CN211689073U - 一种硫化物发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种硫化物发生装置，包括储备容器、反应容器、接收容器和控制器，所述储备容器用于储备与土壤反应的反应溶液，反应容器用于土壤和反应溶液反应，所述接收容器用于接收反应产生的硫化物溶液，控制器用于控制储备容器、反应容器与接收容器之间的自动进液和出液。本实用新型的硫化物发生装置是可实现自动进液、自动出液的连续反应装置，高效地实现了硫化物生成，填补了现有硫化物发生技术的不足，提高了硫化物生产的效率，可提高重金属污染治理的效率，保障生态环境安全，具有较大的应用前景。

Description

一种硫化物发生装置

技术领域

本实用新型涉及硫化物生产设备技术领域，更具体地，涉及一种硫化物发生装置。

背景技术

近年来，重金属造成的环境污染日益严重。由于重金属可经食物链最终在人体内蓄积，重金属污染对农产品安全、人体健康等构成了严重威胁。重金属在土壤中移动性差、滞留时间长且难以降解，治理难度大。目前主要采取提取和固定两类技术修复重金属污染土壤。固定法技术依靠减弱重金属的迁移能力达到降低其生物毒性的目的。其中，微生物固定技术因其高效率、低成本的特点成为土壤重金属生物固定法的一个研究热点。硫酸盐还原菌在代谢过程中将SO₄ ^2-转化为S^2-，而S^2-可与重金属生成溶解度极低的金属硫化物，如CuS、PbS、CdS和ZnS等溶度积常数为1.3×10^-36，9.0×10^-29，7.9×10^-27，1.6×10^-24。硫化物的此种特性使其在水体和土壤重金属污染治理领域有相当的应用价值。向污染水体中加入硫化物可以沉淀重金属，将其从水体中去除。向污染土壤中加入硫化物则可以改变重金属化学形态，降低了生物毒性。实际上，土壤是微生物的大本营，作为土壤生态系统中重要的分解者，硫酸盐还原菌广泛存在于土壤中。若通过激活土壤中原本存在的硫酸盐还原菌，其产生的硫化物可以用作重金属污染治理的修复药剂。目前，现有技术与硫化物相关的主要为针对硫化物的检测装置和检测方法，例如中国专利CN201810857158.9公开了一种基于化学蒸汽发生法的氮硫化物检测装置及检测方法；中国专利CN201910387418.5公开了一种全自动水质硫化物酸化吹气检测系统等。目前还未见有用于利用土壤与土壤中硫酸盐还原菌生产硫化物的发生装置，尤其是硫化物自动发生装置的相关报道。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的上述缺陷和不足，提供一种硫化物发生装置，所述装置可自动化进液和出液，用于高效生产硫化物。

本实用新型的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：

一种硫化物发生装置，包括储备容器、反应容器、接收容器和控制器，所述储备容器用于储备与土壤反应的反应溶液，反应容器用于土壤和反应溶液反应，所述接收容器用于接收反应产生的硫化物溶液；所述反应容器上分别设有进液口和出液口；储备容器通过进液管与反应容器的进液口相连，进液管上设有进液泵；反应容器的出液口通过出液管与接收容器相连，出液管上设有出液泵；反应器可密封开合，反应器顶部设有可通气的凸出小孔；所述控制器包括盒体、继电器、及位于盒体内的可膨胀收缩结构，所述盒体固定在反应器顶部，可膨胀收缩结构与反应容器上的凸出小孔密封连接；盒体上设置有可相对盒体移动的T形棒，T形棒上部设置在盒体外，底部穿过盒体与盒体内的可膨胀收缩结构相接触，T形棒上部两端分别固定有导电片；所述继电器具有2个开关，分别控制进液泵和出液泵，每个开关延伸出1套正负极电线接头，T形棒两端的导电片分别对应1套正负极电线接头。

本实用新型的硫化物发生装置中的储备容器用于储备与土壤反应的反应溶液，反应容器用于土壤和反应溶液反应，所述接收容器用于接收反应产生的硫化物溶液；当制备硫化物时，向反应容器中加入土壤和激活土壤中硫酸盐还原菌反应溶液反应，同时在储备容器中储存一定量的反应溶液，随着反应的进行，当U形反应容器内气压上升，可膨胀收缩结构体积会变大，推动T形棒向上移动，T形棒顶部两端的导电片会分别接触两套正负极电线，接通继电器，进而启动进液泵供应产生硫化物的反应溶液，同时启动出液泵排出硫化物液体，当反应器中的气体和硫化物反应液被排出一定体积后，反应器内压力不断下降，可膨胀收缩结构体积变小使T形棒复位，断开继电器，进液泵和出液泵停止工作，硫化反应继续进行，从而实现硫化物发生时的自动化进液和出液。

优选地，所述反应容器为U形反应容器，U形反应容器两个短臂上分别设有进液口和出液口。U形反应容器可以保证在一定的流速状态下，进液口进入的液体不会从出液口中出去，反应液必须经过中间容器，与中间容器中的底物反应后才会出液。

优选地，所述U形反应器设有进液口的短臂顶部密封并设有可通气的凸出小孔，同时盒体固定设置在凸出小孔上方，用于排出反应器中的气体；设有出液口的短臂顶部可密封开合，用于向反应器中添加反应原料(土壤、反应溶液)。

优选地，所述U形反应容器两个短臂高度相同，继电器固定于设有进液口的短臂顶端平面，与盒体相对。

优选地，所述反应容器内设有监控硫化物浓度变化的监测机构。具体地，所述监测机构为监测条，监测条粘贴在可密封开合的短臂顶盖内侧。监测条为在乙酸铅试纸，监测条出现黑色斑点表明硫化物开始产生，监测条大部分或全部变黑表明硫化物浓度较高。

优选地，所述可膨胀收缩结构为气球。

优选地，所述进液管和出液管为硅胶管。

优选地，所述进液泵和出液泵均为恒流泵。

优选地，所述气球进气口套设在凸出小孔的凸出部分上，并用橡胶圈密封接口处。

作为一种优选的可实施方式，所述储备容器为圆柱形或方形，由瓶体和纱网顶盖组成，体积为4～10L，顶端配有纱网顶盖，防止异物污染，材质为PVC或玻璃或有机玻璃。

优选地，储备容器为方形，体积为4L，材质为玻璃。

作为一种优选的可实施方式，所述U形反应容器由左短臂、右短臂、进液口、出液口、中间容器构成；U形容器底部长度40～60cm，宽度8～12cm，两个短臂外侧高度为25～35cm，内侧高度15～25cm，宽度为8～12cm；左短臂顶部密封，右短臂顶部可开启。

优选地，U形容器底部长度50cm，宽度10cm，两个短臂外侧高度为30cm，内侧高度20cm，宽度为10cm。

作为一种优选的可实施方式，进液口直径0.40～0.60cm，位于U形容器的左短臂外侧，距离左短臂上端4～6cm，距离左短臂3外侧4～6cm，进液口伸出左短臂的长度为1～3cm。进液口通过硅胶管连接恒流进液泵的一端，硅胶管的外径0.40～0.60cm，液体流速为1.0～5.0ml/min，恒流进液泵的另一端通过硅胶管连接储备容器的瓶体，硅胶管开口位于液面以下。

优选地，进液口直径0.50cm，距离短臂上端5cm，距离短臂外侧5cm，进液口伸出短臂的长度为2cm。硅胶管的外径0.5cm，液体流速为2.0ml/min。

作为一种优选的可实施方式，出液口直径0.40～0.60cm，位于U形容器的右短臂外侧，距离短臂上端4～6cm，出液口伸出短臂的长度为1～3cm。出液口通过硅胶管连接恒流出液泵的一端，硅胶管的外径0.40～0.60cm，液体流速为1.0～5.0ml/min，恒流出液泵的另一端通过硅胶管连接到接收容器，接收容器体积和形状不限，用于接收反应过程中生产的硫化物液体，以供进一步使用。

优选地，出液口直径0.50cm，距离短臂上端5cm，出液口伸出短臂的长度为2cm。硅胶管的外径0.5cm，液体流速为2.0ml/min。

作为一种优选的可实施方式，所述控制装置由方形盒、凸起小孔、气球、橡胶圈、底部小孔、顶盖、活动夹子、顶盖小孔、T形塑料棒、塑料片、薄铁片、继电器、电线组成。控制装置固定在左短臂顶部。

作为一种优选的可实施方式，所述方形盒的外壳长度4～6cm，宽度4～6cm，高度4～6cm，位于左短臂上方平面的一角。左短臂上方有直径0.8～1.2cm小孔，小孔的外壁凸出短臂上方0.8～1.2cm，小孔位于短臂上方平面一角，与短臂外沿两边的距离均为2～3cm。小孔采用气球密封，气球进气口直径0.8～1.2cm，气球的进气口套在小孔凸出部分，而后用直径0.8～1.2cm橡胶圈密封小孔。

优选地，方形盒的外壳长度5cm，宽度5cm，高度5cm，左短臂上方有直径1cm小孔，小孔的外壁凸出短臂上方1cm，与短臂外沿两边的距离为2.5cm。气球进气口直径1cm，用直径1cm橡胶圈密封小孔。

作为一种优选的可实施方式，所述气球置于方形盒内，方形盒外壳材质为透明有机玻璃，外壳底部正中有小孔，直径0.9～1.3cm，直接扣在左短臂的凸出小孔外壁上。方形盒外壳顶盖可打开，外部用活动夹子固定，顶盖正中有小孔，小孔直径0.3～0.5cm，小孔中插入一个T形塑料棒，T形塑料棒直径0.2～0.4cm，底端为塑料小圆片，直径0.4～0.6cm，T形塑料棒顶端通过顶盖小孔，塑料棒顶端嵌入长方形塑料片。长方形塑料片的宽度0.8～1.2cm，长度4～6cm，厚度0.1cm。塑料片两端各固定一个薄铁片，铁片宽度0.8～1.2cm，长度1.8～2.2cm，厚度0.1cm。T形塑料棒的一部分在方形盒外壳里面，另一部分在方形盒外壳外面。

优选地，外壳底部正中有小孔，直径1.1cm。方形盒顶盖正中有小孔21，小孔直径0.4cm，T形塑料棒直径0.3cm，底端为塑料小圆片，直径0.5cm，长方形塑料片的宽度1cm，长度5cm，厚度0.1cm。塑料片两端各固定一个薄铁片24，铁片宽度1cm，长度2cm，厚度0.1cm。

作为一种优选的可实施方式，所述电磁继电器固定于左短臂顶端平面，与方形盒相对，电磁继电器具备2个开关，每个开关延伸出1套正负极电线接头，塑料片一端的薄铁片分别对应1套电线的正负极，电线连接电磁继电器，控制进液泵和出液泵。反应过程中产硫化物时，U形容器内气压上升，气球膨胀推动T形塑料棒，塑料棒顶端升高，两端的薄铁片分别接触两套正负极电线，接通电磁继电器，启动进液泵供应硫化物反应底物，同时启动出液泵排出硫化物液体。

作为一种优选的可实施方式，U形反应容器右短臂顶部配备带密封条的顶盖和活动夹子，可打开关闭。监测条粘贴在短臂的顶盖内侧。监测条为在乙酸铅试纸，监测条出现黑色斑点表明硫化物开始产生，监测条大部分或全部变黑表明硫化物浓度较高。

所述装置的使用方法为将土壤置于反应容器中，然后向反应容器中加入可激活土壤中硫酸盐还原菌生产硫化物的反应溶液，密封反应容器，并通入氮气保持10～20min，同时向储备容器中注入所述反应溶液，进行反应产硫化物。

所述可激活土壤中硫酸盐还原菌生产硫化物的反应溶液由K₂HPO₄、NH₄Cl、Na₂SO₄、无水CaCl₂、MgSO₄·7H₂O、乳酸钠和抗坏血酸组成；每升水溶液中包含K₂HPO₄ 0.30～0.70g，NH₄Cl 0.50～1.10g，Na₂SO₄ 0.40～0.60g，无水CaCl₂ 0.04～0.06g，MgSO₄·7H₂O 9.0～21.0g，乳酸钠4.0～9.0mL，抗坏血酸0.05～0.13g。

作为一种优选的可实施方式，所述硫化物发生装置的使用方法为：

(1)根据土壤接种物情况，选择相应的能激活土壤中硫酸盐还原菌产硫化物的配方溶液。

(2)取含水量介于20～50％的土壤10.0～20.0g，打开右短臂的顶盖，将土壤均匀置于U形反应容器的底部。

(3)根据配方配制2.0～6.0L溶液，121度灭菌20min，而后通入N₂曝气20～30min，获得的溶液通过U形反应器右短臂开口注入反应容器中，将监测条粘在顶盖内侧，关闭顶盖，加紧活动夹子并密封。通过进液口，向反应容器内充入N₂保持10～20min。而后用橡胶管和夹子封闭进液口、进液口以及左短臂的凸出小孔，静置120h以上，定期观察监测条，监测条出现黑色表明反应启动。

(4)打开右短臂顶盖，向反应容器中加入已经灭菌和曝气的配方溶液4.0～8.0L，水位不超过进液口和出液口，并更换新的监测条。

(5)打开左短臂的凸出小孔，将气球进气口固定在凸起小孔上，而后将方形盒扣在左短臂上方，方形盒底部小孔对准短臂的凸出小孔，而后用橡胶圈密封。将T形塑料棒下端插入方形盒顶盖小孔内，关闭方形盒顶盖，使得T形塑料棒垂直于气球上方。

(6)将电磁继电器固定在左短臂顶部，延伸的2套正负电极分别对准T形塑料棒的两端。电磁继电器的另一端分别连接进液泵和出液泵，连接时设备处于断电状态。

(7)使用硅胶管连接进液口，硅胶管的另一端延伸通过进液泵，而后置于储备容器中，向储备容器中加入相应配方配制的溶液4～10L，硅胶管进口位于储备溶液的液面以下，控制液体流速为1.0～5.0ml/min。手动启动进液泵，检查设备是否正常。

(8)使用硅胶管连接出液口，硅胶管的另一端通过出液泵，而后置于接收容器中，接收容器内注水没过硅胶管出口，控制液体流速为1.0～5.0ml/min。手动启动出液泵11，检查设备是否正常。

(9)静置120h以上，定期观察监测条，同时收集接收容器中的硫化物液体。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种硫化物发生装置，可实现自动进液、自动出液的连续反应装置，高效地实现了硫化物生成，填补了现有硫化物发生技术的不足，提高了硫化物生产的效率，可提高重金属污染治理的效率，保障生态环境安全，具有较大的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型自动硫化物产生装置示意图。

图2为本实用新型自动硫化物装置的气体控制组件细节图。

图3为本实用新型自动硫化物装置初始溶液体积与硫化物产生时间、装置启动时间的关系。

图注：1-瓶体，2-纱网顶盖，3-左短臂，4-右短臂，5-进液口，6-出液口，7-中间容器，8-进液硅胶管，9-恒流进液泵，10-出液硅胶管，11-恒流出液泵，12-接收容器，13-控制装置，14-方盒，15-凸起小孔，16-气球，17-橡胶圈，18-底部小孔，19-顶盖，20-活动夹子，21-顶盖小孔，22-T形塑料棒，23-塑料片，24-薄铁片，25-电磁继电器，26-电线，27-顶盖，28-夹子，29-监测条。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例来进一步说明本实用新型。其中，附图仅用于示例型说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺。

实施例1

如图1、图2所示：一种硫化物发生装置，包括储备容器、进液泵、反应容器、控制装置、监测条、出液泵、接收容器组成。

储备容器为圆柱形，由瓶体1和纱网顶盖2组成，体积为5L，顶端配有纱网顶盖，防止异物污染，材质为玻璃。

反应容器为U形，由左短臂3、右短臂4、进液口5、出液口6构成。U形容器底部长度50cm，宽度10cm，两个短臂外侧高度为30cm，内侧高度20cm，宽度为10cm。左短臂3顶部密封，右短臂4顶部可开启。

进液口5直径0.50cm，位于U形容器的左短臂3外侧，距离左短臂3上端5cm，进液口5伸出左短臂3的长度为2cm。进液口5通过进液硅胶管8连接恒流进液泵9的一端，硅胶管的外径0.50cm，液体流速为2.0ml/min，恒流进液泵9的另一端通过硅胶管8连接储备容器的瓶体1，硅胶管8开口位于液面以下。

出液口6直径0.50cm，位于U形容器的右短臂4外侧，距离右短臂4上端5cm，出液口6伸出右短臂4的长度为2cm。出液口6通过出液硅胶管10连接恒流出液泵11的一端，硅胶管的外径0.50cm，液体流速为2.0ml/min，恒流出液泵11的另一端通过硅胶管10连接到接收容器12，接收容器体积和形状不限，用于接收反应过程中生产的硫化物液体，以供进一步使用。

控制装置13由方形盒14、凸起小孔15、气球16、橡胶圈17、底部小孔18、顶盖19、活动夹子20、顶盖小孔21、T形塑料棒22、塑料片23、薄铁片24、继电器25、电线26组成。控制装置13固定在左短臂3顶部。

方形盒14的外壳长度5cm，宽度5cm，高度5cm，位于左短臂3上方平面的一角。左短臂3上方有直径1cm小孔15，小孔15的外壁凸出左短臂3上方1.0cm，小孔15位于左短臂3上方平面一角，与左短臂3外沿两边的距离均为2.5cm。小孔15采用气球16密封，气球16进气口直径1.0cm，气球16的进气口套在小孔15凸出部分，而后用直径1.0cm橡胶圈17密封小孔15。

气球16置于方形盒14内，方形盒14外壳材质为透明有机玻璃，外壳底部正中有小孔18，直径1.1cm，直接扣在左短臂3的凸出小孔15外壁上。方形盒外壳顶盖19可打开，外部用活动夹子20固定，顶盖正中有小孔21，小孔直径0.4cm，小孔中插入一个T形塑料棒22，T形塑料棒直径0.3cm，底端为塑料小圆片，直径0.5cm，T形塑料棒顶端通过顶盖小孔21，塑料棒顶端嵌入长方形塑料片23。长方形塑料片的宽度1.0cm，长度5cm，厚度0.1cm。塑料片两端各固定一个薄铁片24，铁片宽度1.0cm，长度2.0cm，厚度0.1cm。T形塑料棒22的一部分在方形盒外壳里面，另一部分在方形盒外壳外面。

电磁继电器25固定于左短臂3顶端平面，与方形盒14相对，电磁继电器25具备2个开关，每个开关延伸出1套正负极电线接头，塑料片一端的薄铁片24分别对应1套电线26的正负极，电线26连接电磁继电器25，控制进液泵9和出液泵11。反应过程中产硫化物时，U形容器内气压上升，气球16膨胀推动T形塑料棒22，塑料棒22顶端升高，两端的薄铁片24分别接触两套正负极电线26，接通电磁继电器25，启动进液泵9供应硫化物反应底物，同时启动出液泵11排出硫化物液体。

右短臂4顶部配备带密封条的顶盖27和活动夹子28，可打开关闭。监测条29粘贴在右短臂4的顶盖内侧。监测条为在乙酸铅试纸，监测条出现黑色斑点表明硫化物开始产生，监测条大部分或全部变黑表明硫化物浓度较高。

使用时，将土壤置于反应容器中，然后向反应容器中加入可激活土壤中硫酸盐还原菌生产硫化物的反应溶液，密封反应容器，并通入氮气保持10～20min，同时向储备容器中注入所述反应溶液，进行反应产硫化物。

采用本装置后，监测试纸变黑色时间和初始溶液体积之间存在相关关系，随着初始溶液体积增大，监测试纸变黑的时间缩短。同时，控制装置启动恒流泵自动进液和出液的时间与初始体积也存在相关关系，初始溶液体积增大，产气越快，控制装置启动的时间相对缩短(图3)，各体积造成的启动时间存在显著差异。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种硫化物发生装置，其特征在于，包括储备容器、反应容器、接收容器和控制器，所述储备容器用于储备与土壤反应的反应溶液，反应容器用于土壤和反应溶液反应，所述接收容器用于接收反应产生的硫化物溶液；所述反应容器上分别设有进液口和出液口；储备容器通过进液管与反应容器的进液口相连，进液管上设有进液泵；反应容器的出液口通过出液管与接收容器相连，出液管上设有出液泵；反应器可密封开合同时反应器顶部设有可通气的凸出小孔；所述控制器包括盒体、继电器及位于盒体内的可膨胀收缩结构，所述盒体固定在反应器顶部，可膨胀收缩结构与反应容器上的凸出小孔密封连接；盒体上设置有可相对盒体移动的T形棒，T形棒上部设置在盒体外，底部穿过盒体与可膨胀收缩结构相接触，T形棒上部两端分别固定有导电片；所述继电器具有2个开关，分别控制进液泵和出液泵，每个开关延伸出1套正负极电线接头，T形棒两端的导电片分别对应1套正负极电线接头。

2.根据权利要求1所述的硫化物发生装置，其特征在于，所述反应容器为U形反应容器，U形反应容器两个短臂上分别设有进液口和出液口。

3.根据权利要求2所述的硫化物发生装置，其特征在于，所述U形反应器设有进液口的短臂顶部密封并设有可通气的凸出小孔，同时盒体固定设置在凸出小孔上方；设有出液口的短臂顶部可密封开合。

4.根据权利要求3所述的硫化物发生装置，其特征在于，所述U形反应容器两个短臂高度相同，继电器固定于设有进液口的短臂顶端平面，与盒体相对。

5.根据权利要求3所述的硫化物发生装置，其特征在于，所述反应容器内设有监控硫化物浓度变化的监测机构。

6.根据权利要求1所述的硫化物发生装置，其特征在于，所述可膨胀收缩结构为气球。

7.根据权利要求1所述的硫化物发生装置，其特征在于，所述进液管和出液管为硅胶管。

8.根据权利要求6所述的硫化物发生装置，其特征在于，所述气球进气口套设在凸出小孔的凸出部分上，并用橡胶圈密封接口处。

9.根据权利要求1所述的硫化物发生装置，其特征在于，所述导电片为薄铁片。

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