本发明涉及废物高附加值利用领域，具体涉及重金属收获物中重金属与能量元素切割回收装置，还涉及重金属收获物中重金属与能量元素切割回收方法，以实现超富集重金属收获物的资源化与能源化利用。
背景技术：
土壤是人类环境的重要组成部分，是人们生活生产的基础，但近年来由于城市和工业的迅速发展，土壤污染成为我国突出的环境问题之一。尤其以土壤重金属污染最为严重，土壤重金属污染主要来自矿山开采、金属冶炼等工业生产的三废以及污灌、农药、化肥的不合理施用等。土壤重金属污染不仅导致土壤退化、农作物产量和质量的降低，且重金属在土壤中会被植物吸收，积累到一定限度就会对植物产生毒害，并可能通过食物链直接或间接地对人体健康产生危害。
目前，土壤重金属污染的治理方法主要有两种途径：一是改变重金属在土壤中的存在形态，使其由活化态转变为稳定态,以此来降低重金属的扩散性、水溶性和生物毒性，如添加土壤改良剂，但这种途径只是将重金属暂时稳定在土壤中，没有从根本上解决重金属污染问题，还存在潜在的威胁；二是直接从土壤中去除重金属，如换土法、清洗法、热处理法等，但这些方法虽然效果理想，但耗费人力物力，且不适用于大面积的土壤重金属污染问题。
近年来，植物修复技术作为一种新兴的土壤重金属修复技术正成为研究热点，植物修复技术即选择具有超富集重金属作用的植物，将其种植于被重金属污染的土壤中，随着植物的长大，重金属逐渐富集到植物体内，最后将植物收割以除去土壤中的重金属。这种修复技术在治理成效上具有永久性，社会生态综合效应良好，且操作成本低，进而成为环境领域的研究热点。超富集植物的选择及研究正逐渐发展，但鲜少有人研究经富集作用吸收重金属的收获物的后续处理措施，将土壤修复超富集重金属收获物有效处理，是目前植物修复技术亟待完善和解决的问题之一。目前收获物处理的方法如焚烧法、填埋法、高温分解法、液相萃取法等均属于处理废弃物的一般方法，不能有效的利用收获物中的各种有用物质，使其资源化和能源化。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对收获物处理的问题上，提供重金属收获物中重金属与能量元素切割回收装置，还提供重金属收获物中重金属与能量元素切割回收方法，低温慢速热解收获物将生物炭、生物油、生物燃气分离出来，以实现超富集收获物无害化处理、资源化和能源化利用。
为实现上述目的，本发明采用如下措施：
重金属收获物中重金属与能量元素切割回收装置，包括进料斗，还包括流化床热解炉，进料斗的底部的出料端与流化床热解炉的进料端连通，进料斗顶部与二氧化碳气源连通，所述的流化床热解炉的底部的进气口与二氧化碳气源连通。
如上所述的流化床热解炉内的热解温度为350～450℃。
如上所述的流化床热解炉的出料端与生物炭收集器连通，流化床热解炉的顶部的出气端通过通气管与生物炭粒子填充器一端连接，生物炭粒子填充器另一端与常温冷凝管一端连接，常温冷凝管另一端与第一超低温冷凝管一端连通，第一超低温冷凝管另一端与第二超低温冷凝管一端，第二超低温冷凝管另一端与气柜连通，生物炭粒子填充器内填充有粒径为10～20mm的秸秆生物炭颗粒，第一超低温冷凝管内填充有粒径为5～15mm的秸秆生物炭颗粒，第一超低温冷凝管和第二超低温冷凝管内冷凝温度相同且均为-5～-15℃。
如上所述的进料斗的底部的出料端设置有第一阀门，所述的流化床热解炉的进料端设置有第二阀门。
如上所述的第一超低温冷凝管和第二超低温冷凝管的管径相同，均为50～150mm。
重金属收获物中重金属与能量元素切割方法，包括以下步骤：
步骤1、打开第一阀门，待处理的超富集重金属收获物从进料斗给入，通过二氧化碳气源向进料斗通入二氧化碳气体，通过二氧化碳气源向流化床热解炉的底部的进气口通入二氧化碳气体，
步骤2、超富集重金属收获物经进料斗的底部的出料端进入流化床热解炉，流化床热解炉内超富集重金属收获物在二氧化碳气流的推动下热解，流化床热解炉内的热解产物生物炭经流化床热解炉的出料端输出到生物炭收集器，而流化床热解炉内热解产生的热解气体由通气管输送至生物炭粒子填充器，
步骤3、热解气体进入生物炭粒子填充器后，生物炭粒子填充器捕捉一部分重质油，经生物炭粒子填充器处理后的热解气体进而进入常温冷凝管进行常温重质油冷凝，收集生物炭粒子填充器和常温冷凝管内的重质油，
步骤4、经过常温冷凝管冷凝后的热解气体依次进入第一超低温冷凝管和第二超低温冷凝管进行冷凝，收集第一超低温冷凝管和第二低温冷凝管内的轻质油，剩余的小分子生物燃气由后续的气柜收集。
现有技术在处理重金属收获物时，没有尽可能的将收获物资源化和能源化，只是将其作为固体废物处置，而收获物中的能量元素没有得到很好的利用。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、完善和解决了土壤重金属污染植物修复的后续处理措施，为我国超富集植物修复重金属污染土壤提供革新的技术支撑。
2、土壤修复收获物低温慢速热解，一次性完成了分类收集生物炭(重金属镉等富集)、生物油和生物燃气的多联产途径。
3、实现能量元素(C和H)和重金属元素(镉等)切割利用，形成土壤修复收获物多联产的高附加值利用技术，符合目前废物资源化利用的可持续发展需求。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图1中：1—进料斗；2—流化床热解炉；3—生物炭收集器；4—通气管；5—生物炭粒子填充器；6—常温冷凝管；7—第一超低温冷凝管；8—第二超低温冷凝管；9—气柜；10—第一阀门；11—第二阀门；12—进料斗进气口；13—进气口；14—超低温冷凝器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
实施例1
如图1所示，重金属收获物中重金属与能量元素切割回收装置，包括进料斗1，还包括流化床热解炉2，进料斗1的底部的出料端与流化床热解炉2的进料端连通，流化床热解炉2的出料端与生物炭收集器3连通，流化床热解炉2的顶部的出气端通过通气管4与生物炭粒子填充器5一端连接，生物炭粒子填充器5另一端与常温冷凝管6一端连接，常温冷凝管6另一端与第一超低温冷凝管7一端连通，第一超低温冷凝管7另一端与第二超低温冷凝管8一端，第二超低温冷凝管8另一端与气柜9连通，生物炭粒子填充器5内填充有粒径为10mm的秸秆生物炭颗粒，第一超低温冷凝管7内填充有粒径为5mm的秸秆生物炭颗粒，第一超低温冷凝管7和第二超低温冷凝管8内冷凝温度相同且均为-5℃。
进料斗1顶部与二氧化碳气源连通，所述的流化床热解炉2的底部的进气口与二氧化碳气源连通。
进料斗1的底部的出料端设置有第一阀门10，所述的流化床热解炉(2)的进料端设置有第二阀门11。
第一超低温冷凝管7和第二超低温冷凝管8的管径相同，均为50mm。
利用实施例1中的重金属收获物中重金属与能量元素切割回收装置进行重金属收获物中重金属与能量元素切割回收方法，包括以下步骤：
步骤1、打开第一阀门10，超富集重金属收获物从进料斗1给入，通过二氧化碳气源向进料斗1通入二氧化碳气体，通过二氧化碳气源向流化床热解炉2的底部的进气口通入二氧化碳气体。
步骤2、超富集重金属收获物经进料斗1的底部的出料端进入流化床热解炉2(超富集重金属收获物和二氧化碳气体同时在第二阀门11的控制下经过进料管道进入流化床热解炉2)，流化床热解炉2内超富集重金属收获物在二氧化碳气流的推动下热解，流化床热解炉2内的温度设置为350℃，流化床热解炉(2)内的热解产物生物炭(富含重金属Cd等)经流化床热解炉2的出料端输出到生物炭收集器3，而流化床热解炉2内热解产生的热解气体由通气管4输送至生物炭粒子填充器5。
步骤3、热解气体进入生物炭粒子填充器5后，生物炭粒子填充器5捕捉一部分重质油，经生物炭粒子填充器5处理后的热解气体进而进入常温冷凝管6进行常温重质油冷凝，常温冷凝温度为25℃，收集生物炭粒子填充器5和常温冷凝管6内的重质油。
步骤4、经过常温冷凝管6冷凝后的热解气体依次进入第一超低温冷凝管7和第二超低温冷凝管8进行冷凝，收集第一超低温冷凝管7和第二低温冷凝管8内的轻质油。剩余的小分子生物燃气由后续的气柜9收集。
表1实施例1的步骤1中超富集重金属收获物中各种重金属的含量
表2实施例1的步骤2中的热解产物生物炭中各种重金属的保留率
表3实施例1的步骤3、4中的重质油、轻质油和小分子生物燃气中各种重金属的保留率
超富集收获物随着CO2气流进入热解炉并在350℃温度下进行热解。相比于N2等气体，CO2气体相对更廉价易得，经CO2气氛下热解收获物所得的生物炭中富含镉等重金属，实现重金属和能量元素(C和H)的分离，而含有能量元素的热解气体经不同温度(常温冷凝阶段25℃，超低温冷凝阶段-5℃)的冷凝阶段分离出重质油、轻质油和小分子生物燃气，最大化的完成超富集重金属收获物的资源化利用。
实施例2
如图1所示，重金属收获物中重金属与能量元素切割回收装置，包括进料斗1，还包括流化床热解炉2，进料斗1的底部的出料端与流化床热解炉2的进料端连通，流化床热解炉2的出料端与生物炭收集器3连通，流化床热解炉2的顶部的出气端通过通气管4与生物炭粒子填充器5一端连接，生物炭粒子填充器5另一端与常温冷凝管6一端连接，常温冷凝管6另一端与第一超低温冷凝管7一端连通，第一超低温冷凝管7另一端与第二超低温冷凝管8一端，第二超低温冷凝管8另一端与气柜9连通，生物炭粒子填充器5内填充有粒径为15mm的秸秆生物炭颗粒，第一超低温冷凝管7内填充有粒径为10mm的秸秆生物炭颗粒，第一超低温冷凝管7和第二超低温冷凝管8内冷凝温度相同且均为-10℃。
进料斗1顶部与二氧化碳气源连通，所述的流化床热解炉2的底部的进气口与二氧化碳气源连通。
进料斗1的底部的出料端设置有第一阀门10，所述的流化床热解炉2的进料端设置有第二阀门11。
第一超低温冷凝管7和第二超低温冷凝管8的管径相同，均为100mm。
利用实施例2中的重金属收获物中重金属与能量元素切割回收装置进行重金属收获物中重金属与能量元素切割回收方法，包括以下步骤：
步骤1、打开第一阀门10，超富集重金属收获物从进料斗1给入，通过二氧化碳气源向进料斗1通入二氧化碳气体，通过二氧化碳气源向流化床热解炉2的底部的进气口通入二氧化碳气体。
步骤2、超富集重金属收获物经进料斗1的底部的出料端进入流化床热解炉2(超富集重金属收获物和二氧化碳气体同时在第二阀门11的控制下经过进料管道进入流化床热解炉2)，流化床热解炉2内超富集重金属收获物在二氧化碳气流的推动下热解，流化床热解炉2内的温度设置为400℃，流化床热解炉2内的热解产物生物炭(富含重金属Cd等)经流化床热解炉2的出料端输出到生物炭收集器3，而流化床热解炉2内热解产生的热解气体由通气管4输送至生物炭粒子填充器5。
步骤3、热解气体进入生物炭粒子填充器5后，生物炭粒子填充器(5)捕捉一部分重质油，经生物炭粒子填充器5处理后的热解气体进而进入常温冷凝管6进行常温重质油冷凝，常温冷凝温度为25℃，收集生物炭粒子填充器5和常温冷凝管6内的重质油。
步骤4、经过常温冷凝管6冷凝后的热解气体依次进入第一超低温冷凝管7和第二超低温冷凝管8进行冷凝，收集第一超低温冷凝管7和第二低温冷凝管8内的轻质油。剩余的小分子生物燃气由后续的气柜9收集。
表4实施例2的步骤1中超富集重金属收获物中各种重金属的含量
表5实施例2的步骤2中的热解产物生物炭中各种重金属的保留率
表6实施例2的步骤3、4中的重质油、轻质油和小分子生物燃气中各种重金属的保留率
超富集收获物随着CO2气流进入热解炉并在400℃温度下进行热解。相比于N2等气体，CO2气体相对更廉价易得，经CO2气氛下热解收获物所得的生物炭中富含镉等重金属，实现重金属和能量元素(C和H)的分离，而含有能量元素的热解气体经不同温度(常温冷凝阶段25℃，超低温冷凝阶段-10℃)的冷凝阶段分离出重质油、轻质油和小分子生物燃气，最大化的完成超富集重金属收获物的资源化利用。
实施例3
如图1所示，重金属收获物中重金属与能量元素切割回收装置，包括进料斗1，还包括流化床热解炉2，进料斗1的底部的出料端与流化床热解炉2的进料端连通，流化床热解炉2的出料端与生物炭收集器3连通，流化床热解炉2的顶部的出气端通过通气管4与生物炭粒子填充器5一端连接，生物炭粒子填充器5另一端与常温冷凝管6一端连接，常温冷凝管6另一端与第一超低温冷凝管7一端连通，第一超低温冷凝管7另一端与第二超低温冷凝管8一端，第二超低温冷凝管8另一端与气柜9连通，生物炭粒子填充器5内填充有粒径为20mm的秸秆生物炭颗粒，第一超低温冷凝管7内填充有粒径为15mm的秸秆生物炭颗粒，第一超低温冷凝管7和第二超低温冷凝管8内冷凝温度相同且均为-15℃。
进料斗1顶部与二氧化碳气源连通，所述的流化床热解炉2的底部的进气口与二氧化碳气源连通。
进料斗1的底部的出料端设置有第一阀门10，所述的流化床热解炉2的进料端设置有第二阀门11。
第一超低温冷凝管7和第二超低温冷凝管8的管径相同，均为150mm。
利用实施例3中的重金属收获物中重金属与能量元素切割回收装置进行重金属收获物中重金属与能量元素切割回收方法，包括以下步骤：
步骤1、打开第一阀门10，超富集重金属收获物从进料斗1给入，通过二氧化碳气源向进料斗1通入二氧化碳气体，通过二氧化碳气源向流化床热解炉2的底部的进气口通入二氧化碳气体。
步骤2、超富集重金属收获物经进料斗1的底部的出料端进入流化床热解炉2(超富集重金属收获物和二氧化碳气体同时在第二阀门11的控制下经过进料管道进入流化床热解炉2)，流化床热解炉2内超富集重金属收获物在二氧化碳气流的推动下热解，流化床热解炉2内的温度设置为450℃，流化床热解炉2内的热解产物生物炭(富含重金属Cd等)经流化床热解炉2的出料端输出到生物炭收集器3，而流化床热解炉2内热解产生的热解气体由通气管4输送至生物炭粒子填充器5。
步骤3、热解气体进入生物炭粒子填充器5后，生物炭粒子填充器5捕捉一部分重质油，经生物炭粒子填充器5处理后的热解气体进而进入常温冷凝管6进行常温重质油冷凝，常温冷凝温度为25℃，收集生物炭粒子填充器5和常温冷凝管6内的重质油。
步骤4、经过常温冷凝管6冷凝后的热解气体依次进入第一超低温冷凝管7和第二超低温冷凝管8进行冷凝，收集第一超低温冷凝管7和第二低温冷凝管8内的轻质油。剩余的小分子生物燃气由后续的气柜9收集。
表7实施例3的步骤1中超富集重金属收获物中各种重金属的含量
表8实施例3的步骤2中的热解产物生物炭中各种重金属的保留率
表9实施例3的步骤3、4中的重质油、轻质油和小分子生物燃气中各种重金属的保留率
超富集收获物随着CO2气流进入热解炉并在450℃温度下进行热解。相比于N2等气体，CO2气体相对更廉价易得，经CO2气氛下热解收获物所得的生物炭中富含镉等重金属，实现重金属和能量元素(C和H)的分离，而含有能量元素的热解气体经不同温度(常温冷凝阶段25℃，超低温冷凝阶段-15℃)的冷凝阶段分离出重质油、轻质油和小分子生物燃气，最大化的完成超富集重金属收获物的资源化利用。
上述描述是针对本发明可实施例的具体说明，但并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明的等效实施或变更均应包含在本申请的保护范围内。