一种应用于农田的重金属污染净化装置及净化方法

技术领域

本申请涉及重金属污染净化的技术领域，尤其是涉及一种应用于农田的重金属污染净化装置及净化方法。

背景技术

随着工业化、城镇化以及农业集约化高速发展，重金属污染问题尤其凸显。重金属污染指的是废弃物中重金属在土壤中过量沉积而引起的土壤污染。其中，对农田土壤造成污染的重金属主要包括汞、镉、铅、铬、砷等生物毒性显著的元素，以及具有一定毒性的锌、铜、镍等元素。它们主要来自采矿废渣、农药、废水、污泥和大气沉降等。重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大。同时，我国作为一个农业大国，农田土壤重金属污染问题也是困扰着我国粮食生产安全的重要因素。因此，对于农田重金属污染及时采取相应防治措施，具有积极的现实意义。

目前，常见的农田重金属污染防治，采用的是向农田中喷洒重金属离子钝化剂的方法，从而达到减缓和阻断重金属离子随着食物链的迁移和富集的目的。这种防治方法具有诸多局限性，无法将重金属离子从农田土壤中彻底净化，对部分金属离子的钝化反应效果较差，难以达到预期效果。

针对上述中的相关技术背景，发明人认为现有的向农田中投放钝化剂进行重金属污染治理的方法存在净化效果不彻底的缺陷。

发明内容

为了进一步降低受到重金属污染的农田中的金属离子含量，提升农田重金属污染的净化效果和净化效率，本申请提供一种应用于农田的重金属污染净化装置及净化方法。

第一方面，本申请提供的一种应用于农田的重金属污染净化装置采用如下的技术方案：

一种应用于农田的重金属污染净化装置，包括搅拌机构、与所述搅拌机构连通的电解机构、与所述电解机构连通的播种机构和与所述电解机构连通的净化机构；所述净化机构包括热脱附箱、与所述热脱附箱连通的酸洗筒；所述酸洗筒包括顶部与所述热脱附箱连通的筒体、滑动连接于所述筒体底部的料斗和设在所述筒体底部且与所述料斗底部连通的导流管；所述料斗与所述导流管之间设有过滤网板。

通过采用上述技术方案，搅拌机构用于向受到重金属污染的土壤中添加电解质溶液并搅拌均匀，提高土壤的导电性，电解机构能够使土壤中的阳离子在电泳的作用下向阴极移动，从而将土壤分成净化土壤和含有金属阳离子的土壤，经过净化的土壤能够在播种机构的作用下均匀播撒蓖麻种，回填后蓖麻生长能够对残存的重金属离子起到吸附作用，进一步增加了对重金属污染的净化程度，土壤中以不溶于水的重金属盐存在的阳离子能够在热脱附箱的加热作用下转化成容易酸溶液的重金属氧化物，酸洗筒能够通过酸洗的作用将土壤中的重金属氧化物洗脱去除，从而达到了进一步降低受到重金属污染的农田中的金属离子含量，提升农田重金属污染的净化效果和净化效率的发明目的。

可选的，热脱附箱顶部穿设有负压风管。

通过采用上述技术方案，安装在热脱附箱顶部的负压风管能够与负压风机进行连接，从而将热脱附箱加热土壤时产生的挥发性汞蒸气等有害气体进行回收和净化处理，降低了本申请使用过程中对环境造成的污染。

可选的，电解机构包括与所述搅拌机构连通的电解池、对称设在所述电解池两侧的电极板、设在所述电解池底部的蝶阀和设在所述蝶阀底部的分流管；所述分流管靠近与正极相连的所述电极板的一端与所述播种机构连通，所述分流管靠近与负极相连的所述电极板的一端与所述净化机构连通。

通过采用上述技术方案，电解池对土壤起到了承载作用，电极板用于与电池的正负极连接，并能够增加与土壤的接触面积，提高导电性能，增加电泳效率，分流管结构能够将电解池中富含重金属阳离子的土壤和经过净化的土壤分流并分别导向净化机构和播种机构中。

可选的，搅拌机构包括固定设在地面上的支撑架、设在所述支撑架上的搅拌罐、设在所述搅拌罐上的驱动电机和多个穿设在所述搅拌罐顶部的喷淋管；所述驱动电机的动力输出轴与所述搅拌罐的搅拌轴相连，多个所述喷淋管沿所述搅拌罐的周向均匀设置。

通过采用上述技术方案，支撑架对搅拌罐以及其他部分结构起到了支撑和限位的作用，搅拌罐对土壤起到了承载作用，搅拌罐中的搅拌轴能够在驱动电机的作用下发生旋转并对土壤进行搅动，安装在搅拌罐顶部的喷淋管能够用于向土壤中喷洒电解质溶液，喷淋管沿所述搅拌罐的周向均匀设置的结构设计能够增加电解质溶液喷洒的均匀程度，提高各部分土壤的导电性能的均衡性。

可选的，播种机构包括托盘、对称设在所述托盘两侧的升降气缸、设在所述升降气缸伸缩端的播种箱、多个均匀设在所述播种箱底部的播种管和设在所述播种箱与所述播种管之间的滑板；所述滑板与所述播种箱滑动连接。

通过采用上述技术方案，播种机构中的托盘对土壤起到了承载作用，播种箱能够在升降气缸的作用下实现升降动作，安装在播种箱底部的播种管能够在升降过程中将蓖麻种插入到托盘中的土壤内，从而实现了播种动作，与播种箱滑动连接的滑板能够通过与播种箱发生相对滑动从而控制播种箱底部的开合。

可选的，播种管远离所述播种箱的一端设有尖头。

通过采用上述技术方案，播种管远离播种箱的一端设置的尖头结构能够减少刺入土壤时受到的阻力。

可选的，托盘设置有多个，所述托盘下方设有链板传送带。

通过采用上述技术方案，链板传送带和多托盘的设计能够使播种机构实现连续作业，提高装置整体的施工效率。

第二方面，本申请提供的一种应用于农田的重金属污染净化方法，应用前文中的一种应用于农田的重金属污染净化装置，采用如下的技术方案：

一种应用于农田的重金属污染净化方法，包括以下步骤：

步骤1，挖掘并收集受到重金属污染的农田表层土，挖掘深度不小于80厘米；

步骤2，将收集到的表层土分多次定量添加至搅拌机构中，开启电源开始净化；

步骤3，沿挖掘区域的边缘投放重金属离子钝化剂，并将所述料斗中收集的净化土回填至挖掘区域；

步骤4，将所述托盘中收集的净化土回填至挖掘区域；

步骤5，对挖掘区域进行平整和压实，对回填土壤的重金属离子含量进行检验，并对净化效果进行评估和记录。

通过采用上述技术方案，经过净化机构净化的土壤中重金属阳离子的含量已经达到较低的水平，经过播种机构播种的含有蓖麻种的回填土壤中生长的蓖麻植株会通过生物吸附的作用对土壤中残存的金属阳离子进行进一步的富集和吸附，从而实现了进一步降低受到重金属污染的农田中的金属离子含量，提升农田重金属污染的净化效果和净化效率的发明目的。

可选的，步骤中3，对所述料斗中收集的净化土进行回填后，测算土壤PH值并对其酸碱度进行适应性调整。

通过采用上述技术方案，对净化土进行酸碱度测算和适应性调整能够将土质调节成适宜植物生长的自然状态，有利于提升土壤肥力，避免酸洗过程对土质的影响。

可选的，步骤中4，对所述托盘中收集的净化土进行回填后，在回填土层顶部增设一层沙质土壤。

通过采用上述技术方案，回填土层顶部增设的沙质土壤有利于蓖麻生长，进一步提升了播种机构播撒的蓖麻种子的出芽率。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.本申请的搅拌机构用于向受到重金属污染的土壤中添加电解质溶液并搅拌均匀，提高土壤的导电性，电解机构能够使土壤中的阳离子在电泳的作用下向阴极移动，从而将土壤分成净化土壤和含有金属阳离子的土壤，经过净化的土壤能够在播种机构的作用下均匀播撒蓖麻种，回填后蓖麻生长能够对残存的重金属离子起到吸附作用，进一步增加了对重金属污染的净化程度，土壤中以不溶于水的重金属盐存在的阳离子能够在热脱附箱的加热作用下转化成容易酸溶液的重金属氧化物，酸洗筒能够通过酸洗的作用将土壤中的重金属氧化物洗脱去除，从而达到了进一步降低受到重金属污染的农田中的金属离子含量，提升农田重金属污染的净化效果和净化效率的发明目的；

2.本申请中的电解池对土壤起到了承载作用，电极板用于与电池的正负极连接，并能够增加与土壤的接触面积，提高导电性能，增加电泳效率，分流管结构能够将电解池中富含重金属阳离子的土壤和经过净化的土壤分流并分别导向净化机构和播种机构中；

3.本申请中的播种机构中的托盘对土壤起到了承载作用，播种箱能够在升降气缸的作用下实现升降动作，安装在播种箱底部的播种管能够在升降过程中将蓖麻种插入到托盘中的土壤内，从而实现了播种动作，与播种箱滑动连接的滑板能够通过与播种箱发生相对滑动从而控制播种箱底部的开合。

附图说明

图1是本申请实施例中公开的一种应用于农田的重金属污染净化装置的结构示意图。

图2是本申请实施例中搅拌机构和电解机构的局部放大图。

图3是本申请实施例中播种机构的结构示意图。

图4是本申请实施例中净化机构的结构示意图。

附图标记说明：1、搅拌机构；11、支撑架；12、搅拌罐；13、驱动电机；14、喷淋管；2、电解机构；21、电解池；22、电极板；23、蝶阀；24、分流管；3、播种机构；31、托盘；32、升降气缸；33、播种箱；34、播种管；35、滑板；36、链板传送带；4、净化机构；41、热脱附箱；42、酸洗筒；411、负压风管；421、筒体；422、料斗；423、导流管。

具体实施方式

以下结合附图1-附图4对本申请作进一步详细说明。

重金属污染是一种由固体废弃物下渗、矿坑挖掘、污染排放等综合原因引起的土地污染。由于重金属污染造成的农产品减产以及农产品食品安全问题日益严重，对于农田重金属污染的治理是一个具有广阔经济前景的议题。由于金属离子在土壤中并不会随着水流下渗，移动性较差，因此常规的治理方法是向土壤中添加一定量的钝化剂，减缓甚至阻断重金属离子随着食物链富集的通路。然而这种方法并不能将金属离子从土壤中彻底净化。为了进一步降低收到重金属污染的农田中的金属离子含量，农田重金属污染的净化效果和净化效率，本申请提供一种应用于农田的重金属污染净化装置及净化方法。

本申请实施例公开一种应用于农田的重金属污染净化装置。参照图1，一种应用于农田的重金属污染净化装置包括搅拌机构1、电解机构2、播种机构3和净化机构4。其中，搅拌机构1的出料端与电解机构2的进料端连通，电解机构2的出料端分别与播种机构3和净化机构4连通。本申请能够综合物理方法、化学方法以及生物方法对农田土壤的重金属离子进行净化，相比于投放钝化剂的方法具有更优越的净化效果。

参照图1和图2，搅拌机构1包括支撑架11、搅拌罐12、驱动电机13和喷淋管14。其中，支撑架11可以是一个由矩形空心金属钢管焊接组成的，通过螺栓固定安装在地面上的金属支架，搅拌罐12通过多个筋板焊接在支撑架11上，驱动电机13通过螺栓连接的方式安装在搅拌罐12的顶部，并且通过联轴器和减速机与搅拌罐12的搅拌轴连接。喷淋管14可以是穿设在搅拌罐12顶部的金属管体，喷淋管14位于搅拌罐12内部的部分设置有扁头。喷淋管14的数量可以设置为多个，多个喷淋管14沿着搅拌罐12顶部的周向均匀分布。

参照图1和图2，电解机构2包括电解池21、电极板22、蝶阀23和分流管24。其中，电解池21可以是一个由聚合物材质或陶瓷材质制成的顶部开口的矩形空心箱体。电极板22可以是石墨材质的矩形薄板，电极板22通过螺栓连接的方式对称安装在电解池21的两侧，分别与电源的正负极相连。电解池21的底部设置有开口，开口处安装有用于控制下料的蝶阀23。蝶阀23的出口与分流管24的进口通过螺栓连通。分流管24将电解池21内靠近与正极相连的电极板22位置的土壤，即阳极区域的土壤运送至播种机构3，将电解池21内靠近与负极相连的电极板22位置的土壤，即阴极区域的土壤运送至净化机构4。

参照图1和图3，播种机构3包括托盘31、升降气缸32、播种箱33、播种管34、滑板35和链板传送带36。其中，升降气缸32和链板传送带36固定安装在地面上，升降气缸32对称设置与链板传送带36的两侧。链板传送带36上放置有多个托盘31。托盘31可以是顶端开口的矩形金属盘。升降气缸32的伸缩端与播种箱33固定连接。播种箱33可以是一个顶端开口的矩形聚合物材质的箱体。播种箱33的底部安装有多个播种管34，播种管34可以是与播种箱33内部连通的中空聚合物材质圆管。播种管34远离播种箱33的一端设置有尖头。播种箱33内壁的底部通过滑动连接的方式安装有滑板35。滑板35上与安装有播种管34的对称位置开设有与播种管34内壁直径相等的圆孔。

参照图1和图4，净化机构4包括热脱附箱41和酸洗筒42。热脱附箱41可以是一个顶部与分流管24连通的密闭矩形金属箱体。热脱附箱41内部设置有电热丝，可以通过通电的方式对箱内的土壤进行加热。热脱附箱41的顶部通过焊接的方式安装有负压风管411，负压风管411可以是一个内壁安装有单向阀的圆柱形中空金属管。负压风管411的外部与负压风机连通，对热脱附箱41加热过程产生的有污染性的蒸汽进行抽取和回收。

参照图4，酸洗筒42包括筒体421、料斗422和导流管423。其中，料斗422通过滑动连接的方式安装在筒体421靠近底面的一端，导流管423穿设在筒体421的下表面上，且与筒体421内部连通。料斗422与导流管423之间安装有过滤板，过滤板能够减缓土壤随着酸洗液流失的过程。

本申请实施例公开了一种应用于农田的重金属污染净化装置及净化方法，包括如下步骤：

步骤1，挖掘并收集受到重金属污染的农田表层土，挖掘深度不小于80厘米。

在该步骤中，应对将要进行挖掘的地块边缘做好标记和围挡。对表层土进行杂质清理，尽量提升土壤纯度，

步骤2，将收集到的表层土分多次定量添加至搅拌机构1中，开启电源开始净化。

在该步骤中，应注意添加过程中保持添料的一致性，减轻搅拌机构1的作业压力，提升装置整体的作业效率。

步骤3，沿挖掘区域的边缘投放重金属离子钝化剂，并将所述料斗422中收集的净化土回填至挖掘区域。

在该步骤中，将料斗422中的净化土进行回填后，应对净化土的各层PH值进行测算，并对其进行适应性调整使酸碱度其处于适宜植物生长的中性或弱碱性,调节完成后，应继续向土壤中添加有机质或腐殖质，以增加土壤的初始肥力，提高蓖麻的出芽率。

步骤4，将所述托盘31中收集的净化土回填至挖掘区域。

在该步骤中，对净化土进行回填后，应在表层继续覆盖一层适合蓖麻植物生长的沙质土壤，覆盖厚度不小于回填净化土层的三分之一。

步骤5，对挖掘区域进行平整和压实，对回填土壤的重金属离子含量进行检验，并对净化效果进行评估和记录。

在该步骤中，对区域进行含量检验记录完成后，应对其进行定期回检，检测土壤中的重金属离子含量的动态变化，并对完成生长的蓖麻植株进行清除回收和统一处理。

以上为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。