CN103043768B - 一种添加生物表面活性剂的电动力修复装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于环保设备技术领域，涉及一种添加生物表面活性剂的电动力修复装置及方法。本发明电源变压器的正、负极分别与的阳极区、阴极区相连；喷淋系统单独安装在污染区域地表；电极液储存箱与加液泵相连；加液泵通过管道与阳极区和阴极区相连；阳极区传输泵、阴极区传输泵分别通过管道与阳极区、阴极区相连；阳极区、阴极区传输泵分别经管道与重金属回收处理装置相连，重金属回收处理装置与工作液传输泵相连，工作液传输泵与工作液处理装置相连；本发明通过对污染地区喷淋生物表面活性剂的方式，改进电动力修复对重金属的处理效果。本发明引入了生物表面活性剂喷淋系统、重金属回收系统及工作液处理系统，对重金属污染物去除率提高40%以上。
Description
技术领域
本发明属于重金属污染地下水原位修复领域，特别涉及一种添加生物表面活性剂的电动力修复装置及方法。
背景技术
根据官方发布的2011年200个城市地下水水质监测结果显示，中国200个城市开展了地下水水质监测，在4727个水质监测点上，取样测试分析结果表明，水质呈优良级的占全部监测点的11%；水质呈良好级的占29.3%；水质呈较好级的占4.7%；水质呈较差级的占40.3%；水质呈极差级的占14.7%，我国的地下水水质情况不容乐观，地下水污染严重阻碍了我国经济的发展，给人民的健康带来了巨大的隐患，因此，发展经济高效的修复技术成为当务之急。从修复技术研究与发展趋势可以看出，电动力学修复技术以其经济高效，成本相对低廉，应用简单备受关注。
由于人类活动的影响，特别是城市生活污水及垃圾堆放、工业“三废”等的排放，农业大量使用化肥、农药等，导致地下水污染问题日益突出。污染严重区主要分布在大城市的中心地带、城镇周围区，排污河道两侧，地表污染水体分布区及因雾水灌溉农田地区。上诉统计也显示出，我国大、中城市浅层地下水不同程度上遭受污染，全国多数城市地下水水质呈下降趋势，部分城市浅层地下水已不能直接饮用，由此造成的缺水城市和地区日益增多。本发明正是应对这一现象，对受污水体中的重金属污染加以治理。
电动力修复是一门多学科交叉的研究领域，它是将电极插入受污染的地下水中，在电极上施加直流电后，两电极之间形成直流电场，由于地下水中含有离子或颗粒物带有电荷，电场条件下地下水产生电渗流和带电离子的电迁移，多种迁移运动的叠加载着污染物离开处理区而富集于电极区，到达电极区的污染物一般通过电沉积或者离子交换萃取被去除，从而达到修复的目的。包括物理化学、环境化学、分析化学、土壤化学和电化学等。电动修复的原理可概括为 4 项：电迁移——带电离子在电场的作用下发生定向移动，正电离子（金属离子、铵离子、正电有机物等）向阴极迁移，负电离子（氯离子、氰离子、氟离子、硝酸根离子、负电有机物等）向阳极迁移；电渗流——土壤空隙带负电双电层，流体在电场作用下由阳极向阴极的流动；电泳——土壤中带电颗粒和胶体粒子（细小土壤颗粒、腐殖质及微生物细胞等）在电场作用下的运动；扩散——扩散是利用离子浓度差，高浓度向低浓度方向的运动。其中，电迁移和电渗流是电动修复过程的主要机理，电泳和扩散的作用相对较小，一般不作研究。电动修复过程中最主要的电极反应如下（E0为标准电极电位）：
阳极反应 2H2O-4e－→O2↑+4H+，E0= －1.229 V
阴极反应 2H2O+2e－→H2↑+2OH－，E0= －0.828 V
由于电解反应，阳极产生氢离子，阴极产生氢氧根离子，阳极产生的氢离子有利于重金属的活化，使其迁移至阴极而富集。
地下水中的重金属离子经常以有机态存在于水中，因其具有较大的分子形态而往往粘附与土壤颗粒之上，从而大大的降低了地下水修复效率，近年来人们试着通过加入添加剂来增强修复效果，与传统的化学添加剂相比，生物添加剂更加的绿色性且效果更好。
生物表面活性剂由极性的亲水基团和非极性的亲油基2部分组成，投加到水中后，如浓度极低，则生物表面活性剂分子均匀地分散在水溶液中，近似于理想溶液。此时如增大生物表面活性剂的投加量，部分生物表面活性剂分子将聚集在溶液的表面，形成疏水基向上、亲水基向下伸向水中的定向吸附状态；当浓度增大时，生物表面活性剂分子将覆盖在溶液表面形成单分子层，生物表面活性剂浓度继续增大，超过临界胶束浓度（CMC）时，剩余的生物表面活性剂分子将在溶液内聚集，形成疏水基向内、亲水基向外的胶团。
鼠李糖脂为例，它是一种优良的阴离子表面活性剂，在其浓度仅为0.005%时也可以将水的表面张力由72 mN/m降至27 mN/m。鼠李糖脂表面张力为30 mN/m，pH值6.5~6.7，CMC为0.003~0.04 g/L，较化学合成的表面活性剂要低，如SDS的CMC达到0.15 g/L。
鼠里糖脂是有假单胞菌或伯克氏菌类产生的一种生物代谢性质的生物表面活性剂。同时也是目前应用技术最为成熟的一种生物表面活性剂。它在土壤、水体和植物中都自然存在，属于一种糖脂类的阴离子表面活性剂。鼠里糖脂具有一定的金属螯合能力，作为螯合剂可以替代EDTA用于清除土壤、污水及其它液体的重金属污染物。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供了一种添加生物表面活性剂的电动力修复装置及方法。
一种添加生物表面活性剂的电动力修复装置，其电源变压器的正极与阳极区相连，电源变压器的负极与的阴极区相连；多个喷淋装置安装在污染区域地表；电极液储存箱与加液泵相连；加液泵通过管道分别与阳极区和阴极区相连；阳极区传输泵通过管道与阳极区相连，阴极区传输泵通过管道与阴极区相连；阳极区传输泵和阴极区传输泵分别经管道与重金属回收处理装置入口相连，重金属回收处理装置出口与工作液传输泵相连，工作液传输泵与工作液处理装置入口相连。
一种添加生物表面活性剂的电动力修复方法，其具体步骤如下：
a. 将生物表面活性剂，经由多个喷淋装置将其喷淋在污染区域中，增强电动力对重金属化合物的处理效果；
b. 通过多个喷淋装置向土壤中喷淋pH调节液，调节土壤pH使其pH保持在9.0~10.0之间，增强生物表面活性剂增益的效果；
c. 将配置好的电极液注入电极液储存箱，打开加液泵将电极液注入电极室；
d. 通过电源产生的电力对阴、阳两极供电，在污染区域形成直流电场，在直流电场的作用下，受污区域中的重金属离子根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运动，使污染物富集在电极区，实现将重金属污染物清除的目的；
e. 检测系统检测到电极液有饱和趋势，则将电极区的工作液抽出至重金属回收处理装置处理以提取重金属，同时重复步骤c，后将提取重金属后的工作液传送至工作液处理装置处理至达标后排放；
f. 在修复过程中根据检测效果，多次重复步骤a、b使处理效果保持在最佳状态。
所述生物表面活性剂为鼠李糖脂、皂角苷、槐糖脂、枯草菌表面活性剂。
所述pH调节液为质量分数为1%的 NaOH溶液和质量分数为20%的HCl。
本发明的有益效果为：
1. 在地下水流动的过程中加入生物表面活性剂，极大地降低了重金属污染物粘附与土壤中的可能性；
2. 地下水重金属离子的处理、回收设备结构紧凑，操作简单，可靠性高；
3. 处理效率有明显的上升，且重金属的回收率可达95%；
4. 适用于各种条件只地址状况，设备较容易获得，装置实现全自动操作；
本发明适用于多种条件之地质状况，机具设备较容易获得，装置实现全自动操作。在电动修复的过程中加入生物表面活性剂极大的提高了污染物质的可溶性，使其集中在地下水体系中而非粘附于土壤中，且该系统集污染物处理、重金属回收、工作液处理一体化，设备结构紧凑，操作简单，可靠性高。重金属去除率在原有基础上上升40%，回收后的含重金属污染物可提存重金属，回收率可达95%，投加的生物表面活性剂增加了污染物的溶解性，使电动修复周期缩短，且生物表面活性剂不会对环境造成二次污染，回收后的重金属具有较好的经济效益。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图；
图中标号：1-电源变压器；2-阳极区；3-阴极区；4-喷淋装置；5-电极液储存箱；6-加液泵；7-阳极区传输泵；8-阴极区传输泵；9-重金属回收处理装置；10-工作液传输泵；11-工作液处理装置。
具体实施方式
本发明提供了一种添加生物表面活性剂的电动力修复装置及方法，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
一种添加生物表面活性剂的电动力修复装置，其电源变压器1的正极与阳极区2相连，电源变压器1的负极与的阴极区3相连；多个喷淋装置4安装在污染区域地表；电极液储存箱5与加液泵6相连；加液泵6通过管道分别与阳极区2和阴极区3相连；阳极区传输泵7通过管道与阳极区2相连，阴极区传输泵8通过管道与阴极区3相连；阳极区传输泵7和阴极区传输泵8分别经管道与重金属回收处理装置9入口相连，重金属回收处理装置9出口与工作液传输泵10相连，工作液传输泵10与工作液处理装置11入口相连。
一种添加生物表面活性剂的电动力修复方法，其具体步骤如下：
a. 将生物表面活性剂，经由多个喷淋装置4将其喷淋在污染区域中，增强电动力对重金属化合物的处理效果；
b. 通过多个喷淋装置4向土壤中喷淋pH调节液，调节土壤pH使其pH保持在9.0~10.0之间，增强生物表面活性剂增益的效果；
c. 将配置好的电极液注入电极液储存箱5，打开加液泵6将电极液注入电极室；
d. 通过电源产生的电力对阴、阳两极供电，在污染区域形成直流电场，在直流电场的作用下，受污区域中的重金属离子根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运动，使污染物富集在电极区，实现将重金属污染物清除的目的；
e. 检测系统检测到电极液有饱和趋势，则将电极区的工作液抽出至重金属回收处理装置9处理以提取重金属，同时重复步骤c，后将提取重金属后的工作液传送至工作液处理装置11处理至达标后排放；
f. 在修复过程中根据检测效果，多次重复步骤a、b使处理效果保持在最佳状态。
所述生物表面活性剂为鼠李糖脂、皂角苷、槐糖脂、枯草菌表面活性剂。
所述pH调节液为质量分数为1%的 NaOH溶液和质量分数为20%的HCl。
Claims (3)
1.一种添加生物表面活性剂的电动力修复装置，其特征在于：电源变压器（1）的正极与阳极区（2）相连，电源变压器（1）的负极与阴极区（3）相连；多个喷淋装置（4）安装在污染区域地表；电极液储存箱（5）与加液泵（6）相连；加液泵（6）通过管道分别与阳极区（2）和阴极区（3）相连；阳极区传输泵（7）通过管道与阳极区（2）相连，阴极区传输泵（8）通过管道与阴极区（3）相连；阳极区传输泵（7）和阴极区传输泵（8）分别经管道与重金属回收处理装置（9）入口相连，重金属回收处理装置（9）出口与工作液传输泵（10）相连，工作液传输泵（10）与工作液处理装置（11）入口相连。
2.一种添加生物表面活性剂的电动力修复方法，其特征在于，具体步骤如下：
a.将生物表面活性剂，经由多个喷淋系统将其喷淋在污染区域中，增强电动力对重金属化合物的处理效果；
b.通过多个喷淋装置向土壤中喷淋pH调节液，调节土壤pH使其pH保持在9.0～10.0之间，增强生物表面活性剂增益的效果；
c.将配置好的电极液注入电极液储存箱，打开加液泵将电极液注入电极室；
d.通过电源产生的电力对阴、阳两极供电，在污染区域形成直流电场，在直流电场的作用下，受污区域中的重金属离子根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运动，使污染物富集在电极区，实现将重金属污染物清除的目的；
e.检测系统检测到电极液有饱和趋势，则将电极区的工作液抽出至重金属回收处理装置处理以提取重金属，同时重复步骤c，后将提取重金属后的工作液传送至工作液处理装置处理至达标后排放；
f.在修复过程中根据检测效果，多次重复步骤a、b使处理效果保持在最佳 状态；
所述生物表面活性剂为鼠李糖脂、皂角苷、槐糖脂、枯草菌表面活性剂。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述pH调节液为质量分数为1%的NaOH溶液和质量分数为20%的HCl。
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