本发明属于土壤重金属污染修复领域，具体涉及一种萃取土壤中重金属的修复装置及方法。
背景技术：
土壤是人类赖以生存和发展的最主要的自然资源之一。随着人类社会经济的发展，由于大气干湿沉降、污水灌溉以及农药化肥大量使用等我国土壤污染日趋严重。据环保部官方报道，我国耕地约有1/5受到不同程度污染，其中镉为主要污染物之一。土壤污染已严重威胁到国家粮食安全，若不合理控制，则污染物通过食物链传递对人体健康造成巨大影响。2015年国务院发布了《土壤污染防治行动计划》(简称“土十条”)，随后各省市地区也相继发布了符合当地实际的“土十条”，而且我国第一部关于土壤污染的单行法—《土壤污染防治法》也即将出台，这说明土壤污染已经引起了党中央和国务院的高度重视，土壤修复刻不容缓。
传统的客土、换土或深耕翻土等物理修复手段虽然处理速度快，效果显著，但污染土并未得到处理，只是将重金属深翻到土壤深处或转移至其他地方。利用植物或微生物联合修复方法虽然可将重金属提取出来，但是该方法处理周期长，重金属残留量大，成本相对较高。虽然利用固化/稳定化技术可将土壤中的重金属固定，降低其生物有效性和迁移性，但是适用土壤类型较窄，不适用于农田或修复后再种植的场地。
异位土壤淋洗/萃取修复技术是一种物理化学分离技术，可有效地将污染物从土壤中移除，降低对地下水污染的潜在风险，修复效率高，治理成本低，而且易于实现系统控制和废弃物减量化，己成为污染土壤快速修复技术研究的热点方向之一。但面临的问题是传统搅拌萃取操作时间长，萃取不完全，而且一些高效萃取剂(如螯合试剂、表面活性剂)不易重复利用，萃取剂残留在土壤中易对环境造成二次污染。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种萃取土壤中重金属的修复装置及方法，以克服现有技术中的问题，本发明既能高效萃取土壤中重金属又能便捷回收利用萃取剂。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种萃取土壤中重金属的修复装置，包括土样处理系统，土样处理系统的出口连接有超声波强化萃取系统，超声波强化萃取系统的出泥口连接有泥水分离系统，超声波强化萃取系统的出水口连接有萃取液处理再利用系统，且泥水分离系统的回收水连接至萃取液处理再利用系统的入口处，萃取液处理再利用系统的回收水连接至超声波强化萃取系统的入水口。
进一步地，所述的土样处理系统包括土样粉碎机，土样粉碎机的出口端连接有滚筒筛，滚筒筛的出口端通过传送带连接至超声波强化萃取系统的进料口。
进一步地，所述的超声波强化萃取系统包括淋洗槽，进料口设置在淋洗槽的一侧，淋洗槽的另一侧通过淋洗槽排水口连接至萃取液处理再利用系统，淋洗槽的顶部设有淋洗槽布水器，淋洗槽布水器的顶部设有入水口，淋洗槽布水器的下部设有带有超声波探头的浆式搅拌器，淋洗槽的底部通过淋洗槽排泥口连接至泥水分离系统。
进一步地，所述的泥水分离系统包括设置在淋洗槽排泥口下侧的水力旋流分离器，水力旋流分离器的底部通过水力旋流分离器排泥口连接至修复后土壤回收池，水力旋流分离器的一侧通过水力旋流分离器排水口连接有集水池，集水池的出口端连接至萃取液处理再利用系统的入口处。
进一步地，所述的萃取液处理再利用系统包括过滤设备，过滤设备的顶部设置有过滤设备布水器，淋洗槽排水口和集水池的出口端均连接至过滤设备布水器的顶部入口，过滤设备的底部通过过滤设备排水口连接至离子交换树脂罐，离子交换树脂罐的顶部设有离子交换树脂罐布水器，过滤设备排水口连接至离子交换树脂罐布水器的顶部入口，离子交换树脂罐的底部通过离子交换树脂罐排水口连接有萃取液集水池，萃取液集水池的出口端连接至淋洗槽布水器顶部的入水口。
进一步地，淋洗槽排水口和集水池的出口端均通过增压泵连接至过滤设备布水器的顶部入口。
进一步地，萃取液集水池的出口端通过提升泵连接至淋洗槽布水器顶部的入水口，且提升泵和淋洗槽布水器顶部入水口之间设有流量计。
进一步地，过滤设备中从上至下依次设置有第一滤网、第二滤网和第三滤网；离子交换树脂罐中从上至下依次设置有第一离子交换树脂单元、第二离子交换树脂单元和第三离子交换树脂单元。
进一步地，过滤设备的侧面设有第一可视门，离子交换树脂罐的侧面设有第二可视门。
一种萃取土壤中重金属的方法，采用上述的萃取土壤中重金属的修复装置，污染土样经土样处理系统预处理后，进入超声波强化萃取系统进行超声波强化萃取，待土样重金属检测达标后，将萃取液排到萃取液处理再利用系统中，萃取后的土样排到泥水分离系统中，分离后的水样也排到萃取液处理再利用系统中，经萃取液处理再利用系统回收的萃取液排入超声波强化萃取系统中再次利用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明将土样经土样处理系统处理后，采用超声波强化萃取系统进行萃取，固体部分经泥水分离系统进行分离，液体部分经萃取液处理再利用系统进行回收，既能高效萃取土壤中镉又能便捷回收利用萃取剂，另外本发明采用的超声波可在溶液内部产生强烈振动搅拌作用和超声空化效应，直接作用于样品内部。在萃取土壤中重金属的工艺中，将超声波强化与传统淋洗重金属技术结合，并优化超声波作用参数，使样品内部振荡均匀，短时间即可达到所要求的效果，减少洗脱液的用量，克服传统振荡器操作时间长，振荡不均匀等问题，提高了萃取效率。另外，本发明采用离子交换树脂分离萃取液中重金属，既可高效的回收萃取液中重金属，又可循环使用萃取液降低了传统重金属污染土壤萃取方法造成二次污染的风险及重金属污染土壤修复的成本。
进一步地，在淋洗槽上端设置淋洗槽布水器，可达到广泛布水的效果。
进一步地，将浆式搅拌器与超声波探头一体，既可高效的使萃取液与土壤混匀并震荡均匀，提高萃取效果。
进一步地，离子交换树脂罐上端设置离子交换树脂罐布水器，可达到广泛布水的效果。
进一步地，通过设置第一离子交换树脂单元、第二离子交换树脂单元、第三离子交换树脂单元，其内的离子交换树脂可根据萃取剂及重金属的种类更换调整，可高效快速达到重金属与萃取液的分离。
进一步地，第一离子交换树脂单元、第二离子交换树脂单元、第三离子交换树脂单元右侧开设可视门，运行过程中可检测离子交换树脂的利用程度，若达到饱和程度，可及时更新或冲洗再生离子交换树脂。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1、土样处理系统，2、超声波强化萃取系统，3、萃取液处理再利用系统，4、泥水分离系统，5、土样粉碎机，6、滚筒筛，7、传送带，8、淋洗槽，9、进料口，10、淋洗槽布水器，11、带有超声波探头的浆式搅拌器，12、淋洗槽排泥口，13、淋洗槽排水口，14、过滤设备布水器，15、第一滤网，16、第二滤网，17、第三滤网，18、第一可视门，19、过滤设备排水口，20、增压泵，21、离子交换树脂罐，22、离子交换树脂罐布水器，23、第二可视门，24、第一离子交换树脂单元，25、第二离子交换树脂单元，26、第三离子交换树脂单元，27、离子交换树脂罐排水口，28、萃取液集水池，29、提升泵，30、流量计，31、水力旋流分离器，32、水力旋流分离器排泥口，33、修复后土壤回收池，34、水力旋流分离器排水口，35、集水池。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述：
参见图1，一种萃取土壤中重金属的修复装置，包括土样处理系统1，土样处理系统1的出口连接有超声波强化萃取系统2，超声波强化萃取系统2的出泥口连接有泥水分离系统4，超声波强化萃取系统2的出水口连接有萃取液处理再利用系统3，且泥水分离系统4的回收水连接至萃取液处理再利用系统3的入口处，萃取液处理再利用系统3的回收水连接至超声波强化萃取系统2的入水口。
土样处理系统1包括土样粉碎机5，土样粉碎机5的出口端连接有滚筒筛6，滚筒筛6的筛孔设置为2mm，可使土壤与萃取液接触更充分，滚筒筛6的出口端通过传送带7连接至超声波强化萃取系统2的进料口9，传送带7设置成可旋转传送带，传送带7上安置数个置料斗，可控制输料速度及输料量。
超声波强化萃取系统2包括淋洗槽8，淋洗槽8中的萃取液可选取效果好的表面活性剂、螯合剂等，进料口9设置在淋洗槽8的一侧，淋洗槽8的另一侧通过淋洗槽排水口13连接至萃取液处理再利用系统3，淋洗槽8的顶部设有淋洗槽布水器10，淋洗槽布水器10的顶部设有入水口，淋洗槽布水器10的下部设有带有超声波探头的浆式搅拌器11，淋洗槽8的底部通过淋洗槽排泥口12连接至泥水分离系统4。
泥水分离系统4包括设置在淋洗槽排泥口12下侧的水力旋流分离器31，水力旋流分离器31的底部通过水力旋流分离器排泥口32连接至修复后土壤回收池33，水力旋流分离器31的一侧通过水力旋流分离器排水口34连接有集水池35，集水池35的出口端连接至萃取液处理再利用系统3的入口处。
萃取液处理再利用系统3包括过滤设备，过滤设备中从上至下依次设置有第一滤网15、第二滤网16和第三滤网17，第一滤网15、第二滤网16和第三滤网17的滤孔直径分别为100μm、50μm、1μm，可高效的净化萃取液，防治堵塞离子交换树脂，过滤设备上设有第一可视门18，过滤设备的顶部设置有过滤设备布水器14，淋洗槽排水口13和集水池35的出口端均通过增压泵20连接至过滤设备布水器14的顶部入口，过滤设备的底部通过过滤设备排水口19连接至离子交换树脂罐21，离子交换树脂罐21中从上至下依次设置有第一离子交换树脂单元24、第二离子交换树脂单元25和第三离子交换树脂单元26，第一离子交换树脂单元24、第二离子交换树脂单元25和第三离子交换树脂单元26的端部均设有第二可视门23，离子交换树脂罐21的顶部设有离子交换树脂罐布水器22，过滤设备排水口19连接至离子交换树脂罐布水器22的顶部入口，离子交换树脂罐21的底部通过离子交换树脂罐排水口27连接有萃取液集水池28，萃取液集水池28的出口端通过提升泵29连接至淋洗槽布水器10顶部的入水口，且提升泵29和淋洗槽布水器10顶部入水口之间设有流量计30。
下面对本发明的操作过程做详细描述：
本发明包括土样预处理系统1、超声波强化萃取系统2、泥水分离系统3、萃取液处理再利用系统4。土样处理系统包括土样粉碎机5，土样粉碎机5连接滚筒筛6，滚筒筛6连接传送带7；超声波强化萃取系统2包括通过传送带7连接在淋洗槽8的进料口9，淋洗槽8上部设有淋洗槽布水器10，淋洗槽布水器10下端设有带有超声波探头的浆式搅拌器11，淋洗槽8右侧开设淋洗槽排水口13，淋洗槽8下端设有淋洗槽排泥口12；泥水分离系统4包括连接超声波强化萃取系统3的淋洗槽排泥口12的水力旋流分离器31，水力旋流分离器31的水力旋流分离器排泥口32连接至修复后土壤回收池33，水力旋流分离器31的水力旋流分离器排水口34连接至集水池35；萃取液处理再利用系统3包括连接在过滤设备上的增压泵20，增压泵20连接过滤设备上的过滤设备布水器14，过滤设备布水器14下端依次设置第一滤网15、第二滤网16、第三滤网17，过滤设备的过滤设备出水口19连接至离子交换树脂罐21，离子树脂交换罐21内设有第一离子交换树脂单元24、第二离子交换树脂单元25、第三离子交换树脂单元26，离子交换树脂灌21的离子交换树脂灌排水口27连接萃取液集水池28；萃取液集水池28连接提升泵29，提升泵29连接流量计30，流量计30连接淋洗槽8上的淋洗槽布水器10。
使用时，本发明将取定量重金属污染土样测定其理化性质，后根据性质调节后续萃取细节。污染土样经土样粉碎机5及滚筒筛6进行预处理后，由传送带7送至超声波强化萃取系统2。
预处理后的污染土壤通过进料口9进入超声波强化萃取系统2后，由淋洗槽8内的萃取液(表面活性剂、螯合剂等)萃取重金属。其中先通过淋洗槽布水器10布适量比例的萃取液，通过带有超声波探头的浆式搅拌器11将水土进行混匀并通过超声波强化萃取适当时间，取土样检测重金属达标后将萃取液从排水口13排到萃取液处理再利用系统3内，土样由淋洗槽排泥口12排到泥水分离系统4内。
土样进入泥水分离系统4内由水力旋流分离器31进行土水分离，分离后水样通过水力旋流分离器排水口34排入萃取液处理再利用系统3内，分离处理后的土样通过水力旋流分离器排泥口32排至修复后土壤回收池33内。
由超声波强化萃取系统2排水口13排出的萃取液依次通过萃取液处理再利用系统3内过滤设备的第一滤网15、第二滤网16和第三滤网17，经过滤后的水样经过滤设备排水口19进入离子交换树脂罐21内。离子交换树脂罐21内设置有第一离子交换树脂单元24、第二离子交换树脂单元25和第三离子交换树脂单元26，可通过土壤的性质及萃取液的种类调节离子交换树脂的种类及用量。过滤设备及离子交换树脂灌都侧面均设有可视门，滤网及离子交换树脂可通过观察并检测实际情况来更替。水样经离子交换树脂灌21后排入萃取液集水池28内，调节萃取液集水池28内萃取液参数后循环利用到超声波强化萃取系统2内，其中通过流量计30控制提升泵29的提升速度。