[发明专利]一种重金属杨树吸收的水气调节装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种重金属杨树吸收的水气调节装置。

背景技术

随着化石能源日益枯竭，作为生物质能源的木质能源林因环境友好、可再生而受到广泛关注。木质能源林是通过对木质碳化、液化和气化获取能源的人工林。杨树高大干直、生长快、易收获和繁殖，已成为营造短轮伐期能源林的重要树种。多年来，重金属环境排放量逐年增加(如山东祊河湿地底泥中镉(Cd)含量高达4.6mg·kg-1)。与有机污染不同，重金属具富集性、难降解和不可逆转性，且分布广、毒性强。

杨树根、干、枝均吸收富集重金属，在重金属污染地种植杨树能源林，发展能源林的同时清除并回收重金属，获取生态、经济效益的同时也无二次污染。

但是，杨树栽培多为立地条件较差的边际土地，如河岸(滩)、矿山，常造成生长不良；杨树对重金属的吸收效率因重金属种类、土壤理化性质有所变化；杨树生长受低温、干旱的影响较大。该发明以森林土壤和植物结构为仿生对象着重水、气调节以解决杨树重金属吸收效率与生长的矛盾。即通过重金属和养分等吸附模块的设计提高吸附效率，不同模块间相互排列组合创造良好的基质环境促进根系生长，选择高吸收能力的杨树品种，进而通过水分控制增加杨树对重金属的吸收效率和吸收量。

发明内容

本发明提供了一种重金属杨树吸收的水气调节装置，为柱状结构，包括吸附芯、固定保护层、以及储水池和搅拌池，其特征在于：吸附芯在固定保护层内，各个吸附芯水平状排列，平行排列的吸附芯心之间留有2-4cm的空隙，不同吸附芯交错放置，形成水汽通道，相邻上、下不同层的吸附芯之间形成界面层，吸附芯的组合分单一组合和混合类型；方式分为随机和规则，吸附芯的排列与组合：单一类型如草砖、水体、气体，混合类型为上述模块的组合，组合方式为随机和规则，规则组合分为平面分层、垂直分层和平面与垂直相结合类型，吸附芯和固定保护层形成的柱状结构的一下端固定在储水池中形成栽培柱，栽培柱放置于重金属污染土壤搅拌池中，搅拌池配有自吸泵，将含有重金属的污水自栽培柱上方端向下浇灌以形成循环系统，杨树枝条扦插于不同吸附芯中，分上、中、下三层，每层4-5个方向均匀排列。

吸附重金属材料的选择，如粘土、珍珠岩、杂草、杨树落叶、玉米秸秆等。

模块的组合分单一组合和混合类型；方式分为随机和规则。模块的排列与组合：单一类型如草砖、水体、气体。混合类型为上述模块的组合。组合方式为随机和规则。规则组合分为平面分层、垂直分层和平面与垂直相结合类型。

表：不同吸附材料对氮素和重金属(铅)吸附效果及杨树生长的影响

本发明优点：材料易获取；装置成本低；控制自动化；生物多样性得以保护；兼顾效率，经济和生态效益。若重金属含量下降30％，杨树年生长量增加15％；装置运行1～2个周期(1～2年)后，土壤重金属含量比对照下降40％～60％；由于重金属提取工艺具多样性和复杂性，目前的提取效益与成本之比将大于2.5：1。

附图说明

图1为本发明系统实现原理示意图

具体实施方式

下面结合附图，通过非限定性的举例对本发明的优选实施方式作进一步说明，本发明提供了一种重金属杨树吸收的水气调节装置，为柱状结构，包括吸附芯1和固定保护层2以及储水池3，其特征在于：吸附芯在固定保护层内，各个吸附芯水平状排列，平行排列的吸附芯心之间留有2-4cm的空隙，不同吸附芯交错放置，形成水汽通道4，不同层的吸附芯之间形成界面层8，吸附芯的组合分单一组合和混合类型；方式分为随机和规则，吸附芯的排列与组合：单一类型如草砖、水体、气体，混合类型为上述模块的组合，组合方式为随机和规则，规则组合分为平面分层、垂直分层和平面与垂直相结合类型，吸附芯和固定保护层形成的柱状结构的一端固定在储水池水10中形成栽培柱5，栽培柱放置于重金属污染土壤搅拌池6中，搅拌池配有自吸泵9，将含有重金属的污水自栽培柱上方向下浇灌以形成循环系统，杨树枝条7扦插于吸附芯中，分上、中、下三层，每层4-5个方向均匀排列。

所述吸附芯吸附重金属，吸附芯材料包括粘土、珍珠岩、杂草、杨树落叶、玉米秸秆，吸附芯组成以两种以上材料为佳，杂草密度控制在60-100kg.m-3，其它材料据实际情况而定。

所述吸附芯的排列组合：排列组合以通气、保水为原则，水平状排列，在平行排列的吸附芯心之间留有2-4cm的空隙，不同吸附芯交错放置.

固定保护层可使用外包塑料铁丝网，高度1.5-1.8m，直径1.2-1.5m，储水池高度0.2-0.3m，直径1.5-1.8m。搅拌池以污染土壤的数量而定，但应与装置的体积相适应，一般为贮水池的1.5-2倍，水分和气体应畅通，且流量、流速和时间自动调节。气体包括空气的主要成分如氧气、二氧化碳，氮气及其衍生物，水蒸气，有机质分解产生的有机大分子物质。