一种伸缩挡片式车载污染土壤重金属磁场原位净化装置

1.本发明涉及土壤重金属污染治理领域，具体地说是一种伸缩挡片式车载污染土壤重金属磁场原位净化装置。


背景技术：

2.土壤重金属污染会影响农产品质量安全、人居环境安全和生态环境安全，随着科技发展，现有技术中出现了利用磁性材料富集土壤中的重金属并进行回收实现重金属去除的方式，这种修复手段具有吸附效率高，修复周期短等优点。如授权公告号为cn111589851b的中国发明专利公开了一种农田重金属污染的并齐式修复方法，其通过在土壤内埋设修复棒，并掺杂有重金属捕捉剂和修复微球，其中重金属捕捉剂借用水的渗透作用对土壤内的重金属离子进行捕捉并形成难溶物，修复微球不断剥落表层营养物质的同时通过磁性对重金属难溶物进行吸附捕捉，最后通过磁场对残留后的修复微球和重金属进行回收，该修复棒主要是通过电磁铁控制磁流变液的液态和固态性质变化，并控制修复棒表面孔径限制修复微球的通过以对微球进行回收，该修复棒包含磁流变液、电磁铁、弹性液囊、修整纤维束和双态变径挡针等结构。
3.但由于土壤介质的多样性，使得回收时土壤中磁性材料分离较为困难，现有技术中，配套用于磁性材料回收的农机设备较少。公开号为cn109622582a的中国发明专利中公开了一种车载式农田土壤重金属污染原位修复装备，其先利用推斗向前进取土壤溶液，土壤溶液经过变径搅拌器搅拌和滤网过滤后由管道泵提升至一级磁回收机进行多次磁选，使土壤溶液中的重金属螯合物吸附到磁滚筒上，再经过刮板装置挂落到精料槽回收，同时该装置还设有二级磁回收机以增大磁选面积，但该装置结构过于复杂且能耗较高。而授权公告号为cn213350172u的中国发明专利中公开了一种土壤重金属离子吸附剂的原位回收装置，其将履带设置为磁性履带，磁性履带在行进过程中用于吸附土壤中的磁性重金属离子吸附剂，然后同样利用刮板将履带上的磁性重金属离子吸附剂刮落回收，但履带行进过程中需承受整个设备的重力，容易造成土壤压实和磁性颗粒埋覆，并且吸附的磁性材料直接在水平履带上刮除回收，容易混有土壤颗粒或其他杂质。
4.另外土壤中的磁性材料分离时还需考虑后续处理，授权公告号为cn106076616b的中国发明专利中公开了一种旋转磁棒组合式土壤富集净化原位回收装置，其在升降装置下方设有旋转磁棒组，并且旋转磁棒组外侧设有不锈钢套管，同时该装置还设有曝气搅拌装置，其使用时，曝气搅拌装置中的空压机启动将压缩空气输入搅拌管，压缩空气经搅拌管上的气孔逸出在泥浆中产生气泡并搅拌泥浆以防止磁性材料沉淀，而旋转磁棒组旋转吸附磁性材料，该装置同样结构过于复杂且能耗较高，并且该装置当吸附的磁材料到达一定量时，需要运行到单独的卸载区拆卸旋转磁棒套管进行卸载，不能进行实时回收。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种伸缩挡片式车载污染土壤重金属磁场原位净化装置，
其利用磁棒回转实现磁粒连续提取，并利用挡片弹簧和压缩挡板配合实现非磁挡片伸缩，进而实现磁粒回收，简化结构的同时也降低了设备能耗，并且满足田间连续作业要求。
6.本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
7.一种伸缩挡片式车载污染土壤重金属磁场原位净化装置，包括磁粒提取机构、磁粒回收组件、升降调节装置和农机架体，其中磁粒提取机构包括安装架、磁棒和伸缩挡片组件，所述安装架呈闭环状，且多个磁棒沿着所述安装架的闭环周向运动，所述安装架下端和所述升降调节装置下端均铰接于所述农机架体上，且所述安装架上端通过所述升降调节装置支撑，磁粒回收组件设于农机架体上且设于所述安装架上端下方；所述伸缩挡片组件包括挡片弹簧和设于所述挡片弹簧自由端的非磁挡片，且所述非磁挡片和挡片弹簧均套装于对应的磁棒上，所述安装架中部设有供所述伸缩挡片组件移动的回转通道，所述回转通道两侧设有压缩挡板，且所述压缩挡板设于所述安装架上端下侧，两侧压缩挡板翘起的自由端之间形成供非磁挡片完全弹出的弹出扩口，且所述非磁挡片完全伸出后与对应侧的压缩挡板相抵，并随磁棒移动通过所述压缩挡板压缩后退。
8.所述安装架中部设有两个限位挡板，且两个限位挡板之间形成所述回转通道，所述非磁挡片上设有挡片滑轴，且所述非磁挡片进入所述弹出扩口弹出后，所述挡片滑轴与对应的压缩挡板相抵，所述非磁挡片进入回转通道时，所述挡片滑轴与对应的限位挡板相抵。
9.所述安装架中部设有可转动的链条，且各个磁棒呈悬臂状分设于链条两侧。
10.所述安装架上设有链条驱动装置，所述安装架下端中部设有驱动链轮，所述安装架上端中部设有从动链轮，且所述链条一端绕过对应的驱动链轮，另一端绕过对应的从动链轮，所述驱动链轮通过所述链条驱动装置驱动转动。
11.所述磁粒回收组件包括回收箱体、液体泵、干燥储存箱和箱体旋转机构，其中回收箱体内设有多个腔体，且每个腔体均设有液体泵和磁粒回收感应装置，每个腔体下侧均设有出料口，干燥储存箱设于回收箱体一侧，且每个腔体的出料口通过所述箱体旋转机构驱动回收箱体转动对准所述干燥储存箱的输入端，所述出料口上设有出料控制阀，所述液体泵上设有a管、b管和c管，且所述c管伸入至按旋转方向排序相邻的下一个腔体中。
12.所述箱体旋转机构包括旋转驱动装置、旋转驱动齿轮和环形齿条，其中回收箱体下端转动安装于农机架体上，所述环形齿条设于回收箱体下端，所述旋转驱动装置固设于农机架体上且设于回收箱体下侧，且所述旋转驱动装置的输出轴上设有旋转驱动齿轮与所述环形齿条啮合。
13.所述干燥储存箱内设有烘干滤网、风机和电热丝，所述风机和电热丝设于烘干滤网下侧，所述干燥储存箱下端一侧开口，且风机设于所述开口处；所述回收箱体的各个腔体下端均设有倾斜的过滤网，且所述过滤网的网眼直径小于磁粒直径，所述液体泵)的a管端口设于过滤网下方，b管端口和c管端口设于过滤网上方。
14.磁粒进入磁粒回收组件后先落入充满洗脱液的腔体a中，当腔体a装满后，回收箱体旋转使下一个充满洗脱液的腔体b转至安装架下方承装磁粒，同时腔体a下端的出料口对准干燥储存箱并进行洗脱作业，洗脱时腔体a的出料口关闭，洗脱液由腔体a内液体泵的a管进入、b管排出，洗脱再生完成后，腔体a内液体泵的c管开通、b管关闭，腔体a内的洗脱液经由c管泵入按旋转方向排序相邻且无洗脱液的下一个腔体中，洗脱液流净后，c管关闭，腔体
a下端的出料口开启使磁粒输出。
15.所述农机架体包括前架体和后架体，所述前架体上设有磁粒撒放装置和翻耕装置，所述磁粒提取机构和磁粒回收组件设于所述后架体上。
16.所述前架体前端设有前车轮，所述前架体后端与所述后架体前端可拆卸地连接，所述后架体后端设有后车轮，所述前架体上设有控制系统。
17.本发明的优点与积极效果为：
18.1、本发明利用链条带动磁棒循环转动不断进入土壤泥水中实现磁粒提取，能够满足田间连续作业要求，提高了回收效率，并且磁粒上升过程中，磁粒上的水分以及不被吸附的杂质在重力作用下可以自动下落除去，从而不必再额外设置变径搅拌器、滤网等结构用于过滤，使得结构大大简化，降低能耗。
19.2、本发明的伸缩挡片组件利用挡片弹簧和压缩挡板配合实现非磁挡片伸缩，进而实现磁粒回收，结构简单且性能可靠，同时可配合磁棒循环转动作业。
20.3、本发明的磁粒回收组件能够实现磁粒的实时回收洗脱和干燥存储，避免对修复后土壤的二次污染，并且因为洗脱液在回收箱体的不同腔体内循环使用，可在较长的时间内不用再额外补充洗脱液，满足田间使用要求。
21.4、本发明可根据实际需要将农机架体的前架体和后架体拆分使用，或者结合使用，使用更加灵活。
附图说明
22.图1为本发明的结构示意图，
23.图2为图1中的e向视图，
24.图3为图2中的磁粒提取机构放大示意图，
25.图4为图3中的a处放大图，
26.图5为图1中磁粒回收组件的结构示意图，
27.图6为图5中的磁粒回收组件工作状态示意图一，
28.图7为图5中的磁粒回收组件工作状态示意图二，
29.图8为图5中的磁粒回收组件工作状态示意图三，
30.图9为图5中的磁粒回收组件工作状态示意图四，
31.图10为图5中的磁粒回收组件工作状态示意图五，
32.图11为图6中的液体泵结构示意图。
33.其中，1为磁粒提取机构，101为驱动链轮，102为安装架，1021为回转通道，1022为限位挡板，1023为压缩挡板，1024为弹出扩口，103为从动链轮，104为磁棒，105为链条，106为链条驱动装置，107为后车架，1071为后车轮，1072为连接螺栓，108为伸缩挡片组件，1081为非磁挡片，1082为挡片弹簧，1083为挡片滑轴，2为前架体，201为前车轮，3为磁粒回收组件，301为回收箱体，302为旋转驱动装置，303为旋转驱动齿轮，304为环形齿条，305为旋转轴，306为过滤网，307为磁粒回收感应装置，308为出料口，3081为出料控制阀，309为干燥储存箱，3091为风机，3092为电热丝，3093为烘干滤网，310为隔板，311为液体泵，3111为驱动电机，3112为泵体，3113为通断控制阀，312为回收料斗，4为磁粒，5为控制系统，6为磁粒撒放装置，601为磁粒撒放出口，7为旋耕装置，8为升降调节装置。
具体实施方式
34.下面结合附图对本发明作进一步详述。
35.如图1～11所示，本发明包括磁粒提取机构1、磁粒回收组件3、升降调节装置8和农机架体，其中磁粒提取机构1包括安装架102、磁棒104和伸缩挡片组件108，所述安装架102呈闭环状，且多个磁棒104沿着所述安装架102的闭环周向运动，所述安装架102下端和所述升降调节装置8下端均铰接于所述农机架体上，且所述安装架102上端通过所述升降调节装置8支撑，所述升降调节装置8驱动所述安装架102转动，进而可以调节其下端浸入淹水土壤泥水中的深度，所述磁粒回收组件3设于农机架体上且设于所述安装架102上端下方。本实施例中，所述安装架102设有铰接座，所述升降调节装置8的驱动轴与所述铰接座铰接，所述升降调节装置8可采用气缸、电动推杆等直线输出装置。
36.如图2～4所示，所述磁棒104中部设有伸缩挡片组件108，所述伸缩挡片组件108包括挡片弹簧1082和设于所述挡片弹簧1082自由端的非磁挡片1081，并且所述非磁挡片1081和挡片弹簧1082均套装于对应的磁棒104上，所述挡片弹簧1082即驱动非磁挡片1081向外移动，所述安装架102中部设有两个限位挡板1022，且两个限位挡板1022之间形成所述回转通道1021，所述伸缩挡片组件108设于所述回转通道1021中，并且磁棒104沿着安装架102的闭环周向转动同时带动所述伸缩挡片组件108在所述回转通道1021内移动，如图3所示，所述限位挡板1022上设有向外翘起的压缩挡板1023，并且如图1所示，所述压缩挡板1023设于所述安装架102上端下侧，而与所述压缩挡板1023对应的限位挡板1022部分设有供非磁挡片1081和挡片弹簧1082穿过的开口，并且两侧压缩挡板1023的自由端之间形成供非磁挡片1081完全弹出的弹出扩口1024，所述非磁挡片1081完全伸出后与所述压缩挡板1023相抵，并在随所述磁棒104移动过程中逐渐被所述压缩挡板1023压缩，直至重新进入所述回转通道1021中。
37.如图3所示，所述非磁挡片1081上设有非磁材料制成的挡片滑轴1083，且所述非磁挡片1081进入所述弹出扩口1024弹出后，所述挡片滑轴1083与对应侧的压缩挡板1023相抵，并且随着磁棒104移动，所述非磁挡片1081被压缩挡板1023压缩后退，直至重新进入所述回转通道1021中，而在所述非磁挡片1081压缩过程中，所述挡片滑轴1083沿着对应侧的压缩挡板1023移动，而非磁挡片1081本体部分则由两侧的压缩挡板1023之间露出移动。如图4所示，当所述非磁挡片1081重新进入所述回转通道1021后，所述挡片滑轴1083则与对应侧的限位挡板1022相抵，以保证所述伸缩挡片组件108在所述回转通道1021内顺利移动。另外如图3所示，所述压缩挡板1023与对应侧限位挡板1022的衔接处设有足够大小的开口以保证非磁挡片1081不受阻挡地通过并进入所述回转通道1021中，并且所述压缩挡板1023与对应侧限位挡板1022光滑衔接，以保证所述挡片滑轴1083顺利由压缩挡板1023滑至限位挡板1022上。本实施例中，所述挡片滑轴1083上可设置滚珠与挡板接触保证滑动。
38.如图1～4所示，所述安装架102中部设有可转动的链条105，且各个磁棒104呈悬臂状分设于链条105两侧并通过所述链条105带动转动，所述挡片弹簧1082设于所述非磁挡片1081和链条105之间，从而不会影响链条105转动。
39.如图1～3所示，本实施例中，所述安装架102上设有链条驱动装置106，所述安装架102下端中部设有驱动链轮101，所述安装架102上端中部设有从动链轮103，并且所述链条105一端绕过对应的驱动链轮101，另一端绕过对应的从动链轮103，所述驱动链轮101通过
所述链条驱动装置106驱动转动，进而驱动所述链条105转动。本实施例中，所述链条驱动装置106为电机。
40.如图5～11所示，所述磁粒回收组件3包括回收箱体301、液体泵311、干燥储存箱309和箱体旋转机构，其中回收箱体301内设有多个腔体，且每个腔体均设有液体泵311和磁粒回收感应装置307，每个腔体下侧均设有出料口308，干燥储存箱309设于回收箱体301一侧，且每个腔体的出料口308通过所述箱体旋转机构驱动回收箱体301转动对准所述干燥储存箱309的输入端，所述出料口308上设有出料控制阀3081，所述液体泵311上设有a管、b管和c管，且如图5所示，c管伸入至按旋转方向排序相邻的下一个腔体中。另外如图3所示，本发明在所述回收箱体301上方设有一个开口呈长方形的回收料斗312，并且如图3所示，所述回收料斗312设于所述弹出扩口1024下方，这样可以确保非磁挡片1081完全弹出时，两侧磁棒104上的磁粒4全部落入所述回收料斗312中，而所述回收料斗312不随回收箱体301转动，当所述回收箱体301内的一个腔体转至安装架102下方时，所述回收料斗312下端收窄起到聚拢作用并使磁粒4落入该腔体中。
41.如图6～11所示，本发明以回收箱体301内设有a、b、c三个腔体进行说明，其中开始时腔体a和b内有洗脱液，腔体c中无洗脱液。
42.如图6所示，当腔体a转动至安装架102的上端下方时，磁粒4在所述非磁挡片1081作用下从磁棒104上刮落并落入腔体a中，当腔体a内的磁粒4达到设定高度时，磁粒回收感应装置307感应腔体a装满并发出信号给控制系统，控制系统控制箱体旋转机构启动驱动回收箱体301旋转，使腔体b转至安装架102的上端下方时并承装落下的磁粒4，此时如图7所示，腔体a下端的出料口308对准干燥储存箱309并进行洗脱作业，洗脱时腔体a的出料口308处于关闭状态，洗脱液由腔体a内液体泵311的a管进入、b管排出，从而实现洗脱液的循环流动对回收的磁粒4洗脱再生，再生完成后(即循环流动设定时间后)，该液体泵311的c管开通，b管关闭，腔体a内的洗脱液经由c管泵入腔体c中，洗脱液流净后，c管关闭且腔体a下端的出料口308开启，如图8所示，腔内a内洗脱完毕的磁粒4输出进入所述干燥储存箱309中。
43.如图9所示，当腔体b装满时，回收箱体301转动使腔体c转至安装架102上端下方，腔体b下端的出料口308则对准干燥储存箱309并进行洗脱作业，同样是腔体b内液体泵311的a管进入、b管排出使洗脱液循环流动对回收的磁粒4洗脱再生，再生完成后，该液体泵311的c管开通，b管关闭，腔体b内的洗脱液经由c管泵入空置的腔体a中,洗脱液流净后，c管关闭且腔体b下端的出料口308开启，腔体b内洗脱完毕的磁粒4输出进入所述干燥储存箱309中，如此往复实现各个腔体内的磁粒4循环洗脱再生并输出。因此本发明除了实现磁粒4的实时回收洗脱干燥存储外，因为本发明的洗脱液在不同腔体内循环使用，可在较长的时间内不用再额外补充洗脱液，满足田间使用要求。
44.如图11所示，本实施例中，所述液体泵311的a管、b管和c管上均设有通断控制阀3113(电磁阀)以控制各个管开启闭合。另外所述液体泵311内的泵体3112内设有叶轮，所述泵体3112外设有驱动电机3111驱动所述叶轮转动实现泵液。
45.所述磁粒回收感应装置307、出料控制阀3081、通断控制阀3113均为本领域公知技术且为市购产品。
46.如图5所示，本实施例中，所述箱体旋转机构包括旋转驱动装置302、旋转驱动齿轮303和环形齿条304，其中回收箱体301下端设有旋转轴305转动安装于农机架体上，所述环
形齿条304设于回收箱体301下端，所述旋转驱动装置302固设于农机架体上且设于回收箱体301下侧，且所述旋转驱动装置302的输出轴上设有旋转驱动齿轮303与所述环形齿条304啮合，所述旋转驱动装置302驱动旋转驱动齿轮303转动，并通过所述环形齿条304旋转带动回收箱体301回转。
47.如图5所示，所述回收箱体301的各个腔体下端均设有倾斜的过滤网306，所述过滤网306的网眼直径小于磁粒4直径，并且所述a管端口设于过滤网306下方，b管端口和c管端口设于过滤网306上方，这样洗脱液由a管输入循环流动时，磁粒4被所述过滤网306阻挡不会进入a管中，仅有洗脱液输入a管，并且由于所述过滤网306倾斜设置，当出料控制阀3081开启后，该腔体内洗脱完毕的磁粒4通过重力作用沿着倾斜的过滤网306向下滚动落入所述干燥储存箱309中。另外所述液体泵311和磁粒回收感应装置307可根据实际需要安装在对应腔体的合适位置。
48.如图5所示，本实施例中，所述干燥储存箱309内设有烘干滤网3093、风机3091和电热丝3092，所述风机3091和电热丝3092设于烘干滤网3093下侧，所述干燥储存箱309下端一侧开口，且风机3091设于所述开口处将外界的空气引入，空气引入后通过电热丝3092加热并向上经过烘干滤网3093对洗脱后的磁粒4进行烘干，所述电热丝3092可通过设于农机架体上的蓄电池供电，或者直接通过农机设备电池供电。
49.如图1所示，所述农机架体包括前架体2和后架体107，所述前架体2前端设有前车轮201，所述后架体107后端设有后车轮1071，所述后架体107前端与前架体2后端通过连接螺栓1072或其他连接元件连接，所述磁粒提取机构1和磁粒回收组件3设于所述后架体107上，所述前架体2上设有磁粒撒放装置6和旋耕装置7，其中磁粒撒放装置6用于向土壤中释放磁粒4，其包括磁粒混合箱体，所述磁粒混合箱体内设有搅拌装置，所述磁粒混合箱体一侧设有磁粒撒放出口601，本发明使用时，所述磁粒撒放装置6内的搅拌装置将磁粒4与土壤溶液混合搅拌，然后统一由所述磁粒撒放出口601释放，所述搅拌装置可采用电机驱动的搅拌叶轮等结构，此为本领域公知技术，另外本实施例中，所述旋耕装置7为电机驱动的旋转耕刀，此同样为本领域公知技术，所述旋耕装置7在释放磁粒4时可将磁粒4置于更深的土壤层中，在回收磁粒4时则可以将磁粒4翻出方便磁性吸附。
50.本发明可根据需要将前架体2和后架体107拆分使用或者结合使用。拆分时，当需要释放磁粒4时将前架体2与相应的农机(如拖拉机等)连接，当需要回收磁粒4时将后架体107与相应的农机连接。所述前架体2和后架体107结合使用时，当释放磁粒4时，所述升降调节装置8驱动安装架102转动使下端抬高至距离土壤表面设定高度，此时主要是前架体2上的装置工作，而回收磁粒4时，所述升降调节装置8驱动安装架102转动使下端浸入淹水土壤的泥水中实现磁粒4吸附，并且土壤中的磁粒4先经过所述旋耕装置7翻出，方便后续吸附。
51.如图1～2所示，本实施例中将控制系统5设于前架体2上，所述升降调节装置8、链条驱动装置106、翻转装置7电机、磁粒回收组件3中的各个管路控制阀以及箱体旋转驱动装置302等装置均通过所述控制系统5控制。所述控制系统5为本领域公知技术。
52.本发明的工作原理为：
53.本发明工作时，所述磁棒104用于吸附淹水土壤泥水中的磁粒4(即吸附重金属的修复微球)，且所述安装架102下端浸入土壤泥水中的幅度可通过所述升降调节装置8驱动调节，然后磁棒104沿着安装架102的闭环周向移动，并带动吸附的磁粒4沿着安装架102上
侧向上移动，同时所述磁棒104上的伸缩挡片组件108随磁棒104一起沿着安装架102中部的回转通道1021移动，在磁粒4上升过程中，磁粒4上的水分以及不被吸附的杂质在重力作用下可以自动下落除去，从而不必再额外设置变径搅拌器、滤网等结构用于过滤，使得结构大大简化，降低能耗，当磁棒104绕过安装架102上端后进入压缩挡板1023区域，其中非磁挡片1081在所述挡片弹簧1082作用下在所述弹出扩口1024内完全弹出，并且将磁棒104上吸附的磁粒4刮落至磁粒回收组件3中，非磁挡片1081弹出后与对应侧的压缩挡板1023相抵，并且随着磁棒104移动，所述非磁挡片1081被压缩挡板1023压缩后退，直至重新进入所述回转通道1021中，然后磁棒104转动至安装架102下端重新吸附磁粒4，从而实现了连续作业，满足田间连续作业要求同时，也提高了回收效率，并且本发明利用挡片弹簧1082和压缩挡板1023配合实现磁粒4释放，结构简单且性能可靠。
54.如图5～11所示，当磁粒4进入磁粒回收组件3后先落入腔体a中，当腔体a装满后，控制系统控制箱体旋转机构启动驱动回收箱体301旋转，使下一个腔体b转至安装架102下方承装落下的磁粒4，同时腔体a下端的出料口308对准干燥储存箱309并进行洗脱作业，洗脱时腔体a的出料口308处于关闭状态，洗脱液由腔体a内液体泵311的a管进入、b管排出，从而实现洗脱液的循环流动对回收的磁粒4洗脱再生，洗脱再生完成后，腔体a内的液体泵311的c管开通，b管关闭，腔体a内的洗脱液经由c管泵入按旋转方向排序相邻的下一个腔体中，洗脱液流净后，c管关闭且腔体a下端的出料口308开启将磁粒4输出至所述干燥储存箱309中，而当腔体b装满时重复上述过程，如此往复实现各个腔体内的磁粒4循环洗脱再生输出。