CN102941217B - 一种圆筒式布置电极电动力修复装置和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种圆筒式布置电极电动力修复装置和方法，属于环保设备技术领域。本发明的装置由电极液储存箱、电极液阀门、至少两个有共同圆心的圆环形或弧形电极室和电极、电极液流量计、加液泵阀门、加液泵、吸附层组成；电极位于电极室内，且和外接直流电源相连；电极室和加液泵相连。所述的方法为：通过对待处理的污染场地的污染情况，选择合适的电极室数量，将电极室和电极埋入地下，通过加液泵将电极液注入电极室；给电极通电，从而使污染场地里面的重金属离子被吸附到吸附层上的吸附材料上，从而达到去除重金属的目的。本发明的装置结构简单，使用方便，工程造价低，使用范围广；本发明提供的方法具有经济、高效、节能、快速等优点。
Description
技术领域
本发明属于环保设备技术领域，特别涉及一种圆筒式布置电极电动力修复装置和方法。
背景技术
近年来大量的制药厂、化工厂、冶炼厂、机械设备厂进行了搬迁，留下大量的受重金属污染的场地，这些土地对周边的生态、环境、人的健康构成了极大的危害。因此国家需要投入大量的人力、物力、财力对受重金属污染的土壤进行修复。这对目前的种过是亟待解决的问题。
目前针对重金属污染的土壤的修复方法有固定稳定化、电动力修复等。对国内已经实施修复的场地的统计结果发现，固定稳定化得到了应用，但是现在的固定稳定化技术仅将离子转化为化合物，但是转化成的化合物有转化为离子的可能性，因此存在着风险；而电动力修复技术是将金属离子驱动并向吸附介质移动，最终金属离子被吸附介质所吸附，从而达到修复的目的。
在电动力修复方面，首先得弄清楚影响电动力运用的的主要因素。金春姬等（金春姬,李鸿江,贾永刚,罗先香,郭秀军. 电动力学法修复土壤环境重金属污染的研究进展[J]. 环境污染与防治,2004,05:341-344+365-316.）针对电动力修复技术进行了研究和展望，他们发现在运用电动力修复时，主要存在以下几种问题：（1）靠近电动力修复电极的土壤发生极化现象（即：活化极化、电阻极化、浓差极化等）；（2）土壤的pH变化影响；（3）土壤的温度影响；（4）土壤中杂质的干扰。
国内的学者针对电动力修复技术在实际运用中存在的问题，展开了一系列的研究，例如：陈学军（陈学军. 阳极逼近电动力学法(AA—EK)去除土壤中重金属的研究[D].上海交通大学,2006.）针对阴极碱性不断增大等因素，提出将阴极固定，随着处理时间的持续，阳极不断向阴极侧逼近，通过缩短氢离子的迁移距离以提高修复效率。阳极逼近实验中，由于每过一天阳极向阴极逼近3.6cm，电压也相应下调3.6V，所以随着处理时间的持续电流逐渐下降，但是由于电动处理过程土壤中电阻的变化非线性，所以反映到电流的变化也不是线性变化，而且能耗仅为31.52 kWh·m-3。虽然这一方法能有效去除土壤中的重金属，但是其场地运用性不强，在修复场地无法逐步逼近。因此，这一方法存在现场运用的缺陷。
为解决这一问题，国内公司和科研单位研制出了不同的改进方案，如申请号为201010104638.1的中国专利申请公开了一种去除土壤中氟污染物的电动学法，它主要是通过在阳极与污染土壤之间设置阴离子交换膜，阻止阳极产生的H+进入电解槽从而避免使污染土壤的酸性增强，阳极室内放置醋酸钠溶液作为电解液，阴极室内放置去离子水作为电解液，保持阴、阳极室液面的平行，修复过程中电解液不断循环，使电解液搅拌均匀并带走阴、阳极产生的H2和O2；阳、极室内加入醋酸钠溶液提供OH-中和阳极产生的H+，多余的OH-及阴极产生的OH-促进土壤中吸附态氟解吸成为自由氟离子，通过电迁移、电渗析等电动力学作用使土壤中氟化物得以去除。这一方法虽可以保持土壤的pH，但是需要投入大量的缓解溶液，修复造价相当高。
目前我国的电动修复技术在场地还没得到实际的运用，大都因为修复成本过高，或者难以在场地实施。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种圆筒式布置电极电动力修复装置和方法。
一种圆筒式布置电极电动力修复装置，所述的装置结构如下：
所述的修复装置包括电极液储存箱、电极液阀门、电极室、电极、电极液流量计、加液泵阀门、加液泵、吸附层和外接直流电源；
电极液储存箱通过管道与加液泵相连，在所述的管道上安装有电极液阀门；在所述的加液泵上安装有电极液流量计和加液泵阀门；加液泵通过管道与电极室相连；电极位于所述的电极室内，并通过导线和外接直流电源相连；
所述的电极室和电极至少为两个，在每两个相邻的电极室之间布置有吸附层；所述的吸附层最好靠近内侧的电极室，且二者之间的距离为两个相邻的电极室之间距离的1/4；除最外层和最内层的电极和电极室构成整个圆环外，其余的电极和电极室均可以为位于同一圆上的多段分割的圆弧状，且位于任意两个相邻圆环上的圆弧状电极室依次错开排列；
所述的吸附层中使用的吸附材料为活性炭、沸石、硅藻土、活性氧化铝、吸附树脂等吸附能力强的介质。
一种使用上述的圆筒式布置电极电动力修复装置对污染场地进行修复的方法，包括如下步骤：
（1）对待处理的污染场地进行场地调查，获取污染场地的面积、水文地质条件，污染物种类、物理化学性质数据，从而确定污染情况；
（2）对待处理的污染场地进行增湿作业，使待处理的污染场地土壤的含水率控制的20%~50%之间；当增湿需求量小时，可人工作业，需求量大时，安装管道和泵进行机械增湿；
（3）在待处理的污染场地安装电极室和电极，根据经过步骤（1）确定的待处理的污染场地的污染情况，在待处理的污染场地地面下布置至少两个电极室和电极，在每两个相邻的电极室之间布置吸附层；其中，所有的电极和电极室均有一个共同的圆心，所述的吸附层最好靠近内侧的电极室，且二者之间的距离为两个相邻的电极室之间距离的1/4；除最外层和最内层的电极和电极室构成整个圆环外，其余的电极和电极室均可以为位于同一圆上的多段分割的圆弧状，且位于任意两个相邻圆环上的圆弧状电极室依次错开排列；
（4）将步骤（3）安装好的每个电极通过导线和外接直流电源相连；将每个电极室通过管道和加液泵相连；
（5）将配制好的电极液注入电极液储存箱，依次打开电极液阀门、加液泵阀门和加液泵；待各个电极室均充满电极液后，打开直流电源开关给所有的电极通电；
其中，所述的电极液为0.08~0.1mol/L的NaAc或KAc溶液；待处理的污染场地的电场强度为0.25~3V/cm；
（6）保持最外层的电极一直处于正电极状态；其他各层电极的极性当距离其最近的吸附层附近的pH达到10~12时变换该电极的极性；如此反复变换电极，直至待处理的污染场地里的重金属离子都被吸附到吸附层上的吸附材料上，从而达到去除重金属的目的。
本发明的有益效果为：
本发明提出的圆筒式布置电极电动力修复装置结构简单，使用方便，工程造价低，使用范围广，不受场地限制。
本发明提出的一种利用圆筒式布置电极电动力修复装置修复污染场地的方法，适合处理各种重金属污染物，去除率可高达75%以上；与传统的电动力修复技术相比，适用范围更为广泛，且具有高效、节能、快速等特点；对重金属污染土壤的修复率可达80%~90%；在运行过程中仅需向电极室补充电极液和向电极提供电能，因此，运行管理费用节约25~35%。
附图说明
图1为本发明实施例1的圆筒式布置电极电动力修复装置的结构示意图；
图2 为本发明实施例1的圆筒式电极平面布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步说明：
实施例1：
一种圆筒式布置电极电动力修复装置，如图1和图2所示，电极液储存箱1通过管道与加液泵7相连，在所述的管道上安装有电极液阀门2；在加液泵7上安装有电极液流量计5和加液泵阀门6；加液泵7通过管道分别与第一个电极室31、第二个电极室32和第三个电极室33相连；所述的第一个电极室31、第二个电极室32和第三个电极室33所在的圆环均为同心圆，且沿共同的圆心从内向外依次排列；第一个电极41位于第一个电极室31内，第二个电极42位于第二个电极室32内，第三个电极43位于第三个电极室33内，每个电极均分别通过导线和外接直流电源9相连；其中，第二个电极42、第二个电极室32为位于同一圆上的多段分割的圆弧状；第一个吸附层81靠近第一个电极室31，二者之间的间距为第一个电极室31和第二个电极室32之间距离的1/4；第二个吸附层82靠近第二个电极室32，二者之间的间距为第二个电极室32和第三个电极室33之间距离的1/4。
一种使用上述的圆筒式布置电极电动力修复装置对污染场地进行修复的方法，步骤如下：
（1）待处理的污染场地的具体情况如下：污染场地的面积200m2、土壤孔隙率为46.7%，土壤的渗透系数5.6×10-6，土壤含铅量为0.56g/Kg，土壤的饱和吸附量为91.6mmol/Kg，饱和含水率为37.55%，碳酸含量为4.58%；
（2）对待处理的污染场地进行增湿作业，使待处理的污染场地土壤的含水率控制的20%~50%之间；当增湿需求量小时，可人工作业，需求量大时，安装管道和泵进行机械增湿；
（3）在待处理的污染场地安装电极室和电极：根据待处理的污染场地的实际情况，在待处理的污染场地地面下布置3个电极室和3个电极；其中，第一个电极41位于第一个电极室31内，第二个电极42位于第二个电极室32内，第三个电极43位于第三个电极室33内，每个电极均分别通过导线和外接直流电源9相连；所述的第一个电极室31、第二个电极室32和第三个电极室33所在的圆环均为同心圆，且沿共同的圆心从内向外依次排列；第二个电极42、第二个电极室32均为位于同一圆上的多段分割的圆弧状；第一个吸附层81靠近第一个电极室31，二者之间的间距为第一个电极室31和第二个电极室32之间距离的1/4；第二个吸附层82靠近第二个电极室32，二者之间的间距为第二个电极室32和第三个电极室33之间距离的1/4；其中，第一个电极室31位于待处理的污染场地被污染最严重的地区；
（4）将步骤（3）安装好的每个电极通过导线和外接直流电源9相连；将每个电极室通过管道和加液泵7相连；
（5）将配制好的0.1mol/L的NaAc溶液注入电极液储存箱1，依次打开电极液阀门2、加液泵阀门6和加液泵7；待各个电极室均充满电极液后，打开直流电源开关给电极通电，使待处理的污染场地的电场强度为2V/cm；
（6）保持最外层的电极一直处于正电极状态；其他各层电极的极性当距离其最近的吸附层附近的pH达到10~12时变换该电极的极性；如此反复变换电极，直至待处理的污染场地里的重金属离子都被吸附到吸附层上的吸附材料上，当吸附层的吸附材料达到吸附饱和时，更换吸附材料就可以将重金属从土壤中去除，从而达到去除重金属的目的。
Claims (6)
1.一种圆筒式布置电极电动力修复装置，包括电极液储存箱、加液泵、电极室和电极、吸附层；其特征在于，电极液储存箱通过管道与加液泵相连；加液泵通过管道与电极室相连；电极位于所述的电极室内，并通过导线和外接直流电源相连，每个电极室内有一个电极；所述的电极室和电极至少为两个，在每两个相邻的电极室之间布置有吸附层；所述的电极和电极室为圆环状或弧形；
所有的电极和电极室均有一个共同的圆心，吸附层靠近内侧的电极室的距离为两个相邻的电极室之间距离的1/4；
除最外层和最内层的电极和电极室构成整个圆环外，其余的电极和电极室均为位于同一圆上的多段分割的圆弧状，且位于任意两个相邻圆环上的圆弧状电极和电极室依次错开排列。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，电极液储存箱和加液泵相连的管道上安装有电极液阀门；在加液泵上安装有电极液流量计和加液泵阀门。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的吸附层中使用的吸附材料为活性炭、沸石、硅藻土、活性氧化铝、吸附树脂中的一种或多种。
4.一种使用圆筒式布置电极电动力修复装置对污染场地进行修复的方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）对待处理的污染场地进行场地调查，获取污染场地的面积、水文地质条件，污染物种类、物理化学性质数据，从而确定污染情况；
（2）对待处理的污染场地进行增湿作业，使待处理的污染场地土壤的含水率控制在20%～50%之间；
（3）在待处理的污染场地安装电极室和电极，根据经过步骤（1）确定的待处理的污染场地的污染情况，在待处理的污染场地地面下布置至少两个电极室和电极，在每两个相邻的电极室之间布置吸附层；
（4）将步骤（3）安装好的每个电极通过导线和外接直流电源相连；将每个电极室通过管道和加液泵相连；
（5）将配制好的电极液注入电极液储存箱，依次打开电极液阀门、加液泵阀门和加液泵；待各个电极室均充满电极液后，打开直流电源开关给所有的电 极通电；
（6）保持最外层的电极一直处于正电极状态；其他各层电极的极性当距离其最近的吸附层附近的pH达到10～12时变换该电极的极性；如此反复变换电极，直至待处理的污染场地里的重金属离子都被吸附到吸附层上的吸附材料上，从而达到去除重金属的目的；
所有的电极和电极室均有一个共同的圆心；所述的吸附层靠近内侧的电极室，且二者之间的距离为两个相邻的电极室之间距离的1/4；
除最外层和最内层的电极和电极室构成整个圆环外，其余的电极和电极室均为位于同一圆上的多段分割的圆弧状，且位于任意两个相邻圆环上的圆弧状电极室依次错开排列。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的电极液为0.08～0.1mol/L的NaAc或KAc溶液。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，待处理的污染场地的电场强度为0.25～3V/cm。
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