一种土壤汞污染修复装置及方法

1.本发明涉及土壤修复领域，更具体地说，它涉及一种土壤汞污染修复装置及方法。


背景技术：

2.汞元素是一种常见的土壤污染物。在汞污染的土地上种植农作物，农作物吸收土壤中的汞元素后会留存在农作物内。人食用汞元素超标的农作物，会造成多种疾病问题。几十年来，我国工业高速发展，在发展的过程中不重视环境，导致大量土地受到汞元素的污染。现阶段，国民重视食品安全，国家也提倡保护环境和耕地红线，因此受污染的土壤进行修复势在必行。现有技术中，修复汞元素土壤主要是将表层土壤挖出运行至处理厂，通过喷淋、催化等方式消除土壤中的汞离子后，再将土壤运回；处理起来十分不便。且现有的处理方式中容易引入其他污染物，导致土壤二次污染。


技术实现要素：

3.第一方面，本发明的目的是提供一种土壤汞污染修复装置，达到在田间实现土壤修复的目的。
4.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种土壤汞污染修复装置，包括反应室、翻土装置、还原剂喷洒装置和吸收装置；所述反应室具有侧壁和顶板；翻土装置设置于反应室下部，用于翻动土壤；反应室内还设置有紫外灯；所述还原剂喷洒装置包括储料仓和喷雾器，喷雾器与储料仓连通；喷雾器包括喷雾嘴，喷雾嘴设置于反应室内；所述吸收装置包括吸收池，吸收池通过管路与反应室连通；还包括负压装置，所述负压装置用于将反应室内的气体排入吸收池。
5.侧壁和顶板构成的反应室，放置在土壤后，可以形成一个相对密闭的反应空间；还原剂喷洒装置将还原剂喷洒进土壤；翻土装置设置于反应室的下部，使用时与土壤接触，并翻动土壤与还原剂进行充分的接触。在紫外光的照射下，还原剂与土壤中的金属离子反应，生成气态单质或化合物。在土壤翻动装置的持续翻动下，逸出土壤，进入反应室。负压装置将反应室中的气体排入吸收池，通过吸收池对金属元素进行吸收固化，达到修复土壤的目的。通过上述方式，无须将土壤挖出转运，现场即可完成对土壤的修复。
6.进一步的，所述翻土装置包括转动轴；转动轴设置于侧壁上；转动轴上设置有螺旋翻料桨。
7.本实施例给出了一种翻土装置的样式，通过螺旋翻料桨对土壤进行翻动，效率高。根据桨叶的大小，可以实现不同深度的土壤修复。
8.进一步的，转动轴上设置有加热套筒，所述螺旋翻料桨设置于加热套筒上。
9.通过加热套筒可以使土壤中的金属更加容易从土壤中逸出。
10.进一步的，所述顶板为透光顶板。
11.所述透光顶板可以采用玻璃、石英等材质，可以充分利用太阳的紫外光，也能通过阳光对土壤进行加热，加速汞元素及类金属离子的逸出。
12.进一步的，所述储料仓用于盛放还原剂；所述还原剂为3～6％甲酸水溶液或3～6％乙酸水溶液或二者结合。
13.甲酸和乙酸进入土壤中后，容易挥发和分解，不会造成土壤的二次污染。
14.进一步的，所述吸收池用于盛放吸收液；所述吸收液为可溶性硫化物溶液。
15.金属与硫化物反应，可以生成不溶于水的金属硫化物，便于对后续处理。
16.进一步的，所述硫化物为硫化钠、硫化氢、硫化铵和硫化钾中的至少一种。
17.进一步的，所述负压装置包括空气泵；空气泵通过管路与反应室连通；空气泵用于向反应室内充气。
18.通过向反应室内充入空气，使反应室内的气体随管路进入吸收液，达到吸收汞元素的效果。
19.第二方面，本发明提供一种土壤汞污染修复方法，使用上述装置。使土壤修复过程中无二次污染的问题。所述方法包括如下步骤：
20.s1通过还原剂喷洒装置和翻土装置将还原剂溶液与受污染土壤混合，使土壤含水率达到85％以上；
21.s2通过翻土装置持续翻转土壤，并利用反应室内的紫外灯产生的紫外光照射土壤，使还原剂与土壤中汞离子充分反应；
22.s3通过负压装置将土壤上方空气排入吸收池，利用吸收池中的吸收液留存汞；
23.进一步的，所述还原剂溶液为3～6％甲酸水溶液或3～6％乙酸水溶液或3～6％甲酸水溶液与3～6％乙酸水溶液二者的结合；
24.所述吸收液为可溶性硫化物溶液。
25.通过上述方法，使汞污染的土壤在修复的过程中不会产生二次污染。
附图说明
26.图1是实施例外部示意图主要表现行走机构和电机移动机构
27.图2是实施例内部示意图主要表现翻土装置、还原剂喷洒装置和吸收装置
28.图中：1、反应室；11、顶板；12、侧壁；13、千斤顶；14、轮子；15、横条状开窗；16、紫外灯；21、转动轴；22、加热套筒；23、电机；24、螺旋翻料桨；25、转动轴轨；251、滑块；26、电机轨；27、主链轮；28、从链轮；29、链条；3、还原剂喷洒装置；31、储料仓；32、喷雾器；33、喷雾嘴；4、吸收装置；41、吸收池；42、空气泵。
具体实施方式
29.为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
30.需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上，该“连接”不限定固定连接或活动连接，具体连接方式应根据所要解决的具体技术问题来判断。
31.需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关
系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
32.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
33.实施例：
34.第一方面，本实施例提供一种土壤汞污染修复装置，包括反应室1、翻土装置、还原剂喷洒装置3和吸收装置4；所述反应室1具有侧壁12和顶板11；翻土装置设置于反应室1下部，用于翻动土壤；反应室1内还设置有紫外灯16；所述还原剂喷洒装置3包括储料仓31和喷雾器32，喷雾器32与储料仓31连通；喷雾器32包括喷雾嘴33，喷雾嘴33设置于反应室1内；所述吸收装置4包括吸收池41，吸收池41通过管路与反应室1连通；还包括负压装置，所述负压装置用于将反应室1内的气体排入吸收池41。优选的，所述反应室1的内壁上设置有反光材料，用于提高紫外光的利用率。
35.所述翻土装置包括转动轴21；转动轴21设置于侧壁12上；转动轴21上设置有螺旋翻料桨24。翻出装置的转动轴与电机23连接，通过电机23驱动转动轴21转动；优选的，电机21可以双向转动，适时调整转动方向，防治土壤在反应器内堆叠影响反应效率。在一种可能的实施例中，反应室1内设置有多个翻土装置，以便具有更高的翻土效率。
36.在一种可能的实施例中，所述反应室1的侧壁12上设置有横条状开窗15；侧壁12的外侧还设置有电机轨26；反应室1的内壁上设置有转动轴轨25；转动轴轨25上设置有滑块251；滑块251可以在转动轴轨25上移动；优选的，滑块251上设置有滚轮，通过滚轮带动转动轴21在转动轴轨25上移动。滑块251上设置有轴承，转动轴21与轴承连接；电机23设置于电机轨26上，电机23可以在电机轨26上移动；电机23的输出轴与转动轴21连接。电机23和转动轴21分别位于横条状开窗15的两侧。电机23和转动轴21通过电机轨26和转动轴轨25，在横条状开窗15内滑动。使得转动轴21能够在反应室1内移动，扩大翻土装置的翻动面积。还包括，移动机构，所述移动机构包括设置于反应室1侧壁12外侧的链条29传动机构，链条29传动机构与电机23连接。所述链条29传动机构，包括主链轮27、从链轮28和链条29，主链轮27和从链轮28通过链条29连接，主链轮27通过电机23驱动；通过链条29传动机构，可以带动电机23和转动轴21移动。优选的，还包括密封装置，所述密封装置设置于横条状开窗15上，包括折叠帘和支撑块；支撑块可以在横条状开窗15上移动；支撑块上轴承，电机23输出轴穿过该轴承与转动轴21连接；折叠链的一端与横条状开窗15连接，另一端与支撑块连接；通过折叠帘可以使电机23在移动的过程中，封闭横条状开窗15，使得反应室1内保持相对封闭状态。
37.在一种可能的实施例中，所述反应室1侧壁12的外侧还设置有行走机构。所述行走机构包括轮子14，所述轮子14上设有升降装置；升降装置底端与轮子14连接，另一端与侧壁12外部连接。优选的所述升降装置为千斤顶13。当装置所在地土壤修复完毕，升起千斤顶13，使反应室1和翻土装置脱离土壤。通过驱动轮子14行走，使装置移动位置。移动到位后，降低千斤顶13，继续修复受污染土壤。具有四个行走机构，分别设置于反应室1四角。
38.所述转动轴21上设置有加热套筒22，所述螺旋翻料桨24设置于加热套筒22上。通
过加热套筒22提高反应效率。在一种可能的实施例中，反应室1的上方设置有加热管，通过热辐射的方式对土壤进行加热。
39.所述反应室1的顶板11为透光顶板11，采用玻璃、亚力克等材料制成。可以充分利用太阳中的紫外线和太阳的升温作用。
40.所述还原剂喷洒装置3包括储料仓31和喷雾器32；储料仓31设置于反应室1上，可以随反应室1移动；喷雾器32可选用电动喷雾器32，喷雾器32包括喷雾嘴33；通过喷雾嘴33将储料仓31内的还原剂均匀地喷洒如泥土上。喷洒还原剂后，通过翻土装置对泥土进行混合，使土壤保持一定的含水率。翻土装置的翻土深度，决定了修复土壤的深度。
41.在一种可能的实施例中，反应室1内还设置有含水率传感器，用于测定土壤的含水率。
42.所述吸收装置4包括吸收池41，吸收池41通过管路与反应室1连通；连通后，反应室1内的气流可以进入吸收池41；还包括负压装置，负压装置用于将反应室1内的气体排入吸收池41。
43.在一种可能的实施例中，所述负压装置包括引风机，引风机设置于吸收池41与反应室1之间，并通过管路连接二者。通过引风机将反应室1内的空气抽入吸收池41内。
44.在一种可能的实施例中，所述负压装置包括空气泵42，空气泵42与反应室1连通；通过空气泵42将空气注入反应室1，使反应室1内的气压高于外部的气压，将反应室1内的空气注入吸收池41。
45.在一种可能的实施例中，还包括控制装置，所述控制装置，通过控制装置控制上述机构，实现手动或自动操作。
46.第二方面，本实施例提供一种土壤汞污染修复方法。所述方法包含如下步骤：
47.s1配置还原剂溶液，所述还原剂溶液为3～6％甲酸水溶液或3～6％乙酸水溶液或3～6％甲酸水溶液与3～6％乙酸水溶液二者的结合；
48.s2通过还原剂喷洒装置3和翻土装置将还原剂溶液与受污染土壤混合，使土壤含水率达到85％以上；
49.s3通过翻土装置持续翻转土壤，并利用反应室1内的紫外灯16产生的紫外光照射土壤，使还原剂与土壤中汞离子充分反应；
50.s4通过负压装置将土壤上方空气排入吸收池41，利用吸收池41中的吸收液留存汞。
51.将s3和s4持续8个小时以上。
52.为了更加直观地说明本发明的技术效果。在上述步骤的基础上，对浓度、土壤含水率、反应时间，作为变量设计试验。选取受汞污染土壤在实验室进行试验，试验前土壤的含汞量为1ppm。试验后测定土壤中汞含量，并计算去除率。上述实验设计中未提及的因素相同或不影响试验本身。
53.54.[0055][0056]
在实验误差允许的范围内，可以得出采用本发明提供的修复方法主要有以下效果：(1)土壤中汞元素出去率达到了85％以上。(2)溶液浓度、土壤含水率、反应时间与出去率呈正向关联。(3)选择甲酸和乙酸混合溶液与单独容易相比，其汞元素去除率更高。
[0057]
结合试验结果和现有技术，本探讨了其中的反应原理。在紫外光的作用下，还原剂生成自由基，将汞离子还原为单质。单质状态下的汞在翻土装置的动能和加热的共同作用下逸出土壤，进入土壤上方的空气(单质相比离子状态逸出的效应更加明显)。通过负压装置，将汞带入吸收池，与其中的硫化物反应，生成沉淀。
[0058]
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种土壤汞污染修复装置，其特征是：包括反应室(1)、翻土装置、还原剂喷洒装置(3)和吸收装置(4)；所述反应室(1)具有侧壁(12)和顶板(11)；翻土装置设置于反应室(1)下部，用于翻动土壤；反应室(1)内还设置有紫外灯(16)；所述还原剂喷洒装置(3)包括储料仓(31)和喷雾器(32)，喷雾器(32)与储料仓(31)连通；喷雾器(32)包括喷雾嘴(33)，喷雾嘴(33)设置于反应室(1)内；所述吸收装置(4)包括吸收池(41)，吸收池(41)通过管路与反应室(1)连通；还包括负压装置，所述负压装置用于将反应室(1)内的气体排入吸收池(41)。2.根据权利要求1所述的一种土壤汞污染修复装置，其特征是：所述翻土装置包括转动轴(21)；转动轴(21)设置于侧壁(12)上；转动轴(21)上设置有螺旋翻料桨(24)。3.根据权利要求2所述的一种土壤汞污染修复装置，其特征是：转动轴(21)上设置有加热套筒(22)，所述螺旋翻料桨(24)设置于加热套筒(22)上。4.根据权利要求1所述的一种土壤汞污染修复装置，其特征是：所述顶板(11)为透光顶板。5.根据权利要求1所述的一种土壤汞污染修复装置，其特征是：所述储料仓(31)用于盛放还原剂；所述还原剂为3～6％甲酸水溶液或3～6％乙酸水溶液或二者结合。6.根据权利要求1所述的一种土壤汞污染修复装置，其特征是：所述吸收池(41)用于盛放吸收液；所述吸收液为可溶性硫化物溶液。7.根据权利要求6所述的一种土壤汞污染修复装置，其特征是：所述硫化物为硫化钠、硫化氢、硫化铵和硫化钾中的至少一种。8.根据权利要求1所述的一种土壤汞污染修复装置，其特征是：所述负压装置包括空气泵(42)；空气泵(42)通过管路与反应室(1)连通；空气泵(42)用于向反应室(1)内充气。9.一种土壤汞污染修复方法，采用如权利要求1～7所述任一的修复装置，其特征是，包含如下步骤：通过还原剂喷洒装置(3)和翻土装置将还原剂溶液与受污染土壤混合，使土壤含水率达到85％以上；通过翻土装置持续翻转土壤，并利用反应室(1)内的紫外灯(16)产生的紫外光照射土壤，使还原剂与土壤中汞离子充分反应；通过负压装置将土壤上方空气排入吸收池(41)，利用吸收池(41)中的吸收液留存汞；所述还原剂溶液为3～6％甲酸水溶液或3～6％乙酸水溶液或3～6％甲酸水溶液与3～6％乙酸水溶液二者的结合；所述吸收液为可溶性硫化物溶液。

技术总结
本发明公开了一种土壤汞污染修复装置及方法，涉及土壤修复领域，解决了现有土壤修复工作量大容易导致二次污染的问题，其技术方案要点是：包括反应室、翻土装置、还原剂喷洒装置和吸收装置；所述反应室具有侧壁和顶板；翻土装置设置于反应室下部，用于翻动土壤；反应室内还设置有紫外灯；所述还原剂喷洒装置包括储料仓和喷雾器，喷雾器与储料仓连通；喷雾器包括喷雾嘴，喷雾嘴设置于反应室内；所述吸收装置包括吸收池，吸收池通过管路与反应室连通；还包括负压装置，所述负压装置用于将反应室内的气体排入吸收池。达到现场修复土壤的目的。达到现场修复土壤的目的。达到现场修复土壤的目的。


技术研发人员：罗进 罗悦 徐富建 付薛衡 罗茜 张剑 吴秋莹 尹蓉 李扬 彭萍 赵炯 王琰
受保护的技术使用者：四川赛纳斯分析检测有限公司 西南民族大学
技术研发日：2022.05.16
技术公布日：2022/11/1