CN110814020A - 一种重金属污染土壤修复实验装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种重金属污染土壤修复实验装置，包括罐体及罐盖，还包括带式搅拌装置，位于罐体内，包括四个呈梯形排列的传动轴，传动轴的外侧安装有转轮，传送带套装上所述转轮上，传送带的内侧设有与所述转轮配合的内齿，外侧设有若干搅拌齿；驱动装置，包括安装在罐体外的电机及位于罐体内的动力转换器；取样口，开在罐体侧壁上，取样口上安装有取样器。本发明可实现实验样剂的均匀厌氧搅拌，在保证实验装置内部厌氧环境下，不必打开实验装置，即可实现定点定位精准厌氧取样工作。

Description

一种重金属污染土壤修复实验装置

技术领域

本发明属于重金属污染土壤的修复领域，具体涉及一种重金属污染土壤修复实验装置。

背景技术

土壤污染作为一个制约人类社会可持续发展的问题正日益受到世界各国的广泛关注。随着工业化和城市化的飞速发展，土壤重金属污染日趋严重。土壤中的重金属污染物大部分残留于土壤耕层，少移动、难降解、毒性大，对地下水、地表水造成次污染，通过饮用水或土壤—植物系统经由食物链进入人体而危及人类健康。因此，修复重金属污染土壤，恢复土壤原有功能，刻不容缓。

重金属污染土壤修复是使遭受污染的土壤恢复正常功能的技术措施，是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质；由于重金属污染土壤类型各异，在实地修复之前，往往需要先在实验室进行实验研究，验证技术有效且成熟后进行实地应用。

现有装置存在如下诸多缺陷：

1、在重金属污染土壤修复实验研究过程中，大多需要厌氧菌的作用，而现有装置不能实现厌氧搅拌，在实验样剂混合搅拌过程中，加速氧气在实验样剂中的溶解，不利于厌氧微生物对重金属污染土壤修复，影响修复实验效果。

2、现有装置容易产生搅拌适用范围有限而且搅拌不均匀。对于液态具有较好的搅拌效果，对于固态、固液混合态的搅拌效果不高，而重金属污染土壤修复以固液混合态和粘稠状态为主，实验样剂搅拌不均匀，影响修复实验效果。

3、现有装置不能实现厌氧取样工作。在实验过程中，会经常需要打开装置进行实验样品取样，用来进行监测分析，现有装置取样过程均需要打开装置，取样后在封闭，每一次取样操作均需破坏装置厌氧环境。

4、现有装置不能实现定点定位精准厌氧取样工作。取样位置不精准，影响实验数据分析。

综上，提出一种厌氧均匀搅拌且实现精准厌氧取样的重金属污染土壤修复实验装置则成为本发明所面临的重要课题。

发明内容

本发明针对现有重金属污染土壤修复实验装置无法实现厌氧均匀搅拌及精准厌氧取样问题，提出一种新装置，采用如下技术方案予以实现：

一种重金属污染土壤修复实验装置，包括罐体及罐盖，还包括：带式搅拌装置，位于罐体内，包括四个呈梯形排列的传动轴，传动轴的外侧安装有转轮，传送带套装上所述转轮上，传送带纵向界面呈梯形，梯形长边靠近罐体内壁，传送带的内侧设有与所述转轮配合的内齿，外侧设有若干搅拌齿；驱动装置，包括安装在罐体外的电机及位于罐体内的动力转换器，电机通过转轴驱动动力转换器带动最下方传动轴转动，进而带动传送带传动；取样口，开在罐体侧壁上，取样口上安装有取样器。

进一步地，所述动力转换器包括壳体，所述转轴横向伸入所述壳体内，转轴上设有齿纹，壳体内安装有与所述齿纹啮合的齿轮盘，所述最下方传动轴纵向伸入所述壳体中，刚性安装在所述齿轮盘上。

进一步地，所述取样器包括取样筒，位于取样筒内的取样杆，取样杆上设有传动纹，一端伸出取样筒连接把手，另一段连接活塞，取样筒一端开有进样口，另一段开有卸样口。

进一步地，所述取样口包括上、中、下三个。

进一步地，所述取样筒壁上设有两个卡块。

进一步地，所述罐体上设有玻璃观察窗。

进一步地，所述带式搅拌装置的个数为3个，两两之间夹角为120度。

进一步地，所述罐体底部设有清洁口，所述清洁口上安装有密封挡板。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

本发明带有厌氧均匀搅拌系统，可在实验装置内实现实验样剂的均匀厌氧搅拌，同时，该系统适用于固态、液态、固液混合态等各种状态的实验样剂，适用范围广，特别适合于重金属污染土壤修复。另外本发明实现了厌氧实验精准取样，在保证实验装置内部厌氧环境下，不必打开实验装置，即可实现定点定位精准厌氧取样工作。整个取样过程不会破坏实验装置内部的厌氧环境，而且可以实现不同深度、不同位置的精准厌氧取样，从而使实验数据分析更科学、更精确。

附图说明

图1本发明重金属污染土壤修复实验装置结构示意图；

图2本发明密封工作时结构示意图；

图3本发明A-A向结构示意图；

图4本发明B-B向结构示意图；

图5取样器主体结构示意图；

图6取样器卸样工作时示意图；

图7取样器C区局部放大图；

图8动力转换器主体结构示意图；

图9动力转换器D区局部放大侧视图；

图10转轮主体结构示意图；

以上各图中具有：活扣1、密封盖板2、罐盖3、投料口4、排气管5、止回阀6、排气口7、密封圈8、密封圈9、固定栓10、密封挡板11、观察窗12、转轴13、上部取样口14、转轮15、内齿16、搅拌齿17、电机18、底部清洗口19、罐体20、折页21、筒底22、中部取样口23、底部取样口24、橡胶圈25、橡胶环26、带式搅拌装置27、支架28、凹槽29、把手30、取样筒31、取样杆32、传动纹33、卸样口34、筒壁35、螺纹口36、活塞37、进样口38、盛样区39、盛样筒40、螺纹41、螺栓42、动力转换器43、固定基座44、轴承45、传送带46、基架47、传动轴48、齿轮盘49、密封圈50、齿纹51、轮齿52、轴承53、取样器54、开口55、外壳56、卡块57、卡环58、螺纹59、筒口60。

具体实施方式

为了能够更加清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

参考图1-图4，本实施例提出一种重金属污染土壤修复实验装置，包括罐体、罐盖、带式搅拌装置、电机、动力转换器、取样口及取样器。

在罐体20顶端设置一个长5cm的钢制折页21，在折页21的对面设置一个高3cm厚1.5cm的钢制固定栓10，在折页21上安装一个直径100cm高15cm的钢制罐盖3，罐盖3可在折页21的作用下自由开闭，在罐盖3的下边缘设置一圈厚0.5cm的密封圈8，在罐体20的上边缘设置一圈厚0.5cm的密封圈9，密封圈8和密封圈9恰好吻合，当罐盖3处于关闭状态时，密封圈8和密封圈9可将罐体20和罐盖3进行密封；在罐盖3与固定栓10对应位置处设置一个长5cm宽3cm的钢制活扣1，活扣1与固定栓10恰好吻合，当活扣1与固定栓10卡扣关闭时，罐体20和罐盖3密封关闭，当活扣1与固定栓10打开后，可将罐盖3绕折页21打开；在罐盖3的上部开设一个直径15cm的投料口4，设置一个直径15cm高4cm的橡胶密封盖板2用来封堵投料口4，密封盖板2和投料口4之间通过深0.1cm的螺纹41进行相对固定和密封处理，当密封盖板2通过螺纹41固定在投料口4时，罐体20内处于密封状态，当密封盖板2打开时，可通过投料口4向罐体内添加实验材料；在罐盖3的上部开设一个直径2cm的排气口7，在排气口7处安装一根内径2cm长5cm的钢制排气管5，在排气管5上安装一个长3cm宽3cm高5cm止回阀6，当罐体20内的增大到1.5个标准大气压后，罐体20内的气体可通过排气管5顺利排出，同时止回阀6可防止罐外气体进入罐体20。

罐体内安装有带式搅拌装置27，该装置包括四个呈梯形排列的传动轴48，传动轴的外侧安装有转轮15，传送带46套装上转轮45上，传送带46纵向界面呈梯形，梯形长边靠近罐体内壁，传送带46的内侧设有与所述转轮配合的内齿，外侧设有若干搅拌齿；罐体外安装有电机18，罐体内安装有动力转换器43，电机18通过转轴驱动动力转换器带动最下方传动轴转动，进而带动传送带传动；罐体侧壁上设有取样口23，取样口上安装有取样器54。

本实施例罐体20为直径100cm高150cm的钢制罐体，在距离筒底22上方5cm处设置一个直径10cm的底部清洗口19，底部清洗口19通过直径10cm的橡胶密封挡板11将底部清洗口19进行密封处理，密封挡板11通过螺栓42与罐体20相固定，螺栓42可以控制密封挡板11的插入和取出，密封挡板11的插入和取出可以控制底部清洗口19的关闭和打开。

罐体20的侧壁上设置两个长120cm宽5cm的玻璃观察窗12，观察窗12的上端距离罐体20上边缘10cm，观察窗12的下端距离罐体20下边缘20cm，观察窗12和罐体20进行密封处理，两个观察窗12之间的最小夹角为120°；在罐体20的侧壁上设置三个直径5cm的取样口，分别是上部取样口14、中部取样口23、底部取样口24，上部取样口14、中部取样口23、底部取样口24的圆心连线在垂直方向呈一条直线，上部取样口14罐体20上边缘10cm，中部取样口23位于罐体20的中间位置，底部取样口24距离罐体20下边缘20cm，两个观察窗12和取样口圆心连线之间的夹角为120°

在上部取样口14、中部取样口23、底部取样口24中都安装一个直径4cm的钢制取样器54，取样器54与罐体20之间通过厚0.45cm的橡胶圈25进行密封，取样器54在橡胶圈25内可以自由推拉运动而不影响橡胶圈25的密封效果；在罐体20内部设置三组长70cm宽13cm的带式搅拌装置27，带式搅拌装置27通过宽4cm的钢制固定基座44固定在罐体20的内壁上，每组带式搅拌装置27中两端的固定基座44高7cm，中间的固定基座44高15cm，三组带式搅拌装置27之间的夹角为120°，且每一组带式搅拌装置27与相邻观察窗12或取样口之间的角度为60°

带式搅拌装置27包括：电机轴13、转轮15、内齿16、搅拌齿17、电机18、橡胶环26、支架28、凹槽29、动力转换器43、轴承45、传送带46和、传动轴48组成：在固定基座44的作用下，带式搅拌装置27截面呈梯形，梯形的长边一侧靠近罐体20的内壁，梯形的短边一侧远离罐体20的内壁；在每一个固定基座44的末端都安装一个外径4cm内径2cm的轴承45，在每组固定基座44的两个轴承45中都安装一根直径2cm的钢制传动轴48，在两个轴承45之间的每一个传动轴48上都固定安装一个外径3cm内径2cm长13cm的转轮15，传动轴48可在轴承45内自由转动，其中最下方的一根传动轴48与直径2cm的钢制电机轴13刚性连接，最下方的一根传动轴48是主动轴，其余均为从动轴；转轮15的外侧设置深0.5cm凹槽29；在每一组转轮15的外侧都安装一条宽13cm厚0.6cm的传送带46，在传送带46的内侧设置高0.5cm的内齿16，在传送带46的外侧设置宽13cm高1.5cm的搅拌齿17；内齿16与凹槽29恰好吻合，在内齿16与凹槽29的作用下，转轮15与传送带46之间不会产生滑动；在每一组带式搅拌装置27的最下方的一个固定基座44上都安装一个长4cm宽4cm高4cm的钢制动力转换器43；将每一组带式搅拌装置27的最下方的一根传动轴48都通过动力转换器43与电机轴13相连，在罐体20的外壁上通过钢制支架28固定安装三组长10cm宽10cm高10cm的电机18，每一组电机18的电机轴13都穿过罐体20侧壁与动力转换器43相连，电机轴13与罐体20侧壁之间通过外径3cm内径2cm的橡胶环26进行密封处理，且电机轴13可在橡胶环26自由转动；电机18工作时带动电机轴13转动，通过动力转换器43转换转动方向后，带动传动轴48转动，传动轴48上的转轮15在内齿16与凹槽29的作用下带动传送带46运动，俯视视角下传送带46的转动方向为由罐体20内壁向罐体20中心传动，仰视视角下传送带46的转动方向为由罐体20中心向罐体20内壁传动；当传送带46在转轮15的带动下转动时，传送带46上的搅拌齿17可以带动罐体20内的实验材料相对移动，达到搅拌的目的。

参考图8-图10动力转换器43由基架47、齿轮盘49、密封圈50、螺纹51、轮齿52、轴承53、开口55和外壳56组成：设置一个长4cm宽4cm高4cm的钢制外壳56，在外壳56的一个侧面上设置一个直径3cm的圆形开口55，电机轴13穿过开口55伸入外壳56内部，在电机轴13和开口55之间设置一个外径3cm内径2cm的密封圈50，电机轴13可在密封圈50内自由转动；在靠近开口55和电机轴13末端位置处都设置一个宽3cm高3cm的钢制基架47，在每一个基架47的一端安装一个内径1.5cm的轴承53，通过基架47将电机轴13固定在外壳56内壁上，但电机轴13通过轴承53可以自由转动；在电机轴13末端的基架47一端的电机轴13上设置一段长3cm深0.5cm的螺纹51；在外壳56筒壁上方开设一个直径3cm的圆形开口55，传动轴48恰好穿过开口55伸入外壳56内部，在传动轴48和开口55之间设置一个外径3cm内径2cm的密封圈50，传动轴48可在密封圈50内自由转动；在外壳56内部传动轴48的一端刚性安装一个直径2.5cm高2cm的齿轮盘49，传动轴48的齿轮盘49在外壳56内恰好与电机轴13相接触。在靠近齿轮盘49的位置处通过基架47将传动轴48固定在外壳56内壁上，但传动轴48通过轴承53可以自由转动；在齿轮盘49外侧设置深0.5cm的轮齿52，轮齿52和螺纹51恰好吻合，当电机轴13转动时，通过轮齿52和螺纹51的作用带动齿轮盘49转动，进而通过齿轮盘49带动传动轴48转动。

参考图图5-图7，取样器54由把手30、取样筒31、取样杆32、传动纹33、卸样口34、筒壁35、螺纹口36、活塞37、进样口38、盛样筒40、卡块57、卡环58、螺纹59和筒口60组成：设置一个长55cm直径4cm的钢制取样筒31，在取样筒31的上部两端都设置一个长1cm宽1cm高1cm的钢制卡块57，取样筒31穿过橡胶圈25进入罐体20内部，取样筒31在橡胶圈25内可以自由推拉运动而不影响橡胶圈25的密封效果，取样筒31两端的卡块57可以控制取样筒的推拉运动极限位置；在取样筒31位于罐体20内部的一端设置一个直径4cm的筒口60，在取样筒31远离筒口60一端的下方设置一个长4cm宽4cm的卸样口34，在取样筒31内部设置一个直径4cm长4cm的钢制盛样筒40，在盛样筒40的下方设置一个长4cm宽4cm的进样口38，卸样口34与进样口38可恰好重合；在盛样筒40两侧外壁上都设置一层直径4cm厚1cm的橡胶活塞37，活塞37可在取样筒31内水平运动并能起到密封作用；在取样筒31筒壁35的圆心位置处设置一个直径0.6cm的螺纹口36，螺纹口36内设深0.05cm的螺纹59；设置一根长60cm直径0.7cm的钢制取样杆32，在取样杆32设置长50cm深0.05cm的传动纹33，传动纹33和螺纹59恰好吻合，当取样杆32转动时，在传动纹33和螺纹59的作用下可实现取样杆32和筒壁35之间的相对运动；将取样杆32在取样筒31内部的一端与盛样筒40刚性连接，在取样杆32位于取样筒31外部的一端设置一根长10cm直径1.5cm的钢制把手30；在取样杆32距离把手30的5cm设置一个直径2cm宽0.2cm的钢制卡环58，卡环58可控制取样杆32向取样筒31内部的延伸极限，以确保至少有一个活塞37始终在取样筒31内，从而起到密封效果。实验取样操作时，将取样筒31推进至需要取样的位置，通过拧动把手30，在传动纹33和螺纹59的作用下将盛样筒40推送出筒口60，罐体20内的实验样品在重力的作用下被挤压到盛样筒40的盛样区39内；反向拧动把手30，在传动纹33和螺纹59的作用下将盛样筒40拉至罐体20外部，卸样口34与进样口38恰好重合，盛样区39内的实验样品在自身重力的作用下，经卸样口34得到收集处理并完成取样操作，整个取样过程罐体20内部与外界空气始终处于相对密封状态，外界空气无法进入罐体20内部。

本实施例实验装置工作时，实验前，打开罐盖3将实验原料放入罐体20内，开动电机18带动带式搅拌装置27转动，在搅拌齿17和实验原料自身重力的作用下，实现自上向下、由罐体中心向罐体内壁的循环搅拌运动；搅拌过程中可通过短暂开启投料口4的密封盖板2进行加料操作；排气管5和止回阀6可将实验反应过程产生的过量气体排出，维持管内气压稳定，同时也可以防止罐外气体进入罐体20，维持罐体20内的相对厌氧环境；实验过程中需要取样时，将取样筒31推进至需要取样的位置，通过拧动把手30，在传动纹33和螺纹59的作用下将盛样筒40推送出筒口60，罐体20内的实验样品在重力的作用下被挤压到盛样筒40的盛样区39内；反向拧动把手30，在传动纹33和螺纹59的作用下将盛样筒40拉至罐体20外部，卸样口34与进样口38恰好重合，盛样区39内的实验样品在自身重力的作用下，经卸样口34得到收集处理并完成取样操作，整个取样过程罐体20内部与外界空气始终处于相对密封状态，外界空气无法进入罐体20内部。实验完成后，打开罐体20底部的密封挡板11，将实验废料和清洗废水通过底部清洗口19排出收集，并按照对应操作规程做进一步处理。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (8)

1.一种重金属污染土壤修复实验装置，包括罐体及罐盖，其特征在于还包括：

带式搅拌装置，位于罐体内，包括四个呈梯形排列的传动轴，传动轴的外侧安装有转轮，传送带套装上所述转轮上，传送带纵向界面呈梯形，梯形长边靠近罐体内壁，传送带的内侧设有与所述转轮配合的内齿，外侧设有若干搅拌齿；

驱动装置，包括安装在罐体外的电机及位于罐体内的动力转换器，电机通过转轴驱动动力转换器带动最下方传动轴转动，进而带动传送带传动；

取样口，开在罐体侧壁上，取样口上安装有取样器。

2.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复实验装置，其特征在于：所述动力转换器包括壳体，所述转轴横向伸入所述壳体内，转轴上设有齿纹，壳体内安装有与所述齿纹啮合的齿轮盘，所述最下方传动轴纵向伸入所述壳体中，刚性安装在所述齿轮盘上。

3.根据权利要求1或2所述的重金属污染土壤修复实验装置，其特征在于：所述取样器包括取样筒，位于取样筒内的取样杆，取样杆上设有传动纹，一端伸出取样筒连接把手，另一段连接活塞，取样筒一端开有进样口，另一段开有卸样口。

4.根据权利要求3所述的重金属污染土壤修复实验装置，其特征在于：所述取样口包括上、中、下三个。

5.根据权利要求3所述的重金属污染土壤修复实验装置，其特征在于：所述取样筒壁上设有两个卡块。

6.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复实验装置，其特征在于：所述罐体上设有玻璃观察窗。

7.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复实验装置，其特征在于：所述带式搅拌装置的个数为3个，两两之间夹角为120度。

8.根据权利要求1所述的重金属污染土壤修复实验装置，其特征在于：所述罐体底部设有清洁口，所述清洁口上安装有密封挡板。

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