CN116062821B - 基于光热蒸发的盐碱地淋洗液回收装置的淋洗液回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于光热蒸发的盐碱地淋洗液回收装置的淋洗液回收方法，属于土壤修复领域，装置包括集水器、蒸发叶片和导水带，集水器侧壁设有渗水孔，蒸发叶片设置在集水器的外侧，导水带由吸水材料制造并与蒸发叶片相连接。方法包括：将装置埋在盐碱地中并使渗水孔位于土壤表面以下；盐碱地淋洗液通过渗水孔进入集水器中，导水带根据毛细作用将进入集水器的淋洗液向上迁移，并输送给蒸发叶片；蒸发叶片基于光热蒸发作用将淋洗液中的水分蒸发后，在蒸发叶片的蒸发表面获得淋洗液的结晶盐。本发明能够进行淋洗液的原位回收，从而不必架设管道设备，并且利用界面光热技术强化淋洗液蒸发，能够有效节省能源消耗，实现盐碱地淋洗液的零排放和回收。
Description
技术领域
本发明涉及，特别涉及一种基于光热蒸发的盐碱地淋洗液回收装置的淋洗液回收方法。
背景技术
随着土壤盐碱化污染越来越严重，土壤修复迫在眉睫。土壤淋洗是一种快捷有效的盐碱地修复技术，然而土壤淋洗修复技术会带来大量盐碱地淋洗液的处理处置问题。
盐碱地淋洗液中的盐含量较高，如果能够在实现盐碱地淋洗液零排放处理的同时，还能够回收盐碱地淋洗液中高价值的碱盐，则不但能够达到变废为宝的目的，还能够对盐碱地修复和盐碱地淋洗液资源回收利用具有重大意义。
现有技术中，通常是将盐碱地淋洗液集中起来处理，例如公告号为CN216737936U的中国实用新型专利，其公开了一种用于盐碱水的高效回收处理装置，包括盐水回收池以及与所述盐水回收池依次连通的初沉池、过滤池、超滤池、反渗透池、蒸发器、冷凝器、清水池；所述过滤池内设置有多个并联的多孔吸附柱，所述多孔吸附柱的侧壁上设置有多个出水孔，所述多孔吸附柱内设置有砾石填料层，所述砾石填料层外侧依次套设有沸石吸附层、活性炭填料层、离子交换树脂层，砾石填料层内设置有进水支管，所述进水支管与过滤池的进水口连通；多个多孔吸附柱将过滤池分为过滤腔和出水腔，出水腔通过过滤池底部的出水口与超滤池连通；所述蒸发器内设置有电加热片；所述蒸发器的内壁上设置有向下倾斜的多孔挡板。
可以看出，该专利是将盐碱地淋洗液集中起来进行蒸发处理，不但需要大量的辅助设备，而且转运输送液体以及加热过程均会消耗较多的能源，导致整体的回收处理成本较高。因此有必要开发一种结构简单、成本低廉的盐碱地淋洗液回收处理设备。
发明内容
针对现有技术存在的盐碱地淋洗液回收处理装置的结构复杂并且成本高的问题，本发明的目的在于提供一种基于光热蒸发的盐碱地淋洗液回收装置的淋洗液回收方法，以便于至少部分地解决上述问题。
为实现上述目的，本发明的技术方案为：
第一方面，本发明提供一种基于光热蒸发的盐碱地淋洗液回收装置，包括：
集水器，所述集水器的内部配置有用于蓄水的集水腔，所述集水器的侧壁上开设有若干个与所述集水腔相连通的渗水孔，且各所述渗水孔均通过渗水滤料封闭；
蒸发叶片，所述蒸发叶片设置在所述集水器的外侧；
以及导水带，所述导水带由吸水材料制造并设置于所述集水空腔中，且所述导水带的一端从所述集水器中穿出后与所述蒸发叶片相连接。
在一优选实施例中，所述集水器呈筒状构造，所述集水器的圆周侧壁上设置有具有设定宽度的环状渗水区域，所述渗水孔均匀分布在所述环状渗水区域中。
在一优选实施例中，所述渗水滤料为渗水滤布，所述渗水滤布以覆盖所述环状渗水区域的方式包覆固定在所述集水器的圆周侧壁上。
在一优选实施例中，所述集水器的顶部敞开，且所述集水器的顶部敞口中设置有封板，所述封板上开设有通孔，所述导水带的顶端固定在所述通孔中。
在一优选实施例中，所述蒸发叶片包括光热基材以及涂覆在所述光热基材上的光热涂层。
在一优选实施例中，将0.5-3mg/mL的吸光材料与2-10mg/mL的海藻酸钠混合液喷涂在所述光热基材上后、经冷冻干燥后再泡入2-10wt%氯化钙溶液中4-10小时、再用水清洗多次后即获得所述蒸发叶片。
在一优选实施例中，所述吸光材料包括但不限于氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨、碳纳米管、碳黑、生物质碳、聚多巴胺、聚吡咯、黑镍、氧化铜、氧化钴、四氧化三铁等中的一种或多种。
在一优选实施例中，所述光热基材配置为生物基材料或合成纤维基材料，所述光热基材配置为二维平面结构或三维立体结构。
在一优选实施例中，所述集水器的表面还设置有用于支撑所述蒸发叶片的支撑件，所述支撑件由导热材料制造。
第二方面，本发明还提供一种基于光热蒸发的盐碱地淋洗液回收方法，所述方法应用于如上所述的装置，所述方法包括以下步骤：
将装置埋在盐碱地中，使蒸发叶片朝向阳光，并使渗水孔位于土壤表面以下；
盐碱地淋洗液通过渗水孔进入集水器中，导水带根据毛细作用将进入集水器中的淋洗液向上迁移，并输送给蒸发叶片；
蒸发叶片基于光热蒸发作用将淋洗液中的水分蒸发后，即可在蒸发叶片的蒸发表面获得淋洗液的结晶盐。
采用上述技术方案，本发明的有益效果在于：由于集水器、导水带和蒸发叶片的设置，使得当集水器部分地埋在盐碱地中后，盐碱地中的淋洗液能够通过渗水孔进入到集水器中，再通过导水带的毛细作用将进入集水器中的淋洗液向上迁移，并输送给蒸发叶片，蒸发叶片则能够基于光热蒸发作用将淋洗液中的水分蒸发，从而能够在蒸发叶片的蒸发表面获得淋洗液的结晶盐。
附图说明
图1为本发明中基于光热蒸发的盐碱地淋洗液回收装置的结构示意图。
图2为本发明中基于光热蒸发的盐碱地淋洗液回收装置的使用示意图；
图中:1-集水器、2-渗水孔、3-渗水滤料、4-导水带、5-封板、6-蒸发叶片、7-支撑件。
实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示对本发明结构的说明，仅是为了便于描述本发明的简便，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。
对于本技术方案中的“第一”和“第二”，仅为对相同或相似结构，或者起相似功能的对应结构的称谓区分，不是对这些结构重要性的排列，也没有排序、或比较大小、或其他含义。
另外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”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，可以是两个结构内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据本发明的总体思路，联系本方案上下文具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例
一种基于光热蒸发的盐碱地淋洗液回收装置，如图1及图2所示，包括：
集水器1，集水器1的内部配置有用于蓄水的集水腔，除蓄水外，集水器1还起到整个装置进行起支撑的作用。本实施例中，集水器1配置为筒状构造，选用具有承压、稳定性良好的抗冲击性材料制成的外管，例如聚丙烯、有机玻璃等高分子疏水材料制品或者亲水性多孔陶瓷管，同时外管的底端做封闭处理，外管的顶端敞开以便于在其内布置其他构件。
集水器1的圆周侧壁上开设有若干个与集水腔相连通的渗水孔2，各渗水孔2均通过渗水滤料3封闭。本实施例中，在集水器1的圆周侧壁上设置有具有设定宽度（沿集水器1轴向方向的尺寸）的环状渗水区域，若干个渗水孔2则均匀地分布在该环状渗水区域中。其中，渗水滤料3配置为渗水滤布，该渗水滤布以覆盖上述环状渗水区域的方式包覆固定在集水器1的圆周侧壁上，渗水滤布可配置为棉布、合成纤维、竹纤维等具有过滤渗水功能的材料制作。当然在其他优选实施例中，渗水滤料3还可以配置为由棉步、合成纤维、竹纤维等材料制成的柱状封塞，并且每个渗水孔2中均填塞有该柱状封塞。
蒸发叶片6则设置在集水器1的外侧，蒸发叶片6由光热基材制备为二维平面结构或三维立体结构或仿生植物构造，其中光热基材包括生物基材料（竹纤维布、粘胶纤维、海绵等）或合成纤维基材料。
导水带4由吸水材料制造并设置于集水空腔中，吸水材料为棉花、竹纤维或海绵等亲水基材料均可，使得导水带4具有吸水保水输水功能，能够根据毛细作用吸取集水器1底部的淋洗液向上迁移，起到输水保水作用。另外，上述外管的顶端敞口通过封板5封闭，例如是泡沫板，该封板5上开设有通孔，导水带4的顶端紧密地固定在该通孔中，而蒸发叶片6的一端则与导水带4穿出该通孔的顶端相连接。通常导水带4具有足够的长度，以便于其底端能够接触到集水器1的底端，或者两者之间的间距较小，从而使集水器1中的淋洗液尽可能地被迁移。
在一优选实施例中，集水器1的顶面（封板5的顶面）还设置有用于支撑蒸发叶片6的支撑件7，该支撑件7由导热材料制造，例如铝板或塑料板。可以理解的是，当蒸发叶片6配置为二维平面结构时，该支撑件7配置呈倾斜状布置，以便于由该支撑件7所支撑的蒸发叶片6也呈倾斜状，从而适配太阳光的入射角，尽可能使阳光直射蒸发叶片6。
实际使用时，集水器1可以是任意尺寸和任意形状，并可根据盐碱地淋洗液的总量和需处理的土壤面积调整其具体尺寸。例如，配置集水器1的高度在20-100cm，其埋入地面以下的部分以及露出地面以上的部分均不低于10cm；即，当100cm的集水器1，其露出地面的部分长70cm（≥10cm）时，则埋入地面以下的部分长30cm（≥10cm）。环状渗水区域的轴向长度在5-10cm，其中开设的渗水孔2的孔径为2-5mm、孔间距为2-5mm，集水器1安装到地面上后，使环状渗水区域的上端距离地面在5cm以内，即环状渗水区域可以全部位于地面以下，也可以部分位于地面以下。
本发明的工作原理为：
将集水器1部分地埋在盐碱地中，使蒸发叶片朝向阳光，并使渗水孔2部分地位于土壤表面以下；盐碱地淋洗液通过渗水孔2进入集水器1中，导水带4根据毛细作用将进入集水器1中的淋洗液向上迁移，并输送给蒸发叶片6；蒸发叶片6基于光热蒸发作用将淋洗液中的水分蒸发后，即可在蒸发叶片6的蒸发表面获得淋洗液的结晶盐。
实施例
本实施例中，蒸发叶片6的光热基材上还涂覆有光热涂层，从而形成光热材料。该光热材料通过以下步骤获得：将0.5-3mg/mL的吸光材料与2-10mg/mL的海藻酸钠混合液喷涂在光热基材上后、经冷冻干燥后再泡入2-10wt%氯化钙溶液中4-10小时、再用水清洗多次后，即能够获得所需的光热材料（即涂覆有光热涂层的蒸发叶片6）。
其中，该吸光材料为碳基材料，所述碳基材料为石墨烯、活性炭或生物炭。
例如，将0.5-3 mg/mL氧化还原石墨烯（rGO）分散到去离子水中并被超声处理4-10小时；此后，将rGO悬浮液（50毫升）被置于一个100毫升的烧杯中，以600转/分钟的速度搅拌；然后，将250毫克海藻酸钠（SA）（2-10 mg/mL）缓慢地加入到rGO悬浮液中，并将该混合物搅拌12小时；彻底搅拌后，将rGO-SA溶液（50毫升）平稳地滴在竹纤维布（25×15cm）上；将获得的材料浸入2wt%-10wt%的CaCl2溶液中进行交联一段时间后，最后，将准备好的交联材料冷冻干燥24小时后用去离子水清洗5次以上即可获得最终的光热材料。
在上述方法步骤的指导下，基底材料为竹纤维布为例，组装不同浓度配比的光热涂层，以原始竹纤维布为空白对照，对比测试光热材料的光吸收性能，结果如表1所示：
表1 不同浓度配比下组装的光热材料性能比较
| 配比 | 光吸收率（波长200-1400 nm） |
| 竹纤维布+0.5mg/mL rGO +2mg/mL SA+ 2wt% CaCl2+4小时 | 96.1% |
| 竹纤维布+1.5mg/mL rGO +5mg/mL SA+5wt% CaCl2+7小时 | 96.5% |
| 竹纤维布+3 mg/mL rGO +10 mg/mL SA+ 10wt% CaCl2+10小时 | 96.7% |
| 竹纤维布空白对照 | 63.8% |
测试结果表明在所选范围内的光热涂层配比有良好的光吸收性能 (吸光性>96%)。相比原始竹纤维布，负载光热涂层后的竹纤维布能够显著提高光吸收能力，可运用于后续光热水蒸发强化土壤修复中。
取一直径为5cm、长为20cm的由塑料管制备的集水器1，该集水器1的一端封口作为集水器1的底部，在离底部10-15cm位置均匀地打满孔径2mm、孔间距为2mm的渗水孔2，然后在集水器1的外壁用渗水竹纤维布制备的渗水材料3包裹，集水器1的另一端用泡沫板制备的封板5塞紧密（泡沫板厚度为2cm），泡沫板的中部开有直径为20mm的圆形通孔，圆形通孔里面塞满由竹纤维布制备的导水带4，导水带4的下端伸到集水器1的底部。将制备好的光热材料（光热涂层）涂覆在蒸发叶片6上，并将蒸发叶片6连接到铝质的支撑件7上，然后将支撑件7放置在封板5的顶面，使蒸发叶片6的下端与从圆形通孔中露出的导水带4相连。
将200毫升含有3.5%氯化钠的淋洗液置入集水器1中，用模拟太阳灯在一个太阳强度下持续光照蒸发叶片6，以不含光热涂层的蒸发叶片6（另一套装置）为空白对照组。结果显示，涂覆有光热涂层的实验组能显著提高淋洗液蒸发速率，实验组112个小时可将淋洗液完全蒸干，实现淋洗液的零流体排放，而空白对照组需要214个小时才能将淋洗液蒸干。蒸干后，实验组和空白组在蒸发叶片6的蒸发表面分别收集结晶盐为3.23g和3.08g。
实施例
一种基于光热蒸发的盐碱地淋洗液回收方法，该方法应用于实施例一或实施例二公开的装置，该方法包括以下步骤：
将装置埋在盐碱地中，使蒸发叶片朝向阳光，并使渗水孔位于土壤表面以下；
盐碱地淋洗液通过渗水孔进入集水器中，导水带根据毛细作用将进入集水器中的淋洗液向上迁移，并输送给蒸发叶片；
蒸发叶片基于光热蒸发作用将淋洗液中的水分蒸发后，即可在蒸发叶片的蒸发表面获得淋洗液的结晶盐。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (6)
1.基于光热蒸发的盐碱地淋洗液回收装置的淋洗液回收方法，其特征在于：
所述装置包括集水器、蒸发叶片以及导水带；所述集水器的内部配置有用于蓄水的集水腔，所述集水器的侧壁上开设有若干个与所述集水腔相连通的渗水孔，且各所述渗水孔均通过渗水滤料封闭；所述蒸发叶片设置在所述集水器的外侧；所述导水带由吸水材料制造并设置于所述集水空腔中，且所述导水带的一端从所述集水器中穿出后与所述蒸发叶片相连接；所述蒸发叶片包括光热基材以及涂覆在所述光热基材上的光热涂层；其中，将0.5-3 mg/mL的吸光材料与2-10 mg/mL的海藻酸钠混合液喷涂在所述光热基材上后、经冷冻干燥后再泡入2-10 wt%氯化钙溶液中4-10小时、再用水清洗多次后即获得所述蒸发叶片；所述吸光材料包括黑镍、氧化铜、氧化钴、四氧化三铁中的一种或多种；
所述方法包括以下步骤：
将装置埋在盐碱地中，使蒸发叶片朝向阳光，并使渗水孔位于土壤表面以下；
盐碱地淋洗液通过渗水孔进入集水器中，导水带根据毛细作用将进入集水器中的淋洗液向上迁移，并输送给蒸发叶片；
蒸发叶片基于光热蒸发作用将淋洗液中的水分蒸发后，即可在蒸发叶片的蒸发表面获得淋洗液的结晶盐。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述集水器呈筒状构造，所述集水器的圆周侧壁上设置有具有设定宽度的环状渗水区域，所述渗水孔均匀分布在所述环状渗水区域中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述渗水滤料为渗水滤布，所述渗水滤布以覆盖所述环状渗水区域的方式包覆固定在所述集水器的圆周侧壁上。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述集水器的顶部敞开，且所述集水器的顶部敞口中设置有封板，所述封板上开设有通孔，所述导水带的顶端固定在所述通孔中。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述光热基材配置为生物基材料或合成纤维基材料，所述光热基材配置为二维平面结构或三维立体结构。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述集水器的表面还设置有用于支撑所述蒸发叶片的支撑件，所述支撑件由导热材料制造。
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