土壤中微塑料去除及土壤分离装置与方法

1.本发明涉及一种土壤中微塑料去除及土壤分离装置与方法，属于环境污染物处理的技术领域。


背景技术：

2.微塑料是指直径小于5毫米的塑料颗粒，是21世纪才受到广泛关注的一种新型污染物，对环境和生物都存在潜在的威胁。我国是一个农业大国，土壤安全对农业的可持续发展起着决定性作用，然而，随着农膜的广泛使用和塑料产品的随意丢弃，我国许多地区的土壤微塑料污染日益加剧。目前已有研究证明，我国许多地区的土壤中含有较高丰度的微塑料，微塑料在土壤中持续积累会影响土壤性质、功能，对土壤安全及生物多样性造成威胁。相关领域的许多学者已经研究出一些土壤中微塑料的分离提取装置和方法，但现有装置大都比较复杂，对土壤和微塑料的处理都局限于土壤有机质消解、微塑料分离、微塑料鉴别三个过程，很少考虑消解和提取时所使用试剂对土壤后续处理的影响，也没有涉及对去除微塑料后土壤与溶液分离及土壤的后处理过程。
3.在对土壤进行消解和微塑料去除时加入的试剂一般都会影响土壤的ph和盐度，因此经过操作后的土壤性质较之前发生了较大改变，不能直接回归自然，需要在除去微塑料后对土壤进行处理和最终处置。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供一种土壤中微塑料去除及土壤分离装置与方法，其具体技术方案如下：一种土壤中微塑料去除及土壤分离装置，包括卧式设置的滚筒，所述滚筒的顶部设置有用于注入土壤及浮选液的上部开口，所述滚筒的两个端部均设置有对应的封板，其中一端的封板设置有溢流口，称该端为浮选端，另一端的封板从其中部水平线分成上半板和下半板，所述上半板和下半板密封连接，且下半板能够围绕中部水平线旋转上翻，上翻打开后形成排泥口，称为排泥端；所述溢流口中设置有带阀门的出水龙头，所述出水龙头的下方设置有抽滤装置，所述排泥口的下方设置有固液分离装置。
5.进一步的，所述抽滤装置从上到下依次包括接液斗、缩口过渡管、过滤塞及溢流承接容器，溢流承接容器的顶部设计成缩口形态，接液斗的顶部敞口承接出水龙头，底部与缩口过渡管贯通连接，圆周密封对接或套接，过滤塞固定于缩口过渡管中，过滤塞的四周与缩口过渡管内部固定，缩口过渡管底部与溢流承接容器的顶部圆周固定连接；所述溢流承接容器连接有真空抽吸泵，真空抽吸泵与溢流承接容器的连接处位于过滤塞的下方。
6.进一步的，所述固液分离装置包括可拆卸的滤网和排放承接容器，所述滤网封住排放承接容器的横截面，且位于排放承接容器内部靠近上部位置。
7.进一步的，所述上部开口设置有可密封关闭的门，所述滚筒的外部固定设置有一圈以上外齿圈，所述滚筒的底部设置有与外齿圈啮合的齿轮，所述齿轮与电机驱动连接，电机驱动齿轮旋转，齿轮带动外齿圈和滚筒同步旋转。
8.进一步的，所述滚筒内部还设置有刮板，所述刮板与滚筒端面平行，底部与滚筒贴合，顶部水平，且顶部不高于溢流口；所述滚筒内部的浮选端设置有伸缩杆，所述伸缩杆的一端与浮选端内壁固定，另一端与刮板连接。
9.进一步的，所述滚筒外部靠近浮选端一侧下方设置有顶升机构，所述顶升机构包括底座和顶杆，所述顶杆的顶部设置有与滚筒外部弧度一致的顶托，所述顶托顶着滚筒；所述滚筒外部靠近排泥端一侧下方设置有限止机构，所述限止机构包括限止座和限止配块，所述限止配块固定在滚筒的外部底面，限止座向上一面设置有与限止配块形状对应的凹槽，限止配块放置在限止座的凹槽中。
10.进一步的，所述滚筒外壁设置有两圈导轨，其中一个导轨卡在顶托中，其中一个导轨卡在所述限止配块中，所述限止配块和顶托内部均设置有两行滚珠，所述导轨从两行滚珠之间穿过，形成滚珠轴承的配合结构；所述顶托与顶杆之间通过万向接头连接。
11.土壤中微塑料去除及土壤分离方法，包括以下步骤：步骤1，将预处理后的土壤进行消解；步骤2，将土壤及浮选液注入滚筒中，土壤与浮选液质量之比为1:3—1:6；步骤3，确保滚筒完全关闭，启动电机，使滚筒旋转5分钟，转速为30r/min；步骤4，静置20分钟，使密度较大的悬浮物充分沉降；步骤5，打开出水龙头的阀门，使微塑料随浮选液溢流至抽滤装置；步骤6，对含有微塑料的浮选液进行抽滤，使微塑料截留在过滤塞上的0.45μm微孔滤膜上；步骤7，打开滚筒排泥端的下半板，使用刮板将滚筒内剩余浮选液和土壤刮至固液分离装置；步骤8，将土壤均匀平铺在固液分离装置的滤网上；步骤9，将滤网上截留的土壤去除，使用脱水机进行脱水。
12.进一步的，所述步骤7具体为：首先打开下半板，滚筒中的浮选液流出，待浮选液流速降低后，顶升机构将浮选筒的浮选端顶起升高，滚筒里的土壤从排泥口流出，待土壤排出流速降低后，伸缩杆伸出，将刮板从浮选端平推到排泥端，待土壤排出完毕后，刮板缩回，顶升机构下降复位。
13.进一步的，所述浮选液为类芬顿溶液fe
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14.本发明的有益效果是：对土壤中微塑料进行有效去除；固液分离和土壤脱水率高；将微塑料去除和土壤脱水在同一流程完成，降低处理后土壤的运输处理成本，节省时间和人力；通过类芬顿溶液提高土壤脱水性能，再进行固液分离，最后使用脱水设备进行脱水，最终得到的泥饼含固率高。
附图说明
15.图1是本发明的结构示意图，图2是本发明的排泥端的正视图，图3是本发明的顶升机构、限止机构的结构示意图，图中：1—滚筒，2—排泥端，3—浮选端，4—限止机构，41—限止配块，42—限止座，5—顶升机构，51—顶托，52—顶杆，53—底座，6—导轨，7—外齿圈，8—齿轮，9—电机，10—万向接头，11—上部开口，12—排放承接容器，13—滤网，14—阀门，15—出水龙头，16—接液斗，17—缩口过渡管，18—过滤塞，19—溢流承接容器，20—真空抽吸泵，21—上半板，22—下半板。
具体实施方式
16.现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
17.如图1-2所示，本发明的土壤中微塑料去除及土壤分离装置，包括卧式设置的滚筒1，滚筒1的中轴线水平。滚筒1的顶部设置有用于注入土壤及浮选液的上部开口11，为了避让开导轨6和外齿圈7，上部开口11设置在外齿圈7和其两侧的导轨6之间的位置。滚筒1的两个端部均设置有对应的封板，封板与滚筒1密封连接，滚筒1处于旋转混合时，内部处于密封状态。滚筒1其中一端的封板设置有溢流口，称该端为浮选端3，另一端的封板从其中部水平线分成上半板21和下半板22，上半板21和下半板22密封连接，且下半板22能够围绕中部水平线旋转上翻，上翻打开后形成排泥口，称为排泥端2。上半板21和下半板22之间的对接边可以通过翻转百叶连接，上半板21与下半板22的对接边，以及下半板22的四周均设置有密封条。上半板21的半圆边与滚筒1密封固定连接。为了便捷打开下半板22，可以在下半板22上设置有把手，或者设置电动或气动的辅助自动打开机构。
18.溢流口中设置有带阀门14的出水龙头15，不需要溢流是关闭阀门14，需要溢流时，打开阀门14。出水龙头15的下方设置有抽滤装置，排泥口的下方设置有固液分离装置。
19.抽滤装置从上到下依次包括接液斗16、缩口过渡管17、过滤塞18及溢流承接容器19，溢流承接容器19的顶部设计成缩口形态，接液斗16的顶部敞口承接出水龙头15，底部与缩口过渡管17贯通连接，圆周密封对接或套接，过滤塞18固定于缩口过渡管17中，过滤塞18的四周与缩口过渡管17内部固定，缩口过渡管17底部与溢流承接容器19的顶部圆周固定连接。接液斗16顶部敞口较大，便于接住溢流出来的液体，缩口过渡增加单位截面上的压力，便于配合真空抽吸泵20形成过滤塞18上的真空度。
20.溢流承接容器19连接有真空抽吸泵20，真空抽吸泵20与溢流承接容器19的连接处位于过滤塞18的下方。液体经过缩口和过滤塞18时，水流会降速，导致过滤塞18过水速度太慢，无法及时将接液斗16中的液体过滤到溢流承接容器19中，通过增加真空度，提高过滤塞18过滤效率，真空度保持在不破坏过滤塞18的过滤效果的范围内，不能突破过滤塞18的承受能力。
21.固液分离装置包括可拆卸的滤网13和排放承接容器12，滤网13封住排放承接容器12的横截面，且位于排放承接容器12内部靠近上部位置。滤网13将泥水中的粗大颗粒截留。对处理后的土壤进行初步固液分离。
22.上部开口11设置有可密封关闭的门，滚筒1的外部固定设置有一圈以上外齿圈7（图中以设置一个外齿圈7为例展示），滚筒1的底部设置有与外齿圈7啮合的齿轮8，齿轮8与电机9驱动连接，电机9驱动齿轮8旋转，齿轮8带动外齿圈7和滚筒1同步旋转。电机9输出轴设置减速器，减速器的输出轴与齿轮8的中心轴通过联轴器连接，或者通过其他的传动机构连接，比如减速器的中心轴设置主动齿轮8，主动齿轮8啮合驱动齿轮8旋转。通过电机9的动力带动齿轮8旋转，齿轮8带动外齿圈7和滚筒1同步旋转。
23.滚筒1内部还设置有刮板，刮板与滚筒1端面平行，底部与滚筒1贴合，顶部水平，且顶部不高于溢流口；滚筒1内部的浮选端3设置有伸缩杆，伸缩杆的一端与浮选端3内壁固定，另一端与刮板连接。伸缩杆可以选用气缸筒。气缸筒外部严格密封。
24.下面结合图3，介绍本专利的另一个功能，即可以倾斜倾倒滚筒1内部泥和水。滚筒1外部靠近浮选端3一侧下方设置有顶升机构5，顶升机构5包括底座53和顶杆52，顶杆52的顶部设置有与滚筒1外部弧度一致的顶托51，顶托51顶着滚筒1。
25.滚筒1外部靠近排泥端2一侧下方设置有限止机构4，限止机构4包括限止座42和限止配块41，限止配块41固定在滚筒1的外部底面，限止座42向上一面设置有与限止配块41形状对应的凹槽，限止配块41放置在限止座42的凹槽中。
26.滚筒1外壁设置有两圈导轨6，其中一个导轨6卡在顶托51中，其中一个导轨6卡在限止配块41中，限止配块41和顶托51内部均设置有两行滚珠，导轨6从两行滚珠之间穿过，形成滚珠轴承的配合结构。当滚筒1旋转时，导辊和滚筒1同步旋转，辊轴轴承机构的配合结构，确保限止配块41和顶托51不影响导辊的正常旋转。
27.顶托51与顶杆52之间通过万向接头10连接。万向接头10让顶杆52顶升时，顶托51能够一直贴合滚筒1，万向接头10提供给顶托51和顶杆52之间的角度旋转功能。
28.土壤中微塑料去除及土壤分离方法，包括以下步骤：步骤1，将预处理后的土壤进行消解，消解具体为：将预处理后的土壤和质量分数30%的过氧化氢溶液置于消解罐中，10min内升温至120℃保持5min；步骤2，将土壤及浮选液注入滚筒中，土壤与浮选液质量之比为1:3—1:6；步骤3，确保滚筒完全关闭，启动电机，使滚筒旋转5分钟，转速为30r/min；步骤4，静置20分钟，使密度较大的悬浮物充分沉降；步骤5，打开出水龙头的阀门，使微塑料随浮选液溢流至抽滤装置；步骤6，对含有微塑料的浮选液进行抽滤，使微塑料截留在过滤塞上的0.45μm微孔滤膜上；步骤7，打开滚筒排泥端的下半板，使用刮板将滚筒内剩余浮选液和土壤刮至固液分离装置；步骤8，将土壤均匀平铺在固液分离装置的滤网上；步骤9，将滤网上截留的土壤去除，使用脱水机进行脱水。
29.步骤7具体为：首先打开下半板，滚筒中的浮选液流出，待浮选液流速降低后，顶升机构将浮选筒的浮选端顶起升高，滚筒里的土壤从排泥口流出，待土壤排出流速降低后，伸缩杆伸出，将刮板从浮选端平推到排泥端，待土壤排出完毕后，刮板缩回，顶升机构下降复位。
30.浮选液为类芬顿溶液fe
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31.下面具体阐述本发明方法的理论基础，（1）天然土壤中含有有机质，且存在团粒结构，会对浮选过程产生影响，需要在浮选前进行消解；（2）浮选法是基于密度差异进行微塑料分离的方法，密度1.2g/cm3的类芬顿溶液（fe
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/edta-2na）可对微塑料进行有效提取；（3）土壤颗粒直径一般在0.1mm以上，在浮选后使用直径0.1mm的筛网过滤可将土壤和溶液分离；（4）处理后的土壤盐度高，ph也与天然土壤有一定差异，不能直接回到自然环境，需要先进行脱水，再填埋或通过其他途径处置；（5）类芬顿溶液（fe
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/edta-2na）可以氧化破坏污泥结构，使污泥脱水性能提高，将其作为浮选液进行微塑料浮选可以对同时土壤进行调理。
32.下面具体给出本发明方法应用实施例：下面通过实施例展示本发明的具体操作与实施效果。为便于理解，下列说明语言中用到“上侧”、“左侧”“右侧”等方位词，可结合附图进行参考。
33.实施例1：（1）对土壤进行预处理，即除去待处理土壤中的大颗粒杂质，将土壤烘干至恒重，过筛，筛孔直径为5mm；（2）取50g预处理后的土壤，使用质量分数30%的过氧化氢溶液进行消解；（3）将消解后的土壤及200ml类芬顿溶液（fe
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/edta-2na）通过浮选滚筒上侧开口注入滚筒中；（3）确保滚筒完全关闭，启动动力装置，使滚筒旋转5分钟，转速为30r/min；（4）静置20分钟，使密度较大的悬浮物充分沉降；（5）打开滚筒右侧阀门，浮选出的微塑料随浮选液溢流至抽滤装置；（6）对含有微塑料的浮选液进行抽滤，使微塑料截留在0.45μm微孔滤膜上；（7）打开滚筒左侧的排泥板，使用刮板将滚筒内剩余浮选液和土壤刮至固液分离装置；（8）将土壤均匀平铺在固液分离装置的滤网上，等待20min；（9）将滤网上截留的土壤去除，使用脱水机进行脱水。
34.实施例2：对土壤进行预处理，即除去待处理土壤中的大颗粒杂质，将土壤烘干至恒重，过筛，筛孔直径为5mm；（1）取50g预处理后的土壤，使用质量分数30%的过氧化氢溶液进行消解；（2）将消解后的土壤及200ml去离子水通过浮选滚筒上侧开口注入滚筒中；（3）确保滚筒完全关闭，启动动力装置，使滚筒旋转5分钟，转速为30r/min；（4）静置20分钟，使密度较大的悬浮物充分沉降；（5）打开滚筒右侧阀门，浮选出的微塑料随浮选液溢流至抽滤装置；（6）对含有微塑料的浮选液进行抽滤，使微塑料截留在0.45μm微孔滤膜上；（7）打开滚筒左侧的排泥板，使用刮板将滚筒内剩余浮选液和土壤刮至固液分离装置；（8）将土壤均匀平铺在固液分离装置的滤网上，等待20min；（9）将滤网上截留的土壤去除，使用脱水机进行脱水。
35.实施例3：对土壤进行预处理，即除去待处理土壤中的大颗粒杂质，将土壤烘干至恒重，过
筛，筛孔直径为5mm；（1）将50g预处理后的土壤与200ml类芬顿溶液（fe
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/edta-2na）通过浮选滚筒上侧开口注入滚筒中；（2）确保滚筒完全关闭，启动动力装置，使滚筒旋转5分钟，转速为30r/min；（3）静置20分钟，使密度较大的悬浮物充分沉降；（4）打开滚筒右侧阀门，浮选出的微塑料随浮选液溢流至抽滤装置；（5）对含有微塑料的浮选液进行抽滤，使微塑料截留在0.45μm微孔滤膜上；（6）打开滚筒左侧的排泥板，使用刮板将滚筒内剩余浮选液和土壤刮至固液分离装置；（7）将土壤均匀平铺在固液分离装置的滤网上，等待20min；（8）将滤网上截留的土壤去除，使用脱水机进行脱水。
36.表 1 各实施例操作及效果由以上实施例及表1可知，与去离子水作为浮选液对比，类芬顿溶液（fe
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/edta-2na）对土壤微塑料有较高的去除率，同时对处理后泥饼含水率的降低有益；在浮选前进行土壤有机质消解可以提高提取出的微塑料的纯度和微塑料去除率，但对土壤含水率的无明显影响。因此，浮选前进行有机质消解、使用类芬顿溶液（fe
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/edta-2na）浮选可以取得两方面的有益效果：有效去除微塑料、降低泥饼含水率。
37.以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。