专利名称：水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置及方法
技术领域：
本发明属于环保领域，涉及重金属污染水及土壤修复装置及方法，尤其是涉及重金属污染水及土壤的快速净化修复装置及方法，即水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置及方法。
背景技术：
由于大面积矿山开采或者是重金属冶炼工业，化学工业等产业的废渣，废水的排放等原因给我国很多地区的土壤造成大面积的重金属污染，被污染的土地由于重金属的存在造成农作物的减产和农产品的重金属含量严重超标，食用这些重金属污染的农产品将对人体健康造成危害，有些地区重金属污染程度严重到国家将被污染土地停止耕种，国家和政府每年从财政拿出大量的资金发放给当地的群众买粮食吃。如何将受到重金属污染的土壤进行净化修复是应用科学的当务之急。已知的一种土壤重金属污染治理的方法是采用淋洗的方法，将土壤中的重金属分离出来，这种方法要消耗巨量的水，还要将土壤集中到容器中，费力费工。不利于大规模实施；
另一种已知的方法是采用种植对特定重金属具有富集作用的植被来富集土壤中的重金属，然后割去长出地面的植物，做集中处理来消除土壤中的重金属污染；
还有一种已知的方法是采用动电法，即在土壤中插入石墨电极，然后再土壤中使用电解液，让重金属阳离子依靠电流的作用向电极的负极移动，阴离子向正电极移动，从而达到去除重金属的作用，但由于土壤中阳离子种类丰富繁多，加上土壤对阳离子的吸附作用，很难达到较好的净化效果；
国外还有使用微生物对重金属的吞噬菌来讲重金属转入微生物体内的方法，但如何将微生物与土壤分离成了技术瓶颈；
还有的已知方法是采用将水溶性重金属离子原位转化为水不溶物的方法，这种方法治标不治本，不能从根本上消除重金属的总量，况且，随着土壤化学性质的酸碱度的变化，重金属离子还会从中溶出。不能解决问题。目前，根据申请人所知，尚未有理想的重金属污染快速净化修复过滤装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于克服前述方法存在的不足和问题，提供了既能够从土壤中净化修复重金属污染，又能够适用于水体中重金属污染净化修复的过虑装置及方法，本发明的装置结构简单，方法易行，具有大规模应用前景。本发明的方法是这样实现的，用连接管道将二个以上水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置并联或串联连成净化修复阵列，在该净化修复阵列的连接管道一端接口上连接产生负压的机械动力装置，使水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置中的中空腔过滤芯产生负压，通过中空腔过滤芯内重金属捕集剂填装层捕集污染水及土壤的重金属， 来净化修复被重金属污染的水及土壤；进一步，用直通形连接管道将水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置并联连成净化修复阵列，在该净化修复阵列的连接管道一端接口上连接产生负压的机械动力装置，产生负压的机械动力装置为风机、或抽风机、或鼓风机、或真空泵、或引风机、或轴流风机、或离心泵、或渣浆泵、或增压泵、或循环泵，使水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置中的中空腔过滤芯产生负压，通过中空腔过滤芯内重金属捕集剂填装层捕集污染水及土壤的重金属，来净化修复被重金属污染的水及土壤；
进一步，用U形连接管道将水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置串联连成蛇形净化修复阵列，在该净化修复阵列的连接管道一端接口上连接产生负压的机械动力装置， 产生负压的机械动力装置为风机、或抽风机、或鼓风机、或真空泵、或引风机、或轴流风机、 或离心泵、或渣浆泵、或增压泵、或循环泵，使水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置中的中空腔过滤芯产生负压，通过中空腔过滤芯内重金属捕集剂填装层捕集污染水及土壤的重金属，来净化修复被重金属污染的水及土壤。
本发明的装置是这样实现的，一种水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置，是由封盖和中空腔过滤芯构成，其中，封盖上设置有连口，中空腔过滤芯内至少有一层重金属捕集剂填装层；
进一步，所述的中空腔过滤芯或为圆柱形，或为棱柱形，或为星柱形。进一步，所述的中空腔过滤芯外壳为重金属捕集剂填装层外壳。众所众知，不同的重金属在土壤中存在的化合形态是不同的，但能够被土壤植被吸收污染农产品的重金属一定是水溶性离子态才能在土壤和植物间迁移，例如铅在土壤中存在形态为碱性碳酸铅，要使铅盐转化为水溶性离子态，可以在土壤中施加一定浓度的醋酸水溶液，是的碱式碳酸铅转化为醋酸铅，此时水溶性铅离子便可以随着水的迁移而移动。要想净化修复土壤中存在的重金属，需要营造一种能让水溶性重金属离子快速定向迁移的动因，即金属离子在土壤中的朝我们设计的方向定向移动的动因，否则，溶解的水溶性重金属离子液体将向土壤的下层渗透，这种定向迁移的动因依靠化学的方法是很难达到的，动电法虽然能够推动重金属阳离子定向迁移，但所需时间和耗能是巨大的。本发明可用于土壤净化修复，是利用水分在土壤的三维空间的由高浓度向低浓度扩散的原理，人为的利用土壤的透气透水性，在土壤中设置负压空间，使的中空腔中的空气的高速流动不断的带走中空腔附近土壤中的部分水分，使土壤中水分分布形成浓度差，促使高含水量的水分不断地向低浓度含水量的方向扩散，依靠土壤中水分和气态的定向流动，将水溶性重金属离子向中空腔的负压区域聚集，当重金属离子随同水汽进入中空腔中填装的重金属捕集剂时，重金属离子被捕获，富集在重金属捕集剂中，定期更换中空腔中填装的重金属捕集剂，随着土壤中形成的负压差和梯度液体浓度差，促使重金属的液体连续不断地迅速向中空腔附近移动，重金属离子被中空腔中的重金属捕集剂捕获，进入中空腔的水分和水汽被告诉流动的气体蒸发带走，即可连续进行净化修复。如果利用夏季的雨季使用本发明可以节约大量的水资源，在数小时内将高达数倍于国家标准的铅污染土壤重金属总量净化修复到符合国家标准以内的重金属含量。本发明可用于水体中的重金属污染净化修复，将本发明的过滤装置浸没于被重金属污染的水体中，在水面上或地面将中空腔一端的接口与水泵连接，将中空腔另一端的接口完全封闭，迫使水流流经装填了重金属捕集剂的三维空间中，汇集到中空腔中，依靠水泵的动力将被重金属污染的水体从泵的出口泵出，返回到水体的远端，通过循环水体，流经重金属捕集剂的水中的重金属被富集到捕集剂中，净水返回到远端水体中，经过一段时间的循环净化，可以使水体中的重金属迅速下降，最终达标。本发明的积极效果
本发明的装置被并联或串联成一字型或者蛇形净化修复阵列，放入被重金属污染的土壤和水中，在该阵列的一端接口上连接任何可以在本发明的中空腔过滤芯内产生负压的机械动力装置(风机、抽风机、鼓风机、真空泵、引风机、轴流风机、离心泵、渣浆泵、增压泵、循环泵)，利用重金属捕集剂填装层捕集污染水及土壤的重金属，可有效地净化修复被重金属污染的土壤和水；本发明装置结构新颖，简单，方法易行。具有大规模应用前景。
图1是本发明的结构示意图。图2是本发明的结构A-A剖视图。图3是本发明用U形连接管道将水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置串联连成蛇形净化修复阵列，在该净化修复阵列的连接管道一端接口上连接产生负压的机械动力装置(如机风机、抽风机、鼓风机、真空泵、引风机、轴流风机、离心泵、渣浆泵、增压泵、循环泵)的连接示意图。图4是本发明用直通形连接管道将水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置并联连成净化修复阵列，在该净化修复阵列的连接管道一端接口上连接产生负压的机械动力装置(风机、抽风机、鼓风机、真空泵、引风机、轴流风机、离心泵、渣浆泵、增压泵、循环泵) 的连接示意图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。如图1、2、3、4所示。本发明设计由封盖1和中空腔过滤芯2构成，封盖1上设置有连口 3，连口 3是圆柱形、或椭圆形、或棱柱形，中空腔过滤芯2内至少有一层重金属捕集剂填装层4，也可以根据重金属污染种类多少，有多层重金属捕集剂填装层4 ；
具有两层以上的(含两层，至少有一层重金属捕集剂填装层4)中空腔过滤芯2也可称为复合中空腔快速净化修复过虑装置。该过虑装置的中空腔内外壳由透气透水的金属材料，陶瓷材料，塑料材料，高分子材料构筑而成；复合中空腔至少有一层可以根据重金属的污染种类装填重金属捕集剂；中空腔过滤芯2的两端加装有封盖1，封盖1上开设有圆柱形连口 3，采用直通形或者U形连接管道通过圆柱形连口 3将单个净化修复过虑装置即中空腔过滤芯2并联或串联成一字型或者蛇形净化修复阵列，在该阵列连接管道的一端接口上连接任何可以在中空腔过滤芯2内产生负压的机械动力装置(如风机，抽风机，鼓风机，真空泵，引风机，轴流风机)用以净化修复被重金属污染的土壤。在该阵列连接管道的一端接口上连接水泵(如离心泵，渣浆泵，增压泵，循环泵)用以净化修复被重金属污染的水体。通过可方便拆卸的两端封盖1来更换中空腔过滤芯2内重金属捕集剂填装层4填装的重金属捕集剂。该中空腔过滤芯2或为圆柱形，或为棱柱形，或为星柱形；中空腔过滤芯2外壳与重金属捕集剂填装层4外壳可以为二个外壳，也可以合用一个外壳。
重金属捕集剂填装层4中填装的重金属捕集剂可以根据不同的重金属种类分别采用高分子颗粒材料，无机颗粒材料，纤维状材料。本发明可用于土壤净化修复；
众所众知，不同的重金属在土壤中存在的化合形态是不同的，但能够被土壤植被吸收污染农产品的重金属一定是水溶性离子态才能在土壤和植物间迁移，要想净化修复土壤中存在的重金属，需要一种动因，即金属离子在土壤中的定向移动的动因，这种定向迁移的动因依靠化学的方法是很难达到的，动电法虽然能够推动重金属阳离子定向迁移，但所需时间和耗能是巨大的。本发明是利用水分在土壤的三维空间的由高浓度想低浓度扩散的原理，人为的利用土壤的透气透水性，在土壤中设置负压空间，使本发明中空腔过滤芯2中的空气的高速流动不断的带走土壤中的部分水分，使土壤中水分分布形成浓度差，促使高含水量的水分不断地向低浓度含水量的方向扩散，依靠土壤中水分和气态的定向流动，将水溶性重金属离子向本发明中空腔过滤芯2的负压区域聚集，当重金属离子随同水汽进入本发明中空腔中填装的重金属捕集剂时，重金属离子被捕获，富集在重金属捕集剂中，定期更换本发明中空腔过滤芯2中填装的重金属捕集剂，即可连续进行净化修复。如果利用夏季的雨季使用本发明可以节约大量的水资源，在数小时内将高达数倍于国家标准的铅污染土壤重金属总量净化修复到符合国家标准以内的重金属含量。本发明可用于水体中的重金属污染净化修复；
将本发明的中空腔过滤芯2浸没于被重金属污染的水体中，在水面上或地面将本发明中空腔过滤芯2中一端的连口 3通过连接管道与水泵连接，将本发明中空腔过滤芯2另一端的连口 3完全封闭，迫使水流流经装填了重金属捕集剂的三维空间中，汇集到本发明中空腔过滤芯2中，依靠水泵的动力将被重金属污染的水体从泵的出口泵出，返回到水体的远端，通过循环水体，流经重金属捕集剂的水中的重金属被富集到捕集剂中，净水返回到远端水体中，经过一段时间的循环净化，可以使水体中的重金属迅速下降，最终达标。实施方案一
如图3所示，在即将降雨前，将装填了重金属捕集剂的本发明用U形连接管将多个本发明串联成蛇形阵列，置于土壤犁开的沟槽中，用周围翻起的土壤堆埋在本发明周围，在土壤中混合一定量的酸性溶出剂，封闭本发明一端的封盖，本发明通过连接管道与抽风机连接， 利用下雨时的雨水将土壤中的非水溶性重金属化合态转化为水溶性化合态，开动抽风机， 连续抽风使本发明的中空腔过滤芯2内形成负压空间，迫使接近本发明附近的水溶性重金属向本发明的中空腔过滤芯2中填装的重金属捕集剂方向富集，由于负压的作用本发明中的水分随空气快速流失蒸发，形成土壤中水分的浓度差，造成高浓度水分向本发明附近的低浓度区域迅速扩散，这种扩散造成重金属离子随水流定向运动，最终到达本发明的负压区，水分蒸发，重金属被捕获在本发明中。实施方案二
如图4所示，将多个本发明封堵一端封盖1的圆柱形连口 3，将本发明另一端封盖1的圆柱形连口 3并联连接在拥有多个通道接口的直通形管道上，将该直通形管道与水泵连接，将并联的本发明装填重金属捕集剂后，浸没在被污染水体中，启动水泵，强迫水体进入本发明过滤，经重金属捕集剂过虑后的水经水泵进口进入水泵，从水泵出口泵送到水体远端，循环泵送水体，使水体中重金属被本发明捕获剂富集，从而达到净化修复污染水体的目的。 实施方案三
本发明实施方案一和实施方案二共同在水及土壤中实施。
权利要求
1.一种水及土壤重金属污染快速净化修复过滤方法，其特征在于，用连接管道将二个以上水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置并联或串联连成净化修复阵列，在该净化修复阵列的连接管道一端接口上连接产生负压的机械动力装置，使水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置中的中空腔过滤芯(2)内产生负压，通过中空腔过滤芯(2)内重金属捕集剂填装层(4)捕集污染水及土壤的重金属，来净化修复被重金属污染的水及土壤。
2.根据权利要求1所述的一种水及土壤重金属污染快速净化修复过滤方法，其特征在于，用直通形连接管道将水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置并联连成净化修复阵列，在该净化修复阵列的连接管道一端接口上连接产生负压的机械动力装置，产生负压的机械动力装置为风机、或抽风机、或鼓风机、或真空泵、或引风机、或轴流风机、或离心泵、或渣浆泵、或增压泵、或循环泵，使水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置中的中空腔过滤芯(2)产生负压，通过中空腔过滤芯(2)内重金属捕集剂填装层(4)捕集污染水及土壤的重金属，来净化修复被重金属污染的水及土壤。
3.根据权利要求1所述的一种水及土壤重金属污染快速净化修复过滤方法，其特征在于，用U形连接管道将水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置串联连成蛇形净化修复阵列，在该净化修复阵列的连接管道一端接口上连接产生负压的机械动力装置，产生负压的机械动力装置为风机、或抽风机、或鼓风机、或真空泵、或引风机、或轴流风机、或离心泵、 或渣浆泵、或增压泵、或循环泵，使水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置中的中空腔过滤芯(2 )产生负压，通过中空腔过滤芯(2 )内重金属捕集剂填装层(4 )捕集污染水及土壤的重金属，来净化修复被重金属污染的水及土壤。
4.一种水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置，是由封盖(1)和中空腔过滤芯 (2)构成，其特征在于，封盖(1)上设置有连口(3)，中空腔过滤芯(2)内至少有一层重金属捕集剂填装层(4)。
5.根据权利要求4所述的一种水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置，其特征在于，中空腔过滤芯(2)或为圆柱形，或为棱柱形，或为星柱形。
6.根据权利要求4所述的一种水及土壤重金属污染快速净化修复过滤装置，其特征在于，中空腔过滤芯(2)外壳为重金属捕集剂填装层(4)外壳。
全文摘要
本发明涉及重金属污染水及土壤的快速净化修复装置及方法。本发明的装置是由封盖和中空腔过滤芯构成，封盖上设置有圆柱形连口，中空腔过滤芯内至少有一层重金属捕集剂填装层；本发明的装置被并联或串联成净化修复阵列，放入被重金属污染的土壤和水中，在该阵列的一端接口上连接任何可以在本发明的中空腔过滤芯内产生负压的机械动力装置(如风机、抽风机、鼓风机、真空泵、引风机、轴流风机、离心泵、渣浆泵、增压泵、循环泵)，利用重金属捕集剂填装层捕集污染水及土壤的重金属，可有效地净化修复被重金属污染的土壤和水；本发明装置结构新颖，简单，方法易行。具有大规模应用前景。
文档编号C02F1/62GK102320686SQ20111017515
公开日2012年1月18日 申请日期2011年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者吴正建, 周蓓 申请人:吴正建