土壤重金属治理装置及治理方法与流程

本发明涉及污染土壤治理技术领域，特别涉及一种土壤重金属治理装置及治理方法。

背景技术：

土壤重金属污染是指由于人类活动将金属加入到土壤中，主要是指汞、砷、铅、铬、镉等，这些重金属污染土壤，致使土壤中重金属明显高于原生含量、并造成生态环境质量恶化的现象，土壤重金属污染不但导致土壤生产力下降而使粮食减产，而且能够在植物和动物体内积累并进入食物链，或通过污染空气进入人的呼吸道，进入人体后和蛋白质、酶等发生强烈的相互作用，使它们失去活性，也可能在人体的一些器官中累积并危害健康。

现有土壤治理方法主要通过将土壤治理剂与被污染土壤进行混合后直接铺设在待处理地块上，或者直接向带治理地块的地表喷洒或浇施液体治理剂；上述方法中，都会因为治理剂分布不均匀以及治理深度较浅，降低了治理效果。

技术实现要素：

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种土壤重金属治理装置，可在翻耕同时在重金属土壤的较深位置按量喷淋入重金属治理液，并给翻耕后的土壤表层覆盖带有重金属治理组合物的土壤层，进而对重金属污染土壤进行分层的深度治理，以有效提高治理效果。

本发明还有一个目的是提供一种土壤重金属治理方法，在土壤重金属治理装置的基础上，提供合适的重金属治理液及重金属治理组合物，进一步提高土壤治理效果。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种土壤重金属治理装置，包括：

车体；

至少两个挖土输送犁，其并排间隔开设置在车体的下方，两个挖土输送犁为带有尖端的弧形金属片体，且弧形金属片体的尾端卷绕成筒形以在挖土输送犁的轴向上形成一输送通道；

至少两个螺旋形输送筒，其一端衔接至所述弧形金属片体的尾端，螺旋输送筒的另一端向车体的斜上方延伸设置；

混合箱，其设置在车体上，所述混合箱还包括：搅拌器，其设置在混合箱底部；第一进料口，其设置在混合箱的侧壁上，且在竖直方向上，第一进料口的下边沿高于所述搅拌器的上端；第二进料口，其设置在所述混合箱的上端；至少两个螺旋形输送筒的另一端连通至第一进料口；多个出料口，其并排开设在混合箱的侧壁上，且多个出料口朝向车体的后方开设；布料器，其设置在车体的后端，且布料器的内腔与多个第一出料口通过倾斜设置的输送通道连通；

储料箱，其设置在车体上，储料箱的底部上开设有第二出料口，且第一出料口与第二进料口通过输送管道连通；

至少两个翻土犁，其并排间隔开设置在车体的下方，在车体的轴向上，至少两个翻土犁与至少两个挖土输送犁一一交替间隔开设置，且在车体的行进方向上，至少两个翻土犁位于至少两个挖土输送犁的后方；且所述车体行进过程中，至少两个翻土犁的翻地深度小于至少两个挖土输送犁的挖土深度；

储液箱，其设置在车体上；至少两个导液管，其一端连通至储液箱的底部，另一端向下延伸并分别设置在至少两个挖土输送犁的后方；至少两个喷嘴，其分别设置在至少两个导液管的另一端上，且在车体的行进方向上，至少两个喷嘴位于至少两个翻土犁的前方。

优选的是，所述混合箱的底部朝向车体的行进方向倾斜设置，且所述混合箱的底部与车体的轴向呈小于15度的夹角。

优选的是，所述混合箱还包括相互连通设置的混合搅拌部和混合输送部，所述混合搅拌部为竖直设置的圆柱形筒体ⅰ，所述搅拌器竖直设置在混合搅拌部内，所述混合输送部为横向设置的半圆柱形筒体ⅱ，且所述混合输送部的轴向上设置有旋转输送辊；多排金属刷毛，其与所述旋转输送辊同轴均匀分布在旋转输送辊上，且旋转输送辊的旋转方向为自所述混合搅拌部向所述混合输送部；所述混合搅拌部的高度h与所述混合输送部的横切面直径r的关系为h≥2r。

优选的是，所述车体行进过程中，至少两个翻土犁的翻地深度h1与至少两个挖土输送犁的挖土深度h2的关系为h1≤2/3h2。

优选的是，所述储料箱的底部为漏斗状，且靠近所述储料箱的底部设置有震动筛。

优选的是，任一个螺旋形输送筒的长度小于3米。

一种土壤重金属治理方法，包括以下步骤：

步骤一，深翻待处理地块，翻地深度为0.4-0.55m；

步骤二，采用土壤重金属治理装置的至少两个挖土输送犁间隔一定距离深挖条形沟，并通过至少两个喷嘴淋入一定量的重金属治理液，将条形沟中挖出的土壤与重金属治理组合物按照质量比5:1-5:2的比例混合获得混合物，备用；

步骤三，采用土壤重金属治理装置的至少两个翻土犁浅翻条形沟之间的地面，掩埋条形沟并整平地面；

步骤四，采用布料器将混合物平铺在整平的地面上。

优选的是，所述步骤二中，相邻两条形沟之间的距离为0.8-1.2m，任一条形沟的宽度为0.1-0.4m，任一条形沟的深度为0.45-0.55m。

优选的是，浅翻深度为小于0.3m。

优选的是，所述重金属治理液的制备方法如下：

按重量份数计，将10份无重金属污染的林地土、5份厨余垃圾、2份糖渣和1份作物秸秆混合发酵获得发酵产物，之后，边搅拌边用10份水淋洗发酵产物获得淋洗液和残渣，重复淋洗2-3次后将淋洗液合并，之后将淋洗液稀释500-1000倍获得重金属治理液；

所述重金属治理液的制备方法如下：

按重量份数计，将5份残渣、2份生石灰、1份2,3-二磷酸甘油酸和2份硅藻土混合均匀后压缩成粒径小于2mm的颗粒，之后，将颗粒与3份活性炭和1份粉煤灰混合均匀后制备获得重金属治理组合物。

本发明至少包括以下有益效果：

车体用于承载其他组件并实现行走式土壤治理，实现原位治理污染土壤：车体的两侧设置有轮体，可在牵引车的带动下根据实际需要进行一定速度的行进，至少两个挖土输送犁并排间隔开设置在车体的下方，至少两个挖土输送犁为带有尖端的弧形金属片体，两个挖土输送犁的尖端朝向车体的行进方向，且弧形金属片体的尾端卷绕成筒形以在挖土输送犁的轴向上形成一输送通道；可挖取一定深度的土壤并通过至少两个螺旋形输送筒最终输送至混合箱，在混合箱中将挖取的土壤进行粉碎，并将粉碎的土壤与重金属治理组合物进行充分的混合；最后经多个第一出料口出料至布料器，通过布料器将混合的土壤与重金属治理组合物均匀铺设在翻耕过的土壤上，布料器的内腔与多个第一出料口通过倾斜设置的输送通道连通；减小混合箱与布料器之间的连接通路，以在一定程度上阻挡刚刚进入混合箱的土壤直接进入布料器，提高混合效果；此外，储液箱用于储存重金属治理液，当至少两个挖土输送犁挖取一定深度的土壤在其后方形成条形沟时，至少两个导液管和至少两个喷嘴相互配合，将重金属治理液按量喷施入条形沟内，之后通过至少两个翻土犁土壤翻耕条形沟周围的土壤并掩埋条形沟。在实际应用中，至少两个挖土输送犁和至少两个翻土犁均可通过液压伸缩杆或电动伸缩杆升降，以调节其相对于车体的高度，避免影响车体的行进。

综上，土壤重金属治理装置可在翻耕同时在重金属土壤的较深位置按量喷淋入重金属治理液，并给翻耕后的土壤表层覆盖带有重金属治理组合物的土壤层，进而对重金属污染土壤进行分层的深度治理，以有效提高治理效果。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1根据本发明一个实施例中所述土壤重金属治理装置的透视结构示意图；

图2根据本发明一个实施例中至少两个挖土输送犁、至少两个翻土犁和至少两个喷嘴相对于所述车体的分布示意图；

任一底座及其上的立柱的剖面结构示意图；

图3根据本发明再一个实施例中所述土壤重金属治理装置的透视结构示意图；

图4根据本发明再一个实施例中所述土壤重金属治理装置的透视结构示意图；

图5根据本发明再一个实施例中所述土壤重金属治理装置的透视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

实施例1

如图1～2所示，本发明提供一种土壤重金属治理装置，包括：

车体10；至少两个挖土输送犁20，其并排间隔开设置在车体的下方，两个挖土输送犁为带有尖端的弧形金属片体，且弧形金属片体的尾端卷绕成筒形以在挖土输送犁的轴向上形成一输送通道；通过旋转轴201带动至少两个挖土输送犁整体向上或向下旋转，以调整其尖端与地面的相对高度；至少两个螺旋形输送筒30，其一端衔接至所述弧形金属片体的尾端，螺旋输送筒的另一端向车体的斜上方延伸设置；混合箱40，其设置在车体上，所述混合箱还包括：搅拌器401，其设置在混合箱底部；第一进料口，其设置在混合箱的侧壁上，且在竖直方向上，第一进料口的下边沿高于所述搅拌器的上端；至少两个螺旋形输送筒的螺旋形结构，虽然延长了土壤进入混合箱的移动路径，但是其能够对进入管道内的土壤提供一定的支撑力，减小至少两个挖土输送犁处的挖土压力，能够有效提高挖土效率，第二进料口，其设置在所述混合箱的上端；至少两个螺旋形输送筒的另一端连通至第一进料口；多个出料口，其并排开设在混合箱的侧壁上，且多个出料口朝向车体的后方开设；布料器50，其设置在车体的后端，布料器为一长条形中空筒体，且布料器的内腔与多个第一出料口通过倾斜设置的输送通道连通，布料器的长条形开口朝向地面设置；储料箱60，其设置在车体上，储料箱的底部上开设有第二出料口，且第一出料口与第二进料口通过输送管道连通；至少两个翻土犁70，其并排间隔开设置在车体的下方，在车体的轴向上，至少两个翻土犁与至少两个挖土输送犁一一交替间隔开设置，且在车体的行进方向上，至少两个翻土犁位于至少两个挖土输送犁的后方；且所述车体行进过程中，至少两个翻土犁的翻地深度小于至少两个挖土输送犁的挖土深度；储液箱80，其设置在车体上；至少两个导液管，其一端连通至储液箱的底部，另一端向下延伸并分别设置在至少两个挖土输送犁的后方；至少两个喷嘴801，其分别设置在至少两个导液管的另一端上，且在车体的行进方向上，至少两个喷嘴位于至少两个翻土犁的前方。

在本方案中，车体用于承载其他组件并实现行走式土壤治理，实现原位治理污染土壤：车体的两侧设置有轮体101，可在牵引车的带动下根据实际需要进行一定速度的行进，至少两个挖土输送犁并排间隔开设置在车体的下方，至少两个挖土输送犁为带有尖端的弧形金属片体，两个挖土输送犁的尖端朝向车体的行进方向，且弧形金属片体的尾端卷绕成筒形以在挖土输送犁的轴向上形成一输送通道；可挖取一定深度的土壤并通过至少两个螺旋形输送筒最终输送至混合箱，在混合箱中将挖取的土壤进行粉碎，并将粉碎的土壤与重金属治理组合物进行充分的混合；最后经多个第一出料口出料至布料器，通过布料器将混合的土壤与重金属治理组合物均匀铺设在翻耕过的土壤上，布料器的内腔与多个第一出料口通过倾斜设置的输送通道连通；减小混合箱与布料器之间的连接通路，以在一定程度上阻挡刚刚进入混合箱的土壤直接进入布料器，提高混合效果；此外，储液箱用于储存重金属治理液，当至少两个挖土输送犁挖取一定深度的土壤在其后方形成条形沟时，至少两个导液管和至少两个喷嘴相互配合，将重金属治理液按量喷施入条形沟内，之后通过至少两个翻土犁土壤翻耕条形沟周围的土壤并掩埋条形沟。在实际应用中，至少两个翻土犁均可通过液压伸缩杆701或电动伸缩杆701升降，以调节其相对于车体的高度，避免影响车体的行进。

综上，土壤重金属治理装置可在翻耕同时在重金属土壤的较深位置按量喷淋入重金属治理液，并给翻耕后的土壤表层覆盖带有重金属治理组合物的土壤层，进而对重金属污染土壤进行分层的深度治理，以有效提高治理效果。

如图3所示，一个优选方案中，所述混合箱的底部朝向车体的行进方向倾斜设置，且所述混合箱的底部与车体的轴向呈小于15度的夹角。混合箱的底部与车体的夹角小于15度，以一定程度上阻挡刚刚进入混合箱的土壤直接进入布料器，提高混合效果。

如图4所示，一个优选方案中，所述混合箱还包括相互连通设置的混合搅拌部402和混合输送部403，所述混合搅拌部为竖直设置的圆柱形筒体ⅰ，所述搅拌器竖直设置在混合搅拌部内，所述混合输送部为横向设置的半圆柱形筒体ⅱ，且所述混合输送部的轴向上设置有旋转输送辊404；多排金属刷毛4041，其与所述旋转输送辊同轴均匀分布在旋转输送辊上，且旋转输送辊的旋转方向为自所述混合搅拌部向所述混合输送部；所述混合搅拌部的高度h与所述混合输送部的横切面直径r的关系为h≥2r。在本方案中，混合搅拌部可充分混合土壤与重金属治理组合物，而横设的混合输送部，一方面可阻挡土壤及重金属治理组合物直接流出混合搅拌部，另一方面又可定时定量的将混合好的土壤与重金属治理组合物向外输送。

一个优选方案中，所述车体行进过程中，至少两个翻土犁的翻地深度h1与至少两个挖土输送犁的挖土深度h2的关系为h1≤2/3h2。

如图5所示，一个优选方案中，所述储料箱的底部为漏斗状，且靠近所述储料箱的底部设置有震动筛。震动筛的孔径大于重金属治理组合物的最大粒径，以震动促进输送重金属治理组合物为主，过筛为辅。

一个优选方案中，任一个螺旋形输送筒的长度小于3米。根据设置的混合箱的高度进行调节，任一个螺旋形输送筒的长度可以是1米、2米或3米。

实施例2

采用上述土壤重金属治理装置治理重金属污染的方法具体如下：

步骤一，深翻待处理地块，翻地深度为0.4-0.45m；

步骤二，采用土壤重金属治理装置的至少两个挖土输送犁间隔一定距离深挖条形沟，并通过至少两个喷嘴淋入一定量的重金属治理液，按待处理的重金属土壤面积计算，重金属治理液的用量为2l/m²；将条形沟中挖出的土壤与重金属治理组合物按照质量比5:1的比例混合获得混合物，备用；

步骤三，采用土壤重金属治理装置的至少两个翻土犁浅翻条形沟之间的地面，掩埋条形沟并整平地面；

步骤四，采用布料器将混合物平铺在整平的地面上。

其中，相邻两条形沟之间的距离为0.8-0.9m，任一条形沟的宽度为0.1-0.2m，任一条形沟的深度为0.45-0.50m。

浅翻深度为0.2-0.25m。

所述重金属治理液的制备方法如下：

按重量份数计，将10份无重金属污染的林地土、5份厨余垃圾、2份糖渣和1份作物秸秆混合发酵获得发酵产物，之后，边搅拌边用10份水淋洗发酵产物获得淋洗液和残渣，重复淋洗2-3次后将淋洗液合并，之后将淋洗液稀释500倍获得重金属治理液；重金属治理液中含有一定量的有机物及多种有益菌，以调节重金属土壤中有益菌的含量及分布，提高治理效果；

所述重金属治理液的制备方法如下：

按重量份数计，将5份残渣、2份生石灰、1份2,3-二磷酸甘油酸和2份硅藻土混合均匀后压缩成粒径小于2mm的颗粒，之后，将颗粒与3份活性炭和1份粉煤灰混合均匀后制备获得重金属治理组合物。

实施例3

采用上述土壤重金属治理装置治理重金属污染的方法具体如下：

步骤一，深翻待处理地块，翻地深度为0.45-0.50m；

步骤二，采用土壤重金属治理装置的至少两个挖土输送犁间隔一定距离深挖条形沟，并通过至少两个喷嘴淋入一定量的重金属治理液，按待处理的重金属土壤面积计算，重金属治理液的用量为3l/m²；将条形沟中挖出的土壤与重金属治理组合物按照质量比5:1的比例混合获得混合物，备用；

步骤三，采用土壤重金属治理装置的至少两个翻土犁浅翻条形沟之间的地面，掩埋条形沟并整平地面；

步骤四，采用布料器将混合物平铺在整平的地面上。

其中，相邻两条形沟之间的距离为0.9-1.0m，任一条形沟的宽度为0.2-0.3m，任一条形沟的深度为0.50-0.55m。

浅翻深度为小于0.15-0.2m。

所述重金属治理液的制备方法如下：

按重量份数计，将10份无重金属污染的林地土、5份厨余垃圾、2份糖渣和1份作物秸秆混合发酵获得发酵产物，之后，边搅拌边用10份水淋洗发酵产物获得淋洗液和残渣，重复淋洗2-3次后将淋洗液合并，之后将淋洗液稀释700倍获得重金属治理液；重金属治理液中含有一定量的有机物及多种有益菌，以调节重金属土壤中有益菌的含量及分布，提高治理效果；

所述重金属治理液的制备方法如下：

按重量份数计，将5份残渣、2份生石灰、1份2,3-二磷酸甘油酸和2份硅藻土混合均匀后压缩成粒径小于2mm的颗粒，之后，将颗粒与3份活性炭和1份粉煤灰混合均匀后制备获得重金属治理组合物。

实施例4

采用上述土壤重金属治理装置治理重金属污染的方法具体如下：

步骤一，深翻待处理地块，翻地深度为0.50-0.55m；

步骤二，采用土壤重金属治理装置的至少两个挖土输送犁间隔一定距离深挖条形沟，并通过至少两个喷嘴淋入一定量的重金属治理液，按待处理的重金属土壤面积计算，重金属治理液的用量为5l/m²；将条形沟中挖出的土壤与重金属治理组合物按照质量比5:2的比例混合获得混合物，备用；

步骤三，采用土壤重金属治理装置的至少两个翻土犁浅翻条形沟之间的地面，掩埋条形沟并整平地面；

步骤四，采用布料器将混合物平铺在整平的地面上。

其中，相邻两条形沟之间的距离为1.1-1.2m，任一条形沟的宽度为0.3-0.4m，任一条形沟的深度为0.50-0.55m。

浅翻深度为小于0.2-0.25m。

所述重金属治理液的制备方法如下：

按重量份数计，将10份无重金属污染的林地土、5份厨余垃圾、2份糖渣和1份作物秸秆混合发酵获得发酵产物，之后，边搅拌边用10份水淋洗发酵产物获得淋洗液和残渣，重复淋洗2-3次后将淋洗液合并，之后将淋洗液稀释1000倍获得重金属治理液；重金属治理液中含有一定量的有机物及多种有益菌，以调节重金属土壤中有益菌的含量及分布，提高治理效果；

所述重金属治理液的制备方法如下：

按重量份数计，将5份残渣、2份生石灰、1份2,3-二磷酸甘油酸和2份硅藻土混合均匀后压缩成粒径小于2mm的颗粒，之后，将颗粒与3份活性炭和1份粉煤灰混合均匀后制备获得重金属治理组合物。

对比例1

直接将与实施例2等量的重金属治理液喷淋于待处理地块。

对比例2

直接将与实施例3的重金属治理液喷淋于待处理地块。

对比例3

直接将与实施例4的重金属治理液喷淋于待处理地块。

对比例4

将表层土与重金属治理组合物按实施例2比例混合后施于待处理地块。

对比例5

将表层土与重金属治理组合物按实施例3比例混合后施于待处理地块。

对比例6

将表层土与重金属治理组合物按实施例4比例混合后施于待处理地块。

4月中旬，分别设置相同的待处理地块，并对待处理地块采用实施例1-3及对比例1-6的方法处理后，稳定平衡一个月后进行菠菜移栽，田间水分管理与正常的设施农业生产相一致，适时进行杀虫、除草、浇水，为防止边修复边污染，试验期间，采用无污染的地下水灌溉；6月底采集土壤样品和植物样。分析测定相应生物学指标和化学指标。

样品采集：

1.植物样采集：菠菜生长一个月后s取样法取样，各待处理地块9个点。经自来水冲洗、去离子水润洗后用滤纸擦干，植物称鲜重，然后在105℃杀青0.5h，75℃下烘干至恒重，称干重，样品粉碎后用于植物cd含量的测定，每个待处理地块9个点取平均值。

2.土壤样品采集：土壤样品同样采用s取样法，取样深度0-20cm，各待处理地块9个点。取3组植物根际土，混合均匀装袋带回实验室。土壤样品经自然风干，机械粉碎后过80目筛。制备好的土壤样品用于测定土壤重金属含量的测定，每个待处理地块9个点取平均值。

数据统计

植物总镉含量数据统计结果见表1

表1

由表1可知：不同处理后，植物总镉含量均产生一定变化，均能使菠菜中cd的含量达到《食用农产品产地环境质量评价标准》(≤0.2mg·kg-1)，其中实施例2～实施例4效果较好，实施例3处理效果最为明显，效果远优于其他组别。

土壤有效态镉含量统计结果见表2

表2

由表2可知：不同处理后，污染土壤的有效态cd含量均有所降低，其中实施例2～实施例4的修复效果较其他组别效果，实施例3效果更为明显，效果远优于其他组别。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。