CN104722570B - 一种利用盐桥强化土壤有机污染物去除的电动修复方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于环境修复技术领域，具体的说是一种利用盐桥强化土壤有机污染物去除的电动修复方法及其装置。在待处理污染土壤内构建阴、阳两个污染土壤电动修复区，阳极置于污染土壤阳极修复区，阴极置于污染土壤阴极修复区，阴极和阳极之间以导线相连接，两极间施加电场，并对施加的电极极性进行切换和不切换处理，阳极和阴极电动修复区以盐桥相连。本发明采用盐桥将土壤修复系统阳极区和阴极区分开，有利于保持阳极区的酸性环境，提高阳极区有机污染物的去除效率。若采用阴阳极极性切换的处理方式，可提高系统的总去除效率。

Description

一种利用盐桥强化土壤有机污染物去除的电动修复方法及其 装置

技术领域

本发明属于环境修复技术领域，具体的说是一种利用盐桥强化土壤有机污染物去除的电动修复方法及其装置。

背景技术

工业发展使越来越多的有机污染物进入土壤环境中，难以被生物降解的污染物会长期存留在土壤中，并不断迁移转化，带来极大隐患。因此对土壤中有机污染物，尤其是难降解有机污染物的去除成为环境领域的一个研究热点。针对土壤污染的现状，人们已经开发了多种修复技术。目前有机污染土壤修复技术包括热脱附、微波加热、蒸汽浸提、化学淋洗、化学氧化和生物降解等多种技术，但这些技术对于难降解有机污染物的去除存在处理费用高、二次污染、效率低等缺点。

电动修复技术作为一种对土壤污染治理颇具潜力的技术受到了国内外研究者的广泛关注，其基本方法是在土壤系统中插入电极，通以直流电，土壤中的污染物在电场的作用下，发生氧化还原反应，从而达到去除土壤中污染物的目的。由于该技术具有安装方便、操作简单、能耗低和修复彻底等优点，因此具有其它污染土壤修复技术不可替代的优势。研究表明电极表面及附近氧化能力较强，而且pH值低氧化能力更强。在传统的土壤电动修复过程中，阴极、阳极处在同一个电动修复室中，电极反应在阳、阴极产生的H+和OH-会在土壤内发生中和反应，影响电场发挥其最大的氧化作用。因此，如何控制阳极及附近的酸性环境，促进对污染物的高效去除能力，对提高电动修复有机污染土壤的效率具有重大意义。

发明内容

本发明目的是提供一种利用盐桥强化土壤有机污染物去除的电动修复方法及其装置。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种利用盐桥强化土壤有机污染物去除的电动修复方法，在待处理污染土壤内构建阴、阳两个污染土壤电动修复区，阳极置于污染土壤阳极修复区，阴极置于污染土壤阴极修复区，阴极和阳极之间以导线相连接，两极间施加电场，并对施加的电极极性进行切换和不切换处理，阴极和阳极电动修复区以盐桥相连。

所述构建的阴、阳两个污染土壤电动修复区完全隔离。

所述阴极和阳极分别插在阴、阳污染土壤电动修复区一端；盐桥分别插在阴、阳污染土壤电动修复区另一端，盐桥将阴极修复区和阳极修复区相连。

所述盐桥由PVC软管作为骨架，内部填充琼脂-饱和氯化钾溶液或饱和硝酸铵溶液。

所述两极间施加电场为直流电场。

一种利用盐桥强化土壤有机污染物去除的电动修复方法的装置，装置包括电极阳极1、电极阴极2、盐桥3、阳极室4、阴极室5、继电器6、调节器7和电源8；其中，电极阳极1和电极阴极2分别插入通过盐桥3相连的阳极室4和阴极室5中，电极阳极1、电极阴极2通过继电器6与电源8相连，调节器7与电源8和继电器6相连。

所述装置通过继电器6和调节器7进行电极极性切换和不切换处理。

本发明与传统电动修复相比的优点在于：

1.本发明将修复系统中的污染土壤分成独立的阴极电动修复区和阳极电动修复区，再通过盐桥将阴、阳极修复区相连，通入直流电进行电动修复。采用本发明避免了现有电动修复技术中阳极产生的H+和阴极产生的OH-的中和反应，保证阳极区中土壤的酸性条件，提高电动反应对有机污染物的去除效率。

2.本发明修复装置通过继电器和调节器，对电极进行定期周期性极性切换，可有效提高土壤有机污染物的整体去除效率。

3.采用本发明方法对于高浓度污染土壤中的有机污染物具有较好地清除效果，可去除的污染物包括多环芳烃、石油烃等多种有机污染物。

附图说明

图1为本发明实施例提供的利用盐桥强化土壤有机污染物去除的电动修复装置结构示意图；其中，1.电极阳极；2.电极阴极；3.盐桥；4.阳极室；5.阴极室；6.继电器；7.调节器；8.电源。

图2为本发明实施例提供的传统电动修复装置结构示意图；其中，1.电极阳极；2.电极阴极；3.土壤室；4.继电器；5.调节器；6.电源。

图3为本发明实施例提供的芘在不同处理条件下去除率比较效果图。

图4为本发明实施例提供的混合多环芳烃在不同处理条件下去除率比较效果图。

图5为本发明实施例提供的石油烃在不同处理条件下去除率比较效果图。

具体实施方式

以下结合附图并通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

实施例1：

实验装置：

本发明利用盐桥的电动修复装置包括电极阳极1、电极阴极2、盐桥3、阳极室4、阴极室5、继电器6、调节器7和电源8；其中，电极阳极1和电极阴极2分别插入通过盐桥3相连的阳极室4和阴极室5中，电极阳极1、电极阴极2通过继电器6与电源8相连，调节器7与电源8和继电器6相连（参见图1）。所述装置通过继电器6和调节器7进行电极极性切换。

传统的电动修复装置包括电极阳极1、电极阴极2、土壤室3、继电器4、调节器5和电源6；其中，电极阳极1和电极阴极2分别插入土壤室两端，电极阳极1和电极阴极2通过继电器4与电源6相连，调节器5与电源6和继电器4相连（参见图2）。所述装置通过继电器6和调节器7进行电极极性切换。

具体实施步骤如下：

试验用土壤为自配污染土壤。清洁土壤采自辽宁省辽中一带0-20cm表土，该土壤为砂土。将土壤中石块和植物根系去除、自然风干，过20目筛后储存备用。用1000mg/L芘-丙酮溶液混入该砂土，然后放入通风橱中陈化一周，使用前测得污染土壤中芘的浓度约为250mg/kg。

本实施例设4个处理，处理1和处理2采用传统电动修复装置（图2），土壤室的阴阳修复区不分隔，在同一个土壤室内，土壤室体积为30cm×10cm×5cm，处理1电极极性不切换，处理2电极极性每7天切换1次；处理3和处理4采用本发明利用盐桥的电动修复装置（图1），阴、阳污染土壤电动修复区分隔成两个土壤室，这两个土壤室用琼脂-饱和氯化钾溶液进行连接，每个土壤室体积为15cm×10cm×5cm，处理3电极极性不切换，处理4电极极性每7天切换1次；各处理施加的电压为24V直流电；电极为直径为1cm，长度为10cm石墨电极。在土壤室中分别加入自配污染土壤1400g和700g（风干土），运行过程中土壤湿度一直保持在20%（质量比），为防止水分蒸发，土壤室用密封盖盖严。各处理连续运行14天后采用高效液相色谱法测定土壤中芘的含量。从图3中可以看出，处理14天后，各处理芘的总去除率可达到15.9%（处理1）、34.1%（处理2）、37.4%（处理3）、62.9%（处理4）。采用盐桥强化电动修复方法比传统电动修复方法去除率提高了21.5%-28.8%。采用盐桥极性切换处理比不切换处理芘去除率提高25.5%。

表1

实施例2

实验装置：

本实施例所用实验装置同实施例1。

具体实施步骤：

试验用土壤为原状污染土壤，该土壤为焦化场地多环芳烃污染土壤，土壤中16种EPA优先控制多环芳烃总浓度为5600mg/kg。

本实施例设4个处理，处理1和处理2采用传统电动修复装置（图2），土壤室的阴阳修复区不分隔，在同一个土壤室内，土壤室体积为30cm×10cm×5cm，处理1电极极性不切换，处理2电极极性每4小时切换1次；处理3和处理4采用本发明利用盐桥的电动修复装置（图1），阴、阳污染土壤电动修复区分隔成两个土壤室，这两个土壤室用琼脂-饱和硝酸铵溶液盐桥进行连接，每个土壤室体积为15cm×10cm×5cm，处理3电极极性不切换，处理4电极极性每4小时切换1次；各处理施加的电压为24V直流电；电极为直径为1cm，长度为10cm石墨电极。在土壤室中分别加入污染土壤1400g和700g（风干土），为防止水分蒸发，土壤室用密封盖盖严。处理共运行60天，每10天给土壤补水1次，土壤湿度控制在25%，同时更换新的盐桥，采用高效液相色谱法测定处理后土壤中总多环芳烃含量。从图4中可以看出，60天后各处理土壤总多环芳烃去除率分别为32.9%(处理1)、38.0%（处理2）、42.9%（处理3）和50.0%（处理4），盐桥强化电动比传统电动修复方法去除率提高10.0%-12.0%。采用盐桥极性切换处理比不切换处理总多环芳烃去除率提高7.1%。

表2

实施例3

试验用土壤为石油污染土壤，土壤中石油烃含量为5%。本实施例与实施例2基本相同。处理60天后采用重量法测定土壤中石油烃含量。图5显示，最终石油烃去除率达到20.7%(处理1)、32.3%（处理2）、35.6%（处理3）和51.3%（处理4），盐桥强化电动比传统电动修复方法（不切换处理）提高了14.9%-19.0%。采用盐桥极性切换处理比不切换处理石油烃去除率提高15.7%。

Claims (6)

1.一种利用盐桥强化土壤有机污染物去除的电动修复方法，其特征在于：在待处理污染土壤内构建阴、阳两个污染土壤电动修复区，阳极置于污染土壤阳极修复区，阴极置于污染土壤阴极修复区，阴极和阳极之间以导线相连接，两极间施加电场，并对施加的电极极性进行切换或不切换处理，保证阳极区中土壤的酸性条件，阴极和阳极电动修复区以盐桥相连；

所述构建的阴、阳两个污染土壤电动修复区完全隔离。

2.按权利要求1所述的利用盐桥强化土壤有机污染物去除的电动修复方法，其特征在于：所述阴极和阳极分别插在阴、阳污染土壤电动修复区一端；盐桥分别插在阴、阳污染土壤电动修复区另一端，盐桥将阴极修复区和阳极修复区相连。

3.按权利要求2所述的利用盐桥强化土壤有机污染物去除的电动修复方法，其特征在于：所述盐桥由PVC软管作为骨架，内部填充琼脂-饱和氯化钾溶液或饱和硝酸铵溶液。

4.按权利要求1所述的利用盐桥强化土壤有机污染物去除的电动修复方法，其特征在于：所述两极间施加电场为直流电场。

5.一种权利要求1所述的利用盐桥强化土壤有机污染物去除的电动修复方法的装置，其特征在于：装置包括电极阳极（1）、电极阴极（2）、盐桥（3）、阳极室（4）、阴极室（5）、继电器（6）、调节器（7）和电源（8）；其中，电极阳极（1）和电极阴极（2）分别插入通过盐桥（3）相连的阳极室（4）和阴极室（5）中，电极阳极（1）、电极阴极（2）通过继电器（6）与电源（8）相连，调节器（7）与电源（8）和继电器（6）相连。

6.权利要求5所述的利用盐桥强化土壤有机污染物去除的电动修复方法的装置，其特征在于：所述装置通过继电器（6）和调节器（7）进行电极极性切换或不切换处理。