CN112974497A - 一种农业用重金属污染农田土壤修复系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农业用重金属污染农田土壤修复系统，其特征在于：包括土质检测系统，土质检测系统内包括固定监测单元和移动检测单元；土质检测系统通过无线数据连接有信息管理系统，信息管理系统包括信息处理中心，信息处理中心包括信息分析中心、连接信息分析中心和土质检测系统的数据储存库；所述信息管理系统通过无线数据连接有土壤修复系统，所述土壤修复系统包括车载式土壤修复设备；本发明通过固定和移动的检测监测终端和信息处理中心，制作出实时的土壤信息地图，依靠精确而及时的数据选择最优的土壤修复方案，使用专门设计的土壤修复装置，实现对受到重金属污染的土壤进行快速准确高效的修复处理。

Description

一种农业用重金属污染农田土壤修复系统

技术领域

本发明属于生态环境建设与保护技术领域，涉及了污染修复技术，具体的涉及一种农业用重金属污染农田土壤修复系统。

背景技术

农业是人类社会生产生活的根本产业，农业的发展离不开土地；随着人们工业发展和生活水平的提高，生产生活中往往会产生大量的污染物，以废液、废气和废弃固态物等形式排入土地中，对土地特别是农田造成极大的污染。

农田是人们获取食物的重要来源之一，农作物会吸收其生长土地的养分以生长，若土地中含有有害成分，农作物极易将其吸收入体内，轻则造成生长不良出现病症减产，重则可能将有害物质以农产品为渠道送入人体，对人们的身体健康造成重大威胁。

目前，影响土地质量的因素包括重金属元素的沉积、过量的有机物、极端酸碱度等；其中，重金属元素的存在对人体的威胁最为直接，植物无法分解重金属元素，重金属元素会被农产品携带并送入人们的餐桌，直接危害人体健康，因此，对农田的土质检测和监测是保障农作物健康生产，防范重金属污染的重中之重；对于重金属元素污染严重的地区，通常需要对其进行土质改善作业，包括对土壤中重金属元素的分离，并且对土壤进行增肥等工序。

目前常用的土壤中重金属污染的处理方法，分为物理修复、化学修复和生物修复三类；物理修复方式包括换土法、玻璃化处理和电动力学修复等方法，化学修复方式包括化学淋洗修复和化学固定等方法，生物修复方式包括微生物修复和植物修复等方法；以上各种土壤修复方法各有优劣，适合的场景不同，需要应对不同的实际需求选择合适的方式进行土壤修复。

如何判断土壤需要何种的方式进行修复处理，需要根据当地的土质检测数据来进行分析，这其中，是否能得到一份完整而准确的土质分析数据是重中之重，目前还没有完整而成熟的土地质量监测系统，可以随时为人们提供某一处地方的土壤质量分析，这对于土质预警和土壤修复工作来说，无疑大大增加了工作难度和成本，如何设计使用一套完整而准确的土壤质量检测监测系统，以及与其配合使用的土壤修复系统，是目前土地质量控制、污染土壤的修复工作所急需的技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用以解决上述问题，可以长期实时的检测监测土壤质量，并且对污染土壤，特别是重金属污染土壤做出有效修复的农业用重金属污染农田土壤修复系统。

基于上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种农业用重金属污染农田土壤修复系统，其特征在于：包括土质检测系统，土质检测系统内包括固定监测单元和移动检测单元，固定监测单元包括固定深层土质监测装置，移动检测单元包括车载土壤检测装置；土质检测系统通过无线数据连接有信息管理系统，信息管理系统包括信息处理中心，信息处理中心包括信息分析中心、连接信息分析中心和土质检测系统的数据储存库；信息管理系统通过无线数据连接有土壤修复系统，土壤修复系统包括车载式土壤修复设备，车载式土壤修复设备包括依次设置的挖料设备、送料设备、土壤修复设备和土壤还原设备；土壤还原设备包括依次连接的土壤增肥设备和土壤填埋设备；土壤增肥设备包括依次设置的上料机构和混合搅拌机构。

优选地，固定深层土质监测装置包括固定监测阵列，固定监测阵列内包括固定土质检测桩；固定监测阵列内设置的固定土质检测桩根据实际地形，按照S形取样法、棋盘取样法或五点交叉取样法设置在需监测土地上；固定土质检测桩获得的土壤样本送至土壤分析站检测；车载土壤检测装置包括移动采样站，和与移动采样站配合使用的移动土壤分析站；固定监测阵列设置在需要长时间监测土质的地区，通过阵列内设置的多个固定土质检测桩，可以对较深地层的土壤进行实时的取样，改善了以往取土样完全依赖人力取土的现状，可以减轻技术人员的劳动强度；由于采用固定检测桩实时取土监测的形式，取土样的过程也被极大地简化，只需要将检测桩内取好的土样取出便可对土壤质量进行分析，检测工作所需的时间大幅降低；对于没有安装固定监测阵列的土地，或者只依靠固定监测阵列得到的结果不可靠的情况，也可使用车载土壤检测装置对需要补充检测的地区进行土壤检测，以丰富监测样本数量，提升土质检测的精度，也便于发现确定污染源，对其进行根源性的治理；固定监测阵列和移动采样站分别配合的设置有土壤分析站和移动土壤分析站，用以对获得的土壤样本进行及时分析；固定监测阵列按照S形取样、棋盘式取样法法或是五点交叉取样法设置固定土质检测桩，为的是根据不同的地质环境采取最合理准确的取样方法，保证取样结果可靠。

优选地，固定土质检测桩包括防护壳，和设置在防护壳内的取样钻头；取样钻头的顶部连接固定有驱动气缸，驱动气缸固定设置在防护壳内的安装台上，驱动气缸的顶端设置有控制盒；取样钻头的两侧设置有螺纹架，螺纹架内侧设置有螺纹、底端外侧连接有螺纹架气缸，取样钻头的外侧面设置有与螺纹架配合的螺纹；防护壳的一侧设置有取样窗，防护壳的顶端设置有太阳能板；固定土质检测桩主要需要实现自动取土样，和远程遥控的自动化取土功能，其使用太阳能作为能源来源，通过控制盒接受无线信号控制驱动气缸和与其配合的地质取土钻头进行钻孔取土工作；由于采用太阳能，所以固定土质检测桩可以不依赖外部能源便自行工作；而与信息管理系统连接的控制盒，可以实现对固定土质检测桩的远程遥控、自动化取土，大大减轻了人力劳动的成分，取土样人员只需要在下达了取土指令之后，打开取土窗便可以根据需要取出不同深度的土样，不需要在现场打孔取土，提升了取土样工作时的效率。

优选地，移动采样站和固定土质检测桩均使用工程塑料材料制成的重金属采样设备，土壤分析站和移动土壤分析站均设置有土壤重金属检测仪器；由于重金属元素分析时要排除金属仪器造成的干扰，所以需要使用工程塑料材料制成的设备进行取样以及检测工作；移动土壤分析站主要提供对土壤内重金属元素进行的检测与分析，其中，主要是用原子吸收光谱法对土壤中的微量元素进行检测分析，其检出限低，受到的干扰较少，测试时间短而且分析结果准确，适合对土壤质量进行快速准确的检测。

优选地，土壤修复设备包括电渗析法修复设备、化学淋洗修复设备和化学固定修复设备；电渗析法修复为利用污染物电学性质，在低压直流电场的作用下，将可溶性或是附着在土壤颗粒表层的污染物富集在电极附近上的修复技术；化学淋洗法为使用淋洗液将土壤固相中的重金属元素转移到土壤液相中，再将含有重金属元素的废水分离并且进一步回收处理的土壤修复技术；化学固定法为通过向土壤中添加有机质、沸石和磷酸盐等外源添加物，将土壤中重金属元素的物理化学性质进行改变，使其产生沉淀、吸附、离子交换、腐殖化或是氧化还原等反应，降低重金属元素的生物有效性和可迁移性，以减少其对于动植物的毒性。

优选地，电渗析法修复设备包括异位修复箱和原位修复系统，原位修复系统包括一对移动电渗析修复平台，每台移动电渗析修复平台都包括液压机械臂结构和电极板，其中一个移动电渗析修复平台的电极板设置为正极板，另一个设置为负极板；液压机械臂结构包括设置在安装平台上的水平液压伸缩臂，水平液压伸缩臂的自由端连接有竖直液压伸缩缸，在竖直液压伸缩缸的自由端连接有电极板；竖直液压伸缩缸两端均通过液压旋转接头与水平液压伸缩臂或电极板相连；安装平台上还设置有电极缓冲液箱和废液收集箱，电极缓冲液箱和废液收集箱分别通过水泵和水管与电极板相连；安装平台上还设置有油箱，油箱上设置有液压泵，液压泵通过液压管道与各个液压部件连接；异位修复箱采用异位修复的方法，将土壤挖掘出来后放入修复箱内进行修复，修复箱内两侧设置有正极板和负极板，并且在正极板和负极板接触土壤的一侧设置有对应的阴阳离子选择透过膜；为两个电极板之间通上直流低压电源之后，往待修复土壤内填充孔隙水辅助其中的金属元素进行迁移，金属元素会在受到了电流影响后富集到电极板附近，经过离子选择透过膜的筛选之后积蓄在废液池中，可将废液池中的含重金属元素废液进行回收处理，便可将土壤中的重金属元素污染清除；但是这种方法需要将土壤从土地中挖出，修复之后还需要重新填埋，过程较为繁琐，一半在重度污染的情况下配合异位修复的化学淋洗修复设备等使用；在不需要进行异位修复时，可用原位修复系统进行土壤修复；本发明提供了一种移动电渗析修复平台，可以更为方便的前往实地进行电渗析原位修复的施工。

优选地，电极板包括空腔状的电极板外壳，电极板外壳为片状结构且在水平面上的正投影为长方形；电极板外壳远离移动电渗析修复平台的长边上设有刀刃状结构，刀刃状结构的截面为直角三角形；刀刃状结构的斜面为多孔板结构，在多孔板结构的内侧设置有离子选择透过膜；在电极板外壳内设置有阳极板或阴极板，并且将电极板外壳内的空腔分为电解液池和污染回收池；电解液池通过水管和水泵与电极缓冲液箱连接，污染回收池通过水管和水泵与废液收集箱连接；一对移动电渗析修复平台之间通过直流电源连接。

优选地，移动电渗析修复平台上配合电极板设置有刮泥结构；刮泥结构包括一对雨刷刮泥板，雨刷刮泥板设置在移动电渗析修复平台的底端面上，任一雨刷刮泥板均通过转轴连接在移动电渗析修复平台上，移动电渗析修复平台上开设有与雨刷刮泥板相配合的斜槽；刮泥结构还包括与雨刷刮泥板相对应的喷水刮泥板，喷水刮泥板通过一对连接臂固接在移动电渗析修复平台上，喷水刮泥板为空腔结构，喷水刮泥板远离移动电渗析修复平台的部分上均布有喷水孔，喷水刮泥板内部的空腔通过管道连接有水箱；喷水刮泥板上均布有喷水孔的部分与刀刃状结构的斜面相配合；雨刷刮泥板的长度大于电极板和刀刃结构的宽度之和，喷水刮泥板远离移动电渗析修复平台的最远端也超过电极板上刀刃结构的最长端；雨刷刮泥板通过电机带动转轴进行转动，通过水管连接到喷水刮泥板的水箱上设置有水泵；在移动电渗析修复平台上设置有可以感应电极板位置的感应器，感应器连接到控制雨刷刮泥板和喷水刮泥板的控制器上，可以通过控制器控制雨刷刮泥板和喷水刮泥板的工作。

优选地，原位修复系统包括垂直设置的三个移动电渗析修复平台，三个移动电渗析修复平台设置在一个三层的平台支架上，平台支架靠近移动电渗析修复平台中电极板的一侧设置有与电极板相配合的辅助加压系统，辅助加压系统包括一对竖直设置在移动电渗析修复平台两侧的升降支架，升降支架上均设置有L型的升降臂，升降臂包括与升降支架相连接的直臂，直臂的一端与升降支架相连接，直臂的另一端固接有横臂，横臂上设置有加压液压缸；升降支架上竖直设置有滑动轨道，直臂的一端通过滑动件连接在滑动轨道上；加压液压缸的活塞竖直向下设置且活塞的末端设置有与电极板配合的加压臂，加压臂为竖直设置的长板结构且底端设置有与电极板相配合的方槽。

优选地，数据储存库通过无线数据连接到土质检测系统和土壤修复系统中；信息分析中心根据数据储存库将收集到的土壤信息根据时间制成目标地块的土质信息地图，并且根据固定监测单元定期收集到的信息实时更新土质信息，判断目标地块的土质变化趋势；通过建立实时更新的土质监测网络，可以完善土壤信息网络，及时发现区域中的土质异常变化，尽早发现污染源头并进行治理；早期发现的污染治理难度也要远低于已经成型的重度污染，可以避免在事后浪费更大的人力物力资源；建立长期动态的土质数据库，也有利于对当地的土壤质量进行分析与研究，对于土壤保护与治理的研究而言具有重要的意义。

本发明的有益效果有：

通过固定深植的检测桩，组成的固定监测阵列，配合土壤分析站，可以做到长时间实时的提供当地的土质数据；配合可以进行机动作业的车载土壤检测装置，能够补充固定监测阵列无法检测到的地区，完善整个地区的土质数据库，提供准确而全面的土质数据，以便设计针对性的土壤修复方案。

本发明采用车载的组合式土壤修复系统，根据使用时的不同需要可以自行选择对应的修复设备，对土壤进行修复处理；本发明使用的土壤修复系统可以自动化的完成土壤的采取、运输、修复和还原处理，其中无需人力劳动，节省人力的同时提升了处理效率。

本发明中提供了一种移动电渗析修复平台，使用两辆工程车辆分别搭载正极板平台和负极板平台；通过液压机械臂系统可以将电极板插入到土地中，或是将电极板连通液压机械臂系统一起折叠收缩到工程车内；正负电极板之间通过直流电源连接，并且将电解液池、污染回收池、离子选择透过膜等结构整合在电极板外壳内，其整体结构紧凑工作性能稳定可靠；电极板外壳的自由端设置为刀刃状的结构，外侧的截面积小于内侧的截面积，可以在插入土壤中时减轻阻力，方便将电极板插入到土壤中进行修复工作。

本发明中在移动电渗析修复平台上设置了刮泥板装置，当完成了土壤修复工作的电极板折叠回收时，可以同时对其表面沾染的泥土进行清理，可以及时的清理掉电极板上沾染的污染物，在需要连续作业时可避免产生二次污染从而影响土壤修复效果。

本发明中将移动电渗析修复平台设置为上下叠放的多层结构，可以最大化利用空间，当其中的一个电渗析修复平台发生故障或是耗材耗尽时，可以立即放下另外的电极板继续进行土壤修复工作，减少了作业过程中发生事故对土壤修复作业产生的不利影响，提高了土塘修复的效率；为配合竖直液压伸缩缸对电极板进行下压，将其插入土壤中的动作，在平台支架上设置了辅助用的加压臂，以及其配套的升降机构，可以使得电极板在下降插入土壤中的时候受力更加均匀，避免对电极板造成损伤。

本发明使用的土壤还原设备还兼具土壤增肥的效果，避免由于土壤修复工作造成的土壤养分流失等问题，提升修复之后的土壤肥力，有助于接下来进行的种植工作；设置土壤还原设备其原因是经过修复处理之后的土壤需要重新填回原来的土地内，而修复工作容易造成土壤中有机物流失影响土壤肥力的问题难以解决，由于农业生产的需要，所以在回填土壤之前需要对土壤进行增肥处理；通过在修复完成之后的土壤中混入肥料，进行搅拌混合，以有效恢复土壤肥力，为之后的农业生产做好准备。

本发明提出的信息管理系统可将通过固定监测单元和移动检测单元收集而来的数据记录整合，按照时间制作当地的土质信息地图，实现土壤信息的数据化、可视化处理；及时更新的土质信息地图有助于即使发现土质所产生的变化，经过大数据比对分析也可以预测出土质可能产生的变化趋势，提前做出应对处理，避免发生更重大的污染事故；精确有效的数据分析处理平台还有助于对污染的类型与污染物成分进行快速而精确的测定，帮助选择出最优的土壤修复方案，避免无用的人力物力消耗。

附图说明

图1为本发明的系统结构示意图；

图2为本发明的土质检测系统结构示意图；

图3为本发明的固定土质检测桩结构示意图；

图4为本发明的固定土质检测桩主视半剖图；

图5为图4中螺纹架和取样钻头配合结构示意图；

图6为本发明中螺纹架处于打开状态时的固定土质检测桩主视半剖图；

图7为本发明的移动电渗析修复平台的结构示意图；

图8为本发明的移动电渗析修复平台电极板翻转示意图；

图9为本发明的移动电渗析修复平台的折叠示意图

图10为本发明的移动电渗析修复平台电极板结构示意图；

图11为本发明的实施例4结构示意图；

图12为本发明的实施例4中喷水刮泥板结构示意图；

图13为本发明的实施例4中喷水刮泥板的仰视图；

图14为本发明的实施例4中雨刷刮泥板结构示意图；

图15为本发明的实施例5结构示意图；

图16为本发明的实施例5工作中的结构示意图。

图中：取土桩1；防护壳11；安装台111；脚钉112；取样窗113；驱动气缸12；推动杆121；控制盒122；取样钻头13；取样孔131；安装孔132；螺纹架14；螺纹架气缸141；太阳能板15；移动电渗析修复平台2；电极板21；电极板外壳211；多孔板212；阳极板213；电解液池214；污染回收池215；阴离子选择透过膜216；阴极板217；阳离子选择透过膜218；直流电源219；竖直液压伸缩缸22；水平液压伸缩臂23；油箱24；液压泵25；电极缓冲液箱26；废液收集箱27；刮泥板28；雨刷刮泥板281；喷水刮泥板282；土壤3；平台支架4；升降支架41；升降臂411；加压液压缸412；加压臂413。

具体实施方式

以下为结合具体实施例对本发明做出的进一步描述。

实施例1

如图1所示，本发明所公开的一种农业用重金属污染农田土壤修复系统，主要包括土质检测系统、信息管理系统和土壤修复系统三部分；土质检测系统包括固定监测单元和移动检测单元两部分，信息管理系统包括信息分析中心和数据储存库两部分，土壤修复系统包括车载式土壤修复设备，其中包括挖料设备、送料设备、土壤修复设备和土壤还原设备，以上设备依次连接构成土壤修复系统。

如图2所示，土壤监测系统中，包括有固定设置在需要进行土质监测地区的固定深层土质监测装置，固定深层土质监测装置包括固定监测阵列，以及配合固定监测阵列使用的土壤分析站；固定监测阵列由数个固定土质检测桩组成，固定土质检测桩按照S形取样法或是五点交叉取样法设置在需要监测土质的土地上，形成固定的土质监测网络；由于其不需要进行移动，可以长时间设置在土层内，所以固定土质检测桩可以深入到土层的深处，进行深度的土壤取样。

在设定好的固定监测阵列所提供的数据不够全面，需要进行额外采样检测时，可使用车载土壤检测装置进行补充检测与分析；其中，车载土壤检测装置包括设置在运载车辆内的移动采样站和移动土壤分析站，在遇到需要前往崎岖地形等无法使车辆通过的情况时，也可将移动采样站转为手提式等人力运输方式，便于前往山地等无法通车地区，进行土壤取样。

由于主要进行的检测为土壤中重金属元素含量的检测，为了避免在取样过程中金属设备造成的影响，移动采样站和固定土质检测桩所使用的取样设备均使用了工程塑料材料。

土壤分析站和移动土壤分析站均设置了土壤重金属分析仪器，可使用原子吸收光谱法对土壤样本中的重金属元素含量与成分进行测定，其主要是利用波长在紫外线和可见光之间的共振辐射，与待分析元素含量之间的关系进行元素含量与成分的测定，其检测敏感性好，精度高，同时测试时间短，能够及时反映测试结果，分析结果准确，很适合在农业用重金属污染治理场合使用。

由各个土壤分析站分析得到的土壤成分数据，通过无线数据网络连接到信息管理系统中，分别交由信息分析中心和数据储存库进行分析和信息储存；信息分析中心可从数据处理库中调取以往的记录数据进行比对，并与最新的检验数据结合，制作出当地的土质信息地图；土质信息地图可以显示出当地在一段时间内的土质变化情况，将土质信息可视化数据化，便于研究者及时发现当地土质发生的异常变化，并对异常情况做出及时有效的处理。

土质信息地图不仅可以用于及时发现土质异常情况，还可以将当地的土壤信息进行整合与归纳，总结出土质变化规律，供研究者进行研究分析，以做到预测土质变化情况，指导农业生产。

在经过信息分析中心的分析处理后，若发现当地出现了需要进行人工干预的污染险情，则需要通过土壤修复系统对污染地区进行土壤修复工作；首先通过检测数据确定目标地区的污染源和污染成分，并且根据其污染成分制定对应的土壤修复计划。

本实施例中使用了车载式的土壤修复设备，其包括数个运载车辆，其中设置有挖料设备、送料设备、土壤修复设备和土壤还原设备；挖料设备负责将受污染土壤挖掘出地表，并传送到送料设备中；由于土壤修复设备等不宜在工作中进行机动，而面对较大面积的土地时难以保持不动而覆盖全部的地区，所以需要使用挖料设备和送料设备配合，将挖出的受污染土壤传送到土壤修复设备中；挖料设备具体的为工程用挖掘设备，包括挖掘机等，送料设备具体的为可以进行延展的长距离物料传送带等。

根据污染源和污染物的不同，土壤修复设备可使用的修复技术手段包括电动力学修复技术、化学淋洗修复技术和化学固定修复技术等，相应的，设置有电渗析法修复设备、化学淋洗修复设备和化学固定修复设备等，根据事先检测得到的信息选择原位土壤修复或是异位土壤修复方案，并且根据选择的修复方案进行土壤修复设备的选用；异位土壤修复方案中需要对土壤进行挖掘与再填埋，所以需要使用到挖料设备、送料设备和土壤还原设备辅助施工；而原位土壤修复方案则不需要将土壤挖出，因为无需使用以上设备进行辅助施工；本发明中，提供了一种车载可移动的原位土壤修复设备，采用了电渗析法对土壤进行原位修复。

电渗析法修复设备通过给土壤中接通低压直流电源，将其中的重金属元素富集在电极周围，并且通过电镀或是抽取电极附近的水等方式将其排除；化学淋洗修复设备使用淋洗液将土壤中的重金属元素从固相移动到液相中，通过排出淋洗液可以将土壤中的重金属元素排除；化学固定修复设备则是使用外源添加物改变和调节重金属元素在土壤中的物理化学性质，使其产生沉淀、吸附、离子交换、腐殖化和氧化还原等反应，降低其可迁移性和对生物的有效性，以减少其对于动植物的毒性；以上各种方法各有利弊，可根据目标重金属元素的种类和数量，进行选用或是组合选用，以起到最好的土壤修复效果。

完成了土壤修复的土壤，往往会因为修复工艺而丧失肥力，而变得不适合继续进行农业耕种，所以，在将其回填到土地内之前，需要进行增肥处理；在土壤修复设备之后连接有土壤还原设备，其中包括有土壤增肥设备，主要通过加入有机肥料或是化学肥料等，与土壤进行搅拌混合，以提升土壤中的有机物含量，增加肥力，以便于进行后续的农业耕种使用。

在土壤增肥设备完成增肥工作之后的土壤，通过土壤填埋设备重新回填到原来所在的地区中，完成土壤修复的最后一道工序；土壤填埋设备包括长距离物料传送带、挖掘机等。

实施例2

本实施例旨在对实施例1中的固定土质检测桩进行详细描述。

如图3至图6所示，固定土质检测桩包括取土桩1，取土桩1的底部通过脚钉112固定到地面上，其外部由圆柱状的防护壳11组成；主要用以在露天环境下保护内部的设备不被损坏；在防护壳11的顶部，设置有太阳能板15，用以接收太阳能并且转换为电力维持取固定土质检测桩的工作；防护壳11的侧面开设有取样窗113，取样窗通过合页结构与防护壳11连接，并且可以向一侧转动打开，露出设置在防护壳11内部的取样钻头13；取样钻头13的侧面设置有取样孔131，可以通过取样孔131将需要取得的不同深度的土壤取出制成样本；取样钻头13的顶部设置有安装孔132，通过安装孔132连接固定有推动杆121。

推动杆121的下端与取样钻头13连接固定，上端连接到驱动气缸12上，可以在驱动气缸12的推动下向下推动或是向上回收，因为取样钻头13与推动杆121固定连接，所以也会随之上下移动；驱动气缸12固定设置在防护壳11内壁设置的安装台111上，安装台111为圆形的水平向内突出部，其中心位置设置有圆形通孔，足以让推动杆121穿过，与取样钻头13相连；在取土桩1的内部底部，设置有一对或两对互相垂直摆放的螺纹架14，螺纹架14为一侧设置有螺纹，另一侧底部设置有螺纹架气缸141的条形结构，竖直设置在取样钻头13的侧面，其螺纹架气缸141通过设置在取土桩1底部的安装口固定；取样钻头13的外壁表面上设置有与螺纹架14配合的螺纹结构，取样钻头13在受到驱动气缸12连接的推动杆121的作用力向上或是向下移动时，若螺纹架14处于工作状态，即螺纹架14上的螺纹与取样钻头13上的螺纹相接触配合时，取样钻头13会受到螺纹的分力进行旋转；同时，在取样钻头13进行向下钻孔工作时，螺纹也可以起到排出土壤中较大的砂石、辅助保障钻孔顺利进行的作用。

螺纹架气缸141可以控制螺纹架14的工作状态；如图4所示，当进行向下钻孔取土工作时，螺纹架气缸141吸气加压，使得螺纹架14向内部移动，直到紧贴于取样钻头13的外壁上，并使得螺纹架14上的螺纹和取样钻头13上的螺纹相配合，如图6所示；此时，驱动气缸12吸气向下推动推动杆121，取样钻头13也随之向下移动，在螺纹配合的约束下进行绕轴旋转，使得取样钻头13下端头部位置的地质钻头部分进行旋转钻孔工作，将土样收入取样钻头13的内部空腔内；当完成钻孔取样，需要将土样提升至地表以上时，螺纹架气缸141放气收缩，将螺纹架14向外移动，直到螺纹架14上的螺纹和取样钻头13外壁表面上的螺纹分离，此时驱动气缸12放气收缩，带动取样钻头13上移，由于没有了螺纹配合的约束，取样钻头13不会旋转而是保持方向不变并且竖直向上移动，将收集到的土样平稳输送到地标之上。

实际使用中，取样工作人员通过遥控等方式控制取土桩1进行取土样工作，在控制信息传递到取土桩1的控制盒122处时，控制盒122便控制驱动气缸12向下推动活塞，活塞推动推动杆121，推动杆121推动取样钻头13，在取样钻头13外壁面上的螺纹和螺纹架14上的螺纹配合下，取样钻头13开始自转并且向下移动，进行钻土取样工作；当驱动气缸12的行程结束之后，螺纹架气缸141放气收缩，将螺纹架14向外移动，驱动气缸12也回收活塞，取样钻头13将会不再自转，且竖直向上移动，把取样钻头13内的土样提升至地表以上；取样人员来到固定土质检测桩处，打开取样窗113，使用工具通过取样孔131，便可将不同深度的土样分别取出收集，送至土壤分析站或是移动土壤分析站进行检测。

实施例3

本实施例旨在对实施例1中提出的电渗析法原位土壤修复设备进行详细描述。

需要事先说明的是，本实施例中所涉及到的液压管道连接、水管连接或是电路连接，为不影响示意图的观感，均已将液压管道、水管和电线隐去；当本实施例中提到两者之间通过液压管道、水管或是电路连接时，应理解两者之间存在有液压管道、水管或是电路。

如图7至图9所示，移动电渗析修复平台2包括设置在安装平台上的液压机械臂系统，其中，液压机械臂系统包括水平液压伸缩臂23和竖直液压伸缩缸22，两者之间通过液压旋转接头连接，竖直液压伸缩缸22可绕液压旋转接头进行旋转折叠；安装平台上还设置有油箱24和液压泵25，通过液压管道连接到水平液压伸缩臂23和竖直液压伸缩缸22，用以控制水平液压伸缩臂23和竖直液压伸缩缸22的工作；安装平台上还设置有电极缓冲液箱26和废液收集箱27，均通过水管和水泵连接到电极板21上，用以向电极板21提供点解缓冲液或是将电极板21内收集到的含污染物废水抽取排出。竖直液压伸缩缸22的自由端通过液压旋转接头连接有电极板21，如图8所示，电极板21可以绕液压旋转接头进行旋转，以适应不同的使用需要；如图9所示，整个移动电渗析修复平台2完全收缩折叠后占用面积较小，可以安装在工程车辆上，成为移动式的土壤修复工作站。

如图10所示，本发明所提供的电渗析法土壤修复方法使用分别由两辆工程车辆装载的两块电极板21组成，两块电极板21之间通过直流电源219连接，直流电源219直接通过电路连接到阳极板213和阴间217上，为两块电极板21之间提供稳定的直流电压，在两块电极板21之间的土壤3中产生稳定的电场；电极板21包括电极板外壳211，电极板外壳211的自由端，即底端设置为刀刃状的结构，其横截面积随着与顶端的距离增长而减小；这种结构有利于在将电极板21插入土壤内时减轻阻力，方便电极板21的设置；电极板外壳211内设置有阳极板213或阴极板217，在两块电极板21互相面对的一侧设置为多孔板212，方便土壤3内的孔隙水流入电极板21内；紧贴着多孔板212的内侧设置有离子选择透过膜，阳极板213的一侧设置为阴离子选择透过膜216，相反阴极板217的一侧设置为阳离子选择透过膜218，通过设置离子选择透过膜可以提高离子交换的效率，提升重金属污染物的富集和处理速度；电极板21内由阳极板213或阴极板217分为了两个空腔，分别为远离待修复土壤3的电解液池214和靠近待修复土壤3的污染回收池215；透过离子选择透过膜收集到的含重金属污染元素废水将集中在污染回收池215内，通过水管和水泵排出到废液收集箱27内。

实际的使用中，确定使用原位电渗析法土壤修复方案后，将装载有移动电渗析修复平台2的两台工程车辆开至需要修复的土壤地区，操作液压机械臂系统将电极板21插入到需要进行修复的土壤两侧，设置为多孔板212的一侧互相面对；将两个电极板21通过电路接入到同一个直流电源219上，使得阳极板213带正电，而阴极板217带负电，保持直流电源219的工作电压不变，向待修复土壤3中加入介质水，便可开始进行土壤原位电渗析法修复；修复完成后，将直流电源219断开，操作液压机械臂系统将电极板21回收到工程车辆内，即可继续转移施工场地进行下一处土壤修复。

实施例4

如图11-14所示，本实施例中在移动电渗析修复平台2的靠近电极板21的一侧设置了刮泥板28装置，刮泥板28主要有两部分构成，分别为雨刷刮泥板281和喷水刮泥板282，两种不同的刮泥结构分别设置在电极板21的上下两侧，喷水刮泥板282设置在电极板21刀刃状结构的斜面侧，而其中雨刷刮泥板281设置在电极板21的另一侧，优选地，应将雨刷刮泥板281设置在下方而喷水刮泥板282设置在上方，即电极板21在收回时应处于刀刃状结构的斜面侧处于下方的状态。

如图12和图13所示，喷水刮泥板282的前端为刃形结构，其接触电极板21的一侧截面积较大，非接触电极板21的一侧为斜面；喷水刮泥板282通过一对连接臂固定设置在移动电渗析修复平台2上；如图13所示，在其接触电极板21的一侧前端，设置有多排高压喷水口，在其内部设置有高压喷水管道和水泵，可以将高压水流从高压喷水口中向着电极板21的方向进行喷射；如图12所示，当电极板21完全收回时，喷水刮泥板282前端设置的喷水口可以直接将水喷射到电极板21刀刃状结构的斜面处，可以将无法被刮泥板28接触到的部位清理干净。

如图14所示，雨刷刮泥板281设置有两条雨刷刮泥臂，雨刷刮泥臂的自由端和外侧都设置有刃状结构，可以将电极板21表面上沾染的泥污刮除。

在实际使用中，完成了作业的电极板21旋转之后保持刀刃状结构的斜面一侧在上，水平回收至折叠状态，在回收折叠的过程中，经过刮泥板28时，其表面的泥污便会被刮泥板28刮去；当回到折叠状态时，触发设置在移动电渗析修复平台2上的感应器，感应器连接到雨刷刮泥板281和喷水刮泥板282的控制器上，控制雨刷刮泥板281将两条雨刷刮泥臂进行旋转刮泥作业，喷水刮泥板282则开始喷水清理电极板21的刀刃状斜面部位，在上下两部分的共同作用下，刮泥板28可将电极板21上沾染的泥污清理干净。

实施例5

如图15和图16所示，本实施例中将三个移动电渗析修复平台2垂直的叠放在了设置有三层结构的平台支架4上，其设置有电极板21的一侧朝向同一个方向；在同一个方向上，平台支架4上设置有升降支架41，升降支架41上设置有升降臂411，升降臂411通过电机带动的齿轮齿条配合结构，可在升降支架41上自行上下移动；升降臂411的自由端设置有加压液压缸412，一共设置有四个加压液压缸412，分别对称设置在两条升降臂411上；加压液压缸412的活塞端向下设置，其活塞端连接有加压臂413；设置在同一根升降臂411上的两个加压液压缸412连接到同一个加压臂413上。

如图16所示，当其中一个移动电渗析修复平台2开始进行工作时，需要将电极板21向下方移动插入土壤中，此时，因为只有电极板21中央位置的竖直液压伸缩缸22为其提供向下的压力，电极板上的受应力情况并不均匀，有可能会在插入土壤的过程中对电极板造成伤害，此时驱动升降支架41上的升降臂411和升降臂411上的加压液压缸412，带动加压臂接触到电极板21并且辅助其向下推送，此时电极板21上受应力情况较为均匀，降低了电极板21上出现损坏的可能性。

以上所述，仅为结合具体实施例对本发明进行的详细说明，而并非是对本发明所做出的限定，任何本领域技术人员在本发明所披露的范围内，所能够轻易想到的变化或者替换方案，都应涵盖在本发明申请的保护范围内，因此，本发明保护范围应当以权利要求中所记述的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种农业用重金属污染农田土壤修复系统，其特征在于：包括土质检测系统，所述土质检测系统内包括固定监测单元和移动检测单元，所述固定监测单元包括固定深层土质监测装置，所述移动检测单元包括车载土壤检测装置；所述土质检测系统通过无线数据连接有信息管理系统，所述信息管理系统包括信息处理中心，所述信息处理中心包括信息分析中心、连接信息分析中心和土质检测系统的数据储存库；所述信息管理系统通过无线数据连接有土壤修复系统，所述土壤修复系统包括车载式土壤修复设备，所述车载式土壤修复设备包括依次设置的挖料设备、送料设备、土壤修复设备和土壤还原设备；所述土壤还原设备包括依次连接的土壤增肥设备和土壤填埋设备；所述土壤增肥设备包括依次设置的上料机构和混合搅拌机构。

2.根据权利要求1所述的农业用重金属污染农田土壤修复系统，其特征在于：所述固定深层土质监测装置包括固定监测阵列，所述固定监测阵列内包括固定土质检测桩；所述固定监测阵列内设置的固定土质检测桩根据实际地形，按照S形取样法、棋盘取样法或五点交叉取样法设置在需监测土地上；所述固定土质检测桩获得的土壤样本送至土壤分析站检测；所述车载土壤检测装置包括移动采样站，和与移动采样站配合使用的移动土壤分析站。

3.根据权利要求2所述的农业用重金属污染农田土壤修复系统，其特征在于：所述固定土质检测桩包括防护壳，和设置在防护壳内的取样钻头；所述取样钻头的顶部连接固定有驱动气缸，所述驱动气缸固定设置在防护壳内的安装台上，所述驱动气缸的顶端设置有控制盒；所述取样钻头的两侧设置有螺纹架，所述螺纹架内侧设置有螺纹，底端外侧连接有螺纹架气缸，所述取样钻头的外侧面设置有与螺纹架配合的螺纹；所述防护壳的一侧设置有取样窗，所属防护壳的顶端设置有太阳能板。

4.根据权利要求2所述的农业用重金属污染农田土壤修复系统，其特征在于：所述移动采样站和固定土质检测桩的重金属采样设备均使用工程塑料材料制成，所述土壤分析站和移动土壤分析站均设置有土壤重金属检测仪器。

5.根据权利要求1所述的农业用重金属污染农田土壤修复系统，其特征在于：所述土壤修复设备包括电渗析法修复设备、化学淋洗修复设备和化学固定修复设备。

6.根据权利要求5所述的农业用重金属污染农田土壤修复系统，其特征在于：所述电渗析法修复设备包括异位修复箱和原位修复系统，所述原位修复系统包括一对移动电渗析修复平台，每台移动电渗析修复平台都包括液压机械臂结构和电极板，其中一个移动电渗析修复平台的电极板设置为正极板，另一个设置为负极板；所述液压机械臂结构包括设置在安装平台上的水平液压伸缩臂，水平液压伸缩臂的自由端连接有竖直液压伸缩缸，在竖直液压伸缩缸的自由端连接有电极板；所述竖直液压伸缩缸两端均通过液压旋转接头与水平液压伸缩臂或电极板相连；所述安装平台上还设置有电极缓冲液箱和废液收集箱，所述电极缓冲液箱和废液收集箱分别通过水泵和水管与电极板相连；所述安装平台上还设置有油箱，油箱上设置有液压泵，所述液压泵通过液压管道与各个液压部件连接。

7.根据权利要求6所述的农业用重金属污染农田土壤修复系统，其特征在于：所述电极板包括空腔状的电极板外壳，电极板外壳为片状结构且在水平面上的正投影为长方形；所述电极板外壳远离移动电渗析修复平台的长边上设有刀刃状结构，刀刃状结构的截面为直角三角形；刀刃状结构的斜面为多孔板结构，在多孔板结构的内侧设置有离子选择透过膜；在所述电极板外壳内设置有阳极板或阴极板，并且将电极板外壳内的空腔分为电解液池和污染回收池；电解液池通过水管和水泵与电极缓冲液箱连接，污染回收池通过水管和水泵与废液收集箱连接；一对所述移动电渗析修复平台之间通过直流电源连接。

8.根据权利要求7所述的农业用重金属污染农田土壤修复系统，其特征在于：所述移动电渗析修复平台上配合电极板设置有刮泥结构；所述刮泥结构包括一对雨刷刮泥板，雨刷刮泥板设置在移动电渗析修复平台的底端面上，任一雨刷刮泥板均通过转轴连接在移动电渗析修复平台上，移动电渗析修复平台上开设有与雨刷刮泥板相配合的斜槽；所述刮泥结构还包括与雨刷刮泥板相对应的喷水刮泥板，喷水刮泥板通过一对连接臂固接在移动电渗析修复平台上，喷水刮泥板为空腔结构，喷水刮泥板远离移动电渗析修复平台的部分上均布有喷水孔，喷水刮泥板内部的空腔通过管道连接有水箱；喷水刮泥板上均布有喷水孔的部分与刀刃状结构的斜面相配合。

9.根据权利要求8所述的农业用重金属污染农田土壤修复系统，其特征在于：所述原位修复系统包括垂直设置的三个移动电渗析修复平台，三个所述移动电渗析修复平台设置在一个三层的平台支架上，所述平台支架靠近移动电渗析修复平台中电极板的一侧设置有与电极板相配合的辅助加压系统，所述辅助加压系统包括一对竖直设置在移动电渗析修复平台两侧的升降支架，所述升降支架上均设置有L型的升降臂，所述升降臂包括与升降支架相连接的直臂，直臂的一端与升降支架相连接，直臂的另一端固接有横臂，横臂上设置有加压液压缸；所述升降支架上竖直设置有滑动轨道，直臂的一端通过滑动件连接在滑动轨道上；所述加压液压缸的活塞竖直向下设置且活塞的末端设置有与电极板配合的加压臂，加压臂为竖直设置的长板结构且底端设置有与电极板相配合的方槽。

10.根据权利要求1所述的农业用重金属污染农田土壤修复系统，其特征在于：所述数据储存库通过无线数据连接到土质检测系统和土壤修复系统中；所述信息分析中心根据数据储存库将收集到的土壤信息根据时间制成目标地块的土质信息地图，并且根据固定监测单元定期收集到的信息实时更新土质信息，判断目标地块的土质变化趋势。

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