CN111589851B - 一种农田重金属污染的并齐式修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农田重金属污染的并齐式修复方法，属于重金属污染修复技术领域，可以实现通过在土壤内埋设修复棒的方式，并通过隔土滤网统一放料和收料，以直接注水的方式向土壤内自主渗透，并掺杂有重金属捕捉剂和修复微球，重金属捕捉剂借用水的渗透作用对土壤内的重金属离子进行捕捉并形成难溶物，而修复微球在同步渗透的过程中不断剥落表层的营养物质向土壤内释放，用以改善土壤性质，同时对重金属难溶物进行吸附捕捉，并利用修复微球的磁性作用在土壤内辅助扩散并相互交汇形成严密的修复网，最后通过磁场对残留后的修复微球和重金属进行回收，显著降低修复成本的同时，大幅提高对农田重金属污染的修复效率及效果。

Description

一种农田重金属污染的并齐式修复方法

技术领域

本发明涉及重金属污染修复技术领域，更具体地说，涉及一种农田重金属污染的并齐式修复方法。

背景技术

土壤是人类赖以生存的最基本的物质基础之一，又是各种污染物的最终归宿，世界上90％的污染物最终滞留在土壤内。由于重金属污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解，并可经水、植物等介质最终影响人类健康，尤其是农田一旦受到重金属污染，一方面导致粮食减产，土地资源造成荒置浪费，另一方面容易通过粮食进入到人体内，对人体的身体健康安全具有极大的威胁所以采取措施对重金属污染土壤进行修复是必要的，现阶段土壤重金属污染修复主要有物理法、化学法和生物法三大类。

采用物理法治理土壤重金属污染效果较好、效率很高，但是往往存在着不能完全解决重金属污染，仅仅是转移污染，还需要进行再次处理的问题。采用化学法治理土壤重金属污染，需要选择合适的处理方法，处理效率较高，但处理成本也较高，并可能带来二次污染。如果采用原地淋洗的方法还必须搞清地下水的流向，以免对地下水造成污染。采用生物法进行土壤重金属污染治理，成本较低，不会带来二次污染，还能够在治理重金属的同时修复土壤的生态系统，但是其重金属治理效率较低、效果较差，还不能高效地完成土壤重金属污染的治理。

因此目前没有很好的针对农田重金属污染修复的方式，以较低的修复成本对土壤进行快速修复，同时恢复土壤的肥力，以便于农田可以快速投入使用，有效利用土壤资源进行农业生产。

发明内容

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种农田重金属污染的并齐式修复方法，它可以实现通过在土壤内埋设修复棒的方式，并通过隔土滤网统一放料和收料，以直接注水的方式向土壤内自主渗透，并掺杂有重金属捕捉剂和修复微球，重金属捕捉剂借用水的渗透作用对土壤内的重金属离子进行捕捉并形成难溶物，而修复微球在同步渗透的过程中不断剥落表层的营养物质向土壤内释放，用以改善土壤性质，同时对重金属难溶物进行吸附捕捉，并利用修复微球的磁性作用在土壤内辅助扩散并相互交汇形成严密的修复网，最后通过磁场对残留后的修复微球和重金属进行回收，既完成重金属自土壤内的转移，同时可以补全修复微球用于下一次修复，显著降低修复成本的同时，大幅提高对农田重金属污染的修复效率及效果。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种农田重金属污染的并齐式修复方法，包括以下步骤：

S1、在重金属污染的农田上进行污染检测，并根据污染程度和分布开挖合适数量的预埋坑；

S2、对应预埋坑制作合适数量的修复棒，埋设于其内然后回填土壤保证修复棒保持竖直，并于修复棒的间隔中栽种有重金属修复植物；

S3、将重金属捕捉剂、去离子水和修复微球混合后通过修复棒向土壤内释放形成密集的修复网，在对土壤重金属离子进行捕捉的同时向土壤内施加养分；

S4、5-10天后向修复棒施加磁场开始对土壤内修复后的修复微球进行回收，并重新补全修复微球用于下一次修复；

S5、每隔一个月检测一次土壤内的重金属含量，修复完成后回收农田内的修复棒，并采集部分重金属修复植物空出部分区域种植所需庄稼。

进一步的，所述步骤S1中对预埋坑内壁进行压实至无土壤脱落，然后向预埋坑中注满水至水完全渗透，通过预先水渗透的方式，降低土壤的板结程度，提前在土壤内形成用于修复的渗透流道，同时预先集中重金属离子，加快后续的修复速度。

进一步的，所述步骤S2中的重金属修复植物包括苋科植物、半卡马菊、印度芥菜、蜈蚣草和东南景天中的任意一种或多种，重金属修复植物可以超量吸收重金属并将其运移到地上部积累，生态无污染，针对性的选种可以实现对不同重金属污染的高效修复。

进一步的，所述修复棒上侧设有隔土滤网，所述隔土滤网的节点处下端开设有与修复棒相匹配的进液孔，所述隔土滤网的节点处上端固定连接有相连通的集料筒，所述集料筒上端螺纹连接有磁吸盖，所述磁吸盖内镶嵌连接有主电磁铁和电源，且主电磁铁和电源之间电性连接，可以通过隔土滤网统一放料和收料，降低人工成本，提高修复效率。

进一步的，所述修复微球由内至外依次包括磁性内芯、吸附包层和剥离增肥表层，所述吸附包层外表面镶嵌连接有延伸至剥离增肥表层内的导湿纤维，磁性内芯用来赋予修复微球磁性，一方面方便在土壤中剥落表层后，利用相互之间的磁性吸引加速扩散并回流，形成严密的修复网，提高土壤重金属修复的全面性，另一方面方便主电磁铁进行统一回收，吸附包层利用其自身优异的吸附性对捕捉后的重金属进行吸附回收，剥离增肥表层则用于改善土壤性质，提高土壤肥力，实现对土壤的并齐式修复，导湿纤维一方面可以起到对磁性内芯的抓附效果，避免提前脱落，提高修复微球的整体强度，另一方面可以起到导流作用，促进吸附包层对重金属的吸附捕捉效果。

进一步的，所述磁性内芯采用粒径20-100μm的磁铁粉末制成，所述吸附包层采用多孔吸附材料制成，所述剥离增肥表层采用氨基酸、柠檬酸、聚丙烯酰胺、腐植酸、尿素、磷酸二氢铵、氯化钾混合制成，其质量比为50-60∶3-8∶0.5-1.5∶2-3∶5-10∶5-12∶5-6∶5-7。

进一步的，所述步骤S3中重金属捕捉剂、去离子水和修复微球按重量份数计依次称取10-15份、50-75份和20-30份。

进一步的，所述修复棒内固定连接有竖直设置的磁吸柱，所述修复棒表面开设有多个释液孔，所述磁吸柱内镶嵌连接有多个与释液孔对应的辅电磁铁，所述释液孔内固定连接有隔土滤网，所述隔土滤网内侧设有多个环形阵列分布的双态变径挡针，且相邻的双态变径挡针之间彼此接触并与释液孔内侧壁固定连接，隔土滤网用来隔离修复棒和土壤，避免土壤进入到修复棒内，双态变径挡针的设置在正常状态下以弹性变形的特点供修复微球通过，而在回收剥落下剥离增肥表层后的修复微球时，由于修复微球粒径变小容易附着土壤，双态变径挡针在磁场作用下从柔性变为硬性，从而对形成的孔径进行限制，仅供剥落下剥离增肥表层后的修复微球通过，避免土壤或者杂质进入导致堵塞或者增加修复微球的回收和处理难度。

进一步的，所述双态变径挡针包括与释液孔内侧壁固定连接的固定块，所述固定块另一端固定连接有弹性液囊，所述弹性液囊内开设有柱形储液腔，所述柱形储液腔内填充有磁流变液，固定块作为支点起到支撑作用，磁流变液在常态下为可流动性的液态，弹性液囊可以在修复微球的挤压作用下产生形变供其通过，而在一定的磁场作用下会转变为固态。

进一步的，所述弹性液囊远离固定块一端固定连接有多个均匀分布的修整纤维束，所述弹性液囊内镶嵌连接有多个沿柱形储液腔周向分布的弹性定形丝，修整纤维束可以清理修复微球上的土壤或者杂质，不易造成堵塞，并降低修复微球的回收和后续处理的难度，弹性定形丝起到对弹性液囊的定形作用并辅助其复形，避免其在反复形变的过程中出现永久性的疲劳损伤。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本方案可以实现通过在土壤内埋设修复棒的方式，并通过隔土滤网统一放料和收料，以直接注水的方式向土壤内自主渗透，并掺杂有重金属捕捉剂和修复微球，重金属捕捉剂借用水的渗透作用对土壤内的重金属离子进行捕捉并形成难溶物，而修复微球在同步渗透的过程中不断剥落表层的营养物质向土壤内释放，用以改善土壤性质，同时对重金属难溶物进行吸附捕捉，并利用修复微球的磁性作用在土壤内辅助扩散并相互交汇形成严密的修复网，最后通过磁场对残留后的修复微球和重金属进行回收，既完成重金属自土壤内的转移，同时可以补全修复微球用于下一次修复，显著降低修复成本的同时，大幅提高对农田重金属污染的修复效率及效果。

(2)本发明中对预埋坑内壁进行压实至无土壤脱落，然后向预埋坑中注满水至水完全渗透，通过预先水渗透的方式，降低土壤的板结程度，提前在土壤内形成用于修复的渗透流道，同时预先集中重金属离子，加快后续的修复速度。

(3)步骤S2中的重金属修复植物包括苋科植物、半卡马菊、印度芥菜、蜈蚣草和东南景天中的任意一种或多种，重金属修复植物可以超量吸收重金属并将其运移到地上部积累，生态无污染，针对性的选种可以实现对不同重金属污染的高效修复。

(4)修复棒上侧设有隔土滤网，隔土滤网的节点处下端开设有与修复棒相匹配的进液孔，隔土滤网的节点处上端固定连接有相连通的集料筒，集料筒上端螺纹连接有磁吸盖，磁吸盖内镶嵌连接有主电磁铁和电源，且主电磁铁和电源之间电性连接，可以通过隔土滤网统一放料和收料，降低人工成本，提高修复效率。

(5)修复微球由内至外依次包括磁性内芯、吸附包层和剥离增肥表层，吸附包层外表面镶嵌连接有延伸至剥离增肥表层内的导湿纤维，磁性内芯用来赋予修复微球磁性，一方面方便在土壤中剥落表层后，利用相互之间的磁性吸引加速扩散并回流，形成严密的修复网，提高土壤重金属修复的全面性，另一方面方便主电磁铁进行统一回收，吸附包层利用其自身优异的吸附性对捕捉后的重金属进行吸附回收，剥离增肥表层则用于改善土壤性质，提高土壤肥力，实现对土壤的并齐式修复，导湿纤维一方面可以起到对磁性内芯的抓附效果，避免提前脱落，提高修复微球的整体强度，另一方面可以起到导流作用，促进吸附包层对重金属的吸附捕捉效果。

(6)修复棒内固定连接有竖直设置的磁吸柱，修复棒表面开设有多个释液孔，磁吸柱内镶嵌连接有多个与释液孔对应的辅电磁铁，释液孔内固定连接有隔土滤网，隔土滤网内侧设有多个环形阵列分布的双态变径挡针，且相邻的双态变径挡针之间彼此接触并与释液孔内侧壁固定连接，隔土滤网用来隔离修复棒和土壤，避免土壤进入到修复棒内，双态变径挡针的设置在正常状态下以弹性变形的特点供修复微球通过，而在回收剥落下剥离增肥表层后的修复微球时，由于修复微球粒径变小容易附着土壤，双态变径挡针在磁场作用下从柔性变为硬性，从而对形成的孔径进行限制，仅供剥落下剥离增肥表层后的修复微球通过，避免土壤或者杂质进入导致堵塞或者增加修复微球的回收和处理难度。

(7)双态变径挡针包括与释液孔内侧壁固定连接的固定块，固定块另一端固定连接有弹性液囊，弹性液囊内开设有柱形储液腔，柱形储液腔内填充有磁流变液，固定块作为支点起到支撑作用，磁流变液在常态下为可流动性的液态，弹性液囊可以在修复微球的挤压作用下产生形变供其通过，而在一定的磁场作用下会转变为固态。

(8)弹性液囊远离固定块一端固定连接有多个均匀分布的修整纤维束，弹性液囊内镶嵌连接有多个沿柱形储液腔周向分布的弹性定形丝，修整纤维束可以清理修复微球上的土壤或者杂质，不易造成堵塞，并降低修复微球的回收和后续处理的难度，弹性定形丝起到对弹性液囊的定形作用并辅助其复形，避免其在反复形变的过程中出现永久性的疲劳损伤。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明修复棒部分的内部结构示意图；

图3为图2中A处的结构示意图；

图4为本发明双态变径挡针部分的结构示意图；

图5为本发明修复微球的剖视结构示意图。

图中标号说明：

1修复棒、2修复微球、201磁性内芯、202吸附包层、203剥离增肥表层、204导湿纤维、3集料筒、4磁吸盖、5重金属修复植物、6释液孔、7主电磁铁、8电源、9双态变径挡针、901固定块、902弹性液囊、903修整纤维束、904弹性定形丝、10磁吸柱、11隔土滤网。

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“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1，一种农田重金属污染的并齐式修复方法，包括以下步骤：

S1、在重金属污染的农田上进行污染检测，并根据污染程度和分布开挖合适数量的预埋坑；

S2、对应预埋坑制作合适数量的修复棒1，埋设于其内然后回填土壤保证修复棒1保持竖直，并于修复棒1的间隔中栽种有重金属修复植物5；

S3、将重金属捕捉剂、去离子水和修复微球2混合后通过修复棒1向土壤内释放形成密集的修复网，重金属捕捉剂、去离子水和修复微球2按重量份数计依次称取15份、75份和30份，在对土壤重金属离子进行捕捉的同时向土壤内施加养分；

S4、5-10天后向修复棒1施加磁场开始对土壤内修复后的修复微球2进行回收，并重新补全修复微球2用于下一次修复；

S5、每隔一个月检测一次土壤内的重金属含量，修复完成后回收农田内的修复棒1，并采集部分重金属修复植物5空出部分区域种植所需庄稼。

步骤S1中对预埋坑内壁进行压实至无土壤脱落，然后向预埋坑中注满水至水完全渗透，通过预先水渗透的方式，降低土壤的板结程度，提前在土壤内形成用于修复的渗透流道，同时预先集中重金属离子，加快后续的修复速度。

步骤S2中的重金属修复植物5包括苋科植物、半卡马菊、印度芥菜、蜈蚣草和东南景天中的任意一种或多种，重金属修复植物5可以超量吸收重金属并将其运移到地上部积累，生态无污染，针对性的选种可以实现对不同重金属污染的高效修复。

请参阅图1，修复棒1上侧设有隔土滤网11，隔土滤网11的节点处下端开设有与修复棒1相匹配的进液孔，隔土滤网11的节点处上端固定连接有相连通的集料筒3，集料筒3上端螺纹连接有磁吸盖4，磁吸盖4内镶嵌连接有主电磁铁7和电源8，且主电磁铁7和电源8之间电性连接，可以通过隔土滤网11统一放料和收料，降低人工成本，提高修复效率。

请参阅图5，修复微球2由内至外依次包括磁性内芯201、吸附包层202和剥离增肥表层203，吸附包层202外表面镶嵌连接有延伸至剥离增肥表层203内的导湿纤维204，磁性内芯201用来赋予修复微球2磁性，一方面方便在土壤中剥落表层后，利用相互之间的磁性吸引加速扩散并回流，形成严密的修复网，提高土壤重金属修复的全面性，另一方面方便主电磁铁7进行统一回收，吸附包层202利用其自身优异的吸附性对捕捉后的重金属进行吸附回收，剥离增肥表层203则用于改善土壤性质，提高土壤肥力，实现对土壤的并齐式修复，导湿纤维204一方面可以起到对磁性内芯201的抓附效果，避免提前脱落，提高修复微球2的整体强度，另一方面可以起到导流作用，促进吸附包层202对重金属的吸附捕捉效果，磁性内芯201采用粒径20-100μm的磁铁粉末制成，吸附包层202采用多孔吸附材料制成，剥离增肥表层203采用氨基酸、柠檬酸、聚丙烯酰胺、腐植酸、尿素、磷酸二氢铵、氯化钾混合制成，其质量比为50-60∶3-8∶0.5-1.5∶2-3∶5-10∶5-12∶5-6∶5-7。

请参阅图2-3，修复棒1内固定连接有竖直设置的磁吸柱10，修复棒1表面开设有多个释液孔6，磁吸柱10内镶嵌连接有多个与释液孔6对应的辅电磁铁，释液孔6内固定连接有隔土滤网11，隔土滤网11内侧设有多个环形阵列分布的双态变径挡针9，且相邻的双态变径挡针9之间彼此接触并与释液孔6内侧壁固定连接，隔土滤网11用来隔离修复棒1和土壤，避免土壤进入到修复棒1内，双态变径挡针9的设置在正常状态下以弹性变形的特点供修复微球2通过，而在回收剥落下剥离增肥表层203后的修复微球2时，由于修复微球2粒径变小容易附着土壤，双态变径挡针9在磁场作用下从柔性变为硬性，从而对形成的孔径进行限制，仅供剥落下剥离增肥表层203后的修复微球2通过，避免土壤或者杂质进入导致堵塞或者增加修复微球2的回收和处理难度。

请参阅图4，双态变径挡针9包括与释液孔6内侧壁固定连接的固定块901，固定块901另一端固定连接有弹性液囊902，弹性液囊902内开设有柱形储液腔，柱形储液腔内填充有磁流变液，固定块901作为支点起到支撑作用，磁流变液在常态下为可流动性的液态，弹性液囊902可以在修复微球2的挤压作用下产生形变供其通过，而在一定的磁场作用下会转变为固态，弹性液囊902远离固定块901一端固定连接有多个均匀分布的修整纤维束903，弹性液囊902内镶嵌连接有多个沿柱形储液腔周向分布的弹性定形丝904，修整纤维束903可以清理修复微球2上的土壤或者杂质，不易造成堵塞，并降低修复微球2的回收和后续处理的难度，弹性定形丝904起到对弹性液囊902的定形作用并辅助其复形，避免其在反复形变的过程中出现永久性的疲劳损伤。

本发明可以实现通过在土壤内埋设修复棒1的方式，并通过隔土滤网11统一放料和收料，以直接注水的方式向土壤内自主渗透，并掺杂有重金属捕捉剂和修复微球2，重金属捕捉剂借用水的渗透作用对土壤内的重金属离子进行捕捉并形成难溶物，而修复微球2在同步渗透的过程中不断剥落表层的营养物质向土壤内释放，用以改善土壤性质，同时对重金属难溶物进行吸附捕捉，并利用修复微球2的磁性作用在土壤内辅助扩散并相互交汇形成严密的修复网，最后通过磁场对残留后的修复微球2和重金属进行回收，既完成重金属自土壤内的转移，同时可以补全修复微球2用于下一次修复，显著降低修复成本的同时，大幅提高对农田重金属污染的修复效率及效果。

以上，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改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (1)

1.一种农田重金属污染的并齐式修复方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、在重金属污染的农田上进行污染检测，并根据污染程度和分布开挖合适数量的预埋坑；

S2、对应预埋坑制作合适数量的修复棒（1），埋设于其内然后回填土壤保证修复棒（1）保持竖直，并于修复棒（1）的间隔中栽种有重金属修复植物（5）；

S3、将重金属捕捉剂、去离子水和修复微球（2）混合后通过修复棒（1）向土壤内释放形成密集的修复网，在对土壤重金属离子进行捕捉的同时向土壤内施加养分；

S4、5-10天后向修复棒（1）施加磁场开始对土壤内修复后的修复微球（2）进行回收，并重新补全修复微球（2）用于下一次修复；

S5、每隔一个月检测一次土壤内的重金属含量，修复完成后回收农田内的修复棒（1），并采集部分重金属修复植物（5）空出部分区域种植所需庄稼；

所述步骤S1中对预埋坑内壁进行压实至无土壤脱落，然后向预埋坑中注满水至水完全渗透；

所述步骤S2中的重金属修复植物（5）包括苋科植物、半卡马菊、印度芥菜、蜈蚣草和东南景天中的任意一种或多种；

所述修复棒（1）上侧设有隔土滤网（11），所述隔土滤网（11）的节点处下端开设有与修复棒（1）相匹配的进液孔，所述隔土滤网（11）的节点处上端固定连接有相连通的集料筒（3），所述集料筒（3）上端螺纹连接有磁吸盖（4），所述磁吸盖（4）内镶嵌连接有主电磁铁（7）和电源（8），且主电磁铁（7）和电源（8）之间电性连接；

所述修复微球（2）由内至外依次包括磁性内芯（201）、吸附包层（202）和剥离增肥表层（203），所述吸附包层（202）外表面镶嵌连接有延伸至剥离增肥表层（203）内的导湿纤维（204）；

所述磁性内芯（201）采用粒径20-100μm的磁铁粉末制成，所述吸附包层（202）采用多孔吸附材料制成，所述剥离增肥表层（203）采用氨基酸、柠檬酸、聚丙烯酰胺、腐植酸、尿素、磷酸二氢铵、氯化钾混合制成；

所述步骤S3中重金属捕捉剂、去离子水和修复微球（2）按重量份数计依次称取10-15份、50-75份和20-30份；

所述修复棒（1）内固定连接有竖直设置的磁吸柱（10），所述修复棒（1）表面开设有多个释液孔（6），所述磁吸柱（10）内镶嵌连接有多个与释液孔（6）对应的辅电磁铁，所述释液孔（6）内固定连接有隔土滤网（11），所述隔土滤网（11）内侧设有多个环形阵列分布的双态变径挡针（9），且相邻的双态变径挡针（9）之间彼此接触并与释液孔（6）内侧壁固定连接；

所述双态变径挡针（9）包括与释液孔（6）内侧壁固定连接的固定块（901），所述固定块（901）另一端固定连接有弹性液囊（902），所述弹性液囊（902）内开设有柱形储液腔，所述柱形储液腔内填充有磁流变液；

所述弹性液囊（902）远离固定块（901）一端固定连接有多个均匀分布的修整纤维束（903），所述弹性液囊（902）内镶嵌连接有多个沿柱形储液腔周向分布的弹性定形丝（904）。

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