CN111482448B - 一种重金属土壤治理装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种重金属土壤治理装置及方法，该装置包括移动车，所述移动车包括车架，所述车架顶部一端设有动力系统，所述动力系统一侧设有驾驶系统，所述车架顶部另一端设有微波源系统；所述车架底部的两对车轮之间由前到后依次设有升降系统一、微波加热罩一、升降系统二、微波加热罩二。本发明的重金属土壤治理方法通过向重金属土壤中加入生物秸秆，使生物秸秆在微波作用下不完全燃烧，产生热量和CO气体，CO气体在微波作用下与重金属离子发生氧化还原反应，从而将高价态的重金属离子还原成无毒的低价态的重金属离子，从而改善土壤土质，且修复效率较高、成本较低、不产生二次污染。

Description

一种重金属土壤治理装置及方法
技术领域
本发明涉及土壤治理技术领域，具体来说，涉及一种重金属土壤治理装置及方法。
背景技术
随着现代社会的发展，重金属污染越来越多，重金属污染土壤的问题越来越严重，重金属污染的土壤不仅影响了植物的生长和土壤生物群的变化，也严重影响了人体的健康,所以重金属土壤的治理问题刻不容缓。污染土壤的重金属主要包括汞（Hg）、镉（Cd）、铅（Pb）、铬（Cr）和类金属砷（As）等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌（Zn）、铜（Cu）、镍（Ni）等元素。目前针对重金属土壤的治理方法主要为物理法、化学法和生物法，其研究历程较长，且较为成熟，但存在修复效率较低、成本较高、产生二次污染等问题，不能满足我国对土壤修复工作的新要求。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种重金属土壤治理装置及方法，能够克服现有技术的上述不足。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种重金属土壤治理装置，包括移动车，所述移动车包括车架，所述车架顶部一端设有动力系统，所述动力系统一侧设有驾驶系统，所述驾驶系统的一侧设有抽风机，所述车架顶部另一端设有微波源系统；
所述车架底部的两对车轮之间由前到后依次设有升降系统一、微波加热罩一、升降系统二、微波加热罩二，所述升降系统一、微波加热罩一、升降系统二、微波加热罩二均安装于所述车架底部，所述微波加热罩一和所述微波加热罩二均通过微波波导系统与所述微波源系统连接；
所述升降系统一与深耕机固定连接，所述升降系统二与旋耕机固定连接，所述旋耕机外部安装有旋耕保护罩，所述旋耕保护罩的顶部与生物秸秆进料系统连接；
所述微波加热罩一上设有排湿管，所述排湿管与所述抽风机相连，所述微波加热罩二上设有进气管，所述进气管与鼓风机连接，所述鼓风机安装在所述车架顶部。
进一步地，所述微波加热罩一和微波加热罩二的底部均安装有微波屏蔽装置。
进一步地，所述微波加热罩一上设有低温红外测温仪，所述微波加热罩二上设有高温红外测温仪。
进一步地，所述驾驶系统的底部设有冷却水系统。
根据本发明的另一方面，提供了一种重金属土壤治理方法，包括以下步骤：
S1 将重金属土壤进行深翻，然后利用微波对深翻的土壤进行第一次辐照去除重金属土壤中大量的水份，得到干燥的重金属土壤；
S2 将干燥的重金属土壤打散，打散的同时加入生物秸秆并充分混合；
S3 将重金属土壤与生物秸秆混合后利用微波进行第二次辐照，土壤中的生物秸秆吸收微波后迅速升温而与土壤中的空气发生反应放出热量和CO气体，CO气体在微波作用下将土壤中的高价态的重金属离子还原成低价态的重金属离子。
进一步地，步骤S1中将重金属土壤深翻的深度是200-300mm。
进一步地，步骤S1中对深翻的土壤进行第一次辐照的温度是100-150℃，辐照的功率密度为15-25kW/m3。
进一步地，步骤S2中将重金属土壤打散成50mm以下的小块，所述生物秸秆为麦秆或稻草，所述生物秸秆的粒径为30mm以下。
进一步地，步骤S3中对重金属土壤进行第二次辐照的温度是400-800℃，辐照的功率密度为15-25kW/m3。
本发明的有益效果：本发明的重金属土壤治理装置及方法通过向重金属土壤中加入生物秸秆并充分混合，然后利用微波对重金属土壤进行辐射，在微波加热作用下，生物秸秆与土壤间隙中的空气发生不完全燃烧，不完全燃烧时产生热量和CO气体，产生的热量可以辅助土壤快速升温，而CO气体作为还原剂，在微波催化作用下，与重金属离子发生氧化还原反应，从而将有毒的高价态的重金属离子还原成无毒的低价态的重金属离子，从而改善土壤土质，本发明的重金属土壤治理装置及方法修复效率较高、成本较低、不产生二次污染。
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，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的重金属土壤治理装置的结构示意图；
图中：1、驾驶系统，2、动力系统，3、车架，4、车轮，5、升降系统一，6、深耕机，7、低温红外测温仪，8、微波加热罩一，9、排湿管，10、微波屏蔽装置，11、旋耕机，12、旋耕保护罩，13、进气管，14、微波加热罩二，15、高温红外测温仪，16、微波源系统，17、微波波导系统，18、鼓风机，19、生物秸秆进料系统，20、抽风机，21、冷却水系统，22、升降系统二。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，根据本发明实施例所述的重金属土壤治理装置，包括移动车，所述移动车包括车架3，所述车架3顶部一端设有动力系统2，所述动力系统2一侧设有驾驶系统1，所述驾驶系统1的一侧设有抽风机20，所述车架3顶部另一端设有微波源系统16。
所述车架3底部的两对车轮4之间由前到后依次设有升降系统一5、微波加热罩一8、升降系统二22、微波加热罩二14，所述升降系统一5、微波加热罩一8、升降系统二22、微波加热罩二14均安装于所述车架3底部，所述微波加热罩一8和所述微波加热罩二14均通过微波波导系统17与所述微波源系统16连接，微波源系统16为915MHz大功率微波源，微波从微波源系统16发出，经微波波导系统17分别进入微波加热罩一8和微波加热罩二14对重金属土壤体系进行辐照，其辐照的功率密度为15-25kW/m3。
所述升降系统一5与深耕机6固定连接，深耕机6随着升降系统一5一同升降，所述升降系统二22与旋耕机11固定连接，旋耕机11随着升降系统二22一同升降，升降系统一5及升降系统二22升降幅度为300mm，且可以自由调节，所述旋耕机11外部安装有旋耕保护罩12，所述旋耕保护罩12的顶部与生物秸秆进料系统19连接；旋耕机11的作用有两个，一是将重金属土壤打散成50mm以下的小块，二是将粒径为30mm以下的生物秸秆与重金属土壤充分混合。
所述微波加热罩一8上安装有低温红外测温仪7和排湿管9，低温红外仪7用于检测土壤的温度，其烘干温度控制在100-150℃，所述排湿管9与所述抽风机20相连，重金属土壤中的水份吸收微波后迅速升温而被蒸发，蒸发的水汽从排湿管9被抽风机20抽出，所述微波加热罩二14上安装有高温红外测温仪15和进气管13，高温红外测温仪15用于检测土壤的温度，其加热温度控制在400-800℃，所述进气管13与鼓风机18连接，所述鼓风机18安装在所述车架3顶部，鼓风机18为变频可调，鼓入的空气量为5-10NL3/min。
所述微波加热罩一8和微波加热罩二14的底部均安装有微波屏蔽装置10，防止微波泄露。微波屏蔽装置10围绕微波加热罩底部一圈，其材质为金属软链或导电性好的软垫。
所述驾驶系统1的底部设有冷却水系统21，其作用是对微波源系统16进行冷却。冷却水从冷却水系统21出发对微波源系统16进行冷却后回流至冷却水系统21，冷却水系统21具有制冷功能，为循环式冷却水系统。
本发明利用上述重金属土壤治理装置进行重金属土壤治理的方法是将深耕机6、微波加热罩一8、旋耕机11、微波加热罩二14固定于移动车的底部，随着移动车的移动，重金属土壤依次被深翻、微波加热烘干、打散并混入生物秸秆、微波加热而发生还原反应，有毒的高价态的重金属离子被还原成无毒的低价态的重金属离子，从而达到改善土壤的目的。
该方法包括以下步骤：
S1 将重金属土壤进行深翻，深翻的深度是200-300mm，然后利用微波对深翻的土壤进行第一次辐照，第一次辐照的温度是100-150℃，辐照的功率密度为15-25kW/m3，去除重金属土壤中大量的水份，得到干燥的重金属土壤。
S2 将干燥的重金属土壤打散成50mm以下的小块，打散的同时加入生物秸秆并充分混合，所述生物秸秆为麦秆、稻草等干燥的农作物，所述生物秸秆的粒径为30mm以下；
S3 将重金属土壤与生物秸秆混合后利用微波进行第二次辐照，第二次辐照的温度是400-800℃，辐照的功率密度为15-25kW/m3，土壤中的生物秸秆吸收微波后迅速升温而与土壤中的空气发生反应放出热量和CO气体，CO气体在微波作用下将土壤中的高价态的重金属离子还原成低价态的重金属离子。
微波技术作为一种新型加热技术已被广泛应用，微波照射在物体表面能穿透到物体内部，其加热不同于一般的由外部热源通过辐射由表及里的传导式加热，而是物体在电磁场中由于介质损耗而引起的体积加热，被辐射物体内外会同时加热。重金属化合物和生物秸秆吸收微波后也会迅速升温而发生反应并放出反应热。重金属土壤介电常数小(干土=2.55，=0.016)，不容易吸收微波，土壤中的水份的介电常数大(25°C时，=76.7，=12 )，极易吸收微波，水份吸收微波后迅速发热而蒸发，所以利用微波去除土壤中的水份相当节能。
综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过向重金属土壤中添加生物秸秆(吸波介质)，干燥的重金属土壤中重金属化合物也比较容易吸收微波，在微波场的作用下，因此利用微波加热技术对重金属土壤进行加热，加热效率高，成本低且不会产生二次污染。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种重金属土壤治理方法，采用重金属土壤治理装置，包括移动车，所述移动车包括车架（3），其特征在于，所述车架（3）顶部一端设有动力系统（2），所述动力系统（2）一侧设有驾驶系统（1），所述驾驶系统（1）的一侧设有抽风机（20），所述车架（3）顶部另一端设有微波源系统（16）；
所述车架（3）底部的两对车轮（4）之间由前到后依次设有升降系统一（5）、微波加热罩一（8）、升降系统二（22）、微波加热罩二（14），所述升降系统一（5）、微波加热罩一（8）、升降系统二（22）、微波加热罩二（14）均安装于所述车架（3）底部，所述微波加热罩一（8）和所述微波加热罩二（14）均通过微波波导系统（17）与所述微波源系统（16）连接；
所述升降系统一（5）与深耕机（6）固定连接，所述升降系统二（22）与旋耕机（11）固定连接，所述旋耕机（11）外部安装有旋耕保护罩（12），所述旋耕保护罩（12）的顶部与生物秸秆进料系统（19）连接；
所述微波加热罩一（8）上设有排湿管（9），所述排湿管（9）与所述抽风机（20）相连，所述微波加热罩二（14）上设有进气管（13），所述进气管（13）与鼓风机（18）连接，所述鼓风机（18）安装在所述车架（3）顶部，所述微波加热罩一（8）上设有低温红外测温仪（7），所述微波加热罩二（14）上设有高温红外测温仪（15），所述驾驶系统（1）的底部设有冷却水系统（21），冷却水系统（21）对微波源系统（16）进行冷却；
重金属土壤治理方法包括以下步骤：
S1 将重金属土壤进行深翻，然后利用微波对深翻的土壤进行第一次辐照去除重金属土壤中大量的水份，得到干燥的重金属土壤；
S2 将干燥的重金属土壤打散，打散的同时加入生物秸秆并充分混合；
S3 将重金属土壤与生物秸秆混合后利用微波进行第二次辐照，土壤中的生物秸秆吸收微波后迅速升温而与土壤中的空气发生反应放出热量和CO气体，CO气体在微波作用下将土壤中的高价态的重金属离子还原成低价态的重金属离子。
2.根据权利要求1所述的重金属土壤治理方法，其特征在于，所述微波加热罩一（8）和微波加热罩二（14）的底部均安装有微波屏蔽装置（10）。
3.根据权利要求1所述的重金属土壤治理方法，其特征在于，步骤S1中将重金属土壤深翻的深度是200-300mm。
4.根据权利要求1所述的重金属土壤治理方法，其特征在于，步骤S1中对深翻的土壤进行第一次辐照的温度是100-150℃，辐照的功率密度为15-25kW/m3。
5.根据权利要求3所述的重金属土壤治理方法，其特征在于，步骤S2中将重金属土壤打散成50mm以下的小块，所述生物秸秆为麦秆或稻草，所述生物秸秆的粒径为30mm以下。
6.根据权利要求3所述的重金属土壤治理方法，其特征在于，步骤S3中对重金属土壤进行第二次辐照的温度是400-800℃，辐照的功率密度为15-25kW/m3。
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