CN115318822B - 一种修复镉污染土壤的装置及方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种修复镉污染土壤的装置及方法，装置包括一端能够与移动车辆连接的液压操控装置，设置在所述液压操控装置另一端的安装架，设置在所述安装架上的修复装置；所述修复装置包括固定设置在所述安装架下方的土壤解吸组件，设置在所述土壤解吸组件前端的破土组件，以及设置在所述土壤解吸组件后端的联合修复组件；所述土壤解吸组件包括解吸腔、第一破碎组件、解吸药剂喷射组件；方法包括：S1、连接移动车辆；S2、镉的解吸；S3、土壤的联合修复；本发明能在室外对大规模的镉污染土壤进行实地修复，相对于现有技术能够提高对土壤的修复质量。

Description

一种修复镉污染土壤的装置及方法

技术领域

本发明涉及镉污染土壤修复技术领域，具体是涉及一种修复镉污染土壤的装置及方法。

背景技术

土壤重金属镉污染的危害巨大，具有毒性大、稳定、难以除去的特点，产生的原因包括地下储油罐的泄露、农药杀虫剂的过度使用以及垃圾填埋场的废浸物等；现有技术中重金属镉污染的修复技术主要有物理修复、化学淋洗、植物修复等。

现有技术所提供的化学淋洗装置只能在土壤表面喷洒修复药剂，由于土壤板结、室外高温等问题，使得土壤修复剂很难进入土壤内部，修复效果差；并且现有技术所提供的修复装置不具备移动性，不便于对室外规模较大的农田土壤进行修复处理。

发明内容

本发明解决的技术问题是：现有技术不能在室外对大规模的镉污染土壤进行实地修复，并且现有技术提供的修复装置对土壤的修复效果较差。

本发明的技术方案是：一种修复镉污染土壤的装置，包括一端能够与移动车辆连接的液压操控装置，设置在所述液压操控装置另一端的安装架，设置在所述安装架上的修复装置；

所述修复装置包括固定设置在所述安装架下方的土壤解吸组件，设置在所述土壤解吸组件前端的破土组件，以及设置在所述土壤解吸组件后端的联合修复组件；

所述土壤解吸组件包括两个平行设置在所述安装架下方且为圆管状的解吸腔，设置在所述解吸腔前端的第一破碎组件，以及设置在所述解吸腔上向破碎土壤中喷射药剂的解吸药剂喷射组件；

所述联合修复组件包括垂直设置在两个解吸腔之间的中央隔离板，两个分别设置在所述解吸腔外侧面的侧边护板，设置在所述侧边护板与中央隔离板上的电解组件，以及水平设置在所述中央隔离板正下方的络合修复组件；

所述侧边护板前端与解吸腔固定连接、后端靠近中央隔离板；所述侧边护板后端与中央隔离板有固定连接架；

所述电解组件包括多组均匀且垂直设置在所述中央隔离板侧面上的第一安装槽，多组均匀且垂直设置在侧边护板上的第二安装槽，设置在所述第一安装槽内的阴极电极，以及设置在所述第二安装槽内的阳极电极；

所述移动车辆上设置有与所述阴极电极、阳极电极电性连接的电源；

所述络合修复组件包括固定设置在所述中央隔离板下方的反应槽，设置在所述反应槽前端且能够喷射络合剂的第二喷射器，设置在所述反应槽后端的排土口，以及设置在所述反应槽内的混合组件；

所述混合组件包括设置在反应槽内且前端靠近第二喷射器、后端与排土口连接的旋转轴，设置在所述旋转轴前半部的混合搅拌器，设置在所述旋转轴后半部的螺旋排料器，以及驱动旋转轴的动力电机。

作为本发明的一个方面，所述反应槽为V型槽，所述V型槽与土壤接触的两侧表面为弧面；

所述V型槽上端设置有与中央隔离板连接的土壤挡板。

说明：通过土壤挡板的设置能够使电动修复的土壤进入V型槽内，便于进行络合反应，对重金属铬进行处理。

作为本发明的一个方面，两个所述侧边护板与中央隔离板之间安装的侧边破土装置；

所述侧边破土装置包括设置在解吸腔上的固定连接架，设置在所述固定连接架上且与侧边护板平行的驱动转轴，多个设置在所述驱动转轴且沿驱动转轴的轴线方向均匀分布的破土涡扇，以及设置在所述固定连接架上用于驱动破土涡扇的旋转电机。

说明：通过侧边破土装置破土涡扇的旋转能够将电动修复的土壤驱动至中央隔离板上，进而使土壤进入V型槽内，以方便V型槽内络合反应的进行。

作为本发明的一个方面，所述解吸药剂喷射组件包括设置在所述解吸腔内壁上且中心轴线与解吸腔中心轴线重合的喷射器安装环，均匀设置在所述喷射器安装环上的第一喷射器，以及设置在解吸腔之间且与所述第一喷射器连通的第一动力泵；

所述第一动力泵与设置在移动车辆上的药剂储液箱连接。

说明：解吸药剂喷射组件通过向土壤注入解吸药剂，解吸药剂能够使吸附在土壤上的镉形成镉离子，使得镉与土壤分离；通过电动修复能够使形成的大量镉离子向中央隔离板的阴极电极移动，最终通过络合药剂对镉离子进行处理。

作为本发明的一个方面，所述第一喷射器喷出的解吸药剂的方向与土壤移动方向一致；

说明：第一喷射器喷射出的解吸药剂与土壤移动方向一致能够避免土壤对第一喷射器形成堵塞，不利于解吸药剂的注入。

作为本发明的一个方面，所述第一破碎组件包括设置在解吸腔前端进料口的转动环，以及设置在所述转动环内的旋转叶片；

所述旋转叶片能够将土壤驱动推进解吸腔内。

说明：通过旋转叶片既能够对土壤进行破碎分解，又能够对土壤进行推动，使土壤进入解吸腔内进行解吸。

作为本发明的一个方面，所述破土组件包括水平设置在解吸腔之间的桁架连接件，垂直设置在所述桁架连接件中部的刚性支撑板，以及设置在所述刚性支撑板前端的破土锥。

说明：刚性支撑板的设置能够增大破土锥与桁架连接件的距离，用于确保对土壤进行有效的破坏。

作为本发明的一个方面，所述破土锥包括设置在刚性支撑板上的前端破土部，位于所述前端破土部下端且用于将土壤分向两边的犁刀。

说明：犁刀的设置能够使破土锥破坏的土壤分流至破土锥两侧；通过犁刀对土壤进行的引导，能够使犁刀两侧的解吸腔得到足量的土壤。

本发明还提供了一种修复镉污染土壤的装置的修复方法，包括以下步骤：

S1、连接移动车辆

将液压操控装置与移动车辆连接，通过移动车辆将修复装置运送到待修复土壤地点；通过液压操控装置使修复装置进入土壤，进入深度10～15cm；然后移动车辆带动修复装置在修复地点的土壤中前进；通过破土组件将土壤分到两侧，并使得土壤进可进入解吸组件内；

S2、镉的解吸

通过土壤解吸组件的第一破碎组件对土壤进行破碎处理，并使破碎的土壤进入解吸腔；然后解吸药剂喷射组件向解吸腔内的土壤注入解吸药剂；

其中，解吸药剂为硝酸钠溶液、柠檬酸中的一种；

S3、土壤的联合修复

S3-1、通过联合修复组件的电解组件对经过步骤S2处理的土壤进行电动修复；

土壤经过侧边护板与中央隔离板之间时，电解电源向第一安装槽内的阴极电极、第二安装槽内的阳极电极通电，阴极电极、阳极电极电性连接后；经过解吸的土壤中存在的大量镉离子向中央隔离板移动；完成镉离子的电迁移；

S3-2、通过络合修复组件对镉离子进行络合处理；

中央隔离板下方的反应槽对含有镉离子土壤进行收集；第二喷射器向反应槽内的土壤注入络合剂；旋转轴进行转动，混合搅拌器对土壤与络合剂进行搅拌混合，络合剂对解吸出的镉离子进行络合处理；最后通过螺旋排料器将进行络合处理的土壤排出；

其中，络合剂为乙二胺四乙酸溶液。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种修复镉污染土壤的装置，通过液压操控装置与移动车辆的结合能够使修复装置对大规模的农田土壤进行实地的镉污染修复，相较于现有技术异位修复的方法，本发明具备方便高效、便于实施的特点。

本发明通过破土组件能够对土壤进行破碎与分导，通过在解吸腔内对土壤进行解吸处理，通过解吸药剂使得吸附在土壤上的镉分离出来，提高镉的迁移率；通过侧边护板与中央隔离板的倾斜设置能够使设置在侧边护板与中央隔离板上的电解组件的电极距离变化；土壤通过侧边护板与中央隔离板时，电解组件的电极距离逐渐变小，镉离子迁移率得到提升。

本发明通过侧边破土装置的破土涡扇能够驱动土壤向中部旋转，通过在中央分隔板下方设置V型槽，能够对中央隔离板下方的土壤进行收集；解吸腔的解吸处理与电解组件的电动修复能够在V型槽内收集到大量的镉离子；通过第二喷射器注入络合剂能够对V型槽内的镉离子实现高效的络合处理；相对于现有技术能够有效提高对镉污染土壤的处理质量。

附图说明

图1是本发明实施例1整体的结构示意图；

图2是本发明实施例1土壤解吸组件的结构示意图；

图3是本发明实施例1联合修复组件的结构示意图；

图4是本发明实施例1旋转叶片的结构示意图；

图5是本发明实施例3侧边破土装置的结构示意图；

图6是本发明实施例4破土组件的结构示意图；

其中，1-液压操控装置、2-安装架、3-土壤解吸组件、30-解吸腔、31-第一破碎组件、310-转动环、311-旋转叶片、32-解吸药剂喷射组件、320-喷射器安装环、321-第一喷射器、322-第一动力泵、4-破土组件、40-桁架连接件、41-刚性支撑板、42-破土锥、420-前端破土部、421-犁刀、5-联合修复组件、50-中央隔离板、51-侧边护板、52-电解组件、53-络合修复组件、54-侧边破土装置、520-第一安装槽、521-第二安装槽、522-电解电源、530-反应槽、531-第二喷射器、532-排土口、533-旋转轴、534-土壤挡板、540-固定连接架、541-驱动转轴、542-破土涡扇、543-旋转电机。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的一种修复镉污染土壤的装置，包括一端能够与移动车辆连接的液压操控装置1，设置在所述液压操控装置1另一端的安装架2，设置在所述安装架2上的修复装置；

所述修复装置包括固定设置在所述安装架2下方的土壤解吸组件3，设置在所述土壤解吸组件3前端的破土组件4，以及设置在所述土壤解吸组件3后端的联合修复组件5；

如图2所示，所述土壤解吸组件3包括两个平行设置在所述安装架2下方且为圆管状的解吸腔30，设置在所述解吸腔30前端的第一破碎组件31，以及设置在所述解吸腔31上向破碎土壤中喷射药剂的解吸药剂喷射组件32；

所述联合修复组件5包括垂直设置在两个解吸腔30之间的中央隔离板50，两个分别设置在所述解吸腔30外侧面的侧边护板51，设置在所述侧边护板51与中央隔离板50上的电解组件52，以及水平设置在所述中央隔离板50正下方的络合修复组件53；

所述侧边护板51前端与解吸腔30固定连接、后端靠近中央隔离板50；所述侧边护板51后端与中央隔离板50之间设置有固定连接架；

如图3所示，所述电解组件52包括多组均匀且垂直设置在所述中央隔离板50侧面上的第一安装槽520，多组均匀且垂直设置在侧边护板51上的第二安装槽521，设置在所述第一安装槽520内的阴极电极，以及设置在所述第二安装槽521内的阳极电极；

所述移动车辆上设置有与所述阴极电极、阳极电极电性连接的电源522；

所述络合修复组件53包括固定设置在所述中央隔离板50下方的反应槽530，设置在所述反应槽530前端且能够喷射络合剂的第二喷射器531，设置在所述反应槽530后端的排土口532，以及设置在所述反应槽530内的混合组件；

所述混合组件包括设置在反应槽530内且前端靠近第二喷射器531、后端与排土口532连接的旋转轴533，设置在所述旋转轴533前半部的混合搅拌器，设置在所述旋转轴533后半部的螺旋排料器，以及驱动旋转轴533的动力电机。

所述解吸药剂喷射组件32包括设置在所述解吸腔30内壁上且中心轴线与解吸腔30中心轴线重合的喷射器安装环320，均匀设置在所述喷射器安装环320上的第一喷射器321，以及设置在解吸腔30之间且与所述第一喷射器321连通的第一动力泵322；

所述第一动力泵322与设置在移动车辆上的药剂储液箱连接。

所述第一喷射器321喷出的解吸药剂的方向与土壤移动方向一致。

如图4所示，所述第一破碎组件31包括设置在解吸腔30前端进料口的转动环310，以及设置在所述转动环310内的旋转叶片311；

所述旋转叶片311能够将土壤驱动推进解吸腔30内。

其中，破土组件4、转动环310、第一喷射器321、第一动力泵322、动力电机、第二喷射器531、混合搅拌器、螺旋排料器、电解电源522、液压操控装置1均采用现有技术产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。

实施例2

与实施例1不同之处在于：

如图5所示，所述反应槽530为V型槽，所述V型槽与土壤接触的两侧表面为弧面；

所述V型槽上端设置有与中央隔离板50连接的土壤挡板534。

两个所述侧边护板51与中央隔离板50之间安装的侧边破土装置54；

所述侧边破土装置54包括设置在解吸腔30上的固定连接架540，设置在所述固定连接架540上且与侧边护板51平行的驱动转轴541，多个设置在所述驱动转轴541且沿驱动转轴541的轴线方向均匀分布的破土涡扇542，以及设置在所述固定连接架540上用于驱动破土涡扇542的旋转电机543。

其中，旋转电机543、破土涡扇542均采用现有技术产品，且具体的产品型号本领域内技术人员可根据需要进行选择。

实施例3

与实施例2不同之处在于：

如图6所示，所述破土组件4包括水平设置在解吸腔30之间的桁架连接件40，垂直设置在所述桁架连接件40中部的刚性支撑板41，以及设置在所述刚性支撑板41前端的破土锥42。

所述破土锥42包括设置在刚性支撑板41上的前端破土部420，位于所述前端破土部420下端且用于将土壤分向两边的犁刀421。

实施例4

在西北某区域，选择面积为230m²的镉污染土壤地块，采用实施例3的装置对该镉污染土壤地块进行修复；

具体包括以下步骤：

S1、连接移动车辆

将液压操控装置1与移动车辆连接，通过移动车辆将修复装置运送到待修复土壤地点；通过液压操控装置1使修复装置进入土壤，进入土壤深度10cm；然后移动车辆带动修复装置在修复地点的土壤中前进；通过破土组件4将土壤分到两侧，并使得土壤进可进入解吸组件3内；

S2、镉的解吸

第一破碎组件31对土壤进行破碎处理，并使破碎的土壤进入解吸腔30；然后解吸药剂喷射组件32向解吸腔30内的土壤注入解吸药剂；

其中，解吸药剂为0.5mol/L的硝酸钠溶液；向土壤中的注入量为0.3L/kg；

S3、土壤的联合修复

电解组件52对经过步骤S2处理的土壤进行电动修复；

具体是：土壤经过侧边护板51与中央隔离板50之间时，电解电源522向第一安装槽520内的阴极电极、第二安装槽521内的阳极电极通电，阴极电极、阳极电极电性连接后；经过解吸的土壤中存在的大量镉离子向中央隔离板50移动；完成镉离子的电迁移；

然后络合修复组件53对镉离子进行络合处理；

具体是：中央隔离板50下方的反应槽530对含有镉离子土壤进行收集；第二喷射器531向反应槽530内的土壤注入络合剂；旋转轴533进行转动，混合搅拌器对土壤与络合剂进行搅拌混合，络合剂对解吸出的镉离子进行络合处理；最后通过螺旋排料器将进行络合处理的土壤排出；

络合剂具体为0.3mol/L的乙二胺四乙酸溶液；对土壤的注入量为0.1L/kg。

实施例5

与实施例4不同之处在于：

步骤S1中，修复装置进入土壤的深度为15cm。

实施例6

与实施例4不同之处在于：

步骤S1中，修复装置进入土壤的深度为20cm。

实施例7

与实施例4不同之处在于：

步骤S2中，解吸药剂为0.5mol/L的柠檬酸溶液。

修复效果对比

对实施例4-7的镉污染地块的修复结果进行比较，同时与现有技术进行比较，(现有技术为中国发明专利CN104226680B所公开的镉污染土壤修复装置及方法)修复结果如表1所示：

表1各实施例对镉污染土壤进行修复时对镉的去除率

实施例	实施例4	实施例5	实施例6	实施例7	现有技术
						镉的去除率/％	94.2	96.5	96.4	96.3	90.1

通过表1可见，采用本发明的修复装置及修复方法对镉污染土壤的修复效果远高于现有技术，且实施例5为最佳实施例，这是由于实施例5的修复深度最为合适，因为根据实验发现，土壤中镉污染主要集中在0～15cm，如果再进一步增加修复深度的话，修复效果并不会大幅提升，反而增加能耗。

Claims (9)

1.一种修复镉污染土壤的装置，其特征在于，包括一端能够与移动车辆连接的液压操控装置（1），设置在所述液压操控装置（1）另一端的安装架（2），设置在所述安装架（2）上的修复装置；

所述修复装置包括固定设置在所述安装架（2）下方的土壤解吸组件（3），设置在所述土壤解吸组件（3）前端的破土组件（4），以及设置在所述土壤解吸组件（3）后端的联合修复组件（5）；

所述土壤解吸组件（3）包括两个平行设置在所述安装架（2）下方且为圆管状的解吸腔（30），设置在所述解吸腔（30）前端的第一破碎组件（31），以及设置在所述解吸腔（30）上向破碎土壤中喷射药剂的解吸药剂喷射组件（32）；

所述联合修复组件（5）包括垂直设置在两个解吸腔（30）之间的中央隔离板（50），两个分别设置在所述解吸腔（30）外侧面的侧边护板（51），设置在所述侧边护板（51）与中央隔离板（50）上的电解组件（52），以及水平设置在所述中央隔离板（50）正下方的络合修复组件（53）；

所述侧边护板（51）前端与解吸腔（30）固定连接、后端靠近中央隔离板（50）；所述侧边护板（51）后端与中央隔离板（50）有固定连接架；

所述电解组件（52）包括多组均匀且垂直设置在所述中央隔离板（50）侧面上的第一安装槽（520），多组均匀且垂直设置在侧边护板（51）上的第二安装槽（521），设置在所述第一安装槽（520）内的阴极电极，以及设置在所述第二安装槽（521）内的阳极电极；

所述移动车辆上设置有与所述阴极电极、阳极电极电性连接的电解电源（522）；

所述络合修复组件（53）包括固定设置在所述中央隔离板（50）下方的反应槽（530），设置在所述反应槽（530）前端且能够喷射络合剂的第二喷射器（531），设置在所述反应槽（530）后端的排土口（532），以及设置在所述反应槽（530）内的混合组件；

所述混合组件包括设置在反应槽（530）内且前端靠近第二喷射器（531）、后端与排土口（532）连接的旋转轴（533），设置在所述旋转轴（533）前半部的混合搅拌器，设置在所述旋转轴（533）后半部的螺旋排料器，以及驱动旋转轴（533）的动力电机。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应槽（530）为V型槽，所述V型槽与土壤接触的两侧表面为弧面；

所述V型槽上端设置有与中央隔离板（50）连接的土壤挡板（534）。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，两个所述侧边护板（51）与中央隔离板（50）之间安装的侧边破土装置（54）；

所述侧边破土装置（54）包括设置在解吸腔（30）上的固定连接架（540），设置在所述固定连接架（540）上且与侧边护板（51）平行的驱动转轴（541），多个设置在所述驱动转轴（541）且沿驱动转轴（541）的轴线方向均匀分布的破土涡扇（542），以及设置在所述固定连接架（540）上用于驱动破土涡扇（542）的旋转电机（543）。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述解吸药剂喷射组件（32）包括设置在所述解吸腔（30）内壁上且中心轴线与解吸腔（30）中心轴线重合的喷射器安装环（320），均匀设置在所述喷射器安装环（320）上的第一喷射器（321），以及设置在解吸腔（30）之间且与所述第一喷射器（321）连通的第一动力泵（322）；

所述第一动力泵（322）与设置在移动车辆上的药剂储液箱连接。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一喷射器（321）喷出解吸药剂的方向与土壤移动方向一致。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一破碎组件（31）包括设置在解吸腔（30）前端进料口的转动环（310），以及设置在所述转动环（310）内的旋转叶片（311）；

所述旋转叶片（311）能够将土壤驱动推进解吸腔（30）内。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述破土组件（4）包括水平设置在解吸腔（30）之间的桁架连接件（40），垂直设置在所述桁架连接件（40）中部的刚性支撑板（41），以及设置在所述刚性支撑板（41）前端的破土锥（42）。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述破土锥（42）包括设置在刚性支撑板（41）上的前端破土部（420），位于所述前端破土部（420）下端且用于将土壤分向两边的犁刀（421）。

9.利用权利要求1~8任一项所述的装置修复镉污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、连接移动车辆

将液压操控装置（1）与移动车辆连接，通过移动车辆将修复装置运送到待修复土壤地点；通过液压操控装置（1）使修复装置进入土壤，进入深度10~15cm；然后移动车辆带动修复装置在修复地点的土壤中前进；通过破土组件（4）将土壤分到两侧，并使得土壤进入土壤解吸组件（3）内；

S2、镉的解吸

通过土壤解吸组件（3）的第一破碎组件（31）对土壤进行破碎处理，并使破碎的土壤进入解吸腔（30）；然后解吸药剂喷射组件（32）向解吸腔（30）内的土壤注入解吸药剂；

其中，解吸药剂为硝酸钠溶液、柠檬酸中的一种；

S3、土壤的联合修复

S3-1、通过联合修复组件（5）的电解组件（52）对经过步骤S2处理的土壤进行电动修复；

土壤经过侧边护板（51）与中央隔离板（50）之间时，电解电源（522）向第一安装槽（520）内的阴极电极、第二安装槽（521）内的阳极电极通电，阴极电极、阳极电极电性连接后；经过解吸的土壤中存在的大量镉离子向中央隔离板（50）移动；完成镉离子的电迁移；

S3-2、通过络合修复组件（53）对镉离子进行络合处理；

中央隔离板（50）下方的反应槽（530）对含有镉离子土壤进行收集；第二喷射器（531）向反应槽（530）内的土壤注入络合剂；旋转轴（533）进行转动，混合搅拌器对土壤与络合剂进行搅拌混合，络合剂对解吸出的镉离子进行络合处理；最后通过螺旋排料器将进行络合处理的土壤排出；

其中，络合剂为乙二胺四乙酸溶液。