[发明专利]农田土壤重金属原位检测及螯合捕集治理装置及其应用

说明书

技术领域

本发明属于土壤重金属污染治理领域，具体涉及农田土壤重金属原位检测及螯合捕集治理装置及其应用。

背景技术

土壤是一个复杂多相的动态开放体系，主要包括固相、液相、气相及生物相。土壤生态功能是物质在土壤多相体系中相互联系、相互制约的动态过程的体现。土壤污染是导致土壤生态功能衰退甚至丧失的重要原因。土壤固相中所含的大量粘土矿物和有机质等，可有效吸持进入其内部的各种污染因子，进而在土壤中发生累积，当累积超过一定量时，土壤系统输出物将直接或间接地危害生物系统，直至人体健康，即土壤污染。

我国土壤重金属污染形势已相当严峻。据农业部统计，我国重金属污染的土壤面积已达上千万公顷，占耕地总面积的l0%以上，全国每年受重金属污染的粮食多达1.2×10⁷吨，因重金属污染而导致粮食减产高达10⁷吨，总计经济损失至少200亿元；2014年四月份发布的《全国土壤污染状况调查公报》及2009年左右发生的重金属污染事件等。上述均表明土壤重金属污染已成为关系到经济和社会可持续发展的重大环境问题，引起广泛的社会关注。

然而，土壤重金属污染治理较水体、大气重金属污染治理难度高。土壤重金属污染治理难点表现在：首先，土壤通常是多种重金属同时存在的复合型污染，在土壤中重金属存在多种形态，土壤质地、有机质、pH、氧化还原电位及生物体系等环境因子与土壤重金属形态还具有复杂关联效应；第二，土壤基质成分较水体、大气复杂，而重金属含量通常是毫克每千克、微克每千克级别；第三，土壤治理过程中应保持土壤的生态功能性，以维持生物生存。上述治理难点表明，采用添加药剂稳定化土壤中重金属元素的策略会由于不同重金属稳定化效果不一，而导致最终治理效果不理想，此外，稳定化后重金属在自然环境中还存在活化风险以及化学药剂影响土壤环境生态功能的风险。

但深入研究发现，农田土壤重金属形态中水溶态和交换态可高达重金属总量的60%以上，经土壤重金属活化后，比重可达到80%以上，并且水溶态和交换态重金属是最容易被生物吸收、吸附及累积的主要风险源；另外，在环境条件影响下，土壤中碳酸盐结合态、有机结合态及铁锰结合态重金属会向水溶态和交换态转化，而残渣态重金属元素是稳定的，自然条件下基本不会释放。因此采用螯合树脂提取去除土壤中水溶态和交换态重金属，成为一种去除土壤重金属污染的潜在可行策略。

重金属螯合树脂是一类高分子化合物，其包括骨架和螯合功能基团。螯合树脂捕集重金属的机理为：螯合树脂中螯合基团内N、O、P、S等原子以孤对电子与金属离子的空轨道进行配位络合，形成稳定结构，而捕集固定重金属。

目前普遍认可的重金属污染治理方法是植物提取法。本法与植物提取法相似的点都在于处理通过去除土壤中水溶态、交换态重金属离子，从而达到去除重金属环境风险的目的。不同之处在于植物修复为生物修复方式，富集量受生物体生物量影响，富集速度低且受生物生境条件及生长状况影响，难于处理高浓度重金属污染，难于编辑生物富集重金属种类的属性等；而螯合捕集处理法为化学处理方法，具有处理螯合重金属量高、螯合速度快、反应条件范围广、可处理高浓度重金属污染、易于通过编辑螯合树脂的功能基实现编辑螯合树脂的重金属捕集属性、螯合树脂可活化回收利用等。最后需说明的是，螯合捕集处理技术对土壤环境条件不产生重大影响，无需占用大量面积和空间，故在技术实施过程中易于与其他修复治理技术联合，如植物修复、电动修复等。

另外，农田重金属污染治理过程中，重金属污染状况及治理效果评估都是通过采集土壤样品回实验室进行检测分析，此类检测分析评估方法耗资费时费力，而且将无环境风险的残渣态重金属引入评估系统中，影响评估结果。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，提出本发明。

农田土壤重金属原位检测及螯合捕集治理装置及其应用，其特征在于：

所述农田土壤重金属原位检测及螯合捕集治理一体化装置由八大部分组成，分别为电源系统、控制系统、输出系统、泵管系统、滤水系统、检测系统、螯合系统及重金属活化剂添加系统。

所述电源系统具备交流电接口和直流电接口，为整体装置提供电源；

所述控制系统包括传感器模块、MCU模块及通信模块，控制装置采样、检测、数据采集、数据分析、数据输出、交互信号传输、泵管系统等系统信号；所述通信模块包括有线通信接口、无线通信模块及GPS模块；

所述输出系统通过有线或无线连接移动终端和/或电脑主机，实现控制、数据等通信信号的传输输出功能；