CN108637004B - 一种便携式土壤检测修复设备及土壤检测修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种便携式土壤检测修复设备及土壤检测修复方法，其中，设备包括至少两个检测修复装置，检测修复装置包括基座、探杆和探头；探头与硬度传感器连接；探杆设置有采样口和采样测试区，采样口下方的探杆外周上设置有螺旋叶片；探杆内部设置有传输杆；探杆的外周设置有导电炭层，导电炭层与基座内的电源连接端连接；不同检测修复装置通过导线分别与电源的正极和负极连接。本发明提供的便携式土壤检测修复设备，通过特有的设计，一方面能够在土壤内部不同深度直接完成采样和测试的操作，另一方面根据测试的电导率得出土壤是否产生重金属污染，进而直接对土壤采用电化学的方式进行修复，具有操作简单快捷，容易携带，测试效率高的优点。

Description

一种便携式土壤检测修复设备及土壤检测修复方法

技术领域

本发明涉及土壤检测修复技术领域，特别涉及一种便携式土壤检测修复设备及土壤检测修复方法。

背景技术

近年来，伴随着经济社会的快速发展，土壤环境面临严峻形势，目前，我国土壤污染的总体形势不容乐观，部分地区土壤污染严重，在重污染企业或工业密集区、工矿开采区及周边地区、城市和城郊地区出现了土壤重污染区和高风险区；土壤污染类型多样，呈现出新老污染物并存、无机有机复合污染的局面；目前土壤环境监测管理体系不健全，土壤污染防治投入不足，全社会土壤污染防治的意识不强。

现有技术中，往往采用土壤检测装置来对土壤进行采样检测，而一般的土壤检测装置需要采样后再进行分析，在运输过程容易造成样品损失、混淆和污染的问题，从而造成检测不准确；且对于同一位置也往往仅能一次采样固定深度的土壤，采样效率低下。

发明内容

为解决以上背景技术中提到的问题，一种便携式土壤检测修复设备，包括至少两个检测修复装置，所述检测修复装置包括基座、探杆和探头；

所述探杆为中空结构，所述探头通过弹性部件与设置在所述探杆内部下端的硬度传感器连接；

所述探杆不同高度设置有若干组采样口和采样测试区，所述采样口下方的探杆外周上设置有螺旋叶片，所述采样测试区内设置有pH检测模块、湿度检测模块和电导率检测模块；

所述探杆内部设置有传输杆，所述传输杆的一端设置在所述基座内，另一端与所述硬度传感器连接；所述硬度传感器、pH检测模块、湿度检测模块和电导率检测模块均通过传输杆内部的信号线与设置在所述基座内的数据储存和数据控制模块连接；

所述探杆的外周设置有导电炭层，所述导电炭层与所述基座内的电源连接端连接；

不同检测修复装置通过导线分别与电源的正极和负极连接。

在上述结构的基础上，进一步地，包括一个主装置和至少一个副装置；所述主装置的基座内设置有主电源，所述主电源的负极与所述主装置内的导电炭层连接，所述主电源的正极通过导线与副装置内的导电炭层连接。

在上述结构的基础上，进一步地，所述主装置的探杆外周部分包覆有吸附绵，所述吸附绵浸渍有多胺型螯合树脂。

在上述结构的基础上，进一步地，所述探杆的导电炭层内侧设置有绝缘层。

在上述结构的基础上，进一步地，所述采样测试区包括第一采样测试盒、浸液盒和第二采样测试盒；

所述第一采样测试盒内部设置有pH传感器和湿度传感器；所述第一采样测试盒的下方依次设置有浸液盒和第二采样测试盒，所述第二采样测试盒内设置有电导率传感器；所述探杆的内侧壁上设置有输液管，所述输液管的出液口与所述浸液盒连接，所述输液管的进液口与所述基座内的药液盒连接；

所述pH传感器、湿度传感器和电导率传感器均通过所述过传输杆内的信号线与所述基座内的数据储存和数据控制模块连接。

在上述结构的基础上，进一步地，所述第一采样测试盒和所述浸液盒的底面均设置有漏孔，紧贴所述第一采样测试盒和所述浸液盒的底面下方均设置有阻挡盘，所述阻挡盘上设置有阻挡条；所述传输杆与所述阻挡盘固定连接，所述传输杆与第一采样测试盒和所述浸液盒的底面中心活动连接；所述传输杆旋转控制所述阻挡盘转动，以使所述第一采样测试盒和所述浸液盒底面的漏孔打开或闭合。

在上述结构的基础上，进一步地，所述药液盒内设置有蒸馏水。

一种土壤检测和修复的方法，采用如上任一项所述的便携式土壤检测修复设备，包括一个主装置和至少一个副装置，步骤如下：

步骤a、将主装置和副装置分别插入土壤中，通过探头测得土壤硬度值；

步骤b、旋转所述主装置和副装置，进行土壤样品采集；

步骤c、开启pH检测模块、湿度检测模块和电导率检测模块，得到不同深度土壤的pH数据、湿度数据和电导率数据；

步骤d、采用导线连接主装置和副装置，使主装置接入电源负极，副装置接入电源正极，根据测到的pH、湿度和电导率数据接通直流电压；

步骤e、在步骤d采用直流电压处理一段时间后，将主装置和副装置取出，并去除主装置附近的土壤，即完成土壤的检测和修复。

进一步地，包括一个主装置和四个副装置，所述主装置与电源的负极连接，所述四个副装置同时与电源的正极连接。

进一步地，所述直流电压U=（k×10²）/（|[pH]-7|+γ×S），其中：

U为电压，单位V；k为主装置和副装置的距离，单位为m；[pH]为pH测得值；γ为电导率，单位为ms/cm；S为土壤湿度，单位为%。

本发明提供的便携式土壤检测修复设备，通过特有的设计，一方面能够在土壤内部不同深度直接完成采样和测试的操作，另一方面根据测试的电导率得出土壤是否产生重金属污染，进而直接对土壤采用电化学的方式进行修复，无需准备多种不同的设备，具有操作简单快捷，容易携带，测试效率高的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的便携式土壤检测修复设备结构示意图；

图2为图1中采样测试区优选实施例结构示意图；

图3为漏孔与阻挡盘爆炸结构示意图；

图4为一个主装置和四个副装置的布置示意图。

附图标记：

100基座	200探杆	300探头
			400弹性部件	210硬度传感器	230采样口
120电源连接端	280螺旋叶片	220传输杆
			250导电炭层	130主电源	500导线
140药液盒	260吸附绵	270绝缘层
			241第一采样测试盒	242浸液盒	243第二采样测试盒
244 pH传感器	245湿度传感器	246电导率传感器
			290输液管	221阻挡盘

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明提供一种便携式土壤检测修复设备，如图1所示，包括至少两个检测修复装置，所述检测修复装置包括基座100、探杆200和探头300；所述探杆200为中空结构，所述探头300通过弹性部件400与设置在所述探杆200内部下端的硬度传感器210连接；所述探杆200不同高度设置有若干组采样口230和采样测试区，所述采样口230下方的探杆200外周上设置有螺旋叶片280，所述采样测试区内设置有pH检测模块、湿度检测模块和电导率检测模块；所述探杆200内部设置有传输杆220，所述传输杆220的一端设置在所述基座100内，另一端与所述硬度传感器210连接；所述硬度传感器210、pH检测模块、湿度检测模块和电导率检测模块均通过传输杆220内部的信号线与设置在所述基座100内的数据储存和数据控制模块连接；所述探杆200的外周设置有导电炭层250，所述导电炭层250与所述基座100内的电源连接端120连接；不同检测修复装置通过导线500分别与电源的正极和负极连接。

具体地，将装置插入土壤中时，探头300在与土壤接触，通过弹性部件400受力，传输至硬度传感器210，测得土壤硬度，再将测得的硬度数通过探杆200内部设置的传输杆220传输至基座100内数据储存和数据控制模块；之后适当旋转装置，由于采样口230下方的探杆200外周上设置有螺旋叶片280，当旋转装置时，采样坑侧壁的土壤被分离后将被传输至采样口230，进而落入采样测试区内，进而通过pH检测模块、湿度检测模块和电导率检测模块分别测试土壤的pH、湿度和电导率参数；

探杆200的外周设置有导电炭层250，当装置插入土壤中时导电炭层250与采样坑侧壁的土壤接触，导电炭层250与电源电性连接，不同装置的导电炭层250分别与电源的正极和负极连接，通入一定的电压，处于不同装置之间土壤内的重金属将被富集至阴极附近沉淀；最后将阴极部位的土壤去除，便可完成土壤重金属污染的修复。

现有技术中的采样检测设备中，仅能一次性对同一深度的土壤进行采样或检测，对同一位置不同深度进行采样或检测时，不同深度的土壤在取样时容易造成不同深度的土壤之间的污染，本发明提供的设备通过在中空的探杆不同部位设置采样开口，能对同一位置的不同深度进行采样；具体地，通过在采样口下方设置螺旋叶片，不仅能对采样坑侧壁的土壤挖取，还能在旋转探杆时通过向上螺旋的方向，将挖取的土壤传输至采样口，通过二者的配合完成同一位置不同深度土壤的采样。取样完的土壤直接进入探杆内部进行测试，避免了现有技术中将土壤采样后运输至测试区进行测试而造成样品受到污染的可能性发生。

本发明提供的便携式土壤检测修复设备，通过特有的设计，一方面能够在土壤内部直接完成采样和测试的操作，另一方面根据测试得到的电导率得出土壤是否产生重金属污染，若发生污染，则直接对土壤采用电化学的方式进行修复，无需准备多种不同的设备，具有操作简单快捷，容易携带，测试效率高的优点。

在上述方案的基础上，具体地，包括一个主装置A和至少一个副装置B；所述主装置的基座100内设置有主电源130，所述主电源130的负极与所述主装置内的导电炭层250连接，所述主电源130的正极通过导线500与副装置内的导电炭层250连接。

具体地，采用一个主装置和多个副装置，能够对特定区域内的不同位置进行采用检测，同时还能够以一个主装置的探杆为阴极，多个副装置的探杆为阳极，将区域内土壤的重金属富集至同一个共有的阴极区附近，不仅大大提高了土壤重金属处理的效率；而在电化学处理后，需要将阴极区附近的土壤去除时，仅需处理一个阴极区附近的土壤即可，提高了处理效率，具有积极的意义。

进一步地，所述主装置的探杆200外周部分包覆有吸附绵260，所述吸附绵260浸渍有多胺型螯合树脂，当进行电化学重金属处理时，通过浸渍有多胺型螯合树脂的吸附绵260能够对重金属进行吸附，进而避免阴极附近的重金属浓度过高而影响电化学的富集效果；优选的，吸附绵260可拆卸地设置在主装置的探杆不同高度的外周，能够在使用后进行更换，或根据需要对重金属进行回收。

优选地，所述探杆200的导电炭层250内侧设置有绝缘层270，绝缘层270能够避免在进行通电处理时，对探杆200内部的检测装置造成损坏。

在上述方案的基础上，具体地，如图2所示，所述采样测试区包括第一采样测试盒241、浸液盒242和第二采样测试盒243；

所述第一采样测试盒241内部设置有pH传感器244和湿度传感器245；所述第一采样测试盒241的下方依次设置有浸液盒242和第二采样测试盒243，所述第二采样测试盒243内设置有电导率传感器246；所述探杆200的内侧壁上设置有输液管290，所述输液管290的出液口与所述浸液盒242连接，所述输液管290的进液口与所述基座100内的药液盒140连接；所述pH传感器244、湿度传感器245和电导率传感器246均通过所述过传输杆220内的信号线与所述基座100内的数据储存和数据控制模块连接。

本发明提供的技术方案中根据所要测试的不同参数，在采样测试区设置不同的检测位置，对第一采样测试盒241采集到的样品进行pH和湿度参数的测试；之后让样品进入至浸液盒242，将药液盒140内的蒸馏水通过输液管290进入至浸液盒242对土壤进行浸泡，再将土壤浸渍液转入第二采样测试盒243进行电导率测试。具体地，如图3所示，所述第一采样测试盒241和所述浸液盒242的底面均设置有漏孔，紧贴所述第一采样测试盒241和所述浸液盒242的底面下方均设置有阻挡盘221，所述阻挡盘221上设置有阻挡条；所述传输杆220与所述阻挡盘221固定连接，所述传输杆220与第一采样测试盒241和所述浸液盒242的底面中心活动连接；所述传输杆220旋转控制所述阻挡盘221转动，以使所述第一采样测试盒241和所述浸液盒242底面的漏孔打开或闭合，进而完成突然采样后从第一采样测试盒241进入浸液盒242浸渍后，再将浸渍液转入第二采样测试盒243测试的过程。传输杆220不仅起到控制土壤传输的作用，还能起到数据传输的效果，通过不同部件的配合，快速完成土壤的采样和检测过程，且特定的测试区使检测更加准确。

本发明还一种土壤检测和修复的方法，采用如上任一项所述的便携式土壤检测修复设备，包括以下步骤：

步骤a、将主装置和副装置分别插入土壤中，通过探头测得土壤硬度值；具体地，如图4所示，可以采用一个主装置和四个副装置，且主装置与副装置之间的距离优选为3m～8m，能够使土壤的修复效率最高；

步骤b、旋转所述主装置和副装置，使采样坑侧壁的土壤最为样品进入测试区；

步骤c、通过基座内部的数据控制模块控制开启pH检测模块、湿度检测模块和电导率检测模块，得到不同深度土壤的pH数据、湿度数据和电导率数据；

步骤d、采用导线连接主装置和副装置，使主装置接入电源负极，副装置接入电源正极，根据测到的pH、湿度和电导率数据控制接通直流电压；具体地，本装置通过控制模块，控制采用的直流电压为：

U=（k×10²）/（|[pH]-7|+γ×S），其中：

U为电压，单位V；k为主装置和副装置的距离，单位为m，取值为3～8；[pH]为pH测得值；γ为电导率，单位为ms/cm；S为土壤湿度（含水率），单位为%；上述公式中，所述电压U的适用范围为5V-80V；

发明人在实验过程中发现电压过低将会导致重金属的去除效率过低，而电压越高其重金属的去除效率也并非越高，有可能造成土壤内的物质钝化从而阻碍离子的迁移，且会造成能源的浪费，甚至损坏设备；本发明提供的技术方案中根据检测到的土壤理化性质，确定了采用电压的合理值，不仅能够使重金属的去除效率最好，还能避免能源的浪费和设备的损坏。

步骤e、在步骤d采用直流电压处理12h～40h后，将主装置和副装置取出，并去除主装置附近的土壤，即完成土壤的检测和修复。

本发明提供以下实验实施例：

实施例一：

采用一个主装置和四个副装置，主装置设置在中心位置，四个副装置与主装置的距离为5m，通过主装置和副装置测得的土壤平均[pH]为4，平均电导率为0.7152ms/cm，平均土壤湿度为25%，采用的电压约为24V，通电时间为24h。

实施例二：

采用一个主装置和四个副装置，主装置设置在中心位置，四个副装置与主装置的距离为6m，通过主装置和副装置测得的土壤平均[pH]为2，平均电导率为0.8326ms/cm，平均土壤湿度为19%，采用的电压约为29V，通电时间为24h。

实施例三：

采用一个主装置和四个副装置，主装置设置在中心位置，四个副装置与主装置的距离为8m，通过主装置和副装置测得的土壤平均[pH]为10，平均电导率为0.9869ms/cm，平均土壤湿度为28%，采用的电压为26V，通电时间为24h。

经过检测，上述实施例土壤中的重金属去除效果如下表所示：

表1

	实施例一	实施例二	实施例三
				Ni去除率（%）	51.12	53.38	56.82
Cr去除率（%）	73.56	71.87	76.65
				Pb去除率（%）	79.58	82.16	81.47
Cd去除率（%）	82.36	80.92	84.39
				Cu去除率（%）	86.97	87.67	85.81

通过上表可以看出，本发明提供的技术方案对土壤中的重金属去除具有显著的效果。

尽管本文中较多的使用了诸如基座、探杆、探头、弹性部件、硬度传感器、采样口、电源连接端、螺旋叶片、传输杆、导电炭层、主电源、导线、药液盒、吸附绵、绝缘层、第一采样测试盒、浸液盒、第二采样测试盒、pH传感器、湿度传感器、电导率传感器、输液管、浸液盒、阻挡盘等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种便携式土壤检测修复设备，其特征在于:包括至少两个检测修复装置，所述检测修复装置包括基座(100)、探杆(200)和探头(300)；

所述探杆(200)为中空结构，所述探头(300)通过弹性部件(400)与设置在所述探杆(200)内部下端的硬度传感器(210)连接:

所述探杆(200)不同高度设置有若干组采样口(230)和采样测试区，所述采样口(230)下方的探杆(200)外周上设置有螺旋叶片(280)，所述采样测试区内设置有pH检测模块、湿度检测模块和电导率检测模块:

所述探杆(200)内部设置有传输杆(220)，所述传输杆(220)的一端设置在所述基座(100)内，另一端与所述硬度传感器(210)连接:所述硬度传感器(210)、pH检测模块、湿度检测模块和电导率检测模块均通过传输杆(220)内部的信号线与设置在所述基座(100)内的数据储存和数据控制模块连接:

所述探杆(200)的外周设置有导电炭层(250)，所述导电炭层(250)与所述基座(100)内的电源连接端(120)连接:

不同检测修复装置通过导线(500)分别与电源的正极和负极连接；

包括一个主装置和至少一个副装置:所述主装置的基座(100)内设置有主电源(130)，所述主电源(130)的负极与所述主装置内的导电炭层(250)连接，所述主电源(130)的正极通过导线(500)与副装置内的导电炭层(250)连接；所述采样测试区包括第一采样测试盒(241)、浸液盒(242)和第二采样测试盒(243)；

所述第一采样测试盒(241)内部设置有pH传感器(244)和湿度传感器(245)；所述第一采样测试盒(241)的下方依次设置有所述浸液盒(242)和第二采样测试盒(243)，所述第二采样测试盒(243)内设置有电导率传感器(246)；所述探杆(200)的内侧壁上设置有输液管(290)，所述输液管(290)的出液口与所述浸液盒(242)连接，所述输液管(290)的进液口与所述基座(100)内的药液盒(140)连接；

所述pH传感器(244)、湿度传感器(245)和电导率传感器(246)均通过所述过传输杆(220)内的信号线与所述基座(100)内的数据储存和数据控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的便携式土壤检测修复设备，其特征在于:所述主装置的探杆(200)外周部分包覆有吸附绵(260)，所述吸附绵(260)浸渍有多胺型螯合树脂。

3.根据权利要求1所述的便携式土壤检测修复设备，其特征在于:所述探杆(200)的导电炭层(250)内侧设置有绝缘层(270)。

4.根据权利要求1所述的便携式土壤检测修复设备，其特征在于:所述第一采样测试盒(241)和所述浸液盒(242)的底面均设置有漏孔，紧贴所述第一采样测试盒(241)和所述浸液盒(242)的底面下方均设置有阻挡盘(221)，所述阻挡盘(221)上设置有阻挡条:所述传输杆(220)与所述阻挡盘(221)固定连接，所述传输杆(220)与第一采样测试盒(241)和所述浸液盒(242)的底面中心活动连接:所述传输杆(220)旋转控制所述阻挡盘(221)转动，以使所述第一采样测试盒(241)和所述浸液盒(242)底面的漏孔打开或闭合。

5.根据权利要求1所述的便携式土壤检测修复设备，其特征在于:所述药液盒(140)内设置有蒸馏水。

6.一种土壤检测修复的方法，其特征在于，采用如权利要求1-5任一项所述的便携式土壤检测修复设备，包括一个主装置和至少一个副装置，步骤如下:

步骤a、将主装置和副装置分别插入土壤中，通过探头测得土壤硬度值:

步骤b、旋转所述主装置和副装置，进行土壤样品采集:

步骤c、开启pH检测模块、湿度检测模块和电导率检测模块，得到不同深度土壤的pH数据、湿度数据和电导率数据:

步骤d、采用导线连接主装置和副装置，使主装置接入电源负极，副装置接入电源正极，根据测到的pH、湿度和电导率数据接通直流电压:

步骤e、在步骤d采用直流电压处理一段时间后，将主装置和副装置取出，并去除主装置附近的土壤，即完成土壤的检测和修复。

7.根据权利要求6所述的土壤检测修复的方法，其特征在于:包括一个主装置和四个副装置，所述主装置与电源的负极连接，所述四个副装置同时与电源的正极连接。

8.根据权利要求6所述的土壤检测修复的方法，其特征在于:所述直流电压U＝(k×10²)/(|[pH]-7|+γ×S)，其中：

U为电压，单位V；k为主装置和副装置的距离，单位为m；[pH]为pH测得值；γ为电导率，单位为ms/cm；S为土壤湿度，单位为％。

Images