CN115555396B - 一种修复重金属污染土壤的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及重金属污染土壤修复技术领域，具体公开了一种修复重金属污染土壤的装置及方法，装置包括移动装置，以及设置在移动装置上的复合修复装置；移动装置包括水平设置在地面上的中心主架，设置在中心主架前端的松土装置，以及设置在所述中心主架后端的驱动装置；中心主架包括水平设置在地面上的刚性支撑架，水平设置在所述刚性支撑架上且与土壤接触的滑动底板；复合修复装置包括设置在所述刚性支撑架上的电动修复装置，设置在刚性支撑架上且与电动修复装置连接的淋洗修复装置；方法包括：S1、松土；S2、电解修复；S3、淋洗修复；本发明便于实施，可操作性强，且对重金属土壤修复效果好，能够有效除去土壤中的重金属污染物。

Description

一种修复重金属污染土壤的装置及方法

技术领域

本发明涉及重金属污染土壤修复技术领域，具体是涉及一种修复重金属污染土壤的装置及方法。

背景技术

中国土壤污染已对土地资源可持续利用与农产品生态安全构成威胁。全国受有机污染物污染的农田已达3600万公顷，污染物类型包括石油类、多环芳烃、农药、有机氯等；因油田开采造成的严重石油污染土地面积达1万公顷，石油炼化业也使大面积土地受到污染；在沈抚石油污水灌区，表层和底层土壤多环芳烃含量均超过600mg/kg，造成农作物和地下水的严重污染。全国受重金属污染土地达2000万公顷，其中严重污染土地超过70万公顷，其中13万公顷土地因镉含量超标而被迫弃耕。正因为如此，中国的污染土壤修复研究，正经历着由实验室研究向实用阶段的过渡，即将进入一个快速、全面的治理时期。

针对重金属污染土壤的修复常用的方法有改土法，通过客土、换土、去除表土等方式，将未污染的土壤置于污染土壤表层或进行混匀；缺点是需要投入大量的人力、物力；电动修复法，通过向土壤施加电场在电解、电泳、扩散等作用下使土壤中的重金属在某一区域聚集；但是现有技术所提供的电动修复装置在具体的工程实践中极难实施，并且对土壤的处理效果也较差，不利于进行大面积的实践修复。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种便于实施，且对重金属土壤修复效果好的修复技术。

本发明的技术方案是：一种修复重金属污染土壤的装置，包括移动装置，以及设置在所述移动装置上的复合修复装置；

所述移动装置包括水平设置在地面上的中心主架，设置在所述中心主架前端的松土装置，以及设置在所述中心主架后端的驱动装置；

所述中心主架包括水平设置在地面上的刚性支撑架，水平设置在所述刚性支撑架上且与土壤接触的滑动底板；

所述复合修复装置包括设置在所述刚性支撑架上的电动修复装置，设置在所述刚性支撑架上且与电动修复装置连接的淋洗修复装置，以及连接所述电动修复装置与所述淋洗修复装置的土壤传输装置；

所述电动修复装置包括两个分别设置在刚性支撑架两端的摆动电解单元，设置在所述滑动底板上且位于两个所述摆动电解单元之间的固定电解单元；

所述摆动电解单元包括刚性支撑架端部连接的横向安装架，活动设置在所述横向安装架两端的摆动杆，以及设置在所述横向安装架上的中心驱动装置；

所述横向安装架包括两个上下对应平行设置的横向架本体；所述横向架本体两端均设置有垂直于水平面的安装转轴；所述摆动杆端部转动安装在所述安装转轴上；

所述中心驱动装置包括设置在所述横向架本体中部的动力电机，设置在两个所述横向架本体之间且齿轮连接所述动力电机与安装转轴的齿轮组件；

所述摆动杆上均匀设置有垂直于水平面的第一电极杆；

所述固定电解单元包括两排均匀设置在滑动底板下方且垂直与水平面的第二电极杆；

所述第一电极杆、第二电极杆与设置在刚性支撑架上的控制电源电性连接；所述控制电源通电后能够使土壤重金属离子向第二电极杆移动；

所述土壤传输装置一端连通淋洗修复装置、另一端贯穿滑动底板；所述土壤传输装置的贯穿端位于两排第二电极杆之间且能够将第二电极杆之间的重金属土壤输送至淋洗修复装置中。

进一步地，所述淋洗修复装置包括淋洗修复腔，设置在所述淋洗修复腔内部的土壤搅拌器，设置在所述淋洗修复腔内的第一喷淋器；

所述淋洗修复腔一端设置有与土壤传输装置连接的进料口，另一端设置有排料口。

说明：通过土壤搅拌器能够对淋洗修复腔内重金属土壤进行搅拌，在搅拌时通过第一喷淋器喷淋重金属修复剂，对土壤中的重金属进行淋洗修复。

进一步地，所述滑动底板位于两排第二电极杆之间设置有进料口；

所述土壤传输装置包括一端连通淋洗修复装置、另一端连通所述进料口的连通管，转动设置在所述连通管内部的螺旋输料器；所述螺旋输料器一端连通淋洗修复装置、另一端贯穿所述进料口与土壤接触。

说明：土壤传输装置能够将滑动底板下方的重金属土壤通过螺旋输料器传输至淋洗修复腔内；螺旋输料器对土壤能够进行稳定的输送，输送效率高，故障率低。

进一步地，所述松土装置包括设置在所述横向架本体两端的连接杆，设置在所述连接杆上的U型安装架，水平设置在所述U型安装架上的转动轴，以及设置在所述转动轴上的松土犁刀。

说明：通过转动轴能够驱动松土犁刀快速转动，对土壤进行破碎；通过松土装置对土壤的破碎，使得土壤松软，有利于第一电极杆的摆动，促进重金属离子的移动。

进一步地，所述驱动装置包括水平设置在所述淋洗修复装置下方的驱动轴，设置在所述驱动轴两端的驱动轮。

说明：驱动轴、驱动轮的设置能够推动整个装置在待修复土壤上滑动前进，便于对不同区域的土壤进行电动修复。

进一步地，所述摆动杆包括下层摆动杆、上层摆动杆；所述下层摆动杆上均匀设置有滑动孔；

所述第一电极杆下端贯穿所述滑动孔，上端设置有伸缩调节装置；

所述伸缩调节装置包括设置在第一电极杆上端且位于下层摆动杆、上层摆动杆之间的第一升降板，设置在所述上层摆动杆上的升降电机，以及与所述升降电机螺纹连接的升降螺纹杆；

所述升降螺纹杆下端与第一升降板连接。

说明：通过升降电机、升降螺纹杆能够驱动第一升降板上下运动，通过第一升降板的上下运动能够使第一电极杆实现升降，从而调节第一电极杆插入土壤中的深度，实现对电动修复深度的调节。

进一步地，所述滑动底板上设置有两个滑动槽；所述滑动槽的高度比第二电极杆的高度高10～15cm；

所述第二电极杆上端有活动设置在滑动槽内的第二升降板；所述第二升降板上端设有驱动第二电极杆升降的伸缩电机。

说明：伸缩电机、第二升降板的设置能够控制第二电极杆的上下升降，便于调节第二电极杆进入土壤的深度，结合第一电极杆的升降实现对电动修复深度的调节。

更优的，所述摆动杆下方设置有第二喷淋器；所述第二喷淋器上均匀开设有若干喷淋头；所述刚性支撑架上设置有与所述喷淋头连通的修复剂储放箱。

说明：通过在摆动杆上设置第二喷淋器能够对土壤先进行喷淋修复，通过修复剂可促进提升重金属离子在进行电动修复时的移动性，便于对重金属离子进行收集。

根据上述一种修复重金属污染土壤的装置的修复方法，包括以下步骤：

S1、松土

通过移动装置的驱动装置推动中心主架上的松土装置在土壤中行进，同时松土装置对土壤进行切割破碎；通过转动轴的转动驱动松土犁刀旋转；其中松土犁刀进入土壤的深度为30～80cm；

S2、电解修复

启动复合修复装置中的电动修复装置；电动修复装置中的摆动电解单元与固定电解单元从破碎土壤中经过，使第一电极杆、第二电极杆进入破碎后的土壤；控制电源向第一电极杆、第二电极杆通直流电，使土壤中的重金属离子向第二电极杆迁移；电解的电流为0.85～1.7A；电解的电压梯度为4.5～7.5V/m；电解修复时间为30～60min；

同时，通过中心驱动装置的动力电机驱动摆动杆摆动，摆动杆绕安装在横向架上的安装转轴转动，从而使第一电极杆在土壤中往返摆动，进行动态电动修复；

S3、淋洗修复

重金属离子富集在第二电极杆周围后，土壤传输装置将第二电极杆处的土壤传输至淋洗修复装置内，进行二次淋洗修复；含有重金属离子的土壤进入淋洗修复腔内部，土壤搅拌器的对土壤进行搅拌；同时第一喷淋器向土壤中喷淋0.5～0.8mol/L的柠檬酸溶液对土壤进行淋洗，淋洗时间为20～30min；然后将经过淋洗的土壤排出。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种修复重金属污染土壤的装置，通过中心主架、摆动电解单元、固定电解单元以及淋洗修复装置的设置能够对重金属土壤进行复合修复处理，相较于单一的修复处理能够具备较好的修复处理效果；本装置通过中心驱动装置能够驱动摆动杆在土壤表面上进行摆动，使第一电极杆在土壤中进移动，能够有效增大第一电极杆与土壤的接触范围，促进土壤中重金属的快速迁移，在通电状态下使第一电极杆附近的重金属向第二电极杆附近聚集；通过土壤传输装置能够使得富集了重金属的土壤传输至淋洗修复装置内进行二次的淋洗修复；本装置便于实施，对土壤中的重金属修复效果好，且具备较强的移动性，使用范围广。

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电动修复装置的结构示意图；

图3是本发明实施例1摆动电解单元的结构示意图；

图4是本发明实施例1中心驱动装置的结构示意图；

图5是本发明实施例1淋洗修复装置的结构示意图；

图6是本发明实施例1土壤传输装置的结构示意图；

图7是本发明实施例2摆动杆的结构示意图；

图8是本发明实施例2第二升降板的结构示意图；

图9是本发明实施例3第二喷淋器的结构示意图；

其中，1-移动装置、10-中心主架、100-刚性支撑架、101-滑动底板、102-滑动槽、11-松土装置、110-连接杆、111-U型安装架、112-转动轴、113-松土犁刀、12-驱动装置、120-驱动轴、121-驱动轮、2-复合修复装置、3-电动修复装置、30-摆动电解单元、31-固定电解单元、310-第二电极杆、311-第二升降板、312-伸缩电机、313-控制电源、32-横向安装架、320-横向架本体、321-安装转轴、322-齿轮组件、33-摆动杆、330-第一电极杆、331-下层摆动杆、332-上层摆动杆、333-滑动孔、334-第一升降板、335-升降电机、336-升降螺纹杆、34-中心驱动装置、340-动力电机、35-修复剂储放箱、36-第二喷淋器、4-淋洗修复装置、40-淋洗修复腔、41-土壤搅拌器、42-第一喷淋器、5-土壤传输装置、50-进料口、51-连通管、52-螺旋输料器。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示的一种修复重金属污染土壤的装置，包括移动装置1，以及设置在所述移动装置1上的复合修复装置2；

所述移动装置1包括水平设置在地面上的中心主架10，设置在所述中心主架10前端的松土装置11，以及设置在所述中心主架10后端的驱动装置12；

所述中心主架10包括水平设置在地面上的刚性支撑架100，水平设置在所述刚性支撑架100上且与土壤接触的滑动底板101；

所述复合修复装置2包括设置在所述刚性支撑架100上的电动修复装置3，设置在所述刚性支撑架100上且与电动修复装置3连接的淋洗修复装置4，以及连接所述电动修复装置3与所述淋洗修复装置4的土壤传输装置5；

如图2所示，所述电动修复装置3包括两个分别设置在刚性支撑架100两端的摆动电解单元30，设置在所述滑动底板101上且位于两个所述摆动电解单元30之间的固定电解单元31；

如图3所示，所述摆动电解单元30包括刚性支撑架100端部连接的横向安装架32，活动设置在所述横向安装架32两端的摆动杆33，以及设置在所述横向安装架32上的中心驱动装置34；

所述横向安装架32包括两个上下对应平行设置的横向架本体320；所述横向架本体320两端均设置有垂直于水平面的安装转轴321；所述摆动杆33端部转动安装在所述安装转轴321上；

如图4所示，所述中心驱动装置34包括设置在所述横向架本体320中部的动力电机340，设置在两个所述横向架本体320之间且齿轮连接所述动力电机340与安装转轴321的齿轮组件322；

所述摆动杆33上均匀设置有垂直于水平面的第一电极杆330；

所述固定电解单元31包括两排均匀设置在滑动底板101下方且垂直与水平面的第二电极杆310；

所述第一电极杆330、第二电极杆310与设置在刚性支撑架100上的控制电源313电性连接；所述控制电源313通电后能够使土壤重金属离子向第二电极杆310移动；

所述土壤传输装置5一端连通淋洗修复装置4、另一端贯穿滑动底板101；所述土壤传输装置5的贯穿端位于两排第二电极杆310之间且能够将第二电极杆310之间的重金属土壤输送至淋洗修复装置4中。

如图5所示，所述淋洗修复装置4包括淋洗修复腔40，设置在所述淋洗修复腔40内部的土壤搅拌器41，设置在所述淋洗修复腔40内的第一喷淋器42；

所述淋洗修复腔40一端设置有与土壤传输装置5连接的进料口，另一端设置有排料口。

所述滑动底板101位于两排第二电极杆310之间设置有进料口50；

如图6所示，所述土壤传输装置5包括一端连通淋洗修复装置4、另一端连通所述进料口50的连通管51，转动设置在所述连通管51内部的螺旋输料器52；所述螺旋输料器52一端连通淋洗修复装置4、另一端贯穿所述进料口50与土壤接触。

如图2所示，所述松土装置11包括设置在所述横向架本体320两端的连接杆110，设置在所述连接杆110上的U型安装架111，水平设置在所述U型安装架111上的转动轴112，以及设置在所述转动轴112上的松土犁刀113。

所述驱动装置12包括水平设置在所述淋洗修复装置4下方的驱动轴120，设置在所述驱动轴120两端的驱动轮121。

其中，驱动轮121、转动轴112、螺旋输料器52、第一喷淋器42、土壤搅拌器41、动力电机340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

应用上述实施例1一种修复重金属污染土壤的装置的修复方法，包括以下步骤：

S1、松土

通过移动装置1的驱动装置12推动中心主架10上的松土装置11在土壤中行进，同时松土装置11对土壤进行切割破碎；通过转动轴112的转动驱动松土犁刀113旋转；其中松土犁刀113进入土壤的深度为80cm；

S2、电解修复

启动复合修复装置2中的电动修复装置3；电动修复装置3中的摆动电解单元30与固定电解单元31从破碎土壤中经过，使第一电极杆330、第二电极杆310进入破碎后的土壤；控制电源313向第一电极杆330、第二电极杆310通直流电，使土壤中的重金属离子向第二电极杆310迁移；电解的电流为1.7A；电解的电压梯度为7.5V/m；电解修复时间为60min；

同时，通过中心驱动装置34的动力电机340驱动摆动杆33摆动，摆动杆33绕安装在横向架32上的安装转轴321转动，从而使第一电极杆330在土壤中往返摆动，进行动态电动修复；

S3、淋洗修复

重金属离子富集在第二电极杆310周围后，土壤传输装置5将第二电极杆310处的土壤传输至淋洗修复装置4内，进行二次淋洗修复；含有重金属离子的土壤进入淋洗修复腔40内部，土壤搅拌器41的对土壤进行搅拌；同时第一喷淋器42向土壤中喷淋0.8mol/L的柠檬酸溶液对土壤进行淋洗，淋洗时间为30min；然后将经过淋洗的土壤排出。

实施例3

与实施例1不同的是：

如图7所示，所述摆动杆33包括下层摆动杆331、上层摆动杆332；所述下层摆动杆331上均匀设置有滑动孔333；

所述第一电极杆330下端贯穿所述滑动孔333，上端设置有伸缩调节装置；

所述伸缩调节装置包括设置在第一电极杆330上端且位于下层摆动杆331、上层摆动杆332之间的第一升降板334，设置在所述上层摆动杆332上的升降电机335，以及与所述升降电机335螺纹连接的升降螺纹杆336；

所述升降螺纹杆336下端与第一升降板334连接。

如图8所示，所述滑动底板101上设置有两个滑动槽102；所述滑动槽102的高度比第二电极杆310的高度高10cm；

所述第二电极杆310上端有活动设置在滑动槽102内的第二升降板311；所述第二升降板311上端设有驱动第二电极杆310升降的伸缩电机312。

其中，伸缩电机312、升降电机335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4

与实施例3不同的是：

如图9所示，所述摆动杆33下方设置有第二喷淋器36；所述第二喷淋器36上均匀开设有若干喷淋头；所述刚性支撑架100上设置有与所述喷淋头连通的修复剂储放箱35。

Claims (2)

1.一种修复重金属污染土壤的装置，其特征在于，包括移动装置(1)，以及设置在所述移动装置(1)上的复合修复装置(2)；

所述移动装置(1)包括水平设置在地面上的中心主架(10)，设置在所述中心主架(10)前端的松土装置(11)，以及设置在所述中心主架(10)后端的驱动装置(12)；

所述中心主架(10)包括水平设置在地面上的刚性支撑架(100)，水平设置在所述刚性支撑架(100)上且与土壤接触的滑动底板(101)；

所述复合修复装置(2)包括设置在所述刚性支撑架(100)上的电动修复装置(3)，设置在所述刚性支撑架(100)上且与电动修复装置(3)连接的淋洗修复装置(4)，以及连接所述电动修复装置(3)与所述淋洗修复装置(4)的土壤传输装置(5)；

所述电动修复装置(3)包括两个分别设置在刚性支撑架(100)两端的摆动电解单元(30)，设置在所述滑动底板(101)上且位于两个所述摆动电解单元(30)之间的固定电解单元(31)；

所述摆动电解单元(30)包括刚性支撑架(100)端部连接的横向安装架(32)，活动设置在所述横向安装架(32)两端的摆动杆(33)，以及设置在所述横向安装架(32)上的中心驱动装置(34)；

所述横向安装架(32)包括两个上下对应平行设置的横向架本体(320)；所述横向架本体(320)两端均设置有垂直于水平面的安装转轴(321)；所述摆动杆(33)端部转动安装在所述安装转轴(321)上；

所述中心驱动装置(34)包括设置在所述横向架本体(320)中部的动力电机(340)，设置在两个所述横向架本体(320)之间且齿轮连接所述动力电机(340)与安装转轴(321)的齿轮组件(322)；

所述摆动杆(33)上均匀设置有垂直于水平面的第一电极杆(330)；

所述固定电解单元(31)包括两排均匀设置在滑动底板(101)下方且垂直与水平面的第二电极杆(310)；

所述第一电极杆(330)、第二电极杆(310)与设置在刚性支撑架(100)上的控制电源(313)电性连接；所述控制电源(313)通电后能够使土壤重金属离子向第二电极杆(310)移动；

所述土壤传输装置(5)一端连通淋洗修复装置(4)、另一端贯穿滑动底板(101)；所述土壤传输装置(5)的贯穿端位于两排第二电极杆(310)之间且能够将第二电极杆(310)之间的重金属土壤输送至淋洗修复装置(4)中；

所述淋洗修复装置(4)包括淋洗修复腔(40)，设置在所述淋洗修复腔(40)内部的土壤搅拌器(41)，设置在所述淋洗修复腔(40)内的第一喷淋器(42)；

所述淋洗修复腔(40)一端设置有与土壤传输装置(5)连接的进料口，另一端设置有排料口；

所述滑动底板(101)位于两排第二电极杆(310)之间设置有进料口(50)；

所述土壤传输装置(5)包括一端连通淋洗修复装置(4)、另一端连通所述进料口(50)的连通管(51)，转动设置在所述连通管(51)内部的螺旋输料器(52)；所述螺旋输料器(52)一端连通淋洗修复装置(4)、另一端贯穿所述进料口(50)与土壤接触；

所述松土装置(11)包括设置在所述横向架本体(320)两端的连接杆(110)，设置在所述连接杆(110)上的U型安装架(111)，水平设置在所述U型安装架(111)上的转动轴(112)，以及设置在所述转动轴(112)上的松土犁刀(113)；

所述驱动装置(12)包括水平设置在所述淋洗修复装置(4)下方的驱动轴(120)，设置在所述驱动轴(120)两端的驱动轮(121)；

所述摆动杆(33)包括下层摆动杆(331)、上层摆动杆(332)；所述下层摆动杆(331)上均匀设置有滑动孔(333)；

所述第一电极杆(330)下端贯穿所述滑动孔(333)，上端设置有伸缩调节装置；

所述伸缩调节装置包括设置在第一电极杆(330)上端且位于下层摆动杆(331)、上层摆动杆(332)之间的第一升降板(334)，设置在所述上层摆动杆(332)上的升降电机(335)，以及与所述升降电机(335)螺纹连接的升降螺纹杆(336)；

所述升降螺纹杆(336)下端与第一升降板(334)连接；

所述滑动底板(101)上设置有两个滑动槽(102)；所述滑动槽(102)的高度比第二电极杆(310)的高度高10～15cm；

所述第二电极杆(310)上端有活动设置在滑动槽(102)内的第二升降板(311)；所述第二升降板(311)上端设有驱动第二电极杆(310)升降的伸缩电机(312)；

所述摆动杆(33)下方设置有第二喷淋器(36)；所述第二喷淋器(36)上均匀开设有若干喷淋头；所述刚性支撑架(100)上设置有与所述喷淋头连通的修复剂储放箱(35)。

2.根据权利要求1所述的一种修复重金属污染土壤的装置的修复方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、松土

通过移动装置(1)的驱动装置(12)推动中心主架(10)上的松土装置(11)在土壤中行进，同时松土装置(11)对土壤进行切割破碎；通过转动轴(112)的转动驱动松土犁刀(113)旋转；其中松土犁刀(113)进入土壤的深度为30～80cm；

S2、电解修复

启动复合修复装置(2)中的电动修复装置(3)；电动修复装置(3)中的摆动电解单元(30)与固定电解单元(31)从破碎土壤中经过，使第一电极杆(330)、第二电极杆(310)进入破碎后的土壤；控制电源(313)向第一电极杆(330)、第二电极杆(310)通直流电，使土壤中的重金属离子向第二电极杆(310)迁移；电解的电流为0.85～1.7A；电解的电压梯度为4.5～7.5V/m；电解修复时间为30～60min；

同时，通过中心驱动装置(34)的动力电机(340)驱动摆动杆(33)摆动，摆动杆(33)绕安装在横向安装架(32)上的安装转轴(321)转动，从而使第一电极杆(330)在土壤中往返摆动，进行动态电动修复；

S3、淋洗修复

重金属离子富集在第二电极杆(310)周围后，土壤传输装置(5)将第二电极杆(310)处的土壤传输至淋洗修复装置(4)内，进行二次淋洗修复；含有重金属离子的土壤进入淋洗修复腔(40)内部，土壤搅拌器(41)的对土壤进行搅拌；同时第一喷淋器(42)向土壤中喷淋0.5～0.8mol/L的柠檬酸溶液对土壤进行淋洗，淋洗时间为20～30min；然后将经过淋洗的土壤排出。