一种土壤重金属去除装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及土壤净化技术领域，特别是涉及一种土壤重金属去除装置及其使用方法。

背景技术

土壤是人类赖以生存的重要资源，目前，我国土壤环境问题形势严峻。矿区开采、企业三废排放、化肥农药等农用化学品过量施用、畜禽粪便和垃圾处理不当，以及土壤酸化等造成土壤重金属和有机污染物污染问题日益突出。如何高效修复重金属污染土壤已成为修复领域关注的焦点问题。

土壤重金属污染(heavy metal pollution of the soil)，是指因人类活动使得土壤中的微量金属元素含量超过背景值，因过量沉积而引起的含量过高，统称为土壤重金属污染。这些“重金属”包括汞、镉、铅、铬等毒性金属元素和类金属(如砷)等生物毒性显著的元素，以及有一定毒性的锌、铜、镍等元素。

一般来说，重金属污染土壤修复技术大致可以分为：物理修复、化学修复、生物修复以及联合修复等。

其中物理修复方法之一为淋洗法，但是现有的淋洗多为将土地粉碎后运输至处理厂对重金属离子进行淋洗，能够有效的去除重金属，但是，土地上土壤的量非常大，对大面积的土壤进行实施成本非常高，所以有必要研发一种土壤重金属去除装置对重金属进行现场去除，降低运行的成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种土壤重金属去除装置及其使用方法，能够针对土壤重金属的污染进行现场去除，并实现水资源的充分利用，以及利用太阳能降低运行成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种土壤重金属去除装置，设置于自驱车上，包括旋耕机，所述旋耕机固定安装于所述自驱车一端，所述旋耕机的一侧设置有用于抽取搅碎后土壤的绞吸机，所述绞吸机贯穿所述自驱车并且倾斜设置，所述绞吸机的顶端固接并连通有搅拌单元，所述搅拌单元与所述自驱车顶面通过支架固定连接，所述搅拌单元远离所述绞吸机的一侧固接并连通有补水组件，所述补水组件下方设置有压滤机，所述压滤机与所述搅拌单元相连通；所述补水组件固接并连通有升温单元，所述升温单元设置有若干组，所述升温单元设置于所述自驱车的一侧。

优选的，所述补水组件包括补水箱和两根钢质的水管，所述补水箱底面通过若干立柱与所述自驱车顶面固定连接，所述补水箱与所述升温单元固接并连通；所述水管的两端分别于所述搅拌单元转动连接，所述水管的侧面等间距固接并连通有若干喷头，所述水管的一端贯穿所述搅拌单元且固接并连通有第一水泵，所述第一水泵设置于与所述补水箱内腔并与所述补水箱相连通。

优选的，所述搅拌单元包括搅拌箱，所述搅拌箱与所述水管的两端分别转动连接，所述搅拌箱靠近所述旋耕机的一侧面底部固接并连通有两个液压缸，所述液压缸的活塞杆固定连接有推板，所述推板的顶端铰接有第一连杆，所述第一连杆转动连接有中轴，所述中轴的两端分别转动连接有第二连杆和第三连杆，所述第二连杆的一端与所述第三连杆的一端分别于两个所述水管外侧面可拆卸连接；所述搅拌箱的远离所述旋耕机的一侧面固接并连通有阀门，所述搅拌箱通过所述阀门与所述压滤机相连通；所述搅拌箱靠近所述旋耕机的一侧面顶部与所述绞吸机的顶端出口固接并连通。

优选的，所述升温单元包括固定座和用于散热的盘管，所述固定座顶面固接有固定架，所述固定架顶面设置有聚光镜，所述聚光镜的下方设置有加热组件，所述加热组件分别与所述压滤机、所述盘管固接并连通；所述盘管设置于所述补水箱内腔，所述盘管的一端与所述补水箱内腔相连通。

优选的，所述加热组件包括加热箱，所述加热箱中空且顶面开放式结构，所述加热箱顶面开设有台阶面，所述台阶面顶面密封可拆卸连接有封盖，所述封盖底面等间距固接有若干导热锥，所述导热锥的外侧面套设有结晶套，所述结晶套顶面固接并连通有安装板，所述安装板顶面与所述封盖底面相抵接，所述安装板与所述加热箱内腔侧壁顶端可拆卸连接；所述加热箱分别于所述盘管、所述压滤机固接并连通。

优选的，所述封盖为青铜或者黄铜材质，所述结晶套、所述安装板为铝合金材质。

优选的，所述聚光镜为凸透镜或者菲涅尔透镜，所述封盖顶面与所述聚光镜的焦点相重合。

优选的，所述压滤机包括主机和回水箱，所述主机与所述自驱车顶面固定连接，所述回水箱与所述自驱车底面固定连接，所述主机贯穿所述自驱车顶面并与所述回水箱相连通；所述主机的出料口与地面相连通；所述回水箱与所述加热箱固接并连通。

优选的，所述自驱车远离所述旋耕机的一端还固定安装有用于破碎石子的破碎机，所述破碎机的进料口与所述主机的出料口相连通，所述破碎机的出料口与地面相连通。

一种土壤重金属去除装置的使用方法，包括如下步骤：

土面破碎：利用旋耕机对污染的土地进行旋耕粉碎；

溶解分离：绞吸机将旋耕机破碎后的土壤进行吸入并提升导入到搅拌单元中，补水组件对搅拌单元边进行补水边完成对土壤与水的充分混合；补水组件中的水中溶解有用于去除重金属离子的药液；水与土壤的混合物经过搅拌单元的传输送至压滤机内，压滤机将混合物进行固液分离，固体为土壤粉末传送到地面或者破碎机内，液体流至压滤机下方的回水箱；

水分回收：回水箱内富含重金属离子的废水经过输送部件的传输至加热箱内，加热箱经过聚光镜的加热、气化，气化后的蒸汽通过管道输送至盘管内，并经过补水箱内的水进行冷却液化，实现重复利用；重金属离子会在结晶套侧面析出；

土壤改良：破碎机能够将石块破碎成砂粒，与净化后的土壤混合，重新返回地面。

与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：

本发明利用旋耕机将土地进行土壤破碎，并通过绞吸机将粉末土壤提升到搅拌单元内，经过与溶解有去除重金属离子的药液的水的充分混合，将土壤中的重金属离子进行溶解进入到水中，再通过压滤机将固液进行分离，固体废弃物即净化后的土壤中的重金属离子含量会大幅降低，而富含重金属离子的药液经过输送至升温单元内，将水分蒸发并经过补水组件的冷却实现水资源的循环利用，同时，蒸发后的溶液重金属离子浓度会逐步升高并以金属盐的形式析出粘附到加热组件内，实现对土壤中重金属离子的净化。

本发明利用破碎机对碎石进行粉碎，并与净化后的土壤进行混合，进一步的降低了土壤中重金属离子的含量，也能够对目标地面的土地进行改良。

本发明利用太阳能辅助进行重金属离子的去除，降低了本装置的运行能耗，也降低了运行成本。

附图说明

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

图1为本发明侧视结构示意图；

图2为本发明去除升温单元后主视结构示意图；

图3为补水组件和搅拌单元侧视结构示意图；

图4为搅拌箱内腔部件结构示意图；

图5为加热组件剖视结构示意图；

图6为分离组件剖视结构示意图；

其中，1、旋耕机；2、绞吸机；3、自驱车；4、支架；5、补水箱；6、水管；7、喷头；8、第一水泵；9、搅拌箱；10、液压缸；11、推板；12、第一连杆；13、中轴；14、第二连杆；15、第三连杆；16、阀门；17、固定座；18、盘管；19、固定架；20、聚光镜；21、加热箱；22、封盖；23、导热锥；24、结晶套；25、安装板；26、主机；27、回水箱；28、破碎机；29、分离筒；30、进水管；31、流水孔。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

需要说明的是，在本申请的技术方案中的所有部件需要必备的供水、供油、供电的附加设施进行驱动或/和控制，若未进一步的阐述则默认为现有技术进行使用和配备，无需进行特殊说明。

需要说明的是，为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

由图1和2所示的一种土壤重金属去除装置，设置于自驱车3上，包括旋耕机1，旋耕机1固定安装于自驱车3一端，旋耕机1的一侧设置有用于抽取搅碎后土壤的绞吸机2，绞吸机2贯穿自驱车3并且倾斜设置，绞吸机2的顶端固接并连通有搅拌单元，搅拌单元与自驱车3顶面通过支架4固定连接，搅拌单元远离绞吸机2的一侧固接并连通有补水组件，补水组件下方设置有压滤机，压滤机与搅拌单元相连通；补水组件固接并连通有升温单元，升温单元设置有若干组，升温单元设置于自驱车3的一侧。

进一步的，旋耕机1为能够破碎土壤的常规机械，为电驱动或者内燃机驱动，其为现有技术，在此不再赘述。绞吸机2为一端设置为真空抽吸或者直接绞吸的绞龙，能够将破碎后的土壤抽离提升至高处的机械，其为现有技术，在此不再赘述。

进一步的，自驱车3为用于旋耕机1和绞吸机2提供动力的安装平台，其为现有技术，在此不再赘述。

本发明利用旋耕机1将土地进行土壤破碎，并通过绞吸机2将粉末土壤提升到搅拌单元内，经过与溶解有去除重金属离子的药液的水的充分混合，将土壤中的重金属离子进行溶解进入到水中，再通过压滤机将固液进行分离，固体废弃物即净化后的土壤中的重金属离子含量会大幅降低，而富含重金属离子的药液经过输送至升温单元内，将水分蒸发并经过补水组件的冷却实现水资源的循环利用，同时，蒸发后的溶液重金属离子浓度会逐步升高并以金属盐的形式析出粘附到加热组件内，实现对土壤中重金属离子的净化。

进一步优化方案，由图3所示，补水组件包括补水箱5和两根钢质的水管6，补水箱5底面通过若干立柱与自驱车3顶面固定连接，补水箱5与升温单元固接并连通；水管6的两端分别于搅拌单元转动连接，水管6的侧面等间距固接并连通有若干喷头7，水管6的一端贯穿搅拌单元且固接并连通有第一水泵8，第一水泵8设置于与补水箱5内腔并与补水箱5相连通，通过水管6实现对搅拌单元进行补水，通过喷头7能够实现对搅拌单元内的土壤的冲击搅拌，提高搅拌效率。

进一步优化方案，由图1、3和4所示，搅拌单元包括搅拌箱9，搅拌箱9与水管6的两端分别密封转动连接，实现了水管6在搅拌箱9内的自由转动。搅拌箱9靠近旋耕机1的一侧面底部固接并连通有两个液压缸10，液压缸10的活塞杆固定连接有推板11，推板11的顶端开设有铰接槽，铰接槽内铰接有第一连杆12，第一连杆12转动连接有中轴13，中轴13的两端分别转动连接有第二连杆14和第三连杆15，第二连杆14的一端与第三连杆15的一端分别于两个水管6外侧面可拆卸连接，通过中轴13能够推动第二连杆14和第三连杆15进行移动，进而实现推动喷头7发生转动，对土壤和水的混合物的搅拌。搅拌箱9的远离旋耕机1的一侧面固接并连通有阀门16，阀门16既可以为手动打开，也可以增加PLC控制器实现电动开合，其为现有技术，在此不再赘述。搅拌箱9通过阀门16与压滤机相连通，搅拌箱9靠近旋耕机1的一侧面顶部与绞吸机2的顶端出口固接并连通，实现了绞吸机2的顶端将土壤传送出后，能够直接进入到搅拌箱9内。

进一步优化方案，由图1和3所示，升温单元包括固定座17和用于散热的盘管18，固定座17顶面固接有固定架19，固定架19顶面设置有聚光镜20，其中聚光镜20为凸透镜或者菲涅尔透镜，能够提高升温单元的加热速率。聚光镜20的下方设置有加热组件，加热组件分别与压滤机、盘管18固接并连通；盘管18设置于补水箱5内腔，盘管18的一端与补水箱5内腔相连通。

进一步优化方案，由图5所示，加热组件包括加热箱21，加热箱21中空且顶面开放式结构，加热箱21顶面开设有台阶面，台阶面顶面密封可拆卸连接有封盖22，台阶面便于与封盖22密封固定连接优选螺钉螺接，封盖22底面等间距固接有若干导热锥23，导热锥23的外侧面套设有结晶套24，结晶套24顶面固接并连通有安装板25，安装板25顶面与封盖22底面相抵接，安装板25与加热箱21内腔侧壁顶端可拆卸连接；封盖22为青铜或者黄铜材质，结晶套24、安装板25为铝合金材质，铜的导热比铝快3倍，相同体积下，铝比铜的降温效率高1.5倍。所以，导热更快的铜用来做封盖22与聚光镜20的焦点接触，快速导热；降温更快的铝用来做结晶套24，与水接触，迅速带走热量，提高蒸发水的效率。加热箱21分别于盘管18、压滤机固接并连通。封盖22顶面与聚光镜20的焦点相重合，提高了太阳能的利用效率。

进一步的，由图6所示，盘管18和加热箱21的连接管路中串联有气液分离组件，分离组件包括分离筒29，分离筒29的顶端与盘管18固接并连通，分离筒29的低端固接并连通有进水管30，进水管30的一端设置于分离筒29内腔，进水管30一端侧面开设有若干流水孔31，流水孔31能够将伴随高温蒸汽导出的废液重新流回至加热箱21内，也即分离筒29的高度高于加热箱21的高度。

进一步优化方案，压滤机包括主机26和回水箱27，主机26与自驱车3顶面固定连接，回水箱27与自驱车3底面固定连接，主机26贯穿自驱车3顶面并与回水箱27相连通；主机26的出料口与地面相连通；回水箱27与加热箱21固接并连通，主机26能够将土壤和水的混合物进行分离，分离后的水会进入到回水箱27内。回水箱27内设置有与其相连通的第二水泵(附图未表示)，第二水泵的出水端与加热箱21固接并连通，实现将回水箱27内的水泵入到加热箱21内。

进一步优化方案，自驱车3远离旋耕机1的一端还固定安装有用于破碎石子的破碎机28，破碎机28的进料口与主机26的出料口相连通，破碎机28的出料口与地面相连通。破碎机28能够将旋耕机1挖掘出来的碎石进行粉碎，并与净化后的土壤进行混合送入地面，降低净化后的土壤中重金属离子的含量。

一种土壤重金属去除装置的使用方法，包括如下步骤：

土面破碎：利用旋耕机1对污染的土地进行旋耕粉碎。

将本发明转运至目标的地面，启动自驱车3，利用自驱车3驱动旋耕机1，旋耕机1对地面进行旋刨，地面的土壤会刨松。

溶解分离：绞吸机2将旋耕机1破碎后的土壤进行吸入并提升导入到搅拌单元中，补水组件对搅拌单元边进行补水边完成对土壤与水的充分混合；补水组件中的水中溶解有用于去除重金属离子的药液；水与土壤的混合物经过搅拌单元的传输送至压滤机内，压滤机将混合物进行固液分离，固体为土壤粉末传送到地面或者破碎机内，液体流至压滤机下方的回水箱27。

在上一土面破碎的步骤完成后，然后设置于旋耕机1后侧的绞吸机2将刨松后土壤吸入并提升至搅拌箱9内，土壤从绞吸机2的顶端倾倒而下，第一水泵8启动将补水箱5内的水抽入通过水管6、喷头7喷入到搅拌箱9内。同时，位于搅拌箱9内腔底端的两个液压缸10开启伸缩，推动推板11，推板11推动第一连杆12，第一连杆12的一端推动中轴13，中轴13分别推动第二连杆14和第三连杆15，进而实现将两个水管6往复转动，即带动喷头7对土水混合物的冲击搅拌，并且优选的，喷头7喷射水流方向平行设置或者一排喷头7倾斜设置，另一排喷头7水平朝向旋耕机1设置，充分对土水混合物进行搅拌。

进一步的，补水箱5中会由人工对药液进行补充，此为现有技术，在此不再赘述。

在喷头7的转动过程中，推板11在搅拌箱9的内腔底面往复拉动，实现了对搅拌箱9的充分搅拌。完成土水的充分搅拌后，开启阀门16，将土水混合物导入到主机26内，主机26将土水分离，分离后的土壤或者导入地面或者送入到破碎机28内，破碎机28同时能够将旋耕机1旋出的碎石进行进一步的粉碎，也能够对净化后的土壤进行混合搅拌。同时，破碎机28与外部供砂设备连通，能够对净化后的土壤内掺入砂土实现对土壤中重金属离子含量的降低，实现对土壤的改良。主机26滤除的水流入到回水箱27内。

水分回收：回水箱27内富含重金属离子的废水经过输送部件的传输至加热箱21内，加热箱21经过聚光镜20的加热、气化，气化后的蒸汽通过管道输送至盘管18内，并经过补水箱5内的水进行冷却液化，实现重复利用；重金属离子会在结晶套24侧面析出；

回水箱27内的第二水泵将富含有重金属离子的水泵入到加热箱21内，加热箱21顶面的封盖22在聚光镜20的照射下，急剧升温，高温通过封盖22通过导热锥23传递到结晶套24上，结晶套24对加热箱21内的废水进行加热，并气化，高温蒸汽通过管路进入到盘管18，盘管18在补水箱5中不断利用水进行冷却液化，实现废水的循环利用。同时，在加热箱21内的废水浓度会随着水份的不断蒸发，虽然会不断补充新的废水，但是其浓度依然会不断增加直至饱和析出结晶，当结晶量影响到蒸发析出后，停止加热，并打开加热箱21，清理结晶，因为结晶套24套设在导热锥23上，所以，直接将安装板25去除，更换新的安装板25套设在导热锥23上，即可实现对结晶的快速清理。

进一步的，升温单元设置有若干个，便于增加处理效率。

土壤改良：破碎机28能够将石块破碎成砂粒，与净化后的土壤混合，重新返回地面。

在实际的去除过程中，土壤的旋耕会将土地中的碎石翻出，将碎石清理出并导入到破碎机28中，能够提高土壤的透气性和利用率，同时破碎机28与外部的供砂设备结合使用，降低土壤的重金属离子含量。

以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。