1.本发明涉及土壤修复技术领域，特别是涉及一种土壤污染物吸附装置及方法。


背景技术：

2.近年来，随着工业化的迅猛发展，与之产生的环境问题也日益严重，其中土壤污染在近年来引起广泛的关注。土壤污染元素(重金属和有机污染物)主要通过化肥、有机肥、微肥、农药、污灌以及矿业活动、大气沉降等途径输入，如重金属污染隐蔽性强、周期长、不可逆转，并且可被植物吸收积累在生物体中，随生物链的升级不断富集，对人体健康造成伤害。土壤污染物也会通过空气水体等介质间接威胁人体健康。人体内摄入过量的重金属元素会引起风湿性关节炎、骨痛病、冠状动脉硬化等疾病，并引发皮肤癌、肝癌、鼻咽癌等一系列癌症以及造成慢性中毒等等。
3.目前土壤污染修复有化学、生物和物理方法。化学修复是通过改善土壤化学特性如eh、ph、有机质含量、阳离子代换量等性质，进而改变污染物(重金属)形态，从而钝化其活性和生物有效性，主要实施途径有沉淀法、螯合法；生物修复法主要包括植物提取法和微生物法，前者是通过超富集植物对重金属的富集能力，将污染物从土壤和地下水中转运到植物地面上茎叶等组织，然后对植物进行收割并处理，微生物法通过分泌螯合物质，将污染物(重金属)元素固化在土壤中。物理法主要指通过淋洗技术，将土壤中污染物逐步释放到液相中，之后通过固液分离得到清洗后的土壤和含污染物清洗液，再对清洗液进行处理。
4.但目前土壤重金属修复技术都有一定的局限性，如化学法和微生物法，将重金属螯合或固化在土壤中，长期存在着土壤重金属二次释放的风险；植物法修复速率缓慢，修复周期较长等限制着广泛应用，通常该方法只能起到辅助修复作用：淋洗法工程较大，花费较高，且对周边生态环境破坏较重等，同样限制着改方法的推广应用；吸附修复方法是将污染物从溶剂相转移到固相表面并通过物理和化学作用相互结合的传质过程，是迄今为止最有效、最无损的技术，是公认的最简单经济的土壤重金属修复技术，但由于吸附材料在土壤中难以回收，限制着该方法的应用，基于此，本专利开发一种土壤污染物吸附装置，将吸附材料固定在吸附板上，然后将吸附板嵌入到土壤中，待吸附完成，可取出吸附板，回收吸附材料。该装置设计灵活、操作简单，能够促进吸附法在土壤重金属污染修复治理的广泛应用。


技术实现要素：

5.本发明克服了现有技术中吸附材料在土壤中应用后不易回收的问题，提供一种结构合理、使用方便的土壤污染物吸附装置及方法。
6.本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构和步骤的土壤污染物吸附装置及方法：含有施工车、举升装置、牵引装置、液压动力装置、施工辅助架、开槽装置和吸附替换装置，其中施工车的动力装置分别接入举升装置、牵引装置和液压动力装置的动力输入端，施工车通过举升装置连接施工辅助架，施工辅助架上通过导轨滑动连接开槽装置，施工车通过牵引装置带动开槽装置在施工辅助架上上下运动对土壤开槽，吸附替换装置放置于
土槽内；其中开槽装置含有滑动座、液压电机、驱动滚轮、驱动滚轴、支撑轴、开槽履带、开槽刀头、履带托架、换向滚轮、换向滚轴和滚动托轮，其中滑动座下表面通过导轨和施工辅助架的外侧面相连，上表面通过支架连接横穿履带托架的驱动滚轴和支撑轴，驱动滚轴的中部设有驱动滚轮，驱动管轮嵌套在履带托架的一端，驱动滚轴的端部通过齿轮组连接设置在滑动座上的液压电机，液压电机通过液压管路连接液压动力装置的输出端，履带托架的另一端通过换向滚轴嵌接有换向滚轮，履带托架的上下表面设有多个滚动托轮；开槽履带套接在驱动滚轮和换向滚轮外侧，开槽履带的外表面上设有多个开槽刀头。
7.优选地，所述吸附替换装置含有开口框型筒体、修复板刀、定型滤网、丝网袋和吸附颗粒，其中开口框型筒体为u型筒体，u型筒体侧面的开口处相对设有板刀定位槽，u型筒体上方开口处的两侧分别设有定位耳，定位耳上设有吊耳和柱钉；修复板刀嵌接在板刀定位槽内；定型滤网内表面贴合连接内部装有吸附颗粒的丝网袋，定型滤网外表面贴合连接开口框型筒体的内底面，定型滤网为u型框体，伸开后为矩形，其上方开口处中部设有吊装卡扣，上方开口处两侧设有软绳连接的挂环，挂环挂在定位耳的柱钉上。
8.优选地，所述修复板刀含有矩形刀体、防夹土刀头和拉环，其中矩形刀体的一端设有拉环，另一端开单边斜刃，该端的两个直角处设有突出矩形刀体的防夹土刀头，防夹土刀头和该侧矩形刀体开设相同的单边斜刃；所述板刀定位槽开口的横截面为等腰梯形状。
9.优选地，所述丝网袋为矩形纤维棉袋，其网孔的直径小于吸附颗粒的粒径，其上设有多个防鼓拉扣，相对的两个防鼓拉扣之间通过软绳连接。
10.优选地，所述定型滤网含有两个滤网和连接软布，其中两个滤网分别连接在连接软布的两侧，两个滤网的另一侧分别设有挂环和彼此扣接的吊装卡扣，滤网的网孔直径为1-6厘米。
11.优选地，所述吸附颗粒的材质为活性碳、沸石、硅胶、氧化铝、聚酰胺或其混合物，其粒径范围在0.001-5毫米。
12.优选地，所述牵引装置含有收卷轮轴、钢丝绳和定滑轮，其中收卷轮轴在施工车动力装置的驱动下，带动钢丝绳进行往复运动，钢丝绳通过定滑轮实现定向牵引开槽装置在施工辅助架上上下运动。
13.优选地，所述开槽刀头含有固定底板和刮刀，固定底板通过沉头螺栓固定在开槽履带外表面，刮刀刀刃所在的直线和开槽履带的运动方向平行，两者之间的夹角为α，其中30
°
≤α≤60
°
14.一种使用上述的土壤污染物吸附装置的方法，含有以下步骤，步骤1、施工车上的举升装置将施工辅助架举升再放置到合适的位置，牵引装置将开槽装置放下，牵引装置在重力作用下沿着燕尾槽式的导轨斜向下移动，在其重力作用下，开启液压动力装置驱动液压电机带动驱动滚轮，驱动滚轮拖动开槽履带，其上的开槽刀头将土壤抛洒到开槽履带的侧面，进而挖出土槽。
15.步骤2、将开口框型筒体伸入开好的土槽内，土槽倾斜时的深度为开口框型筒体的1.2-1.5倍为佳，将所述吸附替换装置的开口框型筒体依次放入预留填板和定型滤网，再在定型滤网内放入装有吸附颗粒的丝网袋，然后灌溉土地，土壤沉降后会接触定型滤网和丝网袋，进而和吸附颗粒发生渗透和离子吸附现象。
16.步骤3、二次更换吸附颗粒时，抽出预留填板，再拉出定型滤网，再用修复板刀刮除
沉降土壤的鼓肚部分，最后通过修复板刀在板刀定位槽内的往复运动，将土槽修复规整，重新和初次安装时一样，进行循环式吸附，吸附次数达到后，用原地保留的土对土槽进行填平。
17.与现有技术相比，本发明土壤污染物吸附装置及方法具有以下优点：本技术将吸附材料固定在修复材料固定装置中，然后嵌入土壤中，一方面溶解在水中的污染物通过水分的横向迁移和纵向迁移，通过吸附板，达到吸附的目的，另一方面，通过污染物的浓度差，使得污染物向吸附板方面迁移。
18.该吸附装置可以根据土壤中不同深度的污染物水分的迁移方向，更改嵌入到土壤中的角度，例如表层土壤中的污染物伴随着水分以纵向向下迁移为主，可以较小吸附板与土壤间的嵌入角度，使得污染物能够与吸附板保持更大的接触面。深层土壤中的污染物伴随着水分以横向迁移为主，可以采用增大吸附板与土壤间的嵌入角度，使得污染物能够与吸附板保持更大的接触面。
19.通过向污染场地灌溉的方式，增大污染物的迁移，从而增高修复速率，可以低成本，高效，快速的去除土壤中的重金属离子和有机污染物。
附图说明
20.图1是本发明的整体结构示意图；
21.图2是本发明中开槽装置的正向结构示意图之一；
22.图3是本发明中开槽装置的正向结构示意图之二；
23.图4是本发明中开槽装置的侧向结构示意图；
24.图5是本发明中开槽刀头的结构示意图；
25.图6是本发明中吸附替换装置开口处的结构示意图；
26.图7是本发明中定型滤网的结构示意图；
27.图8是本发明中修复板刀的正视结构示意图；
28.图9是本发明中修复板刀刀刃侧的结构示意图；
29.图10是本发明中预留填板的结构示意图；
30.图11是本发明中丝网袋装有吸附颗粒后的结构示意图。
31.附图说明中标号1-1是施工车，1-2是牵引装置，1-3是液压动力装置，1-4是液压管路，1-5是施工辅助架，1-6是滚轮，1-7是定滑轮，1-8是钢丝绳，1-9是导轨，1-10是举升装置。
32.2-1是驱动滚轮，2-2是支撑轴，2-3是滚动托轮，2-4是履带托架，2-5是支架，2-6是开槽履带，2-7是滑动座，2-8是开槽刀头，2-9是液压电机，2-10是换向滚轴。
33.3-1是定位耳，3-2是开口框型筒体，3-3是板刀定位槽，3-4是修复板刀，3-5是提手，3-6是定型滤网，3-7是丝网袋，3-8是吸附颗粒，3-9是吊装卡扣，3-10是连接软布，3-11是上填板，3-12是隔水密封条，3-13是下填板，3-14是吊耳，3-15是中填板，3-16是柱钉，3-17是防夹土刀头，3-18是软绳，3-19是中填板定位柱，2-20是单边斜刃，3-21是拉链，3-22是防鼓拉扣，3-23是挂环；4是土槽。
具体实施方式
34.下面结合附图和具体实施方式对本发明土壤污染物吸附装置及方法作进一步说明：如图所示，本实施例一种土壤污染物吸附装置中，含有施工车1-1、举升装置1-10、牵引装置1-2、液压动力装置1-3、施工辅助架1-5、开槽装置和吸附替换装置，其中施工车1-1的动力装置分别接入举升装置1-10、牵引装置1-2和液压动力装置1-3的动力输入端，施工车1-1通过举升装置1-10连接施工辅助架1-5，施工辅助架1-5上通过导轨1-9滑动连接开槽装置，施工车1-1通过牵引装置1-2带动开槽装置在施工辅助架1-5上上下运动对土壤开槽，吸附替换装置放置于土槽4内；其中开槽装置含有滑动座2-7、液压电机2-9、驱动滚轮2-1、驱动滚轴、支撑轴2-2、开槽履带2-6、开槽刀头2-8、履带托架2-4、换向滚轮1-6、换向滚轴2-10和滚动托轮2-3，其中滑动座2-7下表面通过导轨1-9和施工辅助架1-5的外侧面相连，上表面通过支架2-5连接横穿履带托架2-4的驱动滚轴和支撑轴2-2，驱动滚轴的中部设有驱动滚轮2-1，驱动管轮嵌套在履带托架2-4的一端，驱动滚轴的端部通过齿轮组连接设置在滑动座2-7上的液压电机2-9，液压电机2-9通过液压管路1-4连接液压动力装置1-3的输出端，履带托架2-4的另一端通过换向滚轴2-10嵌接有换向滚轮1-6，履带托架2-4的上下表面设有多个滚动托轮2-3；开槽履带2-6套接在驱动滚轮2-1和换向滚轮1-6外侧，开槽履带2-6的外表面上设有多个开槽刀头2-8。
35.施工车1-1可以是拖拉机、小吊车或其他适合在柔软土地或河床上形式的车辆，车辆上可以加造适合本技术中施工所需求的牵引装置1-2、液压动力装置1-3、液压管路1-4和施工辅助架1-5等。牵引装置1-2可以通过皮带或传动连杆连接拖拉机齿轮箱的输出动力端，卷扬机构通过钢丝绳1-8和定滑轮1-7实现指定部位往复运动的控制。
36.液压动力装置1-3可以通过皮带或传动连杆连接拖拉机齿轮箱的输出动力端，液压动力装置1-3通过液压管路1-4推动液压电机2-9实现单向或双向运动。
37.施工辅助架1-5是一个预制好的支架2-5，其上表面和水平底面之间的倾斜角度为45度或135度左右，其上通过导轨1-9定位并且上下位移的开槽装置，能够以该倾斜范围内左右波动一定的角度进行土壤开槽。倾斜角度也可以调整，具体看土壤中污染物的位置，如果是表层，角度可适当大一些，因为这部分污染物主要伴随着水分靠重力作用向下迁移，如果污染部分在深层，倾斜角度可减小，因为这部分的土壤靠近含水层，水分和污染物向下迁移程度有限，更多的是随着地下水移动方向横向迁移，角度较小的嵌入土壤中，可正好与迁移方向成为直角。
38.滚轮1-6在施工辅助架1-5移动过程中，能够对其一端进行承托，防止施工辅助架1-5刮进土地内，或者刮着土地走，滚轮1-6压在移动过程中能够最大限度地抬高其所在侧的高度，由于滚轮1-6在略微柔软的土地上接触的时间短，其下沉深度不会大于在该地点停留时间长所造成的下沉深度，行进过程中，滚轮1-6能够减轻施工辅助架1-5下方的稳定底盘和土地的接触压力和摩擦力，在该地点停留时间长时，稳定底盘就会起到防止过度下沉的托衬效果。
39.定滑轮1-7能够对钢丝绳1-8指定运动走向，使其达到定向牵引开槽装置通过燕尾槽式的导轨1-9沿着施工辅助架1-5的上表面运动的作用。
40.举升装置1-10和农田中的拖拉机犁地时，使用的来回举升犁耙进行犁刀换向的结构类似，举升装置1-10轻微的举高一点，然后施工辅助架1-5下方的稳定底盘就能稍微离开
地面，施工辅助架1-5下方的滚轮1-6就能轻松在底面上滚动前进。此处采用该处的举升功能满足工况要求，整个装置为现有技术可以实现的部分。
41.以上所述施工车1-1、牵引装置1-2、液压动力装置1-3和举升装置1-10均为现有技术中可以得到的技术部件，其需要改装和重新布置位置来适应本技术中的工作状况。
42.滑动座2-7上设置的有多个支架2-5，支架2-5之间设有支撑轴2-2和驱动滚轴，其中支撑轴2-2和驱动滚轴贯穿于履带托架2-4内，将其托起并稳定，使其和滑动座2-7之间为稳定的一体结构。驱动滚轴的一端通过滑动座2-7上设置的液压电机2-9进行传动，从而使驱动滚轮2-1能够转动，通过摩擦力带动开槽履带2-6在换向滚轴2-10和其之间行进实现环形往复运动。履带托架2-4的上下表面设有滚动托轮2-3，开槽履带2-6通过滚动托轮2-3连接履带托架2-4，能够大大减少开槽履带2-6和履带托架2-4之间的滑动摩擦力，从而避免两者之间出现不必要的磨损。
43.开槽刀头2-8含有固定底板和刮刀，固定底板通过沉头螺栓固定在开槽履带2-6外表面，刮刀刀刃所在的直线和开槽履带2-6的运动方向平行，两者之间的夹角为α，其中30
°
≤α≤60
°
。行进过程中，开槽履带2-6的外表面设置的开槽刀头2-8能够对土壤进行刮擦和搬运，经过稍许片刻，运动的开槽刀头2-8刮擦并搬运出来的土壤会被倾斜设计的刀头慢慢地抛向履带托架2-4的一侧，慢慢地堆成土堆，土堆可以留置在原地用工具摊平作为后续封填用，也可以在开挖不同深度的时候留作土壤样品，也可以集中收集走，单独吸附处理后再恢复正常使用。开槽刀头2-8在刮擦土壤的时候，底部和开槽履带2-6连接的部分会产生牵拉形变，该形变会拉紧开槽履带2-6和与其连接的履带托架2-4、换向滚轴2-10和驱动滚轮2-1之间的贴合程度，增大静摩擦力，在工作负荷稳定的情况下，开槽履带2-6不会打滑，此处通过贴合较紧密的连接方式，就能微调出较好的摩擦力切合度，无须额外增加防打滑的撑紧装置。
44.吸附替换装置含有开口框型筒体3-2、修复板刀3-4、定型滤网3-6、丝网袋3-7和吸附颗粒3-8，其中开口框型筒体3-2为u型筒体，u型筒体侧面的开口处相对设有板刀定位槽3-3，板刀定位槽3-3为梯形开口，就是为了防止开口框型筒体3-2出现因为土壤沉降变形，使板刀定位槽3-3变形后不容限定修复板刀3-4在其内进行顺利滑动的现象。提手3-5是方便提升和取出修复板刀3-4而设计的。
45.u型筒体上方开口处的两侧分别设有定位耳3-1，定位耳3-1上设有吊耳3-14和柱钉3-16；修复板刀3-4嵌接在板刀定位槽3-3内；定型滤网3-6内表面贴合连接内部装有吸附颗粒3-8的丝网袋3-7，定型滤网3-6外表面贴合连接开口框型筒体3-2的内底面，定型滤网3-6为u型框体，伸开后为矩形，其上方开口处中部设有吊装卡扣3-9，上方开口处两侧设有软绳3-18连接的挂环3-23，挂环3-23挂在定位耳3-1的柱钉3-16上。
46.开口框型筒体3-2伸入开好的土槽4内，和土槽4一个走向摆放，土槽4倾斜时的深度为开口框型筒体3-2的1.2-1.5倍为佳，此时底部剩余的空间是预留使用的，第二次更换吸附材料时修复土槽4初始形状需要削掉一定量的沉降土壤，这些沉降土壤直接填补了前期预留的空洞，免去了人工修复土槽4时，还需从又窄又深的土槽4中转运土的麻烦。
47.开口框型筒体3-2嵌入土槽4后，通过上部的定位耳3-1将其卡在土槽4的上半部，定位而上设置有吊耳3-14，可以方便其在土槽4内吊装工作，此时朝开口框型筒体3-2内先放置预留填板，预留填板上侧的两端处设有挂耳，使其在开口框型筒体3-2内，不会落入土
7的韧性和坚固度已经禁不住提升力了，再加上吸附材料在丝网袋3-7内稍有变形而变得不平整，就更不可以直接提升了，所以需要借助定型滤网3-6进行整体包覆后提升。
53.挂环3-23能够方便后期作为更换吸附颗粒3-8时的提升部件，在向土槽4中安装带有吸附颗粒3-8的丝网袋3-7时，吊装卡扣3-9能将上方滤网的开口处扣紧，防止滤网崩开，导致摔破丝网袋3-7。滤网的网孔直径为1-6厘米，该直径范围对土壤内的重金属和污染物的吸附，几乎没有阻隔性的影响。丝网袋3-7也可以换成过滤膜或者纳米孔膜，有吸附性或者过滤污染物的材料均可。
54.定型滤网3-6外表面通过预留填板贴合连接开口框型筒体3-2的内底面，预留填板有三层板，含有上填板3-11、中填板3-15、下填板3-13、中填板定位柱3-19和隔水密封条3-12，上填板3-11、中填板3-15和下填板3-13的上侧均设有提手3-5，上填板3-11和下填板3-13的底部通过软绳3-18连接，两者之间夹有中填板3-15，上填板3-11和下填板3-13靠近三个边缘的内侧相对设有贴合连接的隔水密封条3-12，中填板3-15的三个边缘的外侧位于隔水密封条3-12围成的区域内，中填板定位柱3-19位于隔水密封条3-12围成的区域内的下部，中填板3-15的底部贴合连接中填板定位柱3-19。
55.预留填板贴合连接开口框型筒体3-2的内底面，预留填板有三层板，含有上填板3-11、中填板3-15和下填板3-13，其中上填板3-11和下填板3-13之间挤压着面积稍小的中填板3-15，挤压面之间涂有润滑油脂，中填板定位柱3-19位于上填板3-11和下填板3-13的下半部，能够避免面积稍小的中填板3-15在上填板3-11和下填板3-13之间过度下溜的问题。
56.隔水密封条3-12在上填板3-11和下填板3-13之间的底部和侧部分别设计，能够起到密封油脂，防止水气和油脂之间互相混合造成油脂失效，还能杜绝土壤撒入各个填板之间，接触油脂使其润滑失效。中填板3-15起到预先抽取后，能够方便上填板3-11和下填板3-13有空间从开口框型筒体3-2内抽出来，达到容易抽一层中填板3-15，继而抽上填板3-11和下填板3-13，最后达到抽掉三层的优点，中填板3-15还能扩大抽取三层填板后，给定型滤网3-6留出的活动空间，同时三层填板和开口框型筒体3-2共同联合，能够尽可能抵消自身由于土壤沉降和土壤偏移造成的变形。进一步方便抽出滤网以及其内带有吸附颗粒3-8的丝网袋3-7，克服了土壤沉降带来较好的离子交换的同时，挤压定型滤网3-6不能轻易拔出进行替换的缺陷，拔出不当容易拔烂，同时由于吸附颗粒3-8受潮变重，也会增加定型滤网3-6的承受负荷。
57.所述牵引装置1-2含有收卷轮轴、钢丝绳1-8和定滑轮1-7，其中收卷轮轴在施工车1-1动力装置的驱动下，带动钢丝绳1-8进行往复运动，钢丝绳1-8通过定滑轮1-7实现定向牵引开槽装置在施工辅助架1-5上上下运动。
58.一种使用上述的土壤污染物吸附装置的方法，步骤1、施工车1-1上的举升装置1-10将施工辅助架1-5举升再放置到合适的位置，牵引装置1-2将开槽装置放下，牵引装置1-2在重力作用下沿着燕尾槽式的导轨1-9斜向下移动，在其重力作用下，开启液压动力装置1-3驱动液压电机2-9带动驱动滚轮2-1，驱动滚轮2-1拖动开槽履带2-6，其上的开槽刀头2-8将土壤抛洒到开槽履带2-6的侧面，进而挖出土槽4。此时施工车1-1向前开出一段距离继续连续排列开槽，吸附替换装置插入土槽4内深度除以根号2，对其增减30cm的距离就是施工车1-1向前开进的距离，这样就能达到污染场地上该列污染物吸收范围的全面覆盖。
59.将开口框型筒体3-2伸入开好的土槽4内，土槽4倾斜时的深度为开口框型筒体3-2
的1.2-1.5倍为佳，将所述吸附替换装置的开口框型筒体3-2依次放入预留填板和定型滤网3-6，再在定型滤网3-6内放入装有吸附颗粒3-8的丝网袋3-7，然后灌溉土地，土壤沉降后会接触定型滤网3-6和丝网袋3-7，进而和吸附颗粒3-8发生渗透和离子吸附现象。二次更换吸附颗粒3-8时，抽出预留填板，再拉出定型滤网3-6，再用修复板刀3-4刮除沉降土壤的鼓肚部分，最后通过修复板刀3-4在板刀定位槽3-3内的往复运动，将土槽4修复规整，重新和初次安装时一样，进行循环式吸附，吸附次数达到后，用原地保留的土对土槽4进行填平。
60.在污染土壤场地灌溉，重金属离子和有机污染物就会随着水分向下迁移，并通过修复材料固定装置，修复材料固定装置中的修复材料就可以将这部分污染物吸附去除。待吸附完成后，将修复材料固定装置从土壤中取出，然后重生吸附材料，循环使用，原地做土槽4，吸附次数达到后，继续用原地保留的土对土槽4进行填平，达到无损修复。