CN104646403A - 一种通过极性切换与场强补充的电极转置方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通过极性切换与场强补充的电极转置方法，它由电动修复中四点电极和五点电极转置完成。四点电极采取网格矩阵的布设方式，通过周期性的极性切换，实现电动修复区域的全覆盖，且电极周边电场强度较大；五点电极布设方式是在四点电极中心布置1根补充电极，有效覆盖面积只有50%，但中心补充电极区域场强较大。因此，通过极性切换与电极转置，在电场有效区全覆盖的基础上，实现强场强区的补充。本发明可将强场强区面积增加50%，解决了电动修复有机污染土壤效率的空间不均一性问题，提高了有机污染土壤的整体修复效率，是电动修复有机污染土壤技术中一种高效的电极布置方式。

Description

一种通过极性切换与场强补充的电极转置方法

技术领域

本发明涉及有机污染土壤的修复技术，具体说是一种通过极性切换与场强补充的电极转置方法。

背景技术

电动方法修复有机污染土壤是目前一种新兴技术。在已有的电动修复过程中，将电极插入到污染土壤中，形成电极矩阵，施加微弱直流电形成电场。在电化学反应和电动效应的联合作用下，能够有效去除土壤中的有机污染物。

前期研究过程中利用M×N个矩阵电极等距网格排列，通过周期性的阴阳极的极性切换，形成对称电场，消除了修复死角，实现了电场有效区的全覆盖（CN102294350B）。但由于降解效率与电场强度有关，该四点电极布设方式导致网格单元内中心为场强最弱区域，电化学氧化作用较小，有机污染物的降解效率最低（Li et al.，2010）。因此，电场强度的空间差异性导致有机污染物去除效率的空间不均一性。所以，如何利用电极附近强场强对有机污染物的高效降解，通过电极布设模式转置的方式，补充强场强区面积，弥补对称电场的中心区域场强较弱的缺点，避免电动修复有机污染土壤效率的空间差异，对提高电动修复有机污染土壤的整理效率具有重大意义。

发明内容

为实现场强补充，增加电场的强场强区面积，解决电动修复有机污染土壤效率的空间不均一性，提高有机污染土壤的整体修复效率的目的，提供了一种通过极性切换与场强补充的电极转置方法。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：一种通过极性切换与场强补充的电极转置方法，由周期性极性切换的四点电极形成的全覆盖对称电场，和五点电极形成的中心强化电场互相转置构成，包括以下步骤：

四电极模式：

设置时间控制器参数，使时间控制器1与时间控制器2闭合时间同步，时间控制器3与时间控制器4闭合时间同步，而时间控制器1、2与时间控制器3、4闭合时间异步，时间控制器5打开，进而控制1号、2号电极与3号、4号电极的极性相反；

设置时间控制器参数，使时间控制器1与时间控制器3闭合时间同步，时间控制器2与时间控制器4闭合时间同步，而时间控制器1、3与时间控制器2、4闭合时间异步，时间控制器5打开，进而控制1号、3号电极与2号、4号电极的极性相反；

重复上述步骤若干次；

五电极模式：

设置时间控制器参数，使时间控制器1、2、3、4闭合时间同步，时间控制器5与时间控制器1、2、3、4异步，进而控制1号、2号、3号、4号电极与5号电极的极性相反。

所述四电极模式中，控制1号、2号电极与3号、4号电极的极性相反，具体为：

当继电器1和继电器2闭合、继电器3和继电器4打开时，1号和2号电极为正极、3号和4号电极为负极；当继电器3和继电器4闭合、继电器1和继电器2打开时，1号和2号电极为负极、3号和4号电极为正极。

所述四电极模式中，控制1号、3号电极与2号、4号电极的极性相反，具体为：

当继电器1和继电器3闭合、继电器2和继电器4打开时，1号和3号电极为正极、2号和4号电极为负极；当继电器2和继电器4闭合、继电器1和继电器3打开时，1号和3号电极为负极、2号和4号电极为正极。

所述五电极模式中，控制1号、2号、3号、4号电极与5号电极的极性相反，具体为：

当继电器1、继电器2、继电器3、继电器4打开，继电器5闭合时，1、2、3、4号电极为负极，5号电极为正极；当继电器1、继电器2、继电器3、继电器4闭合，继电器5打开时，1、2、3、4号电极为正极，5号电极为负极。

本发明具有以下优点及有益效果：

1.四电极布设与五点电极布的转置，可弥补单一电极布设方式的弱场强区域，增加强场强区面积50%，从而提高电动修复的整体空间修复效率。

2.在电场有效区全覆盖的基础上，实现强场强区的互补，解决了电动修复有机污染土壤效率的空间不均一性，提高了有机污染土壤的整体修复效率。

附图说明

图1为四电极布设极性切换方式与强场强区图；

图2为五电极布设方式及强场强区图；

图3为四电极布设与五电极布设的场强互补图；

图4为本发明极性切换与电极模式转置流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1

本实施例所修复的污染土壤为实验室配置的石油污染土壤，所采的土壤为棕壤，出去肉眼可见的杂质和草木根，室内自然风干后过2mm筛子，石油采自辽河油田曙光采油厂某油坑。配置成含油量50g/kg石油污染土壤。配制成石油污染土壤后自然风干放置7天，待石油与土壤混合均匀后，用纯净水将土壤湿度调节到25%后，装入到土壤盒内，土壤盒长22cm，宽22cm，高10cm。

污染土壤中布置五根根电极，分别命名为1、2、3、4、5号电极，电极材质为石墨电极，直径1cm，高11cm，其中1、2、3、4号电极间距离为20cm，5号电极在1、2、3、4号电极的中心线点。参见图1-图3布置电极。通过调整时间控制器参数控制继电器吸合顺序达到电极切换不同极性的目的，具体流程如图4所示，包括：

一开关电源GS，开关电源GS输入端接断路器QF，开关电源输出端连接到时间控制器1、2、3、4、5常开触点上，时间控制器1常开触点另一端连接到继电器1、2线圈上；时间控制器2常开触点另一端连接到继电器3、4线圈上；时间控制器3常开触点另一端连接到继电器1、3线圈上；时间控制器4常开触点另一端连接到继电器2、4线圈上；时间控制器5常开触点另一端连接到继电器5、6线圈上；每个继电器触点公共端上配备一个电极，继电器1、2、3、4常开触点接到开关电源正极，常闭触点接到开关电源负极；继电器5常开触点接到开关电源正极，继电器6常开触点接到开关电源负极。

连接完成后，控制流程如下：

步骤一、设置时间控制器参数。在四电极模式下，状态1下，时间控制器1与时间控制器2闭合时间同步，时间控制器3与时间控制器4闭合时间同步，而时间控制器1、2与时间控制器3、4闭合时间异步，时间控制器5永远打开；状态2下，时间控制器1与时间控制器3闭合时间同步，时间控制器2与时间控制器4闭合时间同步，而时间控制器1、3与时间控制器2、4闭合时间异步，时间控制器5永远打开；在模式2下，时间控制器1、2、3、4闭合时间同步，时间控制器5与时间控制器1、2、3、4异步。

步骤二、在四电极模式下，状态1下点击启动按钮控制系统运行，当继电器1和继电器2闭合、继电器3和继电器4打开时，1号和2号电极为正极、3号和4号电极为负极；当继电器3和继电器4闭合、继电器1和继电器2打开时，1号和2号电极为负极、3号和4号电极为正极。在模式1，状态2下点击启动按钮控制系统运行，当继电器1和继电器3闭合、继电器2和继电器4打开时，1号和3号电极为正极、2号和4号电极为负极；当继电器2和继电器4闭合、继电器1和继电器3打开时，1号和3号电极为负极、2号和4号电极为正极。

步骤三、经过N轮切换后，切换到五电极模式，当继电器1、继电器2、继电器3、继电器4打开，继电器5闭合时，1、2、3、4号电极为负极，5号电极为正极；当继电器1、继电器2、继电器3、继电器4闭合，继电器5打开时，1、2、3、4号电极为正极，5号电极为负极。

通过电极极性切换与电极布设方式的转置，可弥补单一电极布设方式的弱场强区域，增加强场强区面积50%，提高整体修复效率。

修复结果见附表1。

表1

组别	处理	初始石油含量（%）	修复效率(%)	处理时间（天）
					对照组	无	5%	2.3%	60
实验组1	四点电极布置	5%	53.2%	60
					实验组2	电极布设转置	5%	68.7%	60

实施例2

与实施例1不同之处在于：

修复的污染土壤为芘污染土壤，芘含量为200ppm。土壤室长10cm，宽10cm，高5cm。电极采用石墨电极，电极直径为0.5cm，高6cm。修复时间为30d。

连接完成后，控制流程如下：

步骤一、设置1、2、3、4号电极切换时间为20min/次，开始运行；

步骤二、当修复系统运行开始后，继电器1和继电器4闭合、继电器2和继电器3打开时，1号和2号电极为正极、3号和4号电极为负极；运行20min后，继电器2和继电器3闭合、继电器1和继电器4打开时，1号和2号电极为负极、3号和4号电极为正极。完成电极切换。

步骤三、设置5号电极切换频率为40min，控制系统运行后，当继电器1、继电器2、继电器3、继电器4打开，继电器5闭合时，1、2、3、4号电极为负极，5号电极为正极；当继电器1、继电器2、继电器3、继电器4闭合，继电器5打开时，1、2、3、4号电极为正极，5号电极为负极。

通过电极极性切换与电极布设方式的转置，可弥补单一电极布设方式的弱场强区域，增加强场强区面积50%，提高整体修复效率。

修复结果见附表2。

表2

组别	处理	初始芘含量（ppm）	修复效率(%)	处理时间（天）
					对照组	无	200	3.5%	30
实验组1	四点电极布置	200	63.7%	30
					实验组2	电极布设转置	200	87.2%	30

实施例3

与实施例1不同之处在于：

修复为石油污染井场周边的场地污染土壤，石油含量约为42g/kg。场地面积长10m，宽10m，污染深度为0.5m。电极采用不锈钢电极，电极直径为5cm，高0.5m。修复时间为100d。通过电极极性切换与电极布设方式的转置，可弥补单一电极布设方式的弱场强区域，增加强场强区面积50%，提高整体修复效率。

修复结果见附表3。

表3

组别	处理	初始石油含量（g/kg）	修复效率(%)	处理时间（天）
					对照组	无	46	2.8%	100
实验组1	四点电极布置	46	61.2%	100
					实验组2	电极布设转置	46	80.3%	100

Claims (4)

1.一种通过极性切换与场强补充的电极转置方法，其特征在于，通过布设中心补充电极，由周期性极性切换的四点电极形成的全覆盖对称电场，和五点电极形成的中心强化电场互相转置构成，包括以下步骤：

四电极模式：

设置时间控制器参数，使时间控制器1与时间控制器2闭合时间同步，时间控制器3与时间控制器4闭合时间同步，而时间控制器1、2与时间控制器3、4闭合时间异步，时间控制器5打开，进而控制1号、2号电极与3号、4号电极的极性相反；

设置时间控制器参数，使时间控制器1与时间控制器3闭合时间同步，时间控制器2与时间控制器4闭合时间同步，而时间控制器1、3与时间控制器2、4闭合时间异步，时间控制器5打开，进而控制1号、3号电极与2号、4号电极的极性相反；

重复上述步骤若干次；

五电极模式：

设置时间控制器参数，使时间控制器1、2、3、4闭合时间同步，时间控制器5与时间控制器1、2、3、4异步，进而控制1号、2号、3号、4号电极与5号电极的极性相反。

2.根据权利要求1所述的一种通过极性切换与场强补充的电极转置方法，其特征在于，所述四电极模式中，控制1号、2号电极与3号、4号电极的极性相反，具体为：

当继电器1和继电器2闭合、继电器3和继电器4打开时，1号和2号电极为正极、3号和4号电极为负极；当继电器3和继电器4闭合、继电器1和继电器2打开时，1号和2号电极为负极、3号和4号电极为正极。

3.根据权利要求1所述的一种通过极性切换与场强补充的电极转置方法，其特征在于，所述四电极模式中，控制1号、3号电极与2号、4号电极的极性相反，具体为：

当继电器1和继电器3闭合、继电器2和继电器4打开时，1号和3号电极为正极、2号和4号电极为负极；当继电器2和继电器4闭合、继电器1和继电器3打开时，1号和3号电极为负极、2号和4号电极为正极。

4.根据权利要求1所述的一种通过极性切换与场强补充的电极转置方法，其特征在于，所述五电极模式中，控制1号、2号、3号、4号电极与5号电极的极性相反，具体为：

当继电器1、继电器2、继电器3、继电器4打开，继电器5闭合时，1、2、3、4号电极为负极，5号电极为正极；当继电器1、继电器2、继电器3、继电器4闭合，继电器5打开时，1、2、3、4号电极为正极，5号电极为负极。