本实用新型实施例涉及重金属污染修复技术领域，具体涉及一种土壤重金属修复剂膨化制备装置。
背景技术：
目前，土壤原位钝化修复技术研究发展迅速，通过向修复目标土壤中引入硅钙物质、含磷物质、有机物料、金属及其氧化物等钝化剂，实现对重金属进行固定化/稳定化过程，降低其生物可利用性和重金属离子移动性，达到土壤功能修复的目的，而土壤修复剂中硅钙物质以石灰为代表，农田施用石灰提升了土壤ph值，促进了对重金属阳离子的吸附，形成重金属硅酸盐沉淀而降低重金属迁移性和生物可利用性，但也易引起土壤的过度石灰化，促使重离子浓度升高且土壤板结、有机质功能丧失而导致作物减产甚至绝收。含磷物质以羟基磷灰石、磷矿粉、钙镁磷肥、骨粉等为代表，含磷物质修复重金属污染的主要对象为铅，铅经磷诱导后，变为稳定而难溶于水的磷酸铅，从而被固定在土壤中，而采用家禽或家畜的羽毛、蹄壳、毛发和角羽等易获得生物副产品，配以适当组分反应催化剂，通过生物化学反应，加工成为粉状颗粒修复剂的过程中，没有有效的膨化设备，没有经过膨化的生物副产品氨基酸分解度不够，角质蛋白过于牢固，无法形成有效的有机官能团及氨基酸残基含量。
技术实现要素：
为此，本实用新型实施例提供一种土壤重金属修复剂膨化制备装置，通过膨化装置解决在修复剂制备过程中膨化效果差，膨化过程复杂的问题。
为了实现上述目的，本实用新型的实施方式提供如下技术方案：
一种土壤重金属修复剂膨化制备装置，包括设置有进料口和出料口的高压舱体，以及安装在高压舱体内的物料平压机构，所述物料平压机构与进料口之间设置有流化转料床，所述出料口连接有膨胀腔，所述高压舱体偏底部的侧壁通过送气管道连接蒸气发生装置，且所述高压舱体的顶部通过循环管道连接至蒸气发生装置，所述循环管道上设置有泄压阀。
作为本实用新型的一种优选方案，所述物料平压机构包括扁平腔室，所述扁平腔室中间通过转轴安装有转位盘，且转位盘上分布有物料压孔，所述转轴穿过高压舱体底部的一端连接有步进电机，所述扁平腔室顶部表面设置有与进料口连接的1/4圆的进连接口，且与进连接口呈对角关系的扁平腔室的底部表面设置有出连接口，相对于出连接口顶部的扁平腔室上表面设置有第一冲压装置，所述第一冲压装置与进连接口之间设置有第二冲压装置。
作为本实用新型的一种优选方案，所述第一冲压装置和第二冲压装置均包括有气压缸，所述气压缸的输出轴延伸入扁平腔室内部的末端安装有平压板，所述平压板上排列有与1/4的物料压孔相配合的挤压棒体。
作为本实用新型的一种优选方案，所述第二冲压装置的挤压棒体长度是第一冲压装置的挤压棒体的长度加上扁平腔室的底面的厚度。
作为本实用新型的一种优选方案，所述进料口与高压舱体连接处设置有计量仓，且所述计量仓内部通过芯轴安装有计量斗桨。
本实用新型的实施方式具有如下优点：
本实用新型的膨化装置通过对物料进行加压膨胀的膨化方式，使得在物料在特定的形状下碰撞，解决本实用新型中的物理不易成型的问题，加压成的物料在膨化的过程中，内部加压时锁住的水分能够迅速的膨胀，在成型的物料中形成较多的膨胀空隙，从而提高物料的吸附特性。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本实用新型实施例2中一种土壤重金属修复剂制备方法流程图；
图2为本实用新型实施例2中一种土壤重金属修复剂制备方法的重金属离子在络合前后扫描电镜sem对比图；
图3本实用新型实施例2中一种土壤重金属修复剂制备方法的修复剂产品与复合微生物肥料产品指标要求比较图；
图4为本实用新型实施1中一种土壤重金属修复剂膨化制备装置的结构示意图；
图5为本实用新型实施1中一种土壤重金属修复剂膨化制备装置的物料平压机构结构图。
图中：
1-高压舱体；2-物料平压机构；3-流化转料床；4-膨胀腔；5-送气管道；6-蒸气发生装置；7-循环管道；8-泄压阀；9-步进电机；10-气压缸；11-进料口；12-出料口；13-平压板；14-挤压棒体；15-计量仓；16-计量斗桨；
201-扁平腔室；202-转轴；203-转位盘；204-物料压控；205-进连接口；206-出连接口。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1：
如图4和图5所示，本实用新型还提供了用于生产修复剂的膨化装置，具体为一种土壤重金属修复剂膨化制备装置，包括设置有进料口11和出料口12的高压舱体1，以及安装在高压舱体1内的物料平压机构2，物料平压机构2与进料口11之间设置有流化转料床3，进料口11与流化转料床2之间密封连接，使得进料口11与高压舱体1内部实现不完全隔离，便于形成气压差；
出料口12连接有膨胀腔4，高压舱体1偏底部的侧壁通过送气管道5连接蒸气发生装置6，且高压舱体1的顶部通过循环管道7连接至蒸气发生装置6，循环管道7上设置有泄压阀8，当物料从物料平压机构2输送至膨胀腔4时，泄压阀8进行泄压，进而物料膨化，膨胀腔4表面为冲孔网结构，保持膨胀腔4与高压舱体1内部的气压相同，物料平压机构2逸入高压舱体1的顶部，并在一次泄压后排出，之后泄压阀8关闭蒸气发生装置6进行再次内部压力环境的制造。
本实用新型中通过物料平压机构2对流化转料床3流入的物料进行加压呈型，过对物料进行加压膨胀的膨化方式，使得在物料在特定的形状下碰撞，解决本实用新型中的物理不易成型的问题，加压成的物料在膨化的过程中，内部加压时锁住的水分能够迅速的膨胀，在成型的物料中形成较多的膨胀空隙，从而提高物料的吸附特性。
循环管道7和送气管道5以及泄压阀8组成的气体循环装置，能够将泄压时产生的多余热蒸汽进行回收再利用，从而减少泄压膨化过程中的热量损失，使得高压舱体内始终保持较高的温度。
本实用新型的物料平压机构2包括扁平腔室201，扁平腔室201中间通过转轴202安装有转位盘203，且转位盘203上分布有物料压孔204，转轴202的一端穿过高压舱体1的底部连接有步进电机9，扁平腔室201顶部表面设置有与进料口11连接的1/4圆的进连接口205，且与进连接口205呈对角关系的扁平腔室201的底部表面设置有出连接口206，相对于出连接口206顶部的扁平腔室201上表面设置有第一冲压装置，第一冲压装置与进连接口之间设置有第二冲压装置。
第一冲压装置和第二冲压装置均包括气压缸10，气压缸10的输出轴延伸入扁平腔室201内部的末端安装有平压板13，平压板13上排列有与1/4的物料压孔204相配合的挤压棒体14，且第二冲压装置的挤压棒体14长度是第一冲压装置的挤压棒体14的长度加上扁平腔室201的底面的厚度。
本实用新型中的进料口11与高压舱体1连接处设置有计量仓15，且计量仓15通过芯轴安装有计量斗桨16，所述计量斗桨16的纵截面呈直角梯形。
硫化转料床包括床层以及若干层安装在转动轴上的孔板，且孔板之间的距离依次增大，所述床层为矩形，且床层的两端和高压舱体1内壁连接，同时床层的底部通过一个料管连接至进连接口205，本实用新型中的蒸气发生装置具体结构参考专利申请号为：cn0185.4的一种间歇性蒸气发生装置。
实施例2：
如图1和图2所示，本实用新型还提供了利用该膨化制备装置的一种土壤重金属修复剂制备方法，其特征在于，包括步骤：
s100、利用吹扫系统过滤粗选生物副产品，并进行初步的粉碎；
s200、向粉碎后的生物副产品加入催化剂后进行高温加压蒸煮，水解硬质蛋白；
s300、向水解后的生物副产品添加反应剂后进行高温膨化、低温发酵、脱水、干燥，制成初步产品；
s400、对初步产品进行再次的粉碎、吹扫过滤，形成最终产品。
所述生物副产品包括家禽或家畜的羽毛、蹄壳、毛发和角羽，屠宰后的家禽或家畜的表皮、内脏以及部分氨基酸含量较高的植物果实。配以适当组分反应催化剂，通过生物化学反应，加工成为粉状颗粒修复剂，原料生物副产品有机质中，含有高达85％～90％蛋白质组分，利用高温水解及膨化工艺可将蛋白质所含的氨基酸稳定结构二硫键破坏，形成大量羧基(-cooh)、氨基(-nh2)、巯基(-sh)等有机官能团残基，官能团残基对重金属离子具有强螯合性；同时，高温水解还可活化有机质表面羰基(＞c＝o)、碳碳双键(＞c＝o＜)等官能团，也可同金属离子发生cπ键络合作用，将重金属离子固化，稳定成金属有机络合物。这一过程中包含的主要配位体反应式为：
>c-cooh+m2++h2o→>c-coom++h3o+(a)
>c-oh+m2++h2o→>c-om++h3o+(b)
≡c:+m2+→≡c:m2+(cπ键合作用)(c)
其中，(a)式和(b)式为有机螯合反应，(c)式为cπ键合反应，m为重金属离。
反应后形成典型有机络合物，即氨基酸螯合物分子结构。
m：重金属离子；r：氨基酸螯环外基团；￤：配位键；|：离子键；
左：氨基酸螯合物内络金属分子结构；右：氨基酸螯合物络合阳离子。
利用吹扫系统和滤网实现对原料的初选，原料仓入口设置吹扫系统，主要原料家禽或家畜的羽毛、蹄壳、毛发和角羽因密度较小，在风力作用下进入密闭料仓，经封闭转运系统送至反应釜，其余杂物在重力作用下剔除。
其中屠宰后的家禽或家畜的表皮、内脏以及部分氨基酸含量较高的植物果实也均是在风干后的半成品。
高温加压水解工艺条件控制：温度115～200℃，压力207～690kpa,时间0.5～1h，目的是初步裂解氨基酸中双硫键(-s-s-)，加入2％～10％稀盐酸作为反应催化剂，促使硬质蛋白分解加速，不溶性蛋白变为可溶性蛋白，活化有机质官能基团。
水解后物料在从反应釜到膨化机转移的过程中，受到120～160℃高温及转动中的剪切作用力，膨化瞬间破坏角质蛋白的牢固空间结构，引起双硫键的进一步断裂等，角质蛋白纤维变成较小的蛋白质亚单元和线状排布的肽链群，极大增加了有机官能团及氨基酸残基含量。
水解后的生物副产品经高温膨化加工后的中间产品均匀混入反应添加剂，1000份中间产品加入10～20份葡萄糖、2～5份尿素、25～50份酒酿酵母、2～10％稀硫酸5～10份，48h的缓慢降温后，控制温度由120℃～160℃降至40℃～60℃，后将产品进入离心脱水系统，脱水、干燥，形成初步产品。
如图3所示，与复合微生物肥料比较，修复剂产品相关的性能均优于或符合农用复合微生物肥料的指标，长期使用可以有效改善农田土壤的微生物生态环境，有利作物生长和营养素形成。修复土壤重金属污染的同时，不引入二次污染源，有效减轻土壤负担，是理想的绿色环保产品。
从修复剂主要功能角度，土壤修复后所形成的有机络合物将促进污染源离子，从游离可交换态向残渣化颗粒化转换，重金属有机络合物的形成将显著降低重金属生物可利用性和离子迁移能力，阻断或有效减少植物对污染物的吸收，从而达到对土壤重金属污染修复、治理和持续改善土壤微生态环境目的。
高温水解和膨化工艺过程中，引入反应催化剂和反应添加剂，有效增加了有机官能团和氨基酸残基的含量，减少了重金属离子点位竞争作用，提高了修复螯合效率，也从一定程度上抑制了重金属离子之间的拮抗作用。
农田和场地土壤修复的实际使用角度，农田修复工艺措施简单，采用同农肥撒施或翻耕底肥、独立或协同方式进行，土壤养护淹水(含水量＞30％)进行修复，作业方式对作物生产周期无影响，药剂无毒、无害，不引入二次重金属污染，还具有长期使用效果稳定且能有效提高土壤肥力的作用。
场地修复中，对中、重度污染，污染区域边界进行高浓度nur钝化剂注入后将形成稳定持久的修复隔离层，控制场区污染边界不再向外扩散。地表污染土壤层采用固态钝化剂均匀混合，抽取已污染地下水浇灌或将地下水作为钝化剂液化水，能够形成土壤重金属污染的长效控制机制，持续改善生态环境，场地整体污染进行控制后，采用钝化剂自然渗透和局部注入方式还可进一步降低运维成本。
高温加压过程中的温度控制在115～200℃，压力207～690kpa,时间0.5～1h，将水解后的生物副产品转移至膨化机中，进行120～160℃高温膨化，同时进行剪切。
在中间产品混入反应添加剂后，加入天然沸石分粉，搅拌0.5～1h，并在温度降至55～65℃左右加入壳聚糖，同时加入质量分数为10％的草酸和质量分数为1％的乙酸，形成天然沸石负载壳聚糖。
在s400后加入生物炭负载四氧化三铁添加剂，四氧化三铁纳米粒子负载在生物炭表面，颗粒的增多导致颗粒表面积总和增多，孔隙相比于原始生物炭具有更少量的微孔，以中大孔为主，有利于对大分子污染物进行吸附固定，促使复合材料的比表面积增大，混合搅拌后形成最终产品。
通过天然沸石负载壳聚糖和生物炭负载四氧化三铁添加剂进行混合，形成大分子吸附层，起到良好的重金属吸附效果，同时也不会引入二次的重金属污染。
具体的实施例:本实用新型的具体实施例：
a、江西某地中试案例
类别：农田重金属污染；污染类型：水稻田重金属镉(cd)污染；污染特征：空气沉降及污水灌溉；污染程度：土壤有效态镉含量0.9～1.1mg/kg；修复方式：同基肥。
修复效果：施药7d，修复量9.3％；14d，修复量18.3％；56d，修复量58.2％
b、内蒙古某地中试案例：
类别：场地重金属污染；污染类型：重金属镉(cd)污染；污染特征：空气沉降及淋溶；污染程度：0.5m深度土壤有效态镉含量1.4mg/kg；修复方式：1/100修复剂与土壤干重，场地淹水保证含水率≥30％。
修复效果：a型修复剂27d，修复量71％；b型修复剂27d，修复量77％
c、云南某地小试案例：
类别：农田重金属污染；污染类型：重金属镉(cd)污染；污染特征：污水灌溉致耕作层污染；污染程度：稻米镉含量0.4mg/kg；修复方式：药剂投放0.2t/亩，同基肥。
修复效果：施药5d，稻米镉含量下降78.8％；40d，稻米镉含量下降98％
d、河南某地场地治理案例：
类别：场地重金属污染；污染类型：重金属六价铬(cr6+)污染；污染特征：铬盐生产、高扩散性、高浓度；污染程度：0～5m深度土壤六价铬含量均值1300mg/kg，浅表六价铬含量均值超3000mg/kg；修复方式：高投放比，1/10修复剂与土壤干重比，场地淹水保证含水率≥30％。
修复效果：修复27d，六价铬含量下降62.2％；60d，六价铬含量下降98％
e、湖南某地农田修复案例：
类别：农田重金属污染；污染类型：重金属镉(cd)污染；污染特征：污水灌溉致耕作层污染；污染程度：稻米镉含量1.4mg/kg；修复方式：追肥撒施，淹水灌溉。
40d修复效果：施药50kg/亩，稻米镉含量下降38.2％；100kg/亩，稻米镉含量下降57.6％；200kg/亩，稻米镉含量下降62.6％。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。
技术特征：
1.一种土壤重金属修复剂膨化制备装置，其特征在于，包括设置有进料口(11)和出料口(12)的高压舱体(1)，以及安装在高压舱体(1)内的物料平压机构(2)，所述物料平压机构(2)与进料口(11)之间设置有流化转料床(3)，所述出料口(12)连接有膨胀腔(4)，所述高压舱体(1)偏底部的侧壁通过送气管道(5)连接蒸气发生装置(6)，且所述高压舱体(1)的顶部通过循环管道(7)连接至蒸气发生装置(6)，所述循环管道(7)上设置有泄压阀(8)。
2.根据权利要求1所述的一种土壤重金属修复剂膨化制备装置，其特征在于，所述物料平压机构(2)包括扁平腔室(201)，所述扁平腔室(201)中间通过转轴(202)安装有转位盘(203)，且转位盘(203)上分布有物料压孔(204)，所述转轴(202)穿过高压舱体(1)底部的一端连接有步进电机(9)，所述扁平腔室(201)顶部表面设置有与进料口(11)连接的1/4圆的进连接口(205)，且与进连接口(205)呈对角关系的扁平腔室(201)的底部表面设置有出连接口(206)，相对于出连接口(206)顶部的扁平腔室(201)上表面设置有第一冲压装置，所述第一冲压装置与进连接口之间设置有第二冲压装置。
3.根据权利要求2所述的一种土壤重金属修复剂膨化制备装置，其特征在于，所述第一冲压装置和第二冲压装置均包括气压缸(10)，所述气压缸(10)的输出轴延伸入扁平腔室(201)内部的末端安装有平压板(13)，所述平压板(13)上排列有与1/4的物料压孔(204)相配合的挤压棒体(14)。
4.根据权利要求3所述的一种土壤重金属修复剂膨化制备装置，其特征在于，所述第二冲压装置的挤压棒体(14)长度是第一冲压装置的挤压棒体(14)的长度加上扁平腔室(201)的底面的厚度。
5.根据权利要求1所述的一种土壤重金属修复剂膨化制备装置，其特征在于，所述进料口(11)与高压舱体(1)连接处设置有计量仓(15)，且所述计量仓(15)内部通过芯轴安装有计量斗桨(16)。
技术总结
本实用新型实施例公开了一种土壤重金属修复剂膨化制备装置，包括设置有进料口和出料口的高压舱体，以及安装在高压舱体内的物料平压机构，物料平压机构与进料口之间设置有流化转料床，出料口连接有膨胀腔，高压舱体偏底部的侧壁通过送气管道连接蒸气发生装置，且高压舱体的顶部通过循环管道连接至蒸气发生装置，循环管道上设置有泄压阀，本实用新型制备的修复剂，通过对物料进行加压膨胀的膨化方式，使得在物料在特定的形状下碰撞，解决本实用新型中的物理不易成型的问题，加压成的物料在膨化的过程中，内部加压时锁住的水分能够迅速的膨胀，在成型的物料中形成较多的膨胀空隙，从而提高物料的吸附特性。
技术研发人员：宋贵民;曹磊;孙琴;仲崇军;杜丽阳;阿荣其其格
受保护的技术使用者：北京淖尔科技有限公司
技术研发日：.04.30
技术公布日：.02.11
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