一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置及预处理方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体是涉及一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置及预处理方法。

背景技术

土壤是人类赖以生存的最基本的物质基础之一，又是各种污染物的最终归宿，世界上90％的污染物最终滞留在土壤内。由于重金属污染物在土壤中移动性差、滞留时间长、不能被微生物降解，并可经水、植物等介质最终影响人类健康，所以采取措施对重金属污染土壤进行修复是必要的。现阶段土壤重金属污染修复主要有物理法、化学法和生物法三大类。

大多物理分离修复技术都有设备简单、费用低廉、可持续高产出等优点，但是在具体分离过程中，其技术的可行性，要考虑各种因素的影响。物理分离技术要求污染物具有较高的浓度并且存在于具有不同物理特征的相介质中，筛分干污染物时会产生粉尘，固体基质中的细粒径部分和废液中的污染物需要进行再处理。但是，单纯依靠物理法修复土壤效果不好，需要多种方法结合进行土壤重金属修复。

专利CN203484404U公开了一种去除土壤中重金属的异位搅拌淋洗装置，包括搅拌罐体、支撑脚、搅拌器和电动机，所述支撑脚设于搅拌罐体底部；电动机设于搅拌器顶部；搅拌器与电动机相连，并设于搅拌罐体内；搅拌罐体底部设有出料口，出料口周围设有底部通孔；搅拌罐体顶部电动机周围设有顶部通孔。该实用新型提供的异位搅拌淋洗装置，可以有效的去除污染土壤中的重金属污染物；通过使用与电动机相连的搅拌器系统以及通过螺杆泵从底部小孔打入淋洗溶液的双重设置，一方面保证了土壤与淋洗溶液的充分混匀反应，另一方面克服了土壤与罐体四周壁易粘结的缺陷，并能大幅提高对土壤中重金属的去除效率。但是，该装置不能对土壤进行收集，且缺少预处理的过程。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明提供了一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置及预处理方法。

本发明的技术方案是：

一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置，包括运输车，位于运输车上的预处理箱和泡沫发生箱，以及位于所述预处理箱一侧的取土筒；

所述取土筒斜置于所述预处理箱一侧设有的凹槽内部，取土筒与地面水平方向呈40～50°夹角，取土筒上部外套设有第一固定环，所述第一固定环与取土筒转动且限位连接，第一固定环两侧各设有一个卡块，所述卡块延伸至所述凹槽两侧壁上设有的滑槽内部，预处理箱顶部对应两个所述滑槽所在位置处各设有一个第一推杆电机，所述第一推杆电机的输出端贯穿预处理箱顶部后延伸至滑槽内部，且两个第一推杆电机的输出端与两个所述卡块末端一一对应连接，用于驱动取土筒上下移动；

位于所述凹槽下方的所述预处理箱侧壁上设有驱动电机，所述驱动电机的输出轴与所述取土筒平行，且驱动电机的输出轴末端设有驱动齿轮，所述驱动齿轮与取土筒外壁中部设有的一段第一齿环啮合转动连接，驱动齿轮和所述第一齿环上设有的齿的延伸方向与取土筒的延伸方向相同，使驱动齿轮和第一齿环啮合转动的同时完成相对上下滑动；

所述取土筒内部设有用于运输土壤的传输绞龙，取土筒底部末端设有钻头，所述钻头外壁以及取土筒底部外壁均设有进土口，当第一推杆电机推动取土筒移动至最下方时取土筒上端开口处与所述预处理箱顶部收集口对接。

进一步地，位于所述驱动电机下方的所述预处理箱侧壁上设有辅助挡板，所述辅助挡板的末端与所述取土筒外壁接触用于支撑取土筒，辅助挡板前部上表面转动连接设有转轴，所述转轴与所述驱动齿轮的前端底部连接。

说明：通过辅助挡板的设置不仅能够辅助驱动齿轮转动，使驱动齿轮在转动过程中保持稳定，而且还能够对取土筒起到一定的支撑作用，使取土筒在土壤采集的过程中保持稳定。

进一步地，与所述凹槽相对一侧的所述预处理箱侧壁设有第二推杆电机，所述第二推杆电机的输出端设有防尘套筒，当所述第一推杆电机推动所述取土筒移动至最下方时第二推杆电机推动所述防尘套筒移动至与取土筒上端开口处，使防尘套筒一端与取土筒上端开口处对接，另一端与所述收集口对接。

说明：通过第二推杆电机以及防尘套筒的设置能够在土壤采集时套接在取土筒上端，使土壤转运采集过程中始终保持与外界的隔绝，避免污染土壤中异味扩散。

进一步地，所述泡沫发生箱一侧设有药剂箱，所述药剂箱顶部设有药剂管，所述药剂管另一端与所述预处理箱顶部连接用于将药剂箱内部药剂输送至预处理箱内，预处理箱内底部设有搅拌杆，预处理箱后端外部设有出土管。

说明：通过药剂箱的设置为预处理箱内部土壤提供预处理用的药剂，并配合预处理箱内部搅拌杆的设置完成土壤转运前的预处理，便于预处理后的土壤进行后续异位处理。

进一步地，所述第一固定环顶部固定连接设有第二固定环，所述第二固定环内部转动连接设有泡沫管，所述泡沫管上端通过一个导流软管与所述泡沫发生箱连接，泡沫管中部设有第二齿环，所述第二齿环与所述第一齿环啮合转动连接，泡沫管上端外壁设有流量控制阀。

说明：通过泡沫管的设置能够实现在待转运采集土壤的上方覆盖一层泡沫，避免污染土壤中异位的扩散。

更进一步地，所述第一固定环内壁设有第一环槽，所述取土筒外壁设有与所述第一环槽转动卡接的第一卡环，所述第二固定环内壁设有第二环槽，所述泡沫管外壁设有与所述第二环槽转动卡接的第二卡环。

说明：通过两个固定环内部结构设置能够实现与取土筒以及泡沫管的相对转动以及限位，实现带动取土筒和泡沫管同步移动以及转动。

更进一步地，所述第一固定环顶部设有用于调节所述流量控制阀的调节杆，所述调节杆的末端朝向所述泡沫管所在一侧延伸，流量控制阀上设有若干个档杆，当泡沫管转动时，每当流量控制阀转动至调节杆位置处时，调节杆阻挡并拨动档杆使流量控制阀转动过30～60°。

说明：通过流量控制阀的设置能够实现对泡沫管喷出泡沫量的控制，且通过调节杆以及档杆的配合设置能够实现在取土筒正转或反转时达到不同的泡沫喷出量的自动控制，无需工作人员手动调节，即可实现在取土前完成大流量泡沫喷出覆盖在土壤表面，在取土同时实现小流量泡沫补充，有效避免了取土过程中土壤内部刺鼻性气体的外泄。

一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置进行重金属污染土壤修复用土壤预处理的方法，包括以下步骤：

S1、泡沫覆盖：将运输车停靠在待修复土壤处一侧，通过泡沫发生箱向待修复土壤表面喷洒泡沫，泡沫喷洒量为10～20L/min；

S2、取土筒定位：与步骤S1同步进行，在喷洒泡沫的同时，开启驱动电机，使其带动驱动齿轮转动，通过驱动齿轮与第一齿环啮合转动带动取土筒顺时针转动，同时开启两个第一推杆电机，使其带动两个卡块沿滑槽向下滑动，进而带动第一固定环以及取土筒向土壤内部移动，使钻头深入到土壤表面以下30～40cm；

S3、土壤采集：再次开启驱动电机，使其带动驱动齿轮转动，通过驱动齿轮与第一齿环啮合转动带动取土筒逆时针转动，使土壤通过进土口进入到取土筒内部，同时在取土筒转动过程中传输绞龙转动将土壤运移到预处理箱的收集口内，在土壤采集的同时继续向土壤表面喷洒泡沫，泡沫喷洒量为5～10L/min；

S4、土壤预处理：通过向预处理箱内部注入药剂，使药剂与土壤混合并搅拌，注入的药剂与预处理箱内部土壤重量比为1:5，预处理时间为10～15min，通过其他运输车实时运输预处理后的土壤，保持预处理箱内部土壤与药剂的总量不超过200～300kg。

优选地，所述步骤S4中药剂的组成成分以重量份计包括：水20～25份，沸石粉6～8份，稻壳炭6～8份，腐殖酸4～6份。

说明：通过配制合理的预处理用药剂，对采集到的重金属污染土壤立刻进行预处理，有效避免了土壤异味外溢的同时，也为后续的异位土壤深度处理减轻了负担。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置通过设有的预处理箱以及取土筒能够对重金属污染土壤进行收集、预处理以及转运，同时配合泡沫发生箱能够在土壤采集现场进行配制泡沫并注入到土壤表面，避免土壤中因重金属污染带来的强烈刺鼻性气体的溢出，通过本装置结构的优化调整实现泡沫的注入与土壤的采集同步进行，整个过程自动化程度高，提高了工作效率，减轻了工作人员的劳动强度。

(2)本发明的一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置通过辅助挡板的设置不仅能够辅助驱动齿轮转动，使驱动齿轮在转动过程中保持稳定，而且还能够对取土筒起到一定的支撑作用，使取土筒在土壤采集的过程中保持稳定；通过第二推杆电机以及防尘套筒的设置能够在土壤采集时套接在取土筒上端，使土壤转运采集过程中始终保持与外界的隔绝，避免污染土壤中异味扩散；通过药剂箱的设置为预处理箱内部土壤提供预处理用的药剂，并配合预处理箱内部搅拌杆的设置完成土壤转运前的预处理，便于预处理后的土壤进行后续异位处理；通过两个固定环内部结构设置能够实现与取土筒以及泡沫管的相对转动以及限位，实现带动取土筒和泡沫管同步移动以及转动。

(3)本发明的一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置通过流量控制阀的设置能够实现对泡沫管喷出泡沫量的控制，且通过调节杆以及档杆的配合设置能够实现在取土筒正转或反转时达到不同的泡沫喷出量的自动控制，无需工作人员手动调节，即可实现在取土前完成大流量泡沫喷出覆盖在土壤表面，在取土同时实现小流量泡沫补充，有效避免了取土过程中土壤内部刺鼻性气体的外泄。

(4)本发明的一种重金属污染土壤修复用土壤预处理方法通过配制合理的预处理用药剂，对采集到的重金属污染土壤立刻进行预处理，有效避免了土壤异味外溢的同时，也为后续的异位土壤深度处理减轻了负担。

附图说明

图1是本发明的一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置整体结构示意图；

图2是本发明的一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置侧视图；

图3是本发明的一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置后视图及预处理箱内部结构示意图；

图4是本发明的一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置中卡块与第一推杆电机的输出端在滑槽内部的连接结构示意图；

图5是本发明的一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置中驱动齿轮与第一齿环以及第二齿环啮合连接结构示意图；

图6是本发明的一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置中流量控制阀的档杆与调节杆对接结构示意图；

图7是本发明的一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置中取土筒内部结构示意图；

图8是本发明的一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置中第一固定环和第二固定环内部第一环槽和第二环槽与第一卡环和第二卡环活动卡接结构示意图；

图9是本发明的一种重金属污染土壤修复用土壤预处理方法工艺流程图。

其中，1-运输车，2-预处理箱，21-凹槽，22-滑槽，23-第一推杆电机，24-收集口，25-第二推杆电机，26-防尘套筒，27-搅拌杆，28-出土管，3-泡沫发生箱，4-取土筒，41-第一齿环，42-传输绞龙，43-钻头，44-进土口，45-第一卡环，5-第一固定环，51-卡块，52-第二固定环，53-第一环槽，54-第二环槽，55-调节杆，6-驱动电机，61-驱动齿轮，62-辅助挡板，63-转轴，7-药剂箱，71-药剂管，8-泡沫管，81-导流软管，82-第二齿环，83-流量控制阀，84-第二卡环，85-档杆。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置，包括运输车1，位于运输车1上的预处理箱2和泡沫发生箱3，以及位于预处理箱2一侧的取土筒4；

如图2、4所示，取土筒4斜置于预处理箱2一侧设有的凹槽21内部，取土筒4与地面水平方向呈45°夹角，取土筒4上部外套设有第一固定环5，第一固定环5与取土筒4转动且限位连接，第一固定环5两侧各设有一个卡块51，卡块51延伸至凹槽21两侧壁上设有的滑槽22内部，预处理箱2顶部对应两个滑槽22所在位置处各设有一个第一推杆电机23，第一推杆电机23的输出端贯穿预处理箱2顶部后延伸至滑槽22内部，且两个第一推杆电机23的输出端与两个卡块51末端一一对应连接，用于驱动取土筒4上下移动，与凹槽21相对一侧的预处理箱2侧壁设有第二推杆电机25，第二推杆电机25的输出端设有防尘套筒26，当第一推杆电机23推动取土筒4移动至最下方时第二推杆电机25推动防尘套筒26移动至与取土筒4上端开口处，使防尘套筒26一端与取土筒4上端开口处对接，另一端与收集口24对接，第一推杆电机23和第二推杆电机25均为市售液压推杆电机；

如图1、5所示，位于凹槽21下方的预处理箱2侧壁上设有驱动电机6，驱动电机6为市售齿轮减速电机，驱动电机6的输出轴与取土筒4平行，且驱动电机6的输出轴末端设有驱动齿轮61，驱动齿轮61与取土筒4外壁中部设有的一段第一齿环41啮合转动连接，驱动齿轮61和第一齿环41上设有的齿的延伸方向与取土筒4的延伸方向相同，使驱动齿轮61和第一齿环41啮合转动的同时完成相对上下滑动，位于驱动电机6下方的预处理箱2侧壁上设有辅助挡板62，辅助挡板62的末端与取土筒4外壁接触用于支撑取土筒4，辅助挡板62前部上表面转动连接设有转轴63，转轴63与驱动齿轮61的前端底部连接；

如图1、2、7所示，取土筒4内部设有用于运输土壤的传输绞龙42，取土筒4底部末端设有钻头43，钻头43外壁以及取土筒4底部外壁均设有进土口44，当第一推杆电机23推动取土筒4移动至最下方时取土筒4上端开口处与预处理箱2顶部收集口24对接；

如图3所示，泡沫发生箱3一侧设有药剂箱7，药剂箱7顶部设有药剂管71，药剂管71另一端与预处理箱2顶部连接用于将药剂箱7内部药剂输送至预处理箱2内，预处理箱2内底部设有搅拌杆27，预处理箱2后端外部设有出土管28；

如图1、2、6、8所示，第一固定环5顶部固定连接设有第二固定环52，第二固定环52内部转动连接设有泡沫管8，泡沫管8上端通过一个导流软管81与泡沫发生箱3连接，泡沫管8中部设有第二齿环82，第二齿环82与第一齿环41啮合转动连接，泡沫管8上端外壁设有流量控制阀83，第一固定环5内壁设有第一环槽53，取土筒4外壁设有与第一环槽53转动卡接的第一卡环45，第二固定环52内壁设有第二环槽54，泡沫管8外壁设有与第二环槽54转动卡接的第二卡环84，第一固定环5顶部设有用于调节流量控制阀83的调节杆55，调节杆55的末端朝向泡沫管8所在一侧延伸，流量控制阀83上设有3个档杆85，当泡沫管8转动时，每当流量控制阀83转动至调节杆55位置处时，调节杆55阻挡并拨动档杆85使流量控制阀83转动过45°。

实施例2

本实施例与实施例1不同之处在于：取土筒4的设置角度不同。

取土筒4斜置于预处理箱2一侧设有的凹槽21内部，取土筒4与地面水平方向呈40°夹角。

实施例3

本实施例与实施例1不同之处在于：取土筒4的设置角度不同。

取土筒4斜置于预处理箱2一侧设有的凹槽21内部，取土筒4与地面水平方向呈50°夹角。

根据需要选择合适的取土筒4的角度。

实施例4

本实施例与实施例1不同之处在于：

流量控制阀83上设有3个档杆85，当泡沫管8转动时，每当流量控制阀83转动至调节杆55位置处时，调节杆55阻挡并拨动档杆85使流量控制阀83转动过30°。

实施例5

本实施例与实施例1不同之处在于：

流量控制阀83上设有3个档杆85，当泡沫管8转动时，每当流量控制阀83转动至调节杆55位置处时，调节杆55阻挡并拨动档杆85使流量控制阀83转动过60°。

需要说明的是：流量控制阀83为市售流量控制阀门，且当档杆85带动流量控制阀83正转过3圈时达到最大开度，此时流量控制阀83可继续转动但开度不会改变，同样地，当档杆85带动流量控制阀83反转过3圈时达到最小开度，此时流量控制阀83可继续转动但开度不会改变。

实施例6

本实施例是实施例1中的一种重金属污染土壤修复用土壤预处理装置进行重金属污染土壤修复用土壤预处理的方法，如图9所示，包括以下步骤：

S1、泡沫覆盖：将运输车1停靠在待修复土壤处一侧，通过泡沫发生箱3向待修复土壤表面喷洒泡沫，泡沫喷洒量为15L/min；

S2、取土筒4定位：与步骤S1同步进行，在喷洒泡沫的同时，开启驱动电机6，使其带动驱动齿轮61转动，通过驱动齿轮61与第一齿环41啮合转动带动取土筒4顺时针转动，同时开启两个第一推杆电机23，使其带动两个卡块51沿滑槽22向下滑动，进而带动第一固定环5以及取土筒4向土壤内部移动，使钻头43深入到土壤表面以下35cm；

S3、土壤采集：再次开启驱动电机6，使其带动驱动齿轮61转动，通过驱动齿轮61与第一齿环41啮合转动带动取土筒4逆时针转动，使土壤通过进土口44进入到取土筒4内部，同时在取土筒4转动过程中传输绞龙42转动将土壤运移到预处理箱2的收集口24内，在土壤采集的同时继续向土壤表面喷洒泡沫，泡沫喷洒量为7L/min；

S4、土壤预处理：通过向预处理箱2内部注入药剂，药剂的组成成分以重量份计包括：水23份，沸石粉7份，稻壳炭7份，腐殖酸5份，使药剂与土壤混合并搅拌，注入的药剂与预处理箱2内部土壤重量比为1:5，预处理时间为12min，通过其他运输车1实时运输预处理后的土壤，保持预处理箱2内部土壤与药剂的总量不超过250kg。

实施例7

本实施例与实施例6不同之处在于：参数选取不同。

S1、泡沫覆盖：将运输车1停靠在待修复土壤处一侧，通过泡沫发生箱3向待修复土壤表面喷洒泡沫，泡沫喷洒量为10L/min；

S2、取土筒4定位：与步骤S1同步进行，在喷洒泡沫的同时，开启驱动电机6，使其带动驱动齿轮61转动，通过驱动齿轮61与第一齿环41啮合转动带动取土筒4顺时针转动，同时开启两个第一推杆电机23，使其带动两个卡块51沿滑槽22向下滑动，进而带动第一固定环5以及取土筒4向土壤内部移动，使钻头43深入到土壤表面以下30cm；

S3、土壤采集：再次开启驱动电机6，使其带动驱动齿轮61转动，通过驱动齿轮61与第一齿环41啮合转动带动取土筒4逆时针转动，使土壤通过进土口44进入到取土筒4内部，同时在取土筒4转动过程中传输绞龙42转动将土壤运移到预处理箱2的收集口24内，在土壤采集的同时继续向土壤表面喷洒泡沫，泡沫喷洒量为5L/min；

S4、土壤预处理：通过向预处理箱2内部注入药剂，药剂的组成成分以重量份计包括：水20份，沸石粉6份，稻壳炭6份，腐殖酸4份，使药剂与土壤混合并搅拌，注入的药剂与预处理箱2内部土壤重量比为1:5，预处理时间为10min，通过其他运输车1实时运输预处理后的土壤，保持预处理箱2内部土壤与药剂的总量不超过200kg。

实施例8

本实施例与实施例6不同之处在于：参数选取不同。

S1、泡沫覆盖：将运输车1停靠在待修复土壤处一侧，通过泡沫发生箱3向待修复土壤表面喷洒泡沫，泡沫喷洒量为20L/min；

S2、取土筒4定位：与步骤S1同步进行，在喷洒泡沫的同时，开启驱动电机6，使其带动驱动齿轮61转动，通过驱动齿轮61与第一齿环41啮合转动带动取土筒4顺时针转动，同时开启两个第一推杆电机23，使其带动两个卡块51沿滑槽22向下滑动，进而带动第一固定环5以及取土筒4向土壤内部移动，使钻头43深入到土壤表面以下40cm；

S3、土壤采集：再次开启驱动电机6，使其带动驱动齿轮61转动，通过驱动齿轮61与第一齿环41啮合转动带动取土筒4逆时针转动，使土壤通过进土口44进入到取土筒4内部，同时在取土筒4转动过程中传输绞龙42转动将土壤运移到预处理箱2的收集口24内，在土壤采集的同时继续向土壤表面喷洒泡沫，泡沫喷洒量为10L/min；

S4、土壤预处理：通过向预处理箱2内部注入药剂，药剂的组成成分以重量份计包括：水25份，沸石粉8份，稻壳炭8份，腐殖酸6份，使药剂与土壤混合并搅拌，注入的药剂与预处理箱2内部土壤重量比为1:5，预处理时间为15min，通过其他运输车1实时运输预处理后的土壤，保持预处理箱2内部土壤与药剂的总量不超过300kg。

需要说明的是：选取实施例6～8中任意参数均能够实现本发明的装置使用目的。

工作原理：下面结合本发明的方法对本发明的装置结构工作原理进行进一步地说明，以实施例1和6为例。

作为步骤S2的补充，当开启驱动电机6，使其带动驱动齿轮61转动，通过驱动齿轮61与第一齿环41啮合转动带动取土筒4顺时针转动，同时也带动第二齿环82以及泡沫管8转动，第一卡环45在第一环槽53内部转动、第二卡环84在第二环槽54内部转动，保证了泡沫管8和取土筒4同步移动并转动，与此同时，在泡沫管8转动时也带动流量控制阀83不断转动，每当档杆85转动过调节杆55所在位置处时，调节杆55遍阻挡档杆85使其带动流量控制阀83自旋转，从而实现流量控制阀83的正转及开度增加，增加泡沫管8内部泡沫量的喷出，从而实现步骤S1中的泡沫喷洒量为15L/min；

作为步骤S3的补充，再次开启驱动电机6，使其带动驱动齿轮61转动，通过驱动齿轮61与第一齿环41啮合转动带动取土筒4逆时针转动，同时也带动第二齿环82以及泡沫管8转动，在泡沫管8转动时也带动流量控制阀83不断转动，每当档杆85转动过调节杆55所在位置处时，调节杆55遍阻挡档杆85使其带动流量控制阀83自旋转，从而实现流量控制阀83的反转及开度减小，降低泡沫管8内部泡沫量的喷出，从而实现步骤S3中的泡沫喷洒量为7L/min；

这样设置的目的在于工作人员只需要保证泡沫发生箱3到泡沫管8的泡沫喷出量大于步骤S1中的泡沫喷洒量，随后即可通过本装置实现自动调节泡沫喷出量。