[發明專利]農田土壤重金屬原位檢測及螯合捕集治理裝置及其應用

在審

• 申請號: 201610224383.X
• 申請日: 2016-04-10
• 公開（公告）號: CN107238649A
• 公開（公告）日: 2017-10-10
• 發明（設計）人: 潘勝強
• 申請（專利權）人: 深圳多元拓展環保科技有限公司
• 主分類號: G01N27/42
• 分類號: G01N27/42;C02F1/52;C02F101/20
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于土壤重金屬污染治理領域，具體涉及農田土壤重金屬原位檢測及螯合捕集治理裝置及其應用。

背景技術

土壤是一個復雜多相的動態開放體系，主要包括固相、液相、氣相及生物相。土壤生態功能是物質在土壤多相體系中相互聯系、相互制約的動態過程的體現。土壤污染是導致土壤生態功能衰退甚至喪失的重要原因。土壤固相中所含的大量粘土礦物和有機質等，可有效吸持進入其內部的各種污染因子，進而在土壤中發生累積，當累積超過一定量時，土壤系統輸出物將直接或間接地危害生物系統，直至人體健康，即土壤污染。

我國土壤重金屬污染形勢已相當嚴峻。據農業部統計，我國重金屬污染的土壤面積已達上千萬公頃，占耕地總面積的l0%以上，全國每年受重金屬污染的糧食多達1.2×10⁷噸，因重金屬污染而導致糧食減產高達10⁷噸，總計經濟損失至少200億元；2014年四月份發布的《全國土壤污染狀況調查公報》及2009年左右發生的重金屬污染事件等。上述均表明土壤重金屬污染已成為關系到經濟和社會可持續發展的重大環境問題，引起廣泛的社會關注。

然而，土壤重金屬污染治理較水體、大氣重金屬污染治理難度高。土壤重金屬污染治理難點表現在：首先，土壤通常是多種重金屬同時存在的復合型污染，在土壤中重金屬存在多種形態，土壤質地、有機質、pH、氧化還原電位及生物體系等環境因子與土壤重金屬形態還具有復雜關聯效應；第二，土壤基質成分較水體、大氣復雜，而重金屬含量通常是毫克每千克、微克每千克級別；第三，土壤治理過程中應保持土壤的生態功能性，以維持生物生存。上述治理難點表明，采用添加藥劑穩定化土壤中重金屬元素的策略會由于不同重金屬穩定化效果不一，而導致最終治理效果不理想，此外，穩定化后重金屬在自然環境中還存在活化風險以及化學藥劑影響土壤環境生態功能的風險。

但深入研究發現，農田土壤重金屬形態中水溶態和交換態可高達重金屬總量的60%以上，經土壤重金屬活化后，比重可達到80%以上，并且水溶態和交換態重金屬是最容易被生物吸收、吸附及累積的主要風險源；另外，在環境條件影響下，土壤中碳酸鹽結合態、有機結合態及鐵錳結合態重金屬會向水溶態和交換態轉化，而殘渣態重金屬元素是穩定的，自然條件下基本不會釋放。因此采用螯合樹脂提取去除土壤中水溶態和交換態重金屬，成為一種去除土壤重金屬污染的潛在可行策略。

重金屬螯合樹脂是一類高分子化合物，其包括骨架和螯合功能基團。螯合樹脂捕集重金屬的機理為：螯合樹脂中螯合基團內N、O、P、S等原子以孤對電子與金屬離子的空軌道進行配位絡合，形成穩定結構，而捕集固定重金屬。

目前普遍認可的重金屬污染治理方法是植物提取法。本法與植物提取法相似的點都在于處理通過去除土壤中水溶態、交換態重金屬離子，從而達到去除重金屬環境風險的目的。不同之處在于植物修復為生物修復方式，富集量受生物體生物量影響，富集速度低且受生物生境條件及生長狀況影響，難于處理高濃度重金屬污染，難于編輯生物富集重金屬種類的屬性等；而螯合捕集處理法為化學處理方法，具有處理螯合重金屬量高、螯合速度快、反應條件范圍廣、可處理高濃度重金屬污染、易于通過編輯螯合樹脂的功能基實現編輯螯合樹脂的重金屬捕集屬性、螯合樹脂可活化回收利用等。最后需說明的是，螯合捕集處理技術對土壤環境條件不產生重大影響，無需占用大量面積和空間，故在技術實施過程中易于與其他修復治理技術聯合，如植物修復、電動修復等。

另外，農田重金屬污染治理過程中，重金屬污染狀況及治理效果評估都是通過采集土壤樣品回實驗室進行檢測分析，此類檢測分析評估方法耗資費時費力，而且將無環境風險的殘渣態重金屬引入評估系統中，影響評估結果。

發明內容

針對現有技術中存在的問題，提出本發明。

農田土壤重金屬原位檢測及螯合捕集治理裝置及其應用，其特征在于：

所述農田土壤重金屬原位檢測及螯合捕集治理一體化裝置由八大部分組成，分別為電源系統、控制系統、輸出系統、泵管系統、濾水系統、檢測系統、螯合系統及重金屬活化劑添加系統。

所述電源系統具備交流電接口和直流電接口，為整體裝置提供電源；

所述控制系統包括傳感器模塊、MCU模塊及通信模塊，控制裝置采樣、檢測、數據采集、數據分析、數據輸出、交互信號傳輸、泵管系統等系統信號；所述通信模塊包括有線通信接口、無線通信模塊及GPS模塊；

所述輸出系統通過有線或無線連接移動終端和/或電腦主機，實現控制、數據等通信信號的傳輸輸出功能；