CN105312314A - 一种重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重金属‐有机复合污染土壤的修复系统及方法。所述系统包括：电动修复系统，所述电动修复系统包括与直流电源连接的阳电极和阴电极；所述阳电极和阴电极分别设置在阳极电解池、阴极电解池内；电阻加热系统，所述电阻加热系统包括与交流电源连接的阳电极和阴电极；土壤气相抽提系统，抽出处理系统，还包括系统切换系统，所述系统切换系统包括控制装置，所述控制装置通过温度检测器探针来控制第一开关和第二开关的闭合和断开。上述系统，将电极同时应用于电阻加热系统和电动修复系统中，实现了电动修复技术和热处理技术有效结合和统一，简化了系统的设备，强化了修复效果，提高了去除效率。

Description

一种重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统及方法

技术领域

本发明涉及污染土壤修复领域，具体涉及一种重金属‐有机物复合污染土壤和地下水的修复系统及方法。

背景技术

工业的迅速发展使环境污染问题凸显，尤其是危险废物的不合理处置造成土壤和地下水的污染。土壤污染具有隐蔽性和难以逆转性等特点，会直接或间接的危害人体健康，还将导致其他环境问题。

目前，常见的污染物按其性质可分为四类：有机污染物、重金属、放射性元素和病原微生物。一般而言，对于不同的污染物，修复技术也不同，具体如下：

对于重金属的污染，常用电动修复技术，其原理是，在直流电场作用下，重金属迁移富集于电极区，从而达到去除土壤内污染物的目的。在修复重金属污染的方法中，电动修复速度快、效果好，但是成本较高。对于有机污染物而言，常用的则是土壤气相抽提技术，该技术在不饱和土壤层中布置提取井，利用真空泵产生负压驱使空气流通过污染土壤的孔隙，解吸并夹带有机污染物流向抽取井，最终在地上进行污染尾气处理，从而使污染土壤得到净化。此技术可操作性强，处理污染物范围宽。但在土壤气相抽提技术中，存在由于有机污染物被土壤表面和土壤中的有机质吸附、进入土壤的微孔中形成非水溶相液体，导致有机物移动能力下降，修复效果下降的问题。所以在进行有机物污染土壤修复过程中，土壤气相抽提技术往往与热处理技术进行结合来提高对土壤的修复效率。

现有技术中，中国专利文献(CN103008335A)公开了一种原位加热结合双相真空抽吸土壤修复装置，结构如下：电阻加热装置位于加热井内；加热井的侧壁上布置有多个一端开口的、导热性能良好的导管，导管和加热井相通；所述的电阻加热装置由镍铬电热合金制成；真空抽吸井位于抽吸井内，其上部和真空抽吸泵相连；气体处理装置和一级分离装置通过管道相连；一级分离装置的一端通过管道和真空抽吸泵相连，另一端通过管道和输送泵相连；二级分离装置通过管道和输送泵相连；水处理装置和液体污染物处理装置分别通过管路与所述的二级分离装置相连；电动力控制装置通过导线分别与电阻加热装置、真空抽吸泵和输送泵相连。工作时，在待处理的污染场地架设至少一口加热井，接通位于加热井内的电阻加热装置的电源，使电阻加热装置通过加热井对周围土壤进行加热，然后再进行抽吸。在加热作用下，土壤中的污染物经过蒸发、热解、氧化等作用形成简单的小分子气体，从而使污染物流动性增加。

上述土壤修复装置将电阻加热装置与土壤气提装置结合，可改善土壤特性，提高土壤的渗透性及污染物的传质速度，从而提高土壤气提技术的修复效率，增强修复效果。但是上述土壤修复装置只适用于有机物污染的土壤中，而对于除汞(汞在土壤中以有机汞的形式存在)之外的重金属污染则无法进行修复。然而在现实中，存在土壤同时受到重金属和有机污染物的污染的情况，使用一种修复方法不能达到修复的效果；使用多种修复方法，需要根据不同修复方法选择特定的装置和设备，从而造成场地占用量大，修复成本较高，修复操作复杂、繁琐，并且的修复效率不高等问题。现有的技术中，缺乏能够将实现电动修复、电阻加热和土壤气提三种技术有效、统一结合的装置。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的在进行重金属‐有机污染物复合污染土壤修复过程中，缺乏有效、统一的同时实现电动修复技术、土壤气提技术和热处理技术的装置，从而提供一种重金属‐有机物复合污染土壤和地下水的修复系统。

同时，本发明要解决的另一个技术问题在于克服现有技术中的重金属‐有机污染物复合污染土壤修复方法操作复杂、繁琐，修复效率不高的缺陷，从而提供一种重金属‐有机物复合污染土壤和地下水的修复方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统，包括：

电动修复系统，包括与直流电源连接的阳电极和阴电极；所述阳电极和阴电极分别设置在阳极电解池、阴极电解池内；

电阻加热系统，包括与交流电源连接的阳电极和阴电极；

土壤气相抽提系统，包括气体收集装置，所述气体收集装置密封覆盖设置于待修复土壤区表面上；还包括抽提传输管道，所述抽提传输管道由主管道和支管道组成，所述主管道与真空泵相连，所述支管道与所述主管道连通设置，且每个所述支管道与所述气体收集装置连通设置；

抽出处理系统，包括抽水泵，所述抽水泵将阳极电解池和阴极电解池的电解液抽吸至污水处理装置；

系统切换系统，包括控制装置，所述控制装置通过温度检测器探针来控制第一开关和第二开关的闭合和断开；所述第一开关控制阳电极和阴电极之间的断开和连接；所述控制直流电源与阳电极或阴电极的连接。

上述重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统中，所述温度检测器探针设置在待修复土壤区域，插入土壤。

上述重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统中，所述电动修复系统还包括电流表，所述电流表与直流电压表相连。

上述重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统中，所述阳电极和阴电极分别为金属电极。

上述重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统中，优选的，所述阳电极和阴电极分别为铂电极。

上述重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统中，所述电动修复系统还包括pH检测电极。

利用上述重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统进行修复的方法，包括如下步骤：

第一步：闭合第一开关，利用交流电源对土壤进行加热，待土壤温度达到50-100℃，开启真空泵进行抽吸，同时，气体收集装置收集含有机污染物的气体，并通过抽提传输管道将气体输送至气体处理装置进行处理；

第二步：有机污染物处理完毕后，断开第一开关，同时闭合第二开关，进行电动修复，处理土壤中的重金属污染物；修复完成后，关闭系统。

上述修复的方法中，定期抽出阳极电解池和阴极电解池的污水至地表污水处理装置，并更新电解池中的电解液。

上述修复的方法中，所述定期抽出的频率为7～15天抽出一次。

上述修复的方法中，所述电动修复中电场强度为10V/m～500V/m，电流密度为1～50mA/cm²。

本发明技术方案，具有如下优点：

(1)本发明的重金属‐有机物复合污染土壤和地下水的修复系统，将电极同时应用于电阻加热系统和电动修复系统中，并利用系统切换系统中的第一、第二开关将电极在电动修复和电阻加热间进行转换，实现了电动修复技术和热处理技术有效结合和统一，简化了系统的设备，并与土壤气相抽提和抽出‐处理技术有机结合，强化了修复效果，提高了土壤中重金属和有机污染物的去除效率。

(2)本发明的重金属‐有机物复合污染土壤和地下水的修复系统，阴、阳电极即作为电动修复中的电极产生电场，又作为导体插入土壤，与土壤和地下水同时作为电阻，产生热能进行加热，加热源温度高，土壤升温速度快，既提高了挥发性、半挥发性的有机污染物的挥发效率，也同时提高了电动修复过程中重金属离子的迁移速度，相应增加电迁移和电渗流的速度，加快了电动修复的进程，最终提高了重金属‐有机复合污染土壤的效率。选择铂电极作为电动修复和电阻加热的共用电极，一方面在在电动修复中使重金属的去除更加容易，大大降低了修复成本，缩短了修复时间，提高了修复效率；另一方面应用到电阻加热中，其电阻随温度升高而升高，增加了电阻加热的效率。

(3)本发明的重金属‐有机复合污染土壤的热强化电动修复方法，实用范围广，修复效果较好，修复时间较短，方法操作简单，受外界环境干扰因素少，可靠性高，无二次污染产生。

附图说明

图1为重金属‐有机物复合污染土壤和地下水的修复系统的结构示意图；

图中：1-电流表，2-直流电源，3-第一开关，4-污水处理装置，5-抽水泵，6-pH检测电极，7-温度检测器探针，8-抽提传输管道，9-真空泵，10-气体处理装置，11-气体收集装置，12-阳极电解池，13-阳电极，14-阴极电解池，15-阴电极，16-待修复土壤区，17-电阻加热电源，18-第二开关。

具体实施方式

实施例

本发明的重金属‐有机物复合污染土壤和地下水的修复系统，如图1所示，包括：

电动修复系统，包括与直流电源2连接的阳电极13和阴电极15；所述阳电极13和阴电极15分别设置在阳极电解池12、阴极电解池14内；

电阻加热系统，包括与交流电源17连接的阳电极13和阴电极15；

土壤气相抽提系统，包括气体收集装置11，所述气体收集装置11密封覆盖设置于待修复土壤16表面上；还包括抽提传输管道8，所述抽提传输管道8由主管道和支管道组成，所述主管道与真空泵9相连，所述支管道与所述主管道连通设置，且每个所述支管道与所述气体收集装置11连通设置；

抽出处理系统，包括抽水泵5，所述抽水泵5将阳极电解池12和阴极电解池14的电解液抽吸至污水处理装置4；

系统切换系统，包括控制装置，所述控制装置通过温度检测器探针7来控制第一开关3和第二开关18的闭合和断开；所述第一开关3控制阳电极13和阴电极15之间的断开和连接；所述控制直流电源2与阳电极13或阴电极15的连接。

所述温度检测器探针7设置在待修复土壤区16，插入土壤。

进一步的，所述电动修复系统还包括电流表1，所述电流表1与直流电压表2相连。

进一步的，所述阳电极13和阴电极12分别为铂电极。

所述电动修复系统还包括pH检测电极(6)。

利用上述重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统进行修复的方法，包括如下步骤：

第一步：闭合第一开关3，利用交流电源17对土壤进行加热，设置温度检测器探针7加热温度为90℃，2d后待土壤温度达到设置90℃，开启真空泵9进行抽吸，同时，气体收集装置11收集含有机污染物的气体，并通过抽提传输管道8将气体输送至气体处理装置10进行处理；

第二步：有机污染物处理完毕后，断开第一开关3，同时闭合第二开关18，进行电动修复，处理土壤中的重金属污染物；修复完成后，关闭系统。电场强度为100V/m，电流密度为10mA/cm²，电解液选择为0.5mol/L的硝酸钾溶液。

每7天定期抽出阳极电解池12和阴极电解池14的污水至地表污水处理装置4，并更新电解池中的电解液。

修复20d后，经检测土壤中重金属去除率达到95％，有机污染物去除率达到98％。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统，其特征在于，包括：

电动修复系统，包括与直流电源(2)连接的阳电极(13)和阴电极(15)；所述阳电极(13)和阴电极(15)分别设置在阳极电解池(12)、阴极电解池(14)内；

电阻加热系统，包括与交流电源(17)连接的阳电极(13)和阴电极(15)；

土壤气相抽提系统，包括气体收集装置(11)，所述气体收集装置(11)密封覆盖设置于待修复土壤区表面上；还包括抽提传输管道(8)，所述抽提传输管道(8)由主管道和支管道组成，所述主管道与真空泵(9)相连，所述支管道与所述主管道连通设置，且每个所述支管道与所述气体收集装置(11)连通设置；

抽出处理系统，包括抽水泵(5)，所述抽水泵(5)将阳极电解池(12)和阴极电解池(14)的电解液抽吸至污水处理装置(4)；

系统切换系统，包括控制装置，所述控制装置通过温度检测器探针(7)来控制第一开关(3)和第二开关(18)的闭合和断开；所述第一开关(3)控制阳电极(13)和阴电极(15)之间的断开和连接；所述控制直流电源(2)与阳电极(13)或阴电极(15)的连接。

2.根据权利要求1所述的重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统，其特征在于，所述温度检测器探针(7)设置在待修复土壤区域，插入土壤。

3.根据权利要求1或2任一项所述的重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统，其特征在于，所述电动修复系统还包括电流表(1)，所述电流表(1)与直流电压表(2)相连。

4.根据权利要求3所述的重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统，其特征在于，所述阳电极(13)和阴电极(12)分别为金属电极。

5.根据权利要求4所述的重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统，其特征在于，所述阳电极(13)和阴电极(12)分别为铂电极。

6.根据权利要求1-5任一项所述的重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统，其特征在于，所述电动修复系统还包括pH检测电极(6)。

7.利用权利要求1-6任一项所述的重金属-有机物复合污染土壤和地下水的修复系统进行修复的方法，包括如下步骤：

第一步：闭合第一开关(3)，利用交流电源(17)对土壤进行加热，待土壤温度达到50-100℃，开启真空泵(9)进行抽吸，同时，气体收集装置(11)收集含有机污染物的气体，并通过抽提传输管道(8)将气体输送至气体处理装置(10)进行处理；

第二步：有机污染物处理完毕后，断开第一开关(3)，同时闭合第二开关(18)，进行电动修复，处理土壤中的重金属污染物；修复完成后，关闭系统。

8.根据权利要求7所述的修复的方法，其特征在于，定期抽出阳极电解池(12)和阴极电解池(14)的污水至地表污水处理装置(4)，并更新电解池中的电解液。

9.根据权利要求7或8所述的修复的方法，其特征在于，所述定期抽出的频率为7～15天抽出一次。

10.根据权利要求7-9任一项所述的修复的方法，其特征在于，所述电动修复中电场强度为10V/m～500V/m，电流密度为1～50mA/cm²。