本發(fā)明屬于土壤重金屬污染修復(fù)領(lǐng)域，具體涉及一種萃取土壤中重金屬的修復(fù)裝置及方法。

背景技術(shù)：

土壤是人類賴以生存和發(fā)展的最主要的自然資源之一。隨著人類社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，由于大氣干濕沉降、污水灌溉以及農(nóng)藥化肥大量使用等我國土壤污染日趨嚴(yán)重。據(jù)環(huán)保部官方報(bào)道，我國耕地約有1/5受到不同程度污染，其中鎘為主要污染物之一。土壤污染已嚴(yán)重威脅到國家糧食安全，若不合理控制，則污染物通過食物鏈傳遞對人體健康造成巨大影響。2015年國務(wù)院發(fā)布了《土壤污染防治行動計(jì)劃》(簡稱“土十條”)，隨后各省市地區(qū)也相繼發(fā)布了符合當(dāng)?shù)貙?shí)際的“土十條”，而且我國第一部關(guān)于土壤污染的單行法—《土壤污染防治法》也即將出臺，這說明土壤污染已經(jīng)引起了黨中央和國務(wù)院的高度重視，土壤修復(fù)刻不容緩。

傳統(tǒng)的客土、換土或深耕翻土等物理修復(fù)手段雖然處理速度快，效果顯著，但污染土并未得到處理，只是將重金屬深翻到土壤深處或轉(zhuǎn)移至其他地方。利用植物或微生物聯(lián)合修復(fù)方法雖然可將重金屬提取出來，但是該方法處理周期長，重金屬殘留量大，成本相對較高。雖然利用固化/穩(wěn)定化技術(shù)可將土壤中的重金屬固定，降低其生物有效性和遷移性，但是適用土壤類型較窄，不適用于農(nóng)田或修復(fù)后再種植的場地。

異位土壤淋洗/萃取修復(fù)技術(shù)是一種物理化學(xué)分離技術(shù)，可有效地將污染物從土壤中移除，降低對地下水污染的潛在風(fēng)險(xiǎn)，修復(fù)效率高，治理成本低，而且易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)控制和廢棄物減量化，己成為污染土壤快速修復(fù)技術(shù)研究的熱點(diǎn)方向之一。但面臨的問題是傳統(tǒng)攪拌萃取操作時(shí)間長，萃取不完全，而且一些高效萃取劑(如螯合試劑、表面活性劑)不易重復(fù)利用，萃取劑殘留在土壤中易對環(huán)境造成二次污染。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種萃取土壤中重金屬的修復(fù)裝置及方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明既能高效萃取土壤中重金屬又能便捷回收利用萃取劑。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種萃取土壤中重金屬的修復(fù)裝置，包括土樣處理系統(tǒng)，土樣處理系統(tǒng)的出口連接有超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)，超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)的出泥口連接有泥水分離系統(tǒng)，超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)的出水口連接有萃取液處理再利用系統(tǒng)，且泥水分離系統(tǒng)的回收水連接至萃取液處理再利用系統(tǒng)的入口處，萃取液處理再利用系統(tǒng)的回收水連接至超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)的入水口。

進(jìn)一步地，所述的土樣處理系統(tǒng)包括土樣粉碎機(jī)，土樣粉碎機(jī)的出口端連接有滾筒篩，滾筒篩的出口端通過傳送帶連接至超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)的進(jìn)料口。

進(jìn)一步地，所述的超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)包括淋洗槽，進(jìn)料口設(shè)置在淋洗槽的一側(cè)，淋洗槽的另一側(cè)通過淋洗槽排水口連接至萃取液處理再利用系統(tǒng)，淋洗槽的頂部設(shè)有淋洗槽布水器，淋洗槽布水器的頂部設(shè)有入水口，淋洗槽布水器的下部設(shè)有帶有超聲波探頭的漿式攪拌器，淋洗槽的底部通過淋洗槽排泥口連接至泥水分離系統(tǒng)。

進(jìn)一步地，所述的泥水分離系統(tǒng)包括設(shè)置在淋洗槽排泥口下側(cè)的水力旋流分離器，水力旋流分離器的底部通過水力旋流分離器排泥口連接至修復(fù)后土壤回收池，水力旋流分離器的一側(cè)通過水力旋流分離器排水口連接有集水池，集水池的出口端連接至萃取液處理再利用系統(tǒng)的入口處。

進(jìn)一步地，所述的萃取液處理再利用系統(tǒng)包括過濾設(shè)備，過濾設(shè)備的頂部設(shè)置有過濾設(shè)備布水器，淋洗槽排水口和集水池的出口端均連接至過濾設(shè)備布水器的頂部入口，過濾設(shè)備的底部通過過濾設(shè)備排水口連接至離子交換樹脂罐，離子交換樹脂罐的頂部設(shè)有離子交換樹脂罐布水器，過濾設(shè)備排水口連接至離子交換樹脂罐布水器的頂部入口，離子交換樹脂罐的底部通過離子交換樹脂罐排水口連接有萃取液集水池，萃取液集水池的出口端連接至淋洗槽布水器頂部的入水口。

進(jìn)一步地，淋洗槽排水口和集水池的出口端均通過增壓泵連接至過濾設(shè)備布水器的頂部入口。

進(jìn)一步地，萃取液集水池的出口端通過提升泵連接至淋洗槽布水器頂部的入水口，且提升泵和淋洗槽布水器頂部入水口之間設(shè)有流量計(jì)。

進(jìn)一步地，過濾設(shè)備中從上至下依次設(shè)置有第一濾網(wǎng)、第二濾網(wǎng)和第三濾網(wǎng)；離子交換樹脂罐中從上至下依次設(shè)置有第一離子交換樹脂單元、第二離子交換樹脂單元和第三離子交換樹脂單元。

進(jìn)一步地，過濾設(shè)備的側(cè)面設(shè)有第一可視門，離子交換樹脂罐的側(cè)面設(shè)有第二可視門。

一種萃取土壤中重金屬的方法，采用上述的萃取土壤中重金屬的修復(fù)裝置，污染土樣經(jīng)土樣處理系統(tǒng)預(yù)處理后，進(jìn)入超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)進(jìn)行超聲波強(qiáng)化萃取，待土樣重金屬檢測達(dá)標(biāo)后，將萃取液排到萃取液處理再利用系統(tǒng)中，萃取后的土樣排到泥水分離系統(tǒng)中，分離后的水樣也排到萃取液處理再利用系統(tǒng)中，經(jīng)萃取液處理再利用系統(tǒng)回收的萃取液排入超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)中再次利用。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益的技術(shù)效果：

本發(fā)明將土樣經(jīng)土樣處理系統(tǒng)處理后，采用超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)進(jìn)行萃取，固體部分經(jīng)泥水分離系統(tǒng)進(jìn)行分離，液體部分經(jīng)萃取液處理再利用系統(tǒng)進(jìn)行回收，既能高效萃取土壤中鎘又能便捷回收利用萃取劑，另外本發(fā)明采用的超聲波可在溶液內(nèi)部產(chǎn)生強(qiáng)烈振動攪拌作用和超聲空化效應(yīng)，直接作用于樣品內(nèi)部。在萃取土壤中重金屬的工藝中，將超聲波強(qiáng)化與傳統(tǒng)淋洗重金屬技術(shù)結(jié)合，并優(yōu)化超聲波作用參數(shù)，使樣品內(nèi)部振蕩均勻，短時(shí)間即可達(dá)到所要求的效果，減少洗脫液的用量，克服傳統(tǒng)振蕩器操作時(shí)間長，振蕩不均勻等問題，提高了萃取效率。另外，本發(fā)明采用離子交換樹脂分離萃取液中重金屬，既可高效的回收萃取液中重金屬，又可循環(huán)使用萃取液降低了傳統(tǒng)重金屬污染土壤萃取方法造成二次污染的風(fēng)險(xiǎn)及重金屬污染土壤修復(fù)的成本。

進(jìn)一步地，在淋洗槽上端設(shè)置淋洗槽布水器，可達(dá)到廣泛布水的效果。

進(jìn)一步地，將漿式攪拌器與超聲波探頭一體，既可高效的使萃取液與土壤混勻并震蕩均勻，提高萃取效果。

進(jìn)一步地，離子交換樹脂罐上端設(shè)置離子交換樹脂罐布水器，可達(dá)到廣泛布水的效果。

進(jìn)一步地，通過設(shè)置第一離子交換樹脂單元、第二離子交換樹脂單元、第三離子交換樹脂單元，其內(nèi)的離子交換樹脂可根據(jù)萃取劑及重金屬的種類更換調(diào)整，可高效快速達(dá)到重金屬與萃取液的分離。

進(jìn)一步地，第一離子交換樹脂單元、第二離子交換樹脂單元、第三離子交換樹脂單元右側(cè)開設(shè)可視門，運(yùn)行過程中可檢測離子交換樹脂的利用程度，若達(dá)到飽和程度，可及時(shí)更新或沖洗再生離子交換樹脂。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1、土樣處理系統(tǒng)，2、超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)，3、萃取液處理再利用系統(tǒng)，4、泥水分離系統(tǒng)，5、土樣粉碎機(jī)，6、滾筒篩，7、傳送帶，8、淋洗槽，9、進(jìn)料口，10、淋洗槽布水器，11、帶有超聲波探頭的漿式攪拌器，12、淋洗槽排泥口，13、淋洗槽排水口，14、過濾設(shè)備布水器，15、第一濾網(wǎng)，16、第二濾網(wǎng)，17、第三濾網(wǎng)，18、第一可視門，19、過濾設(shè)備排水口，20、增壓泵，21、離子交換樹脂罐，22、離子交換樹脂罐布水器，23、第二可視門，24、第一離子交換樹脂單元，25、第二離子交換樹脂單元，26、第三離子交換樹脂單元，27、離子交換樹脂罐排水口，28、萃取液集水池，29、提升泵，30、流量計(jì)，31、水力旋流分離器，32、水力旋流分離器排泥口，33、修復(fù)后土壤回收池，34、水力旋流分離器排水口，35、集水池。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：

參見圖1，一種萃取土壤中重金屬的修復(fù)裝置，包括土樣處理系統(tǒng)1，土樣處理系統(tǒng)1的出口連接有超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)2，超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)2的出泥口連接有泥水分離系統(tǒng)4，超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)2的出水口連接有萃取液處理再利用系統(tǒng)3，且泥水分離系統(tǒng)4的回收水連接至萃取液處理再利用系統(tǒng)3的入口處，萃取液處理再利用系統(tǒng)3的回收水連接至超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)2的入水口。

土樣處理系統(tǒng)1包括土樣粉碎機(jī)5，土樣粉碎機(jī)5的出口端連接有滾筒篩6，滾筒篩6的篩孔設(shè)置為2mm，可使土壤與萃取液接觸更充分，滾筒篩6的出口端通過傳送帶7連接至超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)2的進(jìn)料口9，傳送帶7設(shè)置成可旋轉(zhuǎn)傳送帶，傳送帶7上安置數(shù)個(gè)置料斗，可控制輸料速度及輸料量。

超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)2包括淋洗槽8，淋洗槽8中的萃取液可選取效果好的表面活性劑、螯合劑等，進(jìn)料口9設(shè)置在淋洗槽8的一側(cè)，淋洗槽8的另一側(cè)通過淋洗槽排水口13連接至萃取液處理再利用系統(tǒng)3，淋洗槽8的頂部設(shè)有淋洗槽布水器10，淋洗槽布水器10的頂部設(shè)有入水口，淋洗槽布水器10的下部設(shè)有帶有超聲波探頭的漿式攪拌器11，淋洗槽8的底部通過淋洗槽排泥口12連接至泥水分離系統(tǒng)4。

泥水分離系統(tǒng)4包括設(shè)置在淋洗槽排泥口12下側(cè)的水力旋流分離器31，水力旋流分離器31的底部通過水力旋流分離器排泥口32連接至修復(fù)后土壤回收池33，水力旋流分離器31的一側(cè)通過水力旋流分離器排水口34連接有集水池35，集水池35的出口端連接至萃取液處理再利用系統(tǒng)3的入口處。

萃取液處理再利用系統(tǒng)3包括過濾設(shè)備，過濾設(shè)備中從上至下依次設(shè)置有第一濾網(wǎng)15、第二濾網(wǎng)16和第三濾網(wǎng)17，第一濾網(wǎng)15、第二濾網(wǎng)16和第三濾網(wǎng)17的濾孔直徑分別為100μm、50μm、1μm，可高效的凈化萃取液，防治堵塞離子交換樹脂，過濾設(shè)備上設(shè)有第一可視門18，過濾設(shè)備的頂部設(shè)置有過濾設(shè)備布水器14，淋洗槽排水口13和集水池35的出口端均通過增壓泵20連接至過濾設(shè)備布水器14的頂部入口，過濾設(shè)備的底部通過過濾設(shè)備排水口19連接至離子交換樹脂罐21，離子交換樹脂罐21中從上至下依次設(shè)置有第一離子交換樹脂單元24、第二離子交換樹脂單元25和第三離子交換樹脂單元26，第一離子交換樹脂單元24、第二離子交換樹脂單元25和第三離子交換樹脂單元26的端部均設(shè)有第二可視門23，離子交換樹脂罐21的頂部設(shè)有離子交換樹脂罐布水器22，過濾設(shè)備排水口19連接至離子交換樹脂罐布水器22的頂部入口，離子交換樹脂罐21的底部通過離子交換樹脂罐排水口27連接有萃取液集水池28，萃取液集水池28的出口端通過提升泵29連接至淋洗槽布水器10頂部的入水口，且提升泵29和淋洗槽布水器10頂部入水口之間設(shè)有流量計(jì)30。

下面對本發(fā)明的操作過程做詳細(xì)描述：

本發(fā)明包括土樣預(yù)處理系統(tǒng)1、超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)2、泥水分離系統(tǒng)3、萃取液處理再利用系統(tǒng)4。土樣處理系統(tǒng)包括土樣粉碎機(jī)5，土樣粉碎機(jī)5連接滾筒篩6，滾筒篩6連接傳送帶7；超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)2包括通過傳送帶7連接在淋洗槽8的進(jìn)料口9，淋洗槽8上部設(shè)有淋洗槽布水器10，淋洗槽布水器10下端設(shè)有帶有超聲波探頭的漿式攪拌器11，淋洗槽8右側(cè)開設(shè)淋洗槽排水口13，淋洗槽8下端設(shè)有淋洗槽排泥口12；泥水分離系統(tǒng)4包括連接超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)3的淋洗槽排泥口12的水力旋流分離器31，水力旋流分離器31的水力旋流分離器排泥口32連接至修復(fù)后土壤回收池33，水力旋流分離器31的水力旋流分離器排水口34連接至集水池35；萃取液處理再利用系統(tǒng)3包括連接在過濾設(shè)備上的增壓泵20，增壓泵20連接過濾設(shè)備上的過濾設(shè)備布水器14，過濾設(shè)備布水器14下端依次設(shè)置第一濾網(wǎng)15、第二濾網(wǎng)16、第三濾網(wǎng)17，過濾設(shè)備的過濾設(shè)備出水口19連接至離子交換樹脂罐21，離子樹脂交換罐21內(nèi)設(shè)有第一離子交換樹脂單元24、第二離子交換樹脂單元25、第三離子交換樹脂單元26，離子交換樹脂灌21的離子交換樹脂灌排水口27連接萃取液集水池28；萃取液集水池28連接提升泵29，提升泵29連接流量計(jì)30，流量計(jì)30連接淋洗槽8上的淋洗槽布水器10。

使用時(shí)，本發(fā)明將取定量重金屬污染土樣測定其理化性質(zhì)，后根據(jù)性質(zhì)調(diào)節(jié)后續(xù)萃取細(xì)節(jié)。污染土樣經(jīng)土樣粉碎機(jī)5及滾筒篩6進(jìn)行預(yù)處理后，由傳送帶7送至超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)2。

預(yù)處理后的污染土壤通過進(jìn)料口9進(jìn)入超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)2后，由淋洗槽8內(nèi)的萃取液(表面活性劑、螯合劑等)萃取重金屬。其中先通過淋洗槽布水器10布適量比例的萃取液，通過帶有超聲波探頭的漿式攪拌器11將水土進(jìn)行混勻并通過超聲波強(qiáng)化萃取適當(dāng)時(shí)間，取土樣檢測重金屬達(dá)標(biāo)后將萃取液從排水口13排到萃取液處理再利用系統(tǒng)3內(nèi)，土樣由淋洗槽排泥口12排到泥水分離系統(tǒng)4內(nèi)。

土樣進(jìn)入泥水分離系統(tǒng)4內(nèi)由水力旋流分離器31進(jìn)行土水分離，分離后水樣通過水力旋流分離器排水口34排入萃取液處理再利用系統(tǒng)3內(nèi)，分離處理后的土樣通過水力旋流分離器排泥口32排至修復(fù)后土壤回收池33內(nèi)。

由超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)2排水口13排出的萃取液依次通過萃取液處理再利用系統(tǒng)3內(nèi)過濾設(shè)備的第一濾網(wǎng)15、第二濾網(wǎng)16和第三濾網(wǎng)17，經(jīng)過濾后的水樣經(jīng)過濾設(shè)備排水口19進(jìn)入離子交換樹脂罐21內(nèi)。離子交換樹脂罐21內(nèi)設(shè)置有第一離子交換樹脂單元24、第二離子交換樹脂單元25和第三離子交換樹脂單元26，可通過土壤的性質(zhì)及萃取液的種類調(diào)節(jié)離子交換樹脂的種類及用量。過濾設(shè)備及離子交換樹脂灌都側(cè)面均設(shè)有可視門，濾網(wǎng)及離子交換樹脂可通過觀察并檢測實(shí)際情況來更替。水樣經(jīng)離子交換樹脂灌21后排入萃取液集水池28內(nèi)，調(diào)節(jié)萃取液集水池28內(nèi)萃取液參數(shù)后循環(huán)利用到超聲波強(qiáng)化萃取系統(tǒng)2內(nèi)，其中通過流量計(jì)30控制提升泵29的提升速度。