CN208944822U - 重金属污染土壤电动修复模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种重金属污染土壤电动修复模拟装置，包括土样槽和土样槽密封盖，直流电压源加载在土样两端，高压容器通过管道向土样输送液体，土样槽密封盖的顶部安装有气压计和阀门，土样槽密封盖内设置有环境温度传感器和环境湿度传感器，土样内设置有含水率传感器和PH值传感器。本实用新型可根据实际需要制作符合实际情况的重金属污染土壤样本，可实时监测重金属污染土壤电修复过程中的土体含水率、阴极土体酸碱度、环境温湿度与气压变化，以土壤电流变化，为寻求重金属污染土壤电动修复的最优土样含水率和最佳加载电压提供可靠的依据，以提高重金属土壤电动修复的效率。

Description

重金属污染土壤电动修复模拟装置

技术领域

本实用新型属于重金属污染土壤修复技术领域，具体涉一种重金属污染土壤电动修复模拟装置。

背景技术

近年来，矿山地质环境恢复治理工作的重要性日益凸显，其中矿山重金属污染土壤多采用植物修复技术，植物修复技术周期长效果差，且重金属不易被植物高效吸收，依然吸附在土壤颗粒中，使大量的土地使用受到限制。电动修复技术是一种原位修复技术，是现研究的热点技术之一，但是，目前重金属污染土壤电动修复技术研究试验对象单一，少有对***电流、电压、土体含水率、试验环境温湿度、阴极土体酸碱度的实时监测。因此，现如今缺少一种重金属污染土壤电动修复模拟装置，能实时监测土体试验环境多种特征指标的电动修复室内模拟装置，来寻找土样在重金属污染土壤电动修复中的最优土样含水率、最佳电源电压、最佳土样环境温湿度，以提高重金属土壤电动修复的效率，最终达到消除重金属土壤污染的目的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种重金属污染土壤电动修复模拟装置，其设计新颖合理，可根据实际需要制作符合实际情况的重金属污染土壤样本，可实时监测重金属污染土壤电修复过程中的土体含水率、阴极土体酸碱度、环境温湿度与气压变化，以土壤电流变化，为寻求重金属污染土壤电动修复的最优土样含水率和最佳加载电压提供可靠的依据，以提高重金属土壤电动修复的效率，便于推广使用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：重金属污染土壤电动修复模拟装置，其特征在于：包括盛放土样的土样槽和与土样槽配合的土样槽密封盖，土样槽内部设置有U形槽，土样放置在U形槽内，土样的一端安装有阳极板，土样的另一端安装有阴极板，阳极板远离土样的一端和阴极板远离土样的一端均设置有与土样槽侧壁固定连接的弹簧，阴极板为金属板，阳极板为非金属板，阳极板和阴极板与土样接触的端面均与土样的端面形状尺寸相同，第一高压容器和第二高压容器均通过伸入至土样槽密封盖内的管道向土样输送液体，管道通过动力喷头与土样连通，土样槽密封盖的顶部安装有气压计和阀门，土样槽密封盖的内部设置有环境温度传感器和环境湿度传感器，土样内设置有含水率传感器和pH值传感器，pH值传感器靠近阴极板设置，直流电压源的正极通过导线加载在阳极板上，直流电压源的负极通过导线加载在阴极板上，导线上串联有电流表，直流电压源的两端并联有电压表。

上述的重金属污染土壤电动修复模拟装置，其特征在于：所述第一高压容器内盛放重金属溶液，第二高压容器内盛放水溶液，第一高压容器的数量为N个，N个第一高压容器内盛放的重金属溶液各不相同，金属板的化学活性比重金属溶液的化学活性活泼，管道为具有N+1个输入端和一个输出端的树形管道，树形管道的N+1个输入端分别与第二高压容器和N个第一高压容器一一连通，树形管道的输入端上安装有电磁阀和流量计，电磁阀由计算机控制，环境温度传感器、环境湿度传感器、含水率传感器、pH值传感器、电流表和流量计的输出端均与计算机的输入端连接，计算机上连接有存储器，其中，N为正整数。

上述的重金属污染土壤电动修复模拟装置，其特征在于：所述土样槽和土样槽密封盖通过硅胶密封圈密封。

上述的重金属污染土壤电动修复模拟装置，其特征在于：所述直流电压源上设置有用于调节电压大小的旋钮。

上述的重金属污染土壤电动修复模拟装置，其特征在于：所述土样为半圆柱体土样，阳极板和阴极板均为半圆形电极板，阳极板和阴极板与土样接触的端面上设置有导电层，所述导电层为导电胶，所述导电胶的厚度为1mm～3mm。

上述的重金属污染土壤电动修复模拟装置，其特征在于：所述阳极板为石墨电极板，阴极板为铁电极板。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型通过在土样槽两侧设置弹簧与阴极板和阳极板连接，以达到土样长度可按试验要求调节的目的，适用于不同尺寸土样的试验，功能完备，且并将土样连接至直流电压源回路，直流电压源的电压也可根据试验要求自由调节。

2、本实用新型通过将土样放置在土样槽密封盖和土样槽构成的密闭空间，从而可以使重金属污染土壤电动修复模拟过程中土样处于密闭环境，土样水分不易散失，减弱了土样含水率变化对试验结果的影响。并且可以实时检测试验进行时因化学反应导致的气压变化，可靠稳定，使用效果好。

3、本实用新型通过第一高压容器向土样输入不同含量的重金属溶液，通过第二高压容器向土样输入不同含量的水溶液，可实现制作实际需要重金属污染土壤样本，同时可实时监测重金属污染土壤电修复过程中的土体含水率、阴极土体酸碱度、环境温湿度与气压变化，以土壤电流变化，为实际重金属污染土壤电动修复提供可靠的数据支持。

综上所述，本实用新型设计新颖合理，可根据实际需要制作符合实际情况的重金属污染土壤样本，可实时监测重金属污染土壤电修复过程中的土体含水率、阴极土体酸碱度、环境温湿度与气压变化，以土壤电流变化，为寻求重金属污染土壤电动修复的最优土样含水率和最佳加载电压提供可靠的依据，以提高重金属土壤电动修复的效率，便于推广使用。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的结构连接示意图。

图2为图1中除弹簧和土样槽侧壁的右视图。

图3为本实用新型的电路原理框图。

附图标记说明:

1—第一高压容器； 2—第二高压容器； 3—电磁阀；

4—管道； 5—气压计； 6—阀门；

7—土样槽密封盖； 8—土样槽； 10—硅胶密封圈；

12—导线； 13—pH值传感器； 14—动力喷头；

15—土样； 16—弹簧； 17—阴极板；

18—阳极板； 19—电压表； 20—电流表；

22—正极； 23—旋钮； 24—直流电压源；

25—环境温度传感器； 26—环境湿度传感器； 27—流量计；

28—计算机； 29—含水率传感器； 30—存储器。

具体实施方式

如图1至图3所示，本实用新型所述的重金属污染土壤电动修复模拟装置，包括盛放土样15的土样槽8和与土样槽8配合的土样槽密封盖7，土样槽8内部设置有U形槽，土样15放置在U形槽内，土样15的一端安装有阳极板18，土样15的另一端安装有阴极板17，阳极板18远离土样15的一端和阴极板17远离土样15的一端均设置有与土样槽8侧壁固定连接的弹簧16，阴极板17为金属板，阳极板18为非金属板，阳极板18和阴极板17与土样15接触的端面均与土样15的端面形状尺寸相同，第一高压容器1和第二高压容器2均通过伸入至土样槽密封盖7内的管道4向土样15输送液体，管道4通过动力喷头14与土样15连通，土样槽密封盖7的顶部安装有气压计5和阀门6，土样槽密封盖7的内部设置有环境温度传感器25和环境湿度传感器26，土样15内设置有含水率传感器29和pH值传感器13，pH值传感器13靠近阴极板17设置，直流电压源24的正极22通过导线12加载在阳极板18上，直流电压源24的负极通过导线12加载在阴极板17上，导线12上串联有电流表20，直流电压源24的两端并联有电压表19。

需要说明的是，设置土样槽8和与土样槽8配合的土样槽密封盖7的目的是为了将土样15放置在密闭的空间中，从而可以使重金属污染土壤电动修复模拟过程中土样处于密闭环境，避免土样水分的挥发而造成水分的流失，减弱了土样含水率变化对试验结果的影响，土样槽8内部设置有放置土样15的U形槽的目的是为了限定土样15的位置，阳极板18远离土样15的一端和阴极板17远离土样15的一端均设置有与土样槽8侧壁固定连接的弹簧16的目的是使阳极板18和阴极板17紧贴土样15，便于试验的高效进行，且弹簧具有伸缩性，可满足夹持不同长度的土样，适用于不同尺寸土样的试验，功能完备；阴极板17为金属板，阳极板18为非金属板，金属板较非金属板的化学活性活泼，阴极板17采用金属板便于阴极得电子发生还原反应，阳极板18采用非金属板便于阳极失电子发生氧化反应，阳极板18和阴极板17与土样15接触的端面均与土样15的端面形状尺寸相同，便于阳极板18和阴极板17完全吻合的与土样15接触，避免面积过大造成资源浪费且对试验带来影响，同时避免面积过小使重金属污染土壤发生不均匀电离，对试验带来影响。

设置第一高压容器1的目的是可向土样15输入不同含量的重金属溶液，设置第二高压容器2的目的是可向土样15输入不同含量的水溶液，实现制作实际需要重金属污染土壤样本，管道4通过动力喷头14与土样15连通，便于第一高压容器1和第二高压容器2内的溶液渗入至土样15中，避免使用普通喷头造成溶液无法有效进入土样15，土样槽密封盖7的顶部安装有气压计5和阀门6，可以实时检测试验进行时因化学反应导致的气压变化，pH值传感器13靠近阴极板17设置的目的是便于监测土样的酸碱度变化，阴极板17附近易得电子发生还原反应，产生氢气，氢离子减少，土样的pH值增大；pH值传感器13也可靠近阳极板18设置，阳极板18附近易失电子发生氧化反应，产生氧气，氢离子增加，土样的pH值增小，由于化学反应是同时进行的，实际使用中，pH值传感器13仅设置一个即可，另外，该模拟装置可实时监测重金属污染土壤电修复过程中的土体含水率、环境温湿度与气压变化，以土壤电流变化，为实际重金属污染土壤电动修复提供可靠的数据支持。

本实施例中，所述第一高压容器1内盛放重金属溶液，第二高压容器2内盛放水溶液，第一高压容器1的数量为N个，N个第一高压容器1内盛放的重金属溶液各不相同，金属板的化学活性比重金属溶液的化学活性活泼，管道4为具有N+1个输入端和一个输出端的树形管道，树形管道的N+1个输入端分别与第二高压容器2和N个第一高压容器1一一连通，树形管道的输入端上安装有电磁阀3和流量计27，电磁阀3由计算机28控制，环境温度传感器25、环境湿度传感器26、含水率传感器29、pH值传感器13、电流表20和流量计27的输出端均与计算机28的输入端连接，计算机28上连接有存储器30，其中，N为正整数。所述重金属溶液为铅金属溶液、钴金属溶液、镍金属溶液、镉金属溶液或汞金属溶液。

本实施例中，所述土样槽8和土样槽密封盖7通过硅胶密封圈10密封。

需要说明的是，为了保证土样槽8和土样槽密封盖7密封严实，将将凡士林均匀涂抹在土样槽密封盖7与土样槽8的硅胶密封圈10接合处，以达到土样环境的密闭条件。

本实施例中，所述直流电压源24上设置有用于调节电压大小的旋钮23。

本实施例中，所述土样15为半圆柱体土样，阳极板18和阴极板17均为半圆形电极板，阳极板18和阴极板17与土样15接触的端面上设置有导电层，所述导电层为导电胶，所述导电胶的厚度为1mm～3mm。

本实施例中，所述阳极板18为石墨电极板，阴极板17为铁电极板。

需要说明的是，铁电极板的化学活性较活泼且廉价易得，因此，阴极板17采用铁电极板；石墨电极板化学活性不活泼且廉价易得，因此，阳极板18采用石墨电极板。

本实用新型使用时，将一个半圆柱体土样放置在土样槽8的U形槽内，通过阳极板18和阴极板17夹持半圆柱体土样，根据预设的土样15的污染条件，利用N个第一高压容器1为半圆柱体土样饱和重金属溶液，通过流量计27记录每个第一高压容器1的重金属溶液输出量，根据预设的土样15的含水率条件，利用第二高压容器2为半圆柱体土样饱和水溶液，使半圆柱体土样满足预设的含水率条件；静置饱和溶液后的半圆柱体土样，使半圆柱体土样内的重金属溶液和水溶液均匀；将气压计5卸下，在气压计5安装位置处安装电动抽气泵，将土样槽密封盖7和土样槽8构成的密闭空间抽真空，拧紧阀门6，卸下电动抽气泵，重新安装气压计5，以满足被重金属污染的土样在室内模拟的初始气压条件；打开直流电压源24，利用直流电压源24上的旋钮23调节直流电压源24的电压值，使电流表20的指针读数超过电流表20量程的一半；利用电流表20记录被重金属污染的土样电动修复过程中的电流变化，利用环境温度传感器25记录被重金属污染的土样电动修复过程中土样槽密封盖7内的温度变化，利用环境湿度传感器26记录被重金属污染的土样电动修复过程中土样槽密封盖7内的湿度变化，利用含水率传感器29记录被重金属污染的土样电动修复过程中土壤的含水率变化，利用pH值传感器13记录被重金属污染的土样电动修复过程中靠近阴极板17位置处土壤的pH值变化，同时，利用气压计5记录被重金属污染的土样电动修复过程中土样槽密封盖7内的气压变化，被重金属污染的土样电动修复过程中的电流、含水率、pH值以环境温度和环境湿度数据均通过计算机28存储在存储器30中；待试验结束后，将土样槽密封盖7打开，取出电动修复后的土样，利用金属含量测试仪测定电动修复后的土样中的重金属含量。

可实现土样15在不同重金属含量、不同含水率和不同加载电压下的电动修复模拟，为寻求重金属污染土壤电动修复的最优土样含水率和最佳加载电压提供可靠的依据，以提高重金属土壤电动修复的效率，使用效果好。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (6)

1.重金属污染土壤电动修复模拟装置，其特征在于：包括盛放土样(15)的土样槽(8)和与土样槽(8)配合的土样槽密封盖(7)，土样槽(8)内部设置有U形槽，土样(15)放置在U形槽内，土样(15)的一端安装有阳极板(18)，土样(15)的另一端安装有阴极板(17)，阳极板(18)远离土样(15)的一端和阴极板(17)远离土样(15)的一端均设置有与土样槽(8)侧壁固定连接的弹簧(16)，阴极板(17)为金属板，阳极板(18)为非金属板，阳极板(18)和阴极板(17)与土样(15)接触的端面均与土样(15)的端面形状尺寸相同，第一高压容器(1)和第二高压容器(2)均通过伸入至土样槽密封盖(7)内的管道(4)向土样(15)输送液体，管道(4)通过动力喷头(14)与土样(15)连通，土样槽密封盖(7)的顶部安装有气压计(5)和阀门(6)，土样槽密封盖(7)的内部设置有环境温度传感器(25)和环境湿度传感器(26)，土样(15)内设置有含水率传感器(29)和pH值传感器(13)，pH值传感器(13)靠近阴极板(17)设置，直流电压源(24)的正极(22)通过导线(12)加载在阳极板(18)上，直流电压源(24)的负极通过导线(12)加载在阴极板(17)上，导线(12)上串联有电流表(20)，直流电压源(24)的两端并联有电压表(19)。

2.按照权利要求1所述的重金属污染土壤电动修复模拟装置，其特征在于：所述第一高压容器(1)内盛放重金属溶液，第二高压容器(2)内盛放水溶液，第一高压容器(1)的数量为N个，N个第一高压容器(1)内盛放的重金属溶液各不相同，金属板的化学活性比重金属溶液的化学活性活泼，管道(4)为具有N+1个输入端和一个输出端的树形管道，树形管道的N+1个输入端分别与第二高压容器(2)和N个第一高压容器(1)一一连通，树形管道的输入端上安装有电磁阀(3)和流量计(27)，电磁阀(3)由计算机(28)控制，环境温度传感器(25)、环境湿度传感器(26)、含水率传感器(29)、pH值传感器(13)、电流表(20)和流量计(27)的输出端均与计算机(28)的输入端连接，计算机(28)上连接有存储器(30)，其中，N为正整数。

3.按照权利要求1所述的重金属污染土壤电动修复模拟装置，其特征在于：所述土样槽(8)和土样槽密封盖(7)通过硅胶密封圈(10)密封。

4.按照权利要求1所述的重金属污染土壤电动修复模拟装置，其特征在于：所述直流电压源(24)上设置有用于调节电压大小的旋钮(23)。

5.按照权利要求1所述的重金属污染土壤电动修复模拟装置，其特征在于：所述土样(15)为半圆柱体土样，阳极板(18)和阴极板(17)均为半圆形电极板，阳极板(18)和阴极板(17)与土样(15)接触的端面上设置有导电层，所述导电层为导电胶，所述导电胶的厚度为1mm～3mm。

6.按照权利要求1所述的重金属污染土壤电动修复模拟装置，其特征在于：所述阳极板(18)为石墨电极板，阴极板(17)为铁电极板。