间形成蓄水腔，转盘内设有空腔，空腔与蓄水腔连通；所述车架上设有第二传送带，所述第二传送带一端位于清洗槽内、另一端位于车架后端；

清洗步骤包括：

（一）配料，根据土地污染情况，在清水中加入适量可析出重金属的试剂，配成清洗液；

（二）清洗，打开第一电机，驾驶清洗装置、使装置前端朝前的沿着被重金属污染的土地行驶，并打开第二电机、第一传送带和第二传送带，同时向清洗槽内加入经步骤（一）配得的清洗液，使清洗液液面高于转盘底部并低于第二传送带左端端部；不断抽出清洗槽内的清洗液，同时加入经步骤（一）配得的清洗液；

（三）检测，被污染的土壤进入清洗槽后每隔3～5min取出清洗槽内混合溶液测量溶液中的重金属含量，在含量大于0.25μg/L时增加加入的清洗液的量，同时加快抽出清洗槽内清洗液的速度，使清洗槽内重金属含量保持在0.25μg/L以下；

（四）复清洗，每行驶200～300m对清洗后的土壤进行检测，在土壤中重金属含量高于0.05μg/L时重复步骤（二），对清洗后的土壤进行再次清洗；检测时清洗槽内重金属含量保持在0.05μg/L以下，直到清洗后的土壤中的重金属含量降低到0.05μg/L以下。

2.根据权利要求1所述的一种重金属污染土地清洗方法，其特征在于，所述清洗槽下部设有可封闭的抽水口，步骤（二）将过滤网固定在抽水口处，通过抽水口抽出清洗槽内的清洗液，不断推开过滤网上堆积的土壤。

3.根据权利要求2所述的一种重金属污染土地清洗方法，其特征在于，所述步骤（二）同时对清洗槽内的清洗液和土壤进行搅拌。

4.根据权利要求3所述的一种重金属污染土地清洗方法，其特征在于，所述步骤（四）对清洗后的土壤检测，在土壤中重金属的含量低于0.05μg/L时，向回填的土壤中喷洒有机肥。

5.根据权利要求4所述的一种重金属污染土地清洗方法，其特征在于，所述步骤（二），敲击第一传送带右端。

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