CN211275865U - 土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型创造提供了一种土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统，包括反应腔组、处理池、降水泵，所述的处理池通过管路与所述的反应腔组相连，所述的降水泵通过管路分别与所述的处理池、反应腔组相连；所述的反应腔组包括若干的结构相同的反应腔，所述的反应腔之间通过管路相连；所述的反应腔的内部设置有过滤膜，所述的过滤膜上负载有若干的酶膜生物传感器，所述的酶膜生物传感器通过线路与控制器相连。本实用新型所述的土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统能够实现原位实时监测，无需对土样进行预处理，操作简便，运行成本低，可以提供连续的分析，满足快速监测的实际需要。

Description

土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统

技术领域

本发明创造属于污染土监测防治领域，尤其是涉及一种土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统。

背景技术

随着工农业的迅速发展，土壤重金属污染问题甚为严重。重金属通过各种形式进入土壤，破坏土壤的生态环境，引发地下水污染等二次灾害，对动植物和人体健康造成极大危害，因此，快速、实时、准确地监测及修复土壤中重金属含量显得尤为重要。

目前常用的污染土壤检测方法主要有原位监测法和实验室测试法。原位监测法因其操作简单、检测速度快、数据准确、可实现原位实时监测等优势而被备受关注，无需对土样进行处理，监测成本低，在污染事故、污染纠纷等应急监测方面具有明显优势，可广泛用于尾矿区、工业园区、农田、果园等土壤污染监测领域。现有的原位监测方法有ERT探测技术、通气监测法、电磁感应仪等，但都存在着使用成本高、监测后污染土如何处置等问题，限制其在实际应用中的大范围推广，且缺少专门针对重金属的监测方法。

当土壤重金属含量超过土壤本身的自净能力，就可能在短时间内使土壤的成分，性质发生变异。因此，发现污染时，就应及时制定修复方案。原位修复法因其施工方便而被广泛应用。但植物修复法修复时间长，固化/稳定化修复技术存在可逆性，难以恢复原始的状态，电动修复在酸性条件下土壤酸化，引发土壤的二次破坏，化学淋洗修复容易对土壤肥力造成破坏，而利用水进行吸附转移可实现绿色处理，完全没有新增污染。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统，无需对土样进行预处理，操作简便，运行成本低，可以提供连续的分析，满足快速监测的实际需要。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统，包括反应腔组、处理池、降水泵，所述的处理池通过管路与所述的反应腔组相连，所述的降水泵通过管路分别与所述的处理池、反应腔组相连；

所述的反应腔组包括若干的结构相同的反应腔，所述的反应腔之间通过管路相连；

所述的反应腔的内部设置有过滤膜，所述的过滤膜上负载有若干的酶膜生物传感器，所述的酶膜生物传感器通过线路与控制器相连。

进一步，所述的反应腔的上部为圆环状的双层的网孔格栅的开孔支管，所述的反应腔的侧壁上均匀的设有若干的通孔；所述通孔的内径为1mm；所述的反应腔的开孔率为50-60％。便于土壤中的水分被吸入反应腔内，圆柱形网孔格栅下安装圆锥底部，用于刺入土壤中进行测试。

进一步，所述的反应腔的底部设置有圆锥底，所述的圆锥底为铁质的圆锥形结构。其铁质尖头更易将装置插入土中。

进一步，所述的过滤膜的材质为纱布织物材质；所述的纱布织物的直径为0.216mm，经密度11.7根/cm，纬密度78根/cm。所述过滤膜用于对土体中进入反应腔的水分进行过滤，防止土颗粒等杂质进入反应腔内影响测试精度。

进一步，所述的酶膜生物传感器为球状结构，所述的酶膜生物传感器通过扣管组件负载在过滤膜上。

进一步，所述的扣管穿过所述的通孔将酶膜生物传感器固定于反应腔上。

进一步，所述的扣管组件包括弹簧、大竖管、小竖管，所述的弹簧位于所述的大竖管内，所述的弹簧松弛状态下的长度与所述的大竖管的长度相同，所述的弹簧的一端固定于大竖管上，另一端与所述的小竖管相连，所述的大竖管的内径大于所述的小竖管的外径，所述的大竖管的一端固定于所述的反应腔上，小竖管的一端穿过所述的通孔与反应腔进行活动连接。通过按压弹簧可以手动更换酶膜生物传感器。

进一步，所述的处理池为斜板沉淀池。所述的处理池置于土质坚硬的一侧，通过连接管与集水总管连接将反应腔内的水收集到处理池中。

所述的处理池中的淋洗液为水溶液，用以土壤重金属污染的修复。且根据酶膜生物传感器实时检测出的土壤重金属含量来进行评估修复成果。

所述的处理池用沉淀剂进行重金属的脱除。优选的，所述的沉淀剂采用0.05mol/l的Na₂S进行脱除。并通过沉淀池底进行对重金属硫化物沉淀进行回收。

进一步，所述的处理池中设置有搅拌器，所述的搅拌器包括电机、转轴、搅拌杆，所述的转轴的一端与所述的电机相连，另一端与所述的搅拌杆相连，所述的电机通过线路与所述的控制器相连。搅拌杆的边缘为刀片状，将残留在处理池的池壁上的沉淀送入沉淀区。

进一步，所述的处理池的上部设置有反复泵；可达到定量加药的目的。所述的处理池的下部设置有抽水泵，所述的抽水泵位于所述的处理池的1/4高度处。可以快速地将发生沉淀反应后的上层清液抽离反应池，进行重复利用。

所述降水泵置于系统一侧，通过真空泵及离心泵相互结合，即可制造真空环境，又可将与土壤进行淋洗反应后的水源抽离防止二次污染。

所述酶膜生物传感器基于生物反应的原理，利用附着在pH复合电极上共价偶联酶膜的脲酶在水解过程中所产生的铵根离子，改变溶液的pH值，通过pH复合电极测试液体的pH值变化，并以此反算土壤中重金属污染物的含量。

所述的酶膜为脲酶通过共价偶联于尼龙网上的一种生物膜。优选的，采用共价偶联技术制备供监测重金属用的酶膜，将直径6mm的250目尼龙网放入0℃硫酸二甲酯中浸润2-3min后，用无水甲醇清洗至无白色沉淀，再浸入1,6-己二胺中振荡2h，取出后用0.5mol/L的NaCl溶液洗涤，再置于2.5％的戊二醛中振荡0.5h，取出用去离子水冲洗，然后浸入含脲酶pH 8.0的PBS溶液(400uL/片膜)中2h，取出后用0.5mol/L的NaCl溶液清洗，最后放入4℃缓冲液中保存。

相对于现有技术，本发明创造所述的土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统具有以下优势：

(1)本发明所述的土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统能够实现原位实时监测，在施工上无需大面积开挖，可实现原位处理。在技术上无需对土样进行预处理，操作简便，运行成本低，可以提供连续的分析，满足快速监测的实际需要。在大面积土体多因素影响时可使用本技术，能够快速确定污染范围，连续实时监测土壤中的重金属分布及扩散情况，在土壤受到重金属污染时，快速制定修复方案，对土壤进行相间转移处理，通过对重金属的回收利用，降低对环境的破坏，实现变废为宝，真正实现环保处理，解决应用者的实际问题，此外，监测部分应用于修复评估的全过程使得处理结果更加符合实际情况，更加有效。

(2)本发明所述的土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统通过在污染土中等间距地插入装置，借助降水泵在反应腔内制造一种负压状态，通过大气压将土壤中的水经过滤膜压入反应腔内，水中含有与土壤同浓度的重金属离子，利用酶膜生物传感器测出水中的重金属浓度，进而计算出土壤中重金属的含量，通过多点位的数据锁定污染范围，并进行淋洗修复，酶膜生物传感器可连续、实时监测修复过程，掌握污染物土壤的修复进程，最后进行重金属及淋洗液的回收利用。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统的示意图；

图2为本发明创造实施例所述的A处的局部示意图；

图3为本发明创造实施例所述的B处的局部示意图。

附图标记说明：

1-反应腔；2-过滤膜；3-酶膜生物传感器；4-反应腔组；5-集水总管；7-处理池；8-降水泵；9-锥形底；10-弹簧；11-大竖管；12-小竖管；13-反复泵；14-搅拌器；15-电机；16-抽水泵；17-转轴；18-搅拌杆。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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创造和简化描述，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创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明创造。

如图1-3所示，一种土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统，包括反应腔1组、处理池7、降水泵8，所述的处理池7通过管路与所述的反应腔1组相连，所述的降水泵8通过管路分别与所述的处理池7、反应腔1组相连；

所述的反应腔1组包括若干的结构相同的反应腔1，所述的反应腔1之间通过管路相连；

所述的反应腔1的内部设置有过滤膜2，所述的过滤膜2上负载有若干的酶膜生物传感器3，所述的酶膜生物传感器3通过线路与控制器相连。

所述的反应腔1的上部为圆环状的双层的网孔格栅的开孔支管，所述的反应腔1的侧壁上均匀的设有若干的通孔；所述通孔的内径为1mm；所述的反应腔1的开孔率为50-60％。便于土壤中的水分被吸入反应腔1内，圆柱形网孔格栅下安装圆锥底部，用于刺入土壤中进行测试。

所述的反应腔1的底部设置有圆锥底，所述的圆锥底为铁质的圆锥形结构。其铁质尖头更易将装置插入土中。

所述的过滤膜2的材质为纱布织物材质；所述的纱布织物的直径为0.216mm，经密度11.7根/cm，纬密度78根/cm。所述过滤膜2用于对土体中进入反应腔1的水分进行过滤，防止土颗粒等杂质进入反应腔1内影响测试精度。

所述的酶膜生物传感器3为球状结构，所述的酶膜生物传感器3通过扣管组件负载在过滤膜2上。

所述的扣管穿过所述的通孔将酶膜生物传感器3固定于反应腔1上。所述的扣管组件包括弹簧10、大竖管11、小竖管12，所述的弹簧10位于所述的大竖管11内，所述的弹簧10松弛状态下的长度与所述的大竖管11的长度相同，所述的弹簧10的一端固定于大竖管11上，另一端与所述的小竖管12相连，所述的大竖管11的内径大于所述的小竖管12的外径，所述的大竖管11的一端固定于所述的反应腔1上，小竖管12的一端穿过所述的通孔与反应腔1进行活动连接。通过按压弹簧10可以手动更换酶膜生物传感器3。

所述的处理池7为斜板沉淀池。所述的处理池7置于土质坚硬的一侧，通过连接管与集水总管5连接将反应腔1内的水收集到处理池7中。

所述的处理池7中的淋洗液为易水溶液，用以土壤重金属污染的修复。且根据酶膜生物传感器3实时检测出的土壤重金属含量来进行评估修复成果。

所述的处理池7用沉淀剂进行重金属的脱除。优选的，所述的沉淀剂采用0.05mol/l的Na₂S进行脱除。并通过沉淀池底进行对重金属硫化物沉淀进行回收，上层清液进行再用来淋洗重金属土壤。

所述的处理池7中设置有搅拌器14，所述的搅拌器14包括电机15、转轴17、搅拌杆18，所述的转轴17的一端与所述的电机15相连，另一端与所述的搅拌杆18相连，所述的电机15通过线路与所述的控制器相连。搅拌杆18的边缘为刀片状，将残留在处理池7的池壁上的沉淀送入沉淀区。

所述的处理池7的上部设置有反复泵13；可达到定量加药的目的。所述的处理池7的下部设置有抽水泵16，所述的抽水泵16位于所述的处理池7的1/4高度处。可以快速地将发生沉淀反应后的上层清液抽离反应池，进行重复利用。

所述降水泵8置于系统一侧，通过真空泵及离心泵相互结合，即可制造真空环境，又可将与土壤进行淋洗反应后的水源抽离防止二次污染。

所述酶膜生物传感器3基于生物反应的原理，利用附着在pH复合电极上共价偶联酶膜的脲酶在水解过程中所产生的铵根离子，改变溶液的pH值，通过pH复合电极测试液体的pH值变化，并以此反算土壤中重金属污染物的含量。

所述的酶膜为脲酶通过共价偶联于上的一种生物膜。优选的，采用共价偶联技术制备供监测重金属用的酶膜，将直径6mm的250目尼龙网6放入0℃硫酸二甲酯中浸润2-3min后，用无水甲醇清洗至无白色沉淀，再浸入1,6-己二胺中振荡2h，取出后用0.5mol/L的NaCl溶液洗涤，再置于2.5％的戊二醛中振荡0.5h，取出用去离子水冲洗，然后浸入含脲酶pH8.0的PBS溶液(400uL/片膜)中2h，取出后用0.5mol/L的NaCl溶液清洗，最后放入4℃缓冲液中保存。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统，其特征在于：包括反应腔组、处理池、降水泵，所述的处理池通过管路与所述的反应腔组相连，所述的降水泵通过管路分别与所述的处理池、反应腔组相连；

所述的反应腔组包括若干的结构相同的反应腔，所述的反应腔之间通过管路相连；

所述的反应腔的内部设置有过滤膜，所述的过滤膜上负载有若干的酶膜生物传感器，所述的酶膜生物传感器通过线路与控制器相连。

2.根据权利要求1所述的土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统，其特征在于：所述的反应腔的上部为圆环状的双层的网孔格栅的开孔支管，所述的反应腔的侧壁上均匀的设有若干的通孔；所述通孔的内径为1mm；所述的反应腔的开孔率为50-60％。

3.根据权利要求2所述的土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统，其特征在于：所述的反应腔的底部设置有圆锥底，所述的圆锥底为铁质的圆锥形结构。

4.根据权利要求1所述的土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统，其特征在于：所述的过滤膜的材质为纱布织物材质；所述的纱布织物的直径为0.216mm，经密度11.7根/cm，纬密度78根/cm。

5.根据权利要求2所述的土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统，其特征在于：所述的酶膜生物传感器为球状结构，所述的酶膜生物传感器通过扣管组件负载在过滤膜上。

6.根据权利要求5所述的土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统，其特征在于：所述的扣管穿过所述的通孔将酶膜生物传感器固定于反应腔上。

7.根据权利要求6所述的土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统，其特征在于：所述的扣管组件包括弹簧、大竖管、小竖管，所述的弹簧位于所述的大竖管内，所述的弹簧松弛状态下的长度与所述的大竖管的长度相同，所述的弹簧的一端固定于大竖管上，另一端与所述的小竖管相连，所述的大竖管的内径大于所述的小竖管的外径，所述的大竖管的一端固定于所述的反应腔上，小竖管的一端穿过所述的通孔与反应腔进行活动连接。

8.根据权利要求1所述的土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统，其特征在于：所述的处理池为斜板沉淀池。

9.根据权利要求1所述的土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统，其特征在于：所述的处理池中设置有搅拌器，所述的搅拌器包括电机、转轴、搅拌杆，所述的转轴的一端与所述的电机相连，另一端与所述的搅拌杆相连，所述的电机通过线路与所述的控制器相连。

10.根据权利要求1所述的土壤重金属原位传感监测、吸附转移、沉淀回收系统，其特征在于：所述的处理池的上部设置有反复泵；所述的处理池的下部设置有抽水泵，所述的抽水泵位于所述的处理池的1/4高度处。

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