CN110340130B - 一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置，包括底座，所述底座的上端固定连接有电离桶，所述电离桶的上端面固定连接有驱动电机，所述电离桶的侧壁中开设有装置腔，所述装置腔位于电离桶内腔与装置腔之间，所述驱动电机的输出轴末端固定连接有传动轴，所述传动轴依次贯穿电离桶的上端面和装置腔的内底部并延伸至电离桶的桶腔内，所述传动轴的下端固定连接有搅拌装置，所述电离桶的上端固定连接有储液桶，所述电离桶的侧壁中开设有滑腔，所述滑腔内密封滑动连接有滑塞。本发明降低修复成本、加快修复过程、同时也控制修复工作带来的生态风险的原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置。

Description

一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置

技术领域

本发明涉及土壤修复装置技术领域，尤其涉及一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置。

背景技术

随着工农业的发展,土壤污染事故不断发生，有关资料表明，我国受重金属污染的耕地多达2000万公顷，受各种有机污染物或化学品污染的农田总计6000多万公顷。土壤重金属污染具有隐蔽性，长期性，不可逆性等特点，我国土壤重金属污染已经影响到了耕地质量、食品安全、甚至人体健康。

目前，应用的修复技术主要包括种类型物化法和生物法。物化法主要包括隔离、挖掘-地面处理、溶剂淋洗、热脱附、蒸汽萃取、化学固化和稳定化等。生物法主要包括植物修复、动物修复和微生物修复。物化法一般能有效地清除土壤中的污染,但处理过程中会严重影响土壤的结构和地下水的生态环境,且成本较高。原位生物修复虽然不会破坏生态环境但修复过程缓慢，效率低，且其应用受到土壤条件的限制。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置，包括底座，所述底座的上端固定连接有电离桶，所述电离桶的上端面固定连接有驱动电机，所述电离桶的侧壁中开设有装置腔，所述装置腔位于电离桶内腔与装置腔之间，所述驱动电机的输出轴末端固定连接有传动轴，所述传动轴依次贯穿电离桶的上端面和装置腔的内底部并延伸至电离桶的桶腔内，所述传动轴的下端固定连接有搅拌装置，所述电离桶的上端固定连接有储液桶，所述电离桶的侧壁中开设有滑腔，所述滑腔内密封滑动连接有滑塞，所述滑塞上安装有仅允许水从右往左流动的第一单向阀，所述滑塞的侧壁固定连接有用于推动滑塞左右往复移动的往复机构，所述滑腔的左侧下端与电离桶的通腔连通，所述滑腔的右侧上端与储液桶连通，且连通处设有仅允许水从上往下流动的第二单向阀和加热腔，所述加热腔内部的右方空间内设有电热管，而电热管左方的加热腔内形成一个活动腔，所述活动腔内设有一个可左右滑动的防水活塞，所述电离桶的侧壁中还安装有用于推动活塞移动的操作部件，所述电离桶的上端安装有用于控制电热管加热的电气盒，所述底座的两侧上端均贯穿设有排液管，所述排液管内同轴设有进液管，所述进液管通过连接件固定连接在排液管的内壁上，所述排液管的侧壁均布有排水孔，所述进液管上套设有挡气环，所述挡气环与排液管的内壁和进液管均滑动密封连接，所述电离桶的两侧分别固定连接有抽水泵和注水泵，所述抽水泵和注水泵的输出端分别与进液管的上端部连通，所述底座靠近注水泵的一侧安装有用于推动排液管往复移动的推动装置，所述电离桶相对的内壁分别固定连接有第一电离板和第二电离板。

优选地，所述操作部件包括开设在电离桶侧壁中的安装腔，所述安装腔的内壁转动连接有蜗杆，所述蜗杆贯穿安装腔的内壁并固定连接有把手，所述安装腔的内壁转动连接有蜗轮，所述蜗轮与蜗杆相互啮合，所述加热腔的内壁开设有与安装腔连通的圆腔，所述圆腔内设有圆筒，所述圆筒固定连接在蜗轮远离安装腔内壁的一端，所述圆筒内设有螺纹杆，所述圆筒的内壁设有与螺纹杆相配合的内螺纹，所述螺纹杆位于加热腔内的一端固定连接在活塞的侧壁上。

优选地，所述推动装置包括固定连接在排液管侧壁上的连接杆，所述连接杆通过导向装置固定连接在底座的上端，所述导向装置的上端固定连接有抵板，所述装置腔的内壁转动连接有沿竖直方向设置的第一转轴，所述传动轴上固定连接有第一齿轮，所述第一转轴上固定连接有与第一齿轮相啮合的第二齿轮，所述第一转轴上固定连接有第一锥齿轮，所述电离桶的侧壁贯穿设有第二转轴，所述第二转轴位于装置腔内的一端固定连接有与第一锥齿轮相啮合的第二锥齿轮，所述第二转轴远离第二锥齿轮的一端固定连接有第二凸轮。

优选地，，所述第一转轴的侧壁固定连接有固定杆，所述固定杆远离第一转轴的一端固定连接有始终与第一电离板和第二电离板接触的刮板。

优选地，所述搅拌装置包括固定连接在传动轴上的第一搅拌叶和第二搅拌叶，所述第一搅拌叶与第二搅拌叶均设置在电离桶的通腔内。

优选地，所述第一搅拌叶的长度大于第二搅拌叶的长度，所述第一搅拌叶与第二搅拌叶间隔设置。

优选地，所述导向装置包括固定连接在底座上端的套筒，所述套筒内滑动连接有活动杆，所述活动杆的上端固定连接在抵板的下端，所述套筒的内壁开设有导向槽，所述导向槽内滑动连接有导向块，所述导向块固定连接在所述活动杆的侧壁上。

优选地，所述往复机构包括固定连接滑塞侧壁的滑塞杆，所述滑塞杆贯穿滑腔的内壁并延伸至装置腔内，所述传动轴上固定连接有第一凸轮，所述滑塞杆位于装置腔内的一端滑动连接在第一凸轮的侧壁上。

优选地，所述电离桶的内底部呈锥形，所述电离桶的下端中部与底座上共同开设有排污口，且排污口内安装有用于排污的电磁阀门。

优选地，所述圆腔的内壁设有限位槽，所述限位槽内设有限位块，所述限位块固定连接在螺纹杆的侧壁上。

本发明具有以下有益效果：

1、本发明联合地下水水动力场和电动力场对土壤进行修复，通过水动力场加速提取已经通过电场吸附在阳电极和阴电极上的污染物，从而把重金属从土壤中去除，更加贴近实际，优化动电系统修复性能；

2、本发明原位多物理场耦合修复重金属污染土壤方法修复周期短，成本低，对重金属污染土壤修复效率高，不易造成二次污染，在城市工业污染场地的修复中，更倾向于应用多种修复技术集成的解决方案来治理污染土壤；

3、本发明联合地下水动力学和电动力学修复方法对重金属污染土壤的修复技术领域应用具有重要意义；

4、本发明基于电场-水化学场-水动力场多物理场耦合的土壤重金属污染原位修复方法，不破坏土壤的结构和地下水的生态环境，同时又能加快土壤修复的过程，提高修复效率。

附图说明

图1为本发明提出的一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置的结构示意图；

图2为图1中的A处结构放大示意图；

图3为图1中的B处结构放大示意图；

图4为图1中的C处结构放大示意图；

图5为本发明提出的一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置导向装置的结构示意图。

图中：1底座、2刮板、3第一电离板、4传动轴、5第二电离板、6固定杆、7电磁阀门、8第一搅拌叶、9第二凸轮、10排液管、11挡气环、12排水孔、13进液管、14储液桶、15抽水泵、16驱动电机、17电离桶、18第二转轴、19注水泵、20连接件、21套筒、22连接杆、23活动杆、24抵板、25第一齿轮、26第二齿轮、27电热管、28第一转轴、29第一锥齿轮、30第二锥齿轮、31第一凸轮、32装置腔、33加热腔、34活塞、35螺纹杆、36限位块、37电气盒、38圆筒、39安装腔、40蜗轮、41蜗杆、42限位槽、43滑塞、44第一单向阀、45滑腔、46滑塞杆、47第二单向阀、48导向槽、49导向块。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

参照图1-5，一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置，包括底座1，底座1的上端固定连接有电离桶17，电离桶17的内底部呈锥形，电离桶17的下端中部与底座1上共同开设有排污口，且排污口内安装有用于排污的电磁阀门7，电离桶17的上端面固定连接有驱动电机16，电离桶17的侧壁中开设有装置腔32，装置腔32位于电离桶17内腔与装置腔32之间，驱动电机16的输出轴末端固定连接有传动轴4，传动轴4依次贯穿电离桶17的上端面和装置腔32的内底部并延伸至电离桶17的桶腔内。

传动轴4的下端固定连接有搅拌装置，搅拌装置包括固定连接在传动轴4上的第一搅拌叶8和第二搅拌叶，第一搅拌叶8与第二搅拌叶均设置在电离桶17的通腔内，第一搅拌叶8的长度大于第二搅拌叶的长度，第一搅拌叶8与第二搅拌叶间隔设置。

电离桶17的上端固定连接有储液桶14，电离桶17的侧壁中开设有滑腔45，滑腔45内密封滑动连接有滑塞43，滑塞43上安装有仅允许水从右往左流动的第一单向阀44，滑塞43的侧壁固定连接有用于推动滑塞43左右往复移动的往复机构，往复机构包括固定连接滑塞43侧壁的滑塞杆46，滑塞杆46贯穿滑腔45的内壁并延伸至装置腔32内，传动轴4上固定连接有第一凸轮31，滑塞杆46位于装置腔32内的一端滑动连接在第一凸轮31的侧壁上。

滑腔45的左侧下端与电离桶17的通腔连通，滑腔45的右侧上端与储液桶14连通，且连通处设有仅允许水从上往下流动的第二单向阀47和加热腔33，加热腔33内部的右方空间内设有电热管27，而电热管27左方的加热腔33内形成一个活动腔，活动腔内设有一个可左右滑动的防水活塞34。

电离桶17的侧壁中还安装有用于推动活塞34移动的操作部件，操作部件包括开设在电离桶17侧壁中的安装腔39，安装腔39的内壁转动连接有蜗杆41，蜗杆41贯穿安装腔39的内壁并固定连接有把手，安装腔39的内壁转动连接有蜗轮40，蜗轮40与蜗杆41相互啮合，加热腔33的内壁开设有与安装腔39连通的圆腔，圆腔内设有圆筒38，圆筒38固定连接在蜗轮40远离安装腔39内壁的一端，圆筒38内设有螺纹杆35，圆筒38的内壁设有与螺纹杆35相配合的内螺纹，螺纹杆35位于加热腔33内的一端固定连接在活塞34的侧壁上，圆腔的内壁设有限位槽42，限位槽42内设有限位块36，限位块36固定连接在螺纹杆35的侧壁上。

电离桶17的上端安装有用于控制电热管27加热的电气盒37，底座1的两侧上端均贯穿设有排液管10，排液管10内同轴设有进液管13，进液管13通过连接件20固定连接在排液管10的内壁上，排液管10的侧壁均布有排水孔12，进液管13上套设有挡气环11，挡气环11与排液管10的内壁和进液管13均滑动密封连接，电离桶17的两侧分别固定连接有抽水泵15和注水泵19，抽水泵15和注水泵19的输出端分别与进液管13的上端部连通。

底座1靠近注水泵19的一侧安装有用于推动排液管10往复移动的推动装置，推动装置包括固定连接在排液管10侧壁上的连接杆22，连接杆22通过导向装置固定连接在底座1的上端，导向装置包括固定连接在底座1上端的套筒21，套筒21内滑动连接有活动杆23，活动杆23的上端固定连接在抵板24的下端，套筒21的内壁开设有导向槽48，导向槽48内滑动连接有导向块49，导向块49固定连接在活动杆23的侧壁上。

导向装置的上端固定连接有抵板24，装置腔的内壁转动连接有沿竖直方向设置的第一转轴28，传动轴4上固定连接有第一齿轮25，第一转轴28上固定连接有与第一齿轮25相啮合的第二齿轮26，第一转轴28上固定连接有第一锥齿轮29，电离桶17的侧壁贯穿设有第二转轴18，第二转轴18位于装置腔32内的一端固定连接有与第一锥齿轮29相啮合的第二锥齿轮30，第二转轴18远离第二锥齿轮30的一端固定连接有第二凸轮9。

电离桶17相对的内壁分别固定连接有第一电离板3和第二电离板5，第一转轴28的侧壁固定连接有固定杆6，固定杆6远离第一转轴28的一端固定连接有始终与第一电离板3和第二电离板5接触的刮板2。

本发明中，该装置在使用时，先在待修复的土地表面开设两个注水井，将两个排液管10插入到注水井中，然后通过注水泵19往井内注水，水渗透到井内，在抽水泵15的作用下将井内的水抽进电离桶17内，在第一电离板3和第二电离板5的作用下，水中的金属离子会附着在第一电离板3和第二电离板5的表面，在驱动电机16的带动下，传动轴4带动第一搅拌叶8和第二搅拌叶转动，于此同时，传动轴4带动第一凸轮31转动，第一凸轮31转动带动滑塞杆46往复运动，滑塞杆46往复运动将储液桶14内的絮凝剂水溶液抽进电离桶17内，絮凝剂水溶液在进入电离桶17内之前先经过电热管27的加热，使进入电离桶17内的絮凝剂水溶液可以更快的与污水混合，使污水中的杂物凝结成絮状，传动轴4还会通过固定杆6带动刮板2对第一电离板3和第二电离板5表面的金属污垢进行刮除，在絮凝剂的作用下凝结沉淀，最终由排污口排出，处理完毕的水通过注水泵19回到土壤里；

通过推动装置推动活塞34移动，活塞34移动至堵住储液桶14与加热腔33的连通处时，电热管27持续对絮凝剂水溶液加热，高温使絮凝剂水溶液中的水变成高温蒸汽，进而对电离桶17进行消毒。

当注水井内的水不足以全部淹没排水孔12的时候，挡气环11会由于重力自然落下，将进液管13和排液管10之间的通道堵住，防止水从上部的排水孔12流出。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置，包括底座（1），其特征在于，所述底座（1）的上端固定连接有电离桶（17），所述电离桶（17）的上端面固定连接有驱动电机（16），所述电离桶（17）的侧壁中开设有装置腔（32），所述装置腔（32）位于电离桶（17）内腔与装置腔（32）之间，所述驱动电机（16）的输出轴末端固定连接有传动轴（4），所述传动轴（4）依次贯穿电离桶（17）的上端面和装置腔（32）的内底部并延伸至电离桶（17）的桶腔内，所述传动轴（4）的下端固定连接有搅拌装置，所述电离桶（17）的上端固定连接有储液桶（14），所述电离桶（17）的侧壁中开设有滑腔（45），所述滑腔（45）内密封滑动连接有滑塞（43），所述滑塞（43）上安装有仅允许水从右往左流动的第一单向阀（44），所述滑塞（43）的侧壁固定连接有用于推动滑塞（43）左右往复移动的往复机构，所述滑腔（45）的左侧下端与电离桶（17）的通腔连通，所述滑腔（45）的右侧上端与储液桶（14）连通，且连通处设有仅允许水从上往下流动的第二单向阀（47）和加热腔（33），所述加热腔（33）内部的右方空间内设有电热管（27），而电热管（27）左方的加热腔（33）内形成一个活动腔，所述活动腔内设有一个可左右滑动的防水活塞（34），所述电离桶（17）的侧壁中还安装有用于推动活塞（34）移动的操作部件，所述电离桶（17）的上端安装有用于控制电热管（27）加热的电气盒（37），所述底座（1）的两侧上端均贯穿设有排液管（10），所述排液管（10）内同轴设有进液管（13），所述进液管（13）通过连接件（20）固定连接在排液管（10）的内壁上，所述排液管（10）的侧壁均布有排水孔（12），所述进液管（13）上套设有挡气环（11），所述挡气环（11）与排液管（10）的内壁和进液管（13）均滑动密封连接，所述电离桶（17）的两侧分别固定连接有抽水泵（15）和注水泵（19），所述抽水泵（15）和注水泵（19）的输出端分别与进液管（13）的上端部连通，所述底座（1）靠近注水泵（19）的一侧安装有用于推动排液管（10）往复移动的推动装置，所述电离桶（17）相对的内壁分别固定连接有第一电离板（3）和第二电离板（5）；所述推动装置包括固定连接在排液管（10）侧壁上的连接杆（22），所述连接杆（22）通过导向装置固定连接在底座（1）的上端，导向装置包括固定连接在底座（1）上端的套筒（21），所述套筒（21）内滑动连接有活动杆（23），所述活动杆（23）的上端固定连接在抵板（24）的下端，所述套筒（21）的内壁开设有导向槽（48），所述导向槽（48）内滑动连接有导向块（49），所述导向块（49）固定连接在所述活动杆（23）的侧壁上。

2.根据权利要求1所述的一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置，其特征在于，所述操作部件包括开设在电离桶（17）侧壁中的安装腔（39），所述安装腔（39）的内壁转动连接有蜗杆（41），所述蜗杆（41）贯穿安装腔（39）的内壁并固定连接有把手，所述安装腔（39）的内壁转动连接有蜗轮（40），所述蜗轮（40）与蜗杆（41）相互啮合，所述加热腔（33）的内壁开设有与安装腔（39）连通的圆腔，所述圆腔内设有圆筒（38），所述圆筒（38）固定连接在蜗轮（40）远离安装腔（39）内壁的一端，所述圆筒（38）内设有螺纹杆（35），所述圆筒（38）的内壁设有与螺纹杆（35）相配合的内螺纹，所述螺纹杆（35）位于加热腔（33）内的一端固定连接在活塞（34）的侧壁上。

3.根据权利要求1所述的一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置，其特征在于，所述导向装置的上端固定连接有抵板（24），所述装置腔的内壁转动连接有沿竖直方向设置的第一转轴（28），所述传动轴（4）上固定连接有第一齿轮（25），所述第一转轴（28）上固定连接有与第一齿轮（25）相啮合的第二齿轮（26），所述第一转轴（28）上固定连接有第一锥齿轮（29），所述电离桶（17）的侧壁贯穿设有第二转轴（18），所述第二转轴（18）位于装置腔（32）内的一端固定连接有与第一锥齿轮（29）相啮合的第二锥齿轮（30），所述第二转轴（18）远离第二锥齿轮（30）的一端固定连接有第二凸轮（9）。

4.根据权利要求3所述的一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置，其特征在于，所述第一转轴（28）的侧壁固定连接有固定杆（6），所述固定杆（6）远离第一转轴（28）的一端固定连接有始终与第一电离板（3）和第二电离板（5）接触的刮板（2）。

5.根据权利要求1所述的一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置，其特征在于，所述搅拌装置包括固定连接在传动轴（4）上的第一搅拌叶（8）和第二搅拌叶，所述第一搅拌叶（8）与第二搅拌叶均设置在电离桶（17）的通腔内。

6.根据权利要求5所述的一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置，其特征在于，所述第一搅拌叶（8）的长度大于第二搅拌叶的长度，所述第一搅拌叶（8）与第二搅拌叶间隔设置。

7.根据权利要求1所述的一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置，其特征在于，所述往复机构包括固定连接滑塞（43）侧壁的滑塞杆（46），所述滑塞杆（46）贯穿滑腔（45）的内壁并延伸至装置腔（32）内，所述传动轴（4）上固定连接有第一凸轮（31），所述滑塞杆（46）位于装置腔（32）内的一端滑动连接在第一凸轮（31）的侧壁上。

8.根据权利要求1所述的一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置，其特征在于，所述电离桶（17）的内底部呈锥形，所述电离桶（17）的下端中部与底座（1）上共同开设有排污口，且排污口内安装有用于排污的电磁阀门（7）。

9.根据权利要求2所述的一种原位多物理场耦合修复土壤中重金属污染的装置，其特征在于，所述圆腔的内壁设有限位槽（42），所述限位槽（42）内设有限位块（36），所述限位块（36）固定连接在螺纹杆（35）的侧壁上。

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