一种铅锌矿区重金属污染的玉米种植土壤修复装置及方法

技术领域

本发明涉及污染土壤处理技术领域，尤其涉及一种铅锌矿区重金属污染的玉米种植土壤修复装置及方法。

背景技术

土壤无机污染物中以重金属比较突出，主要是由于重金属不能为土壤微生物所分解，而易于积累.转化为毒性更大的甲基化合物，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康。

土壤重金属污染物主要有汞、镉、铅、铜、铬、砷、镍、铁、锰、锌等，砷虽不属于重金属，但因其行为与来源以及危害都与重金属相似，故通常列入重金属类进行讨论。就对植物的需要而言，金属元素可分为2类：①植物生长发育不需要的元素，而对人体健康危害比较明显，如镉、汞、铅等。②植物正常生长发育所需元素，且对人体又有一定生理功能，如铜、锌等，但过多会造成污染，妨碍植物生长发育。

同种金属，由于它们在土壤中存在形态不同，其迁移转化特点和污染性质也不同，因此在研究土壤中重金属的危害时，不仅要注意它们的总含量，还必须重视各种形态的含量。

长期以来,矿山开采、金属冶炼和废水废渣的排放是造成矿区周边土壤和农作物重金属污染的主要因素。重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点,进入土壤后的重金属因不能被降解会长期存在并不断累积,最终通过农作物富集进入食物链,危害人体健康。已有研究表明,食物摄入是危害矿区居民健康的最主要途径,食物摄入的风险高于呼吸吸入和皮肤接触的暴露途径。因此,研究矿区周边作物的污染风险,对保障矿区粮食安全和环境保护具有积极地意义。

但目前的土壤处理装置由于要对土壤进行较大范围的粉碎搅拌，通常占地面积较大，无法灵活的移动，且粉碎形式较为单一，无法保证大范围的土壤粉碎，由于一些土壤未被彻底粉碎，导致后面的修复效果不明显，达不到修复标准，且目前的喷淋方式也无法使土壤和喷淋液充分的接触，导致修复效率低，修复液的喷淋量过大，浪费喷淋液的资源。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种铅锌矿区重金属污染的玉米种植土壤修复装置及方法。

本发明的第一个技术要点为：

一种铅锌矿区重金属污染的玉米种植土壤修复装置，主要包括：用于土壤碾碎的碾磨箱、设置在所述碾磨箱上用于进土的进土管、设置在所述碾磨箱下的粉碎箱、设置在所述粉碎箱下的储土箱、用于土壤喷淋修复的喷淋箱、用于连接所述喷淋箱和所述储土箱的绞龙、设置在所述储土箱和所述喷淋箱下方的底座；

所述进土管内设置有两个相互啮合的粉碎轮；

所述碾磨箱内设置有进土斜道和碾磨机构，所述进土斜道一端与所述进土管相连通，另一端上设置有第一滤网并连通至所述粉碎箱顶部；

所述碾磨机构设置在所述进土斜道一侧，所述碾磨机构包括：与所述进土斜道垂直设置的第一驱动丝杆、套装在所述第一驱动丝杆两端上的能使所述第一驱动丝杆转动的螺纹套管、对称设置在所述第一驱动丝杆两端的从动齿轮、用于驱动所述从动齿轮的第一驱动齿轮、设置在每个所述从动齿轮上并与所述第一驱动丝杆相互啮合的扇形齿、设置在所述第一驱动丝杆靠近所述进土斜道一端上的第一驱动转轴、设置在所述第一驱动转轴位于所述进土斜道内一端上的碾磨盘；

所述粉碎箱内部设置有相互配合的第一粉碎机构和第二粉碎机构；

所述第一粉碎机构包括：设置在所述粉碎箱顶端的支撑盘、转动设置在所述支撑盘内的驱动盘、设置在所述驱动盘中心的第二驱动转轴、通过第一连接臂与所述第二驱动转轴相连接的并且与所述驱动盘内测相啮合的第二驱动齿轮、设置在所述第二驱动齿轮另一面上的第二连接臂、设置在所述支撑盘两个顶点之间的滑轨、与所述滑轨水平垂直滑动设置的环形圈、滑动设置在所述环形圈内的滑块、设置在所述环形圈两端的搅拌轴、设置在所述搅拌轴上的多个粉碎扇叶，所述第二连接臂的另一端与所述滑块转动连接，所述环形圈和所述滑轨之间设置有用于提高滑动稳定性的滑块固定件，所述进土斜道连通至所述驱动盘中心，所述驱动盘可通过一个第二驱动丝杆驱动，所述驱动盘底部设置有第二滤网；

所述第二粉碎机构包括：设置在所述粉碎箱靠近底部位置处的第三驱动丝杆、设置在所述第三驱动丝杆上的驱动套管、转动设置在所述驱动套管两端的粉碎轴、设置在所述粉碎轴上的多个粉碎刀片，所述驱动套管底部与所述搅拌轴的底部通过轴承连接；

所述喷淋箱内包括：设置在所述喷淋箱内部顶端的可将土壤分散撒下的分散机构、设置在所述喷淋箱内部两侧的可上下往复喷淋的喷淋机构、设置在所述喷淋箱内部底端的搅拌机构。

进一步的，所述碾磨盘的两端设置有翻土板，每个所述翻土板一侧均设置有翻土槽，所述碾磨盘与所述进土斜道接触的一侧表面上转动镶嵌有多个碾磨球，所述碾磨球上设置有内部带有纹路的碾磨槽，翻土板可将土壤再次翻起，使土壤经过多次反复的碾磨。

进一步的，所述粉碎扇叶上的截面为弧形，且在每个粉碎扇叶凹进去的一侧内部设置有多个分隔刀板，弧形的截面能容纳更多的土壤，再通过分割刀板对土壤进行更加精细的粉碎。

进一步的，所述储土箱内部设置有出土槽，且出土槽的底面为倾斜的光滑斜面，方便土壤的储存和进给。

进一步的，所述底座下设置有多个万向轮，方便移动装置。

进一步的，所述分散机构包括：设置在所述喷淋箱内部顶端的滑槽，滑动设置在所述滑槽上的出土管、设置在所述出土管和滑槽两端之间的第一弹簧、设置在所述出土管两侧的凸轮、设置在所述出土管底面上的第三筛网，减缓土壤的分散速度，使土壤缓慢的分散，提高喷淋效果。

进一步的，所述喷淋机构包括：通过转轴转动设置在所述喷淋箱内侧面上的喷淋管、与所述喷淋管相连通的进液管、设置在所述喷淋管下方的竖直滑道、滑动设置在所述滑道上的滑动柱和用于提供动力的驱动电机，所述滑动柱上转动设置两个连接杆，其中一根连接杆一端连接所述滑动柱，另一端通过摇杆连接驱动电机，另一根连接杆一端连接所述滑动柱，另一端连接所述喷淋管，可使喷淋管上下往复的喷淋，增大喷淋面积。

进一步的，所述搅拌机构包括：用于提供动力的正方体状的驱动箱体、设置在所述驱动箱体四个侧面上的从动转轴、设置在所述从动转轴上的配重块、设置在所述从动转轴上的搅拌器、竖直贯穿所述驱动箱体上下面且位于驱动箱体中心轴上的第三驱动转轴、设置在所述驱动转轴上下两端上的第二弹簧、与所述第二弹簧连接用于固定所述搅拌机构的固定柱、设置在每个所述从动转轴位于所述驱动箱体内部一端上的斜齿轮，每个所述斜齿轮相互啮合，所述第三驱动转轴位于所述驱动箱体内部的一段上设置有锥齿轮，且其中一个从动转轴上也设置有锥齿轮，两个锥齿轮相互啮合，通过第三驱动转轴使搅拌机构完成旋转搅拌，在通过配重块和第二弹簧，使搅拌机构可以上下进行搅拌，增大搅拌范围，提高搅拌效果，使更多的土壤能够接触到喷淋液。

进一步的，所述配重块为一个半圆形的金属板，金属板的质量较大，半圆形的金属板通过惯性，驱动效果更佳。

本发明的第二个技术要点为：

利用上述装置进行土壤修复的方法，包括以下步骤：

S1:土壤碾磨

通过进土管将土壤初步打碎后通入碾磨箱中，进入进土斜道后，通过碾磨机构的第一驱动齿轮转动，从而从动齿轮转动，从而扇形齿带动第一驱动丝杆在螺纹套管内进给，进给的同时旋转，由于第一驱动转轴设置在所述碾磨盘偏离圆心的位置处，增大了碾磨盘的碾磨范围，在碾磨盘上下左右碾磨时，翻土板通过翻土槽将土壤不断的翻起，碾磨后的土壤通过第一滤网的筛分后进入粉碎箱内；

S2：土壤粉碎

碾磨后的土壤先进入驱动盘内，通过第二驱动齿轮完成土壤的初步粉碎，打开第二驱动丝杆后，驱动盘开始转动，第二驱动齿轮也在驱动盘内转动，转动的同时通过第二连接臂将滑块拉动，使滑块在环形圈内滑动，使环形圈顺着滑轨开始水平往复运动，从而搅拌轴可带动粉碎扇叶对粉碎箱内的土壤进行水平反复的粉碎，搅拌轴水平移动的同时带动所述驱动套管运动，并使粉碎轴在第三驱动丝杆上转动伸缩，使粉碎刀片对底部的土壤进行粉碎；

S3:土壤传输

粉碎后的土壤通过电磁阀的控制，进入储土箱内，通过出土槽和绞龙，将粉碎后的土壤运输至喷淋箱顶端；

S4:土壤喷淋

通过喷淋箱内的分散机构，使粉碎后的土壤缓慢的飘散下来，通过两侧的喷淋管上下往复的喷洒修复液，使土壤和修复液充分接触，喷淋箱底端的搅拌机构，通过第三驱动转轴使驱动箱体旋转，驱动箱体内的一个从动转轴通过锥齿轮驱动，开始转动，并通过相互啮合的斜齿轮，使从动转轴均开始转动，并通过配重块和第二弹簧使驱动箱体上下晃动，从而完成更大范围的土壤搅拌。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

第一、本发明通过设置碾磨机构，通过碾磨盘上的翻土板对土壤不断的反转，通过碾磨球对土壤进行不断的碾磨，并通过特定的驱动方式，对碾磨盘进行上下左右的驱动，增大了碾磨范围，使碾磨效果更佳。

第二、本发明通过设置两个相互配合的粉碎机构，通过第一粉碎机构的水平往复粉碎，促使第二粉碎机构的水平往复粉碎，对粉碎箱内部中间部位和底部部位的土壤都能进行粉碎，使粉碎效果更佳，速度更快。

第三、本发明通过在喷淋箱内设置分散机构，使土壤缓慢的分散洒出，再通过两侧的喷淋管上下往复的喷洒喷淋液，使土壤更大面积的与喷淋液完成接触，再通过底部的搅拌机构，对土壤进行上下搅拌，使土壤和喷淋液、修复液更大程度地接触，提高修复效率。

附图说明

图1是本发明的内部结构示意图的主视图；

图2是本发明第一粉碎机构结构示意图的俯视图；

图3是本发明碾磨盘结构示意图的俯视图；

图4是图1中A部区域结构示意图的放大图；

图5是图3中B部区域结构示意图的放大图；

图6是实施例2中搅拌轴和粉碎扇叶的结构示意图的主视图；

图7是实施例2中粉碎扇叶结构示意图的右视图；

图8是本发明驱动箱体内部结构示意图的俯视图。

其中，1、进土管，11、粉碎轮，2、碾磨箱，21、碾磨机构，211、第一驱动丝杆，212、螺纹套管，213、第一驱动齿轮，214、从动齿轮，215、扇形齿，216、第一驱动转轴，217、碾磨盘，2171、翻土板，21711、翻土槽，2172、碾磨球，21721、碾磨槽，22、进土斜道，23、第一滤网，3、粉碎箱，31、第一粉碎机构，311、支撑盘，312、驱动盘，313、第二驱动丝杆，314、第二驱动转轴，315、第二驱动齿轮，316、第一连接臂，317、环形圈，3171、滑块，3172、滑块固定件，3173、搅拌轴，31731、粉碎扇叶，317311、分隔刀板，318、滑轨，319、第二连接臂，32、第二粉碎机构，321、驱动套管，322、粉碎轴，324、粉碎刀片，323、第三驱动丝杆，4、第二滤网，5、储土箱，51、出土槽，6、底座，61、万向轮，7、绞龙，8、喷淋箱，81、分散机构，811、滑槽，812、第一弹簧，813、凸轮，814、出土管，815、第三筛网，82、喷淋机构，821、喷淋管，822、进液管，823、转轴，824、滑道，825、滑动柱，826、驱动电机，827、连接杆，83、搅拌机构，831、固定柱，832、第二弹簧，833、驱动箱体，834、从动转轴，835、配重块，836、搅拌器，837、第三驱动转轴，838、锥齿轮，839、斜齿轮。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示，一种铅锌矿区重金属污染的玉米种植土壤修复装置，主要包括：用于土壤碾碎的碾磨箱2、设置在所述碾磨箱2上用于进土的进土管1、设置在所述碾磨箱2下的粉碎箱3、设置在所述粉碎箱3下的储土箱5、用于土壤喷淋修复的喷淋箱8、用于连接所述喷淋箱8和所述储土箱5的绞龙7、设置在所述储土箱5和所述喷淋箱8下方的底座6；

如图1所示，所述进土管1内设置有两个相互啮合的粉碎轮11；

如图1所示，所述碾磨箱2内设置有进土斜道22和碾磨机构21，所述进土斜道22一端与所述进土管1相连通，另一端上设置有第一滤网23并连通至所述粉碎箱3顶部；

如图1所示，所述碾磨机构21设置在所述进土斜道22一侧，所述碾磨机构21包括：与所述进土斜道22垂直设置的第一驱动丝杆211、套装在所述第一驱动丝杆211两端上的能使所述第一驱动丝杆211转动的螺纹套管212、对称设置在所述第一驱动丝杆211两端的从动齿轮214、用于驱动所述从动齿轮214的第一驱动齿轮213、设置在每个所述从动齿轮214上并与所述第一驱动丝杆211相互啮合的扇形齿215、设置在所述第一驱动丝杆211靠近所述进土斜道22一端上的第一驱动转轴216、设置在所述第一驱动转轴216位于所述进土斜道22内一端上的碾磨盘217；

如图1所示，所述粉碎箱3内部设置有相互配合的第一粉碎机构31和第二粉碎机构32；

如图1、图2和图4所示，所述第一粉碎机构31包括：设置在所述粉碎箱3顶端的支撑盘311、转动设置在所述支撑盘311内的驱动盘312、设置在所述驱动盘312中心的第二驱动转轴314、通过第一连接臂316与所述第二驱动转轴314相连接的并且与所述驱动盘312内测相啮合的第二驱动齿轮315、设置在所述第二驱动齿轮315另一面上的第二连接臂319、设置在所述支撑盘311两个顶点之间的滑轨318、与所述滑轨318水平垂直滑动设置的环形圈317、滑动设置在所述环形圈317内的滑块3171、设置在所述环形圈317两端的搅拌轴3173、设置在所述搅拌轴3173上的多个粉碎扇叶31731，所述第二连接臂319的另一端与所述滑块3171转动连接，所述环形圈317和所述滑轨318之间设置有用于提高滑动稳定性的滑块固定件3172，所述进土斜道22连通至所述驱动盘312中心，所述驱动盘312可通过一个第二驱动丝杆313驱动，所述驱动盘312底部设置有第二滤网4；

如图1所示，所述第二粉碎机构32包括：设置在所述粉碎箱3靠近底部位置处的第三驱动丝杆323、设置在所述第三驱动丝杆323上的驱动套管321、转动设置在所述驱动套管321两端的粉碎轴322、设置在所述粉碎轴322上的多个粉碎刀片324，所述驱动套管321底部与所述搅拌轴3173的底部通过轴承连接；

如图1所示，所述喷淋箱8内包括：设置在所述喷淋箱8内部顶端的可将土壤分散撒下的分散机构81、设置在所述喷淋箱8内部两侧的可上下往复喷淋的喷淋机构82、设置在所述喷淋箱8内部底端的搅拌机构83。

如图1、图3和图5所示，所述碾磨盘217的两端设置有翻土板2171，每个所述翻土板2171一侧均设置有翻土槽21711，所述碾磨盘217与所述进土斜道22接触的一侧表面上转动镶嵌有多个碾磨球2172，所述碾磨球2172上设置有内部带有纹路的碾磨槽21721。

如图1所示，所述储土箱5内部设置有出土槽51，且出土槽51的底面为倾斜的光滑斜面。

如图1所示，所述底座6下设置有多个万向轮61。

如图1所示，所述分散机构81包括：设置在所述喷淋箱8内部顶端的滑槽811，滑动设置在所述滑槽811上的出土管814、设置在所述出土管814和滑槽811两端之间的第一弹簧812、设置在所述出土管814两侧的凸轮813、设置在所述出土管814底面上的第三筛网815。

如图1所示，所述喷淋机构82包括：通过转轴823转动设置在所述喷淋箱8内侧面上的喷淋管821、与所述喷淋管821相连通的进液管822、设置在所述喷淋管821下方的竖直滑道824、滑动设置在所述滑道824上的滑动柱825和用于提供动力的驱动电机826，所述滑动柱825上转动设置两个连接杆827，其中一根连接杆827一端连接所述滑动柱825，另一端通过摇杆连接驱动电机826，另一根连接杆827一端连接所述滑动柱825，另一端连接所述喷淋管821。

如图1和图8所示，所述搅拌机构83包括：用于提供动力的正方体状的驱动箱体833、设置在所述驱动箱体833四个侧面上的从动转轴834、设置在所述从动转轴834上的配重块835、设置在所述从动转轴834上的搅拌器836、竖直贯穿所述驱动箱体833上下面且位于驱动箱体833中心轴上的第三驱动转轴837、设置在所述驱动转轴837上下两端上的第二弹簧832、与所述第二弹簧832连接用于固定所述搅拌机构83的固定柱831、设置在每个所述从动转轴834位于所述驱动箱体833内部一端上的斜齿轮839，每个所述斜齿轮839相互啮合，所述第三驱动转轴837位于所述驱动箱体833内部的一段上设置有锥齿轮838，且其中一个从动转轴834上也设置有锥齿轮838，两个锥齿轮838相互啮合。

如图1所示，所述配重块835为一个半圆形的金属板。

所述装置进行土壤修复的方法，包括以下步骤：

S1:土壤碾磨

通过进土管1将土壤初步打碎后通入碾磨箱2中，进入进土斜道22后，通过碾磨机构21的第一驱动齿轮213转动，从而从动齿轮214转动，从而扇形齿215带动第一驱动丝杆211在螺纹套管212内进给，进给的同时旋转，由于第一驱动转轴216设置在所述碾磨盘217偏离圆心的位置处，增大了碾磨盘217的碾磨范围，在碾磨盘217上下左右碾磨时，翻土板2171通过翻土槽21711将土壤不断的翻起，碾磨后的土壤通过第一滤网23的筛分后进入粉碎箱3内；

S2：土壤粉碎

碾磨后的土壤先进入驱动盘312内，通过第二驱动齿轮315完成土壤的初步粉碎，打开第二驱动丝杆313后，驱动盘312开始转动，第二驱动齿轮315也在驱动盘312内转动，转动的同时通过第二连接臂319将滑块3171拉动，使滑块3171在环形圈317内滑动，使环形圈317顺着滑轨318开始水平往复运动，从而搅拌轴3173可带动粉碎扇叶31731对粉碎箱3内的土壤进行水平反复的粉碎，搅拌轴3173水平移动的同时带动所述驱动套管321运动，并使粉碎轴322在第三驱动丝杆323上转动伸缩，使粉碎刀片324对底部的土壤进行粉碎；

S3:土壤传输

粉碎后的土壤通过电磁阀的控制，进入储土箱5内，通过出土槽51和绞龙7，将粉碎后的土壤运输至喷淋箱8顶端；

S4:土壤喷淋

通过喷淋箱8内的分散机构81，使粉碎后的土壤缓慢的飘散下来，通过两侧的喷淋管821上下往复的喷洒修复液，使土壤和修复液充分接触，喷淋箱8底端的搅拌机构83，通过第三驱动转轴837使驱动箱体833旋转，驱动箱体833内的一个从动转轴834通过锥齿轮838驱动，开始转动，并通过相互啮合的斜齿轮839，使从动转轴834均开始转动，并通过配重块835和第二弹簧832使驱动箱体833上下晃动，从而完成更大范围的土壤搅拌。

实施例2：

实施例2与实施例1的不同之处在于：

如图6和图7所示，所述粉碎扇叶31731上的截面为弧形，且在每个粉碎扇叶31731凹进去的一侧内部设置有多个分隔刀板317311。

通过对粉碎扇叶31731的结构进行改进，使得粉碎效率提高32.5％，修复效率提高22.3％。

上述两个实施例中采用的土壤喷淋液均购于康源绿洲生物有限公司。