一種自動化重金屬汙染土壤微生物修復儀的製作方法
2023-11-04 12:41:17
本發明涉及一種土壤修復儀器，具體為一種自動化重金屬汙染土壤微生物修復儀。
背景技術：
重金屬汙染土壤對土壤生態結構和功能穩定性有不利影響：大多數重金屬在土壤中相對穩定，一旦進入土壤，很難在生物物質循環和能量交換過程中分解，難以從土壤中遷出，從而對土壤的理化性質、土壤生物特性和微生物群落結構產生明顯不良影響，影響土壤生態結構和功能的穩定。大量研究表明：重金屬汙染的土壤，其微生物生物量比正常使用糞肥的土壤低得多，並且減少了土壤微生物群落的多樣性。
重金屬汙染土壤對植物有不利影響：土壤受到重金屬汙染後，高濃度重金屬汙染會導致植物大量減產，其原因是：植物葉綠素含量降低，光合速率下降，超氧化物歧化酶、過氧化物酶、過氧化氫酶的活性下降，細胞膜被破壞，種子發芽率降低，生長遲緩，根系受到抑制，嚴重時植株死亡。
重金屬汙染土壤對人體健康存在危害：重金屬大都可經食物鏈層層富集傳播，通過食物鏈影響到動物進而影響人類。重金屬在動物和人體過量積累會導致各種疾病，如癌症、生殖障礙、腎臟功能受損、骨質疏鬆、生長阻滯和貧血等，嚴重危害到人類的身體健康。
高效修復多種混合重金屬汙染土壤的菌種和相關應用方案鮮有出現；菌株的篩選、環境對微生物的變異作用等都有待研究；國內外對於微生物修復技術大多數還處於實驗室研究階段，對修復機理的研究還不夠透徹，工業化應用的步伐也比較緩慢，在環境修復過程中還要面臨生態安全、複合型汙染、新微生物資源評價等諸多問題；未實現微生物修復的自動化，土壤重金屬含量的檢測、菌種的投放量等均存在較大問題，難以投入大規模使用。可見，亟需機械化的微生物修復技術大規模處理重金屬汙染土壤。
目前土壤修復的常用手段有物理措施和化學治理措施。物理措施包括客土法、換土法、深耕翻土法、固化、穩定化方法、電動力修復法等，工程措施具有穩定、見效快的優點，但存在工程量大、投資費用高、二次汙染隱患等缺點，不適宜大面積汙染土壤的治理。化學治理措施包括淋溶法、施用改良劑等方法，能夠在短期內降低土壤中重金屬的毒性和生物有效性，因人為向土壤中施加化學藥劑，易造成二次汙染，且該方法是一種原位修複方法，重金屬cd仍存留在土壤中，容易再度活化危害植物，其潛在威脅並未消除。
技術實現要素：
為了克服現有技術方案的不足,本發明提供一種自動化重金屬汙染土壤微生物修復儀，該修復儀整體構型如一輛自動駕駛農用車，通過檢測－注射微生物修復劑的方式，快速修復被重金屬汙染土壤，使其無害化進而重新投入使用，能有效的解決背景技術提出的問題。
本發明解決其技術問題所採用的技術方案是：一種自動化重金屬汙染土壤微生物修復儀，包括儀器主體，所述儀器主體頂端表面安裝菌種保藏箱和顯示屏，所述儀器主體的右側端安裝有土壤重金屬檢測裝置和土壤ph檢測裝置，所述儀器主體的底端安裝有可伸縮插入式底板，所述可伸縮插入式底板上均勻排布有若干插入式高壓槍頭，所述可伸縮插入式底板的正中間設有土壤ph取樣檢測口和土壤重金屬取樣檢測口，所述伸縮插入式底板的四個角位置均設有負重輪；
所述伸縮插入式底板內插入一個防土壤堵塞開關，所述菌種保藏箱包括菌種保藏箱箱體和菌種保藏箱菌液下行裝置，所述菌種保藏箱菌液下行裝置安裝在菌種保藏箱箱體內，並且菌種保藏箱菌液下行裝置的出口朝下指向儀器主體內。
作為本發明一種優選的技術方案，所述菌種保藏箱內設有ph調節劑儲存箱，所述菌種保藏箱的底端設有一排菌液導管。
作為本發明一種優選的技術方案，所述菌種保藏箱菌液下行裝置由安裝導流板和下行導管組成，所述安裝導流板上設有一排與菌液導管相匹配的導管孔道，所述下行導管連接於安裝導流板內部，並且與導管孔道相匹配，所述菌液導管插入導管孔道內。
作為本發明一種優選的技術方案，所述防土壤堵塞開關由若干插針組成，所述插針插接在伸縮插入式底板內，並且與插入式高壓槍頭連通。
與現有技術相比，本發明的有益效果是：
(1)本發明針對現在微生物修復土壤不能大規模投入使用的問題，採用插入式重金屬汙染處理裝置將處理土壤的深度擴展到1m，採用拖拉機等大型農用機械的履帶式負重輪改裝，將機器適用於各種地形地勢並拓展了一次作業的活動範圍。為減少微生物產品的浪費，先使用自動化重金屬檢測連動裝置進行檢測，當土壤達到一定汙染值時，才會啟動插入式重金屬汙染處理裝置，否則修復儀繼續向前移動，節約菌種培養資源；
(2)該修復儀整體構型如一輛自動駕駛農用車，通過檢測－注射微生物修復劑的方式，快速修復被重金屬汙染土壤，使其無害化進而重新投入使用，採用的是微生物修復，一方面可以降低土壤中重金屬的毒性，並可以吸附積累重金屬；另一方面可以改變根系微環境，從而提高植物對重金屬的吸收、揮發或固定效率。
附圖說明
圖1為本發明的整體結構示意圖；
圖2為本發明的側面結構示意圖；
圖3為本發明的分解結構示意圖；
圖4為本發明的仰視結構示意圖；
圖5為本發明的菌種保藏箱箱體的結構示意圖；
圖6為本發明的菌種保藏箱菌液下行裝置的結構示意圖；
圖中：1-儀器主體；2-菌種保藏箱；3-顯示屏；4-土壤重金屬檢測裝置；5-土壤ph檢測裝置；6-可伸縮插入式底板；7-插入式高壓槍頭；8-土壤ph取樣檢測口；9-土壤重金屬取樣檢測口；10-負重輪；11-防土壤堵塞開關；12-菌種保藏箱箱體；13-菌種保藏箱菌液下行裝置；14-ph調節劑儲存箱；15-菌液導管；16-安裝導流板；17-下行導管；18-導管孔道；19-插針。
具體實施方式
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
以下各實施例的說明是參考附圖，用以示例本發明可以用以實施的特定實施例。本發明所提到的方向和位置用語，例如「上」、「中」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等，僅是參考附加圖式的方向和位置。因此，使用的方向和位置用語是用以說明及理解本發明，而非用以限制本發明。
實施例：
如圖1至圖6所示，本發明提供了一種自動化重金屬汙染土壤微生物修復儀，包括儀器主體1，所述儀器主體1頂端表面安裝有菌種保藏箱2和顯示屏3，所述儀器主體1的右側端安裝有土壤重金屬檢測裝置4和土壤ph檢測裝置5，所述儀器主體1的底端安裝有可伸縮插入式底板6，所述可伸縮插入式底板6上均勻排布有若干插入式高壓槍頭7，所述可伸縮插入式底板6的正中間設有土壤ph取樣檢測口8和土壤重金屬取樣檢測口9，所述伸縮插入式底板6的四個角位置均設有負重輪10；
所述伸縮插入式底板6內插入一個防土壤堵塞開關11，所述菌種保藏箱2包括菌種保藏箱箱體12和菌種保藏箱菌液下行裝置13，所述菌種保藏箱菌液下行裝置13安裝在菌種保藏箱箱體12內，並且菌種保藏箱菌液下行裝置13的出口朝下指向儀器主體1內。
所述菌種保藏箱2內設有ph調節劑儲存箱14，所述菌種保藏箱2的底端設有一排菌液導管15；所述菌種保藏箱菌液下行裝置13由安裝導流板16和下行導管17組成，所述安裝導流板16上設有一排與菌液導管15相匹配的導管孔道18，所述下行導管17連接於安裝導流板16內部，並且與導管孔道18相匹配，所述菌液導管15插入導管孔道18內。
所述防土壤堵塞開關11由若干插針19組成，所述插針19插接在伸縮插入式底板6內，並且與插入式高壓槍頭7連通。
本發明根據微生物修復重金屬汙染的方式，初步設計自動化重金屬汙染微生物修復儀，讓微生物鈍化劑得以應用。該修復儀整體構型如一輛自動駕駛農用車，尺寸大小可根據實際需要處理的土壤面積需求而定。修復儀只需於農田附近開啟，便可自動運行。該修復儀中後部設置有重金屬檢測裝置，由底板處檢測孔接觸土壤，由後部檢測裝置自動檢測，數據輸出於後上方顯示屏，當達到一定汙染值時，啟動土壤ph檢測裝置，匹配對應土壤ph啟動菌種保藏箱選擇該ph最適生長的菌種，將菌種輸入插入式重金屬汙染處理裝置對土壤進行處理，否則修復儀繼續向前移動。
修復儀的中部為大規模的菌種保藏箱，採用最適條件培養有篩選出的具有優秀處理土壤重金屬汙染能力的菌種。培養箱內分多個培養空間，有兩大類使用方式。方式一：多個培養空間分別培養有不同最適ph的菌種，該菌種保藏箱與底部伸縮底盤連接，在接到ph檢測裝置的指令時，可將對應土壤ph範圍最適生長的菌種經過下行裝置排放至底板，準備對土壤進行處理。方式二：其一培養空間培養文中菌種，另有空間儲藏有石灰水等調節ph的試劑，可在土壤ph檢測後，根據菌種生存所需最適ph，先投放ph調節劑調節土壤ph至菌種生存範圍，再投放菌種。
表1可適用於自動化土壤重金屬汙染修復儀的菌株補充
修復儀參照扦插裝置，在修復儀底部設置了大面積可伸縮底盤，底盤下為多排伸縮高壓槍頭。槍頭配備有防土壤堵塞的開關裝置，進入土壤過程中開關關閉，進入土壤後開關打開，可釋放菌液。修復儀可實現根據對該處土壤的重金屬檢測情況來選擇是否打開底盤伸出槍頭進行處理，節約微生物資源。當接收到處理土壤的指令時，對應土壤ph的最適菌種進入底盤，底盤伸出，攜帶菌株至槍頭，槍頭開關打開，經壓力裝置使菌液進入土壤中。槍頭實現可伸縮，使其對土壤的作用深度較深，由表及裡，達到立體去除約一米深的土壤中主要重金屬離子的效果。
據現有的拖拉機等大型農用機械的履帶式負重輪改裝。機動性較強，可適應四川地區的多種農田作業；採用農用機械常用的15-73.5kw中型柴油發動機。
自動化重金屬汙染微生物修復儀是根據拖拉機的結構增添自動化重金屬檢測連動裝置、菌種保藏箱、插入式重金屬汙染處理裝置等附件，通過檢測重金屬濃度，插入注射處理，模仿拖拉機前進、耕地翻土的模式，可以在短時間完成對大面積1米深度汙染土壤的處理。操作不複雜，和基本的拖拉機相類似，但是需要定期更換菌種和高壓牆頭。
綜上所述，本發明的主要特點在於：
(1)本發明針對現在微生物修復土壤不能大規模投入使用的問題，採用插入式重金屬汙染處理裝置將處理土壤的深度擴展到1m，採用拖拉機等大型農用機械的履帶式負重輪改裝，將機器適用於各種地形地勢並拓展了一次作業的活動範圍。為減少微生物產品的浪費，先使用自動化重金屬檢測連動裝置進行檢測，當土壤達到一定汙染值時，才會啟動插入式重金屬汙染處理裝置，否則修復儀繼續向前移動，節約菌種培養資源；
(2)該修復儀整體構型如一輛自動駕駛農用車，通過檢測－注射微生物修復劑的方式，快速修復被重金屬汙染土壤，使其無害化進而重新投入使用，採用的是微生物修復，一方面可以降低土壤中重金屬的毒性，並可以吸附積累重金屬；另一方面可以改變根系微環境，從而提高植物對重金屬的吸收、揮發或固定效率。
(3)本發明對於土壤重金屬含量的監測更為準確，避免部分區域內微生物投放過多或過少，能夠最有效地處理重金屬汙染，且不會因為微生物投放量過多造成土壤理化性質等的改變；實現了微生物修復重金屬汙染土壤的自動化，使得微生物修復得以大規模投入使用。
對於本領域技術人員而言，顯然本發明不限於上述示範性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特徵的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論從哪一點來看，均應將實施例看作是示範性的，而且是非限制性的，本發明的範圍由所附權利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權利要求的等同要件的含義和範圍內的所有變化囊括在本發明內。不應將權利要求中的任何附圖標記視為限制所涉及的權利要求。