一种用于提取土壤中多种形态重金属的集成式提取装置的制作方法

1.本发明涉及土壤提取技术领域，具体是涉及一种用于提取土壤中多种形态重金属的集成式提取装置。


背景技术：

2.矿山开采、金属冶炼、农田污灌、污泥农用以及肥料和杀虫剂的施用，已经造成了大量的土壤重金属污染，严重威胁着生态平衡、食品安全和人体健康。其中镉(cd)、汞(hg)、砷(as)、铬(cr)和铅(pb)被认为是主要重金属污染物中的“五毒”。在受污染农作物种植地调查中，80％的土壤污染类型为重金属污染，其中矿冶活动是重金属污染的主要来源。无论是受重金属污染较严重的工矿废弃地，还是污染程度相对较轻的农业污染土壤，往往表现为多种重金属的复合污染。更为复杂的是，污染土壤的各种重金属间通常会发生交互作用，为土壤重金属污染治理与修复技术的应用带来了困难。
3.而现有的提取土壤中重金属的装置往往因为重金属存在多种形态而多种形态的提取条件不同，就要多次分离后再使用多个形态提取相对应的装置进行提取，即单一装置提取单一形态；另外，重金属提取大部分为多步骤提取，需要在步骤完成后对土壤进行转移，且在加药剂与土壤反应的同时容易出现加药不均匀导致反应不充分的问题。
4.因此，本发明设计了一种用于提取土壤中多种形态重金属的集成式提取装置来优化所存在的这些问题。


技术实现要素：

5.为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于提取土壤中多种形态重金属的集成式提取装置。
6.本发明的技术方案是：一种用于提取土壤中多种形态重金属的集成式提取装置，包括壳体，所述壳体内从上到下依次设有干燥筒、反应筒以及离心筒；所述壳体顶部设有与所述干燥筒内部连通的入土管；所述干燥筒内设有干燥设备以及滤网，干燥筒通过底部设置的出土管贯穿反应筒的顶板与其内部连通，且出土管上设有开关阀；所述反应筒通过其底板上设置的多个出料孔与离心筒内部连通；
7.所述顶板内壁上设有滑槽，所述滑槽上设有与其滑动连接的加药罐，所述加药罐的入药口通过导管与设置在壳体外壁的储药罐连接；且反应筒的侧壁内设有加热器；
8.反应筒内设有第一传动杆以及伸缩杆，所述伸缩杆贯穿壳体与设置在壳体外壁的第一电机连接，所述第一传动杆一端与加药罐外壁固定套接，第一传动杆另一端通过转轴与伸缩杆的伸缩部铰接，且第一传动杆两侧均设有贯穿伸缩杆伸缩部的转轴；所述底板内设有挡片，所述挡片上设有与多个出料孔一一错位的通孔，且挡片通过弹簧与设置在伸缩杆固定部底面的第一固定杆转动连接，位于反应筒与离心筒之间的壳体内设有用于驱动所述通孔与出料孔重合的驱动机构；
9.所述离心筒外壁套设有第一齿轮，且离心筒侧壁设有与其内部连通并贯穿壳体侧
壁的回收管；所述第一齿轮上设有与其啮合传动的第二齿轮，所述第二齿轮一端中心与设置在壳体外壁的第二电机转动连接；
10.所述壳体外壁上设有循环泵和提取瓶，且所述循环泵和所述提取瓶上均设有单向阀，循环泵的出口端与干燥筒内部连通，循环泵的入口端与离心筒的内底部连通；提取瓶的入口端与离心筒的内顶部连通且提取瓶的入口端面上设有仅供提取液穿过的滤膜。
11.进一步地，所述干燥设备包括设置在壳体顶部的吹风机，所述吹风机的进风管位于壳体外，吹风机的第一出风管延伸至位于滤网上方的干燥筒内。
12.说明：通过利用吹风机进行干燥，设备简单，且干燥效率高；并能通过风力将滤网上的堆积土壤吹散，减少过滤时堵塞情况的发生。
13.进一步地，所述干燥筒内设有两端分别与滤网、壳体顶部转动连接的拨土杆，所述拨土杆上设有多个拨土片；所述吹风机上设有第二出风管，且第二出风管的出风口与第一吹风管的出风口位于拨土杆相对位置的同一水平面上且两者的出风方向相反。
14.说明：通过将第一吹风管和第二出风管的吹风方向相对，从而利用风力使拨土片转动，从而对滤网上堆积的土壤进行拨动，进一步降低土壤堵塞的概率。
15.进一步地，所述拨土杆延伸至滤网下方，且拨土杆上设有多个搅拌叶。
16.说明：通过延长拨土杆设置搅拌叶，可以通过搅拌来提高对土壤的干燥速率。
17.进一步地，所述驱动机构包括设置在伸缩杆固定部上的第二固定杆、限位杆以及与第二齿轮啮合传动的第三齿轮，所述第三齿轮位于第一固定杆和第二固定杆之间且第三齿轮靠近第一固定杆的端面上设有驱动片；所述限位杆一端贯穿第一固定杆与反应筒侧壁固定连接，限位杆另一端贯穿所述第三齿轮中心与第二固定杆固定连接。
18.说明：通过设置所述驱动结构，一方面利用伸缩杆的固定端进行限位，另一方面利用第二齿轮进行传动，减少了多余的结构设计，易于驱动第三齿轮转动从而驱动挡片转动。
19.进一步地，位于第二传动杆两外侧的所述转轴上转动套接有第二传动杆，所述第二传动杆延伸至反应筒内底部且第二传动杆的两内侧之间设有刨土铲。
20.说明：通过设置第二传动杆和刨土铲可以翻动土壤，从而提高土壤与药剂反应的均匀程度，提高提取效率。
21.进一步地，所述刨土铲与第二传动杆两侧转动连接，且刨土铲上设有多个刀片。
22.说明：通过使刨土铲与第二传动杆转动连接，增强了刨土铲的灵活性，且通过多个刀片可以对土壤进行细化，从而加强土壤与药剂的反应，从而提高提取效率。
23.进一步地，所述加药罐与所述滑槽滑动连接的方式为：滑槽上设有两侧插入滑槽侧壁的吊钩，加药罐顶部设有与所述吊钩配合的吊环。
24.说明：上述滑动连接的结构简单，易于操作实现加药罐的滑动。
25.进一步地，所述干燥筒呈漏斗状。
26.说明：漏斗状设计可以加快土壤的出土速率，提高效率。
27.本发明还公开了一种用于提取土壤中多种形态重金属的集成式提取装置的使用方法，包括以下步骤：
28.s1、将土壤从壳体顶部的入土管进入干燥筒，开启干燥设备对土壤进行风干，并通过滤网对土壤中的杂物进行过滤，干燥结束后打开出土管，土壤进入反应筒；
29.s2、在土壤进入反应筒的过程中，向储药罐内加入提取重金属形态所需剂量的药
剂，通过导管传输给加药罐，同时调控加热器至提取所需温度、开启第一电机使伸缩杆带动第一传动杆使加药罐往复对土壤进行药剂的施加，从而使特定形态的重金属从土壤中反应脱离；
30.s3、步骤s2结束后，开启驱动机构驱动挡片的通孔与底板上的出料孔一一错位，使土壤以及特定形态的重金属一并从出料孔中落入离心筒，并同时开启第二电机，使离心筒开始离心，从而在离心筒中含有重金属特定形态的上清液与土壤残渣分为上下两层；
31.s4、离心结束后，开启提取瓶上的单向阀将含有重金属特定形态的上清液收集，并通过滤膜将土壤残渣留在离心筒中，再开启循环泵上的单向阀将土壤残渣传输回干燥筒内，通过调整反应筒内的温度和储药罐内的药剂进行下一种重金属形态的提取与收集；多种形态的重金属按顺序依次提取完成后，将剩余的土壤残渣通过回收管回收。
32.本发明的有益效果是：
33.(1)本发明集成式提取装置通过设置循环泵、电热器和储药罐，使土壤能够在提取了一种形态的重金属后，又通过循环泵返回到干燥筒内，再通过更换储药罐内的药剂，调节电热器的温度，从而只在一个壳体里就能够针对多种形态的重金属进行调整，通过多次循环提取而实现集成式提取。
34.(2)本发明集成式提取装置通过设置伸缩杆、第一传动杆和第二传动杆，使加药罐能够在伸缩杆的往复平移作用下通过第一传动杆在滑槽上进行滑动，从而扩大加药罐的加药面积，且能够通过往复的加药以及通过第二传动杆的刨土铲对土壤进行翻动，而使药剂与土壤接触更加均匀、反应效率更高，从而提高对土壤中多种形态重金属的提取效率。
35.(3)本发明集成式提取装置通过设置第一齿轮、第二齿轮和驱动机构，使第二齿轮驱动第一齿轮使离心筒进行离心，同时联动驱动机构控制挡片，从而控制反应筒中土壤至离心筒的转移，既能少量多次转移土壤防止堵塞，还无需人工额外控制反应筒中土壤的转移；从而进一步提高对土壤中多种形态重金属的提取效率。
36.(4)本发明集成式提取装置通过设置吹风机和拨土杆，可以在利用风力对土壤干燥的同时，利用风力使拨土杆转动而对干燥筒内的土壤进行拨动和翻动，进一步降低土壤堵塞的效率以及提高土壤的干燥效率，从而进一步提高对土壤中多种形态重金属的提取效率，且无需另外设置转动拨土杆的电机。
附图说明
37.图1是本发明集成式提取装置的整体外观图；
38.图2是本发明集成式提取装置的内部结构图；
39.图3是图2中i处的放大示意图；
40.图4是本发明集成式提取装置实施例1的干燥筒内部结构图；
41.图5是本发明集成式提取装置第一传动杆的结构图；
42.图6是本发明集成式提取装置底板的结构图；
43.图7是本发明集成式提取装置滑槽结构图；
44.图8是图7中ii处的放大示意图；
45.图9是本发明集成式提取装置反应筒的剖面图；
46.图10是本发明集成式提取装置实施例2的第二传动杆结构图；
47.图11是本发明集成式提取装置实施例3的干燥筒内部结构图；
48.其中，1-壳体，11-入土管，12-驱动机构，121-限位杆，122-第三齿轮，123-第二固定杆，124-驱动片，13-循环泵，14-提取瓶，15-吹风机，151-第一吹风管，152-第二出风管，16-回收管，2-干燥筒，21-滤网，22-出土管，23-拨土杆，231-拨土片，232-搅拌叶，3-反应筒，31-底板，311-出料孔，312-挡片，313-弹簧，32-顶板，33-滑槽，331-吊钩，34-加药罐，341-导管，342-储药罐，343-吊环，35-加热器，36-第一传动杆，361-转轴，362-第二传动杆，363-刨土铲，364-刀片，37-伸缩杆，371-第一固定杆，4-离心筒，41第一齿轮，42-第二齿轮。
具体实施方式
49.下面结合具体实施方式来对本发明进行更进一步详细的说明，以更好地体现本发明的优势。
50.实施例1
51.一种用于提取土壤中多种形态重金属的集成式提取装置，
52.如图1和图2所示，包括壳体1，壳体1内从上到下依次设有呈漏斗状的干燥筒2、反应筒3以及离心筒4；所述壳体1顶部设有与所述干燥筒2内部连通的入土管11；所述干燥筒2内设有干燥设备以及滤网21，干燥筒2通过底部设置的出土管22贯穿反应筒3的顶板32与其内部连通，且出土管22上设有开关阀；所述反应筒3通过其底板31上设置的三个出料孔311与离心筒4内部连通；
53.如图1和图4所示，所述干燥设备包括设置在壳体1顶部的吹风机15，所述吹风机15的进风管位于壳体1外，吹风机15的第一出风管151延伸至位于滤网21上方的干燥筒2内；
54.如图2、图7、图8和图9所示，所述顶板32内壁上设有滑槽33，所述滑槽33上设有与其滑动连接的加药罐34，所述加药罐34与所述滑槽33滑动连接的方式为：滑槽33上设有两侧插入滑槽33侧壁的吊钩331，加药罐34顶部设有与所述吊钩331配合的吊环343；所述加药罐34的入药口通过导管341与设置在壳体1外壁的储药罐342连接；且反应筒3的侧壁内设有加热器35；
55.如图2、图5和图6所示，反应筒3内设有第一传动杆36以及伸缩杆37，所述伸缩杆37贯穿壳体1与设置在壳体1外壁的第一电机连接，所述第一传动杆36上端与加药罐34外壁固定套接，第一传动杆36下端通过转轴361与伸缩杆37的伸缩部铰接；所述底板31内设有挡片312，所述挡片312上设有与三个出料孔311一一错位的通孔，且挡片312通过弹簧313与设置在伸缩杆37固定部底面的第一固定杆371转动连接，位于反应筒3与离心筒4之间的壳体1内设有用于驱动所述通孔与出料孔311重合的驱动机构12；
56.如图2所示，所述离心筒4外壁套设有第一齿轮41，且离心筒4侧壁设有与其内部连通并贯穿壳体1侧壁的回收管16；所述第一齿轮41上设有与其啮合传动的第二齿轮42，所述第二齿轮42右端中心与设置在壳体1外壁的第二电机转动连接；
57.如图2和图3所示，所述驱动机构12包括设置在伸缩杆37固定部上的第二固定杆123、限位杆121以及与第二齿轮42啮合传动的第三齿轮122，所述第三齿轮122位于第一固定杆371和第二固定杆123之间且第三齿轮122靠近第一固定杆371的坐端面上设有驱动片124；所述限位杆121左端贯穿第一固定杆371与反应筒3侧壁固定连接，限位杆121右端贯穿所述第三齿轮122中心与第二固定杆123固定连接；
58.如图2所示，所述壳体1外壁上设有循环泵13和提取瓶14，且所述循环泵13和所述提取瓶14上均设有单向阀，循环泵13的出口端与干燥筒2内部连通，循环泵13的入口端与离心筒4的内底部连通；提取瓶14的入口端与离心筒4的内顶部连通且提取瓶14的入口端面上设有仅供提取液穿过的滤膜；
59.所述加热器外接电源，且第一电机、第二电机、第三电机以及吹风机15均为现有技术，不对此进行过多赘述。
60.利用本实施例的用于土壤中多种形态重金属的集成式提取装置的使用方法，包括以下步骤：
61.s1、将土壤从入土管11倒入干燥筒2内，打开吹风机15，土壤经滤网21杂物过滤和吹风干燥后，打开出土管22将干燥后的土壤转移到反应筒3中；
62.s2、并同步开启第一电机，使伸缩杆37的伸缩部带动第一传动杆36而间接带动加药罐34在顶板32内壁的滑槽33上往复滑动，且加药罐34通过导管341吸取储药罐342中用于提取某种特定形态(例如弱酸提取态)重金属的药剂(例如hoac)，且同时调控加热器35至弱酸提取态的重金属反应所需温度，达到反应条件后土壤与药剂充分反应一段时间；
63.s3、反应完成后，开启第二电机，第二齿轮42带动与其啮合传动的第一齿轮41带动离心筒4进行离心；同时，第二齿轮42上的第一偏心柱421带动驱动杆123使第二偏心柱125所在的第三齿轮122转动，从而第三齿轮122侧面的驱动片124驱动挡片312转动，使挡片312上的通孔与出料孔311产生重合使土壤从反应筒3进入离心筒4中；驱动片124离开挡片312后，挡片312在弹簧313的作用下使通孔逐渐与出料孔311一一错位，实现土壤从反应筒3到离心筒4的少量多次的转移；
64.s4、土壤全部进入离心筒4中完成离心后，离心筒4中依次为含有弱酸提取态重金属的提取液和还含有其他未反应提取出形态的重金属的土壤残渣，开启提取瓶14上的单向阀，使提取液通过滤膜进入提取瓶14中被收集转移，土壤残渣无法通过只能让含有弱酸提取态重金属的提取液所通过的滤膜而留在离心筒4中；再开启循环泵13上的单向阀，将土壤残渣转移至干燥筒2中，替换储药罐342中的药剂(例如将hoac替换成nh4oh
·
hcl)，温度调节至可还原态重金属反应所需温度，继续按步骤进行与弱酸提取态重金属多种形态(例如可还原态)重金属的提取与收集；
65.多种形态(例如可氧化态、残余态)的重金属按顺序依次提取完成后，将剩余的土壤残渣通过回收管16回收。
66.实施例2
67.本实施例与实施例1不同之处在于，如图10所示，位于第二传动杆362两外侧的所述转轴361上转动套接有第二传动杆362，所述第二传动杆362延伸至反应筒3内底部且第二传动杆362的两内侧之间设有刨土铲363；所述刨土铲363与第二传动杆362两侧转动连接，且刨土铲363上设有八个刀片364；
68.本实施例的使用方法与实施例1不同之处在于，第二传动杆362随转轴361带动刨土铲363进行往复转动，从而刨土铲363对土壤进行翻动，且刨土铲363上的刀片364对较大的、聚合在一起的土壤进行细化，增大土壤与药剂的接触，从而增加对多种形态重金属的提取效率。
69.实施例3
70.本实施例与实施例1不同之处在于，如图11所示，所述干燥筒2内设有两端分别与滤网21、壳体1顶部转动连接的拨土杆23，所述拨土杆23上设有三个拨土片231；所述吹风机15上设有第二出风管152，且第二出风管152的出风口与第一吹风管151的出风口位于拨土杆23相对位置的同一水平面上且两者的出风方向相反；所述拨土杆23延伸至滤网21下方，且拨土杆23上设有三个搅拌叶232；
71.本实施例的使用方法与实施例1不同之处在于，使第一出风管151和第二出风管152的出风方向相反，从而利用两个方向的风力带动拨土片231进行单方向的转动，从而能够对滤网21上堆积的土壤进行拨动，减少土壤的堵塞情况；且搅拌叶232能够对土壤进行翻动，从而提高对土壤的干燥效率，进而进一步提高对多种形态重金属的提取效率。