CN105363774B - 基于旋转电极的土壤电动力修复装置及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及土壤修复处理装置技术领域，尤其涉及一种基于旋转电极的土壤电动力修复装置，包括带有旋转电极的土壤修复槽、电流变换控制器、电极变换控制器、添加剂储存罐以及电极液混合罐；所述旋转电极包括一个零号柱状电极和六个矩形平板电极，所述零号柱状电极设置在所述土壤修复槽的中间位置，六个矩形平板电极分别设置在所述土壤修复槽的周围；土壤修复槽的环周设有电极池，所述电极池环周设有与其连通的电极液收集槽，所述电极液混合罐通过混合液输送泵与所述土壤修复槽连通；所述添加剂储存罐通过添加剂输送泵与所述土壤修复槽连通。本装置不产生二次污染，能将土壤中的有机污染物彻底氧化分解为水和二氧化碳等小分子无害物质。
Description
技术领域
本发明涉及土壤有机污染物处理装置技术领域，尤其涉及一种基于旋转电极的土壤电动力修复装置及其方法。
背景技术
近些年来，土壤环境污染问题越来越突出，特别是土壤中有机物的污染，在一些废弃、搬迁的农药、化工企业场地土壤有机物污染尤其严重，有的严重影响了人们的正常生活。同时，持久性有机污染物(POPs)具有低水溶性、高脂溶性、半挥发性和难降解性, 会较长时间持留在环境介质中, 并在环境介质之间跨界面迁移, 因而污染范围大、持续时间长。因此，人们对土壤有机物污染也越来越关注和重视。
目前土壤有机污染的治理技术主要有淋洗法、植物修复法、微生物修复法、化学萃取、化学氧化、热脱附、固化/稳定化、玻璃固化、电动力及其联合技术等。电动力修复以前在油类提取工业和土壤脱水方面应用较早，作为一种绿色修复技术在土壤修复方面的研究越来越得到人们的重视，通过已开展的许多电动力修复工程示范和实践，显示出良好的应用前景。电动力学技术适用于低渗透性土壤的修复，对大部分无机污染物、放射性物质及吸附性较强的有机物的去除效果均不错。目前已有大量实验结果证明电动力修复技术具有高效性，涉及的金属离子包括铬、铅、锌、锰、铜、镍等，有机物包括苯酚、乙醇、六氯苯、三氯乙烯以及一些石油类污染物等，最高去除效率可达90%以上。
现有技术中，由于电动力修复的电极的极性一般是固定的，在修复过程中电极附近土壤出现偏酸化或者偏碱化的现象，且存在土壤处理死角等问题，导致有机污染物的处理效果较差。
发明内容
本发明的主要目的在于克服上述技术的不足，而提供一种基于旋转电极的土壤电动力修复装置及其方法，解决出现电极附近土壤偏酸化或者偏碱化和土壤处理死角的问题。
本发明为实现上述目的，采用以下技术方案：一种基于旋转电极的土壤电动力修复装置，其特征在于：包括带有旋转电极的土壤修复槽、电流变换控制器、电极变换控制器、添加剂储存罐以及电极液混合罐；
所述旋转电极包括一个零号柱状电极和六个矩形平板电极，所述零号柱状电极设置在所述土壤修复槽的中间位置，六个矩形平板电极呈正六边形结构分别设置在所述土壤修复槽的周围；所述土壤修复槽的环周设有电极池，所述电极池环周设有与其连通的电极液收集槽，所述电极液收集槽通过电极液收集泵与所述电极液混合罐连通，所述电极液混合罐通过混合液输送泵与所述土壤修复槽连通；所述添加剂储存罐通过添加剂输送泵与所述土壤修复槽连通；
所述电极变换控制器分别与零号柱状电极和六个矩形平板电极连接，用于控制零号柱状电极和六个矩形平板电极极性的变换和工作时间，并保证电极按照设定变换极性并按顺序轮流工作；
所述电流变换控制器与所述电极变换控制器连接，用于将交流电转换为直流电。
优选地，所述电极液混合罐中设有电极液搅拌器，所述添加剂存储罐上设有添加剂搅拌器。
优选地，所述土壤修复槽上部设有取样口。
一种基于旋转电极的土壤电动力修复方法，其特征在于：首先，将被污染的土壤放入到上述土壤修复槽中或者将上述修复装置中的六个平板电极按照正六边形结构插入到被污染的土壤中；其次，将上述修复装置中的六个矩形平板电极标记为I号矩形平板电极、II号矩形平板电极、III号矩形平板电极、IV号矩形平板电极、V号矩形平板电极、VI号矩形平板电极，中间的零号柱状电极标记为零号电极，通过电极变换控制器控制零号电极和六个平板电极，具体顺序为，初始状态零号电极的电极为阳极，I号矩形平板电极、II号矩形平板电极的电极分别为阴极，其他电极为空闲电极，5h后，零号电极变为阴极，III号矩形平板电极、IV号矩形平板电极的电极分别为阳极，其他电极为空闲电极，10h后，零号电极的电极变为阳极，V号矩形平板电极、VI号矩形平板电极的电极分别为阴极，其他电极为空闲电极，15h后，零号电极的电极为阴极，I号矩形平板电极、II号矩形平板电极的电极分别为阳极，其他电极为空闲电极，以后每隔5h，零号电极改变一次电极极性，III号矩形平板电极、IV号矩形平板电极、V号矩形平板电极、VI号矩形平板电极、I号矩形平板电极、II号矩形平板电极中按序号轮流工作，其中每次都有2个电极工作，电极轮换时同时改变电极的极性。
优选地，还包括向土壤修复槽添加添加剂的步骤，具体为，先将添加剂在添加剂储存罐内溶解，然后用添加剂输送泵将添加剂输送到土壤修复槽并投加到土壤中。
优选地，还包括电极液循环的步骤，具体为，将电极液收集槽中电极液抽取到电极液混合罐中，混合均匀后将混合的废液输送到土壤修复槽均匀喷洒在土壤中。
有益效果: 1、本装置不产生二次污染，能将土壤中的有机污染物彻底氧化分解为水和二氧化碳等小分子无害物质。
2、电动力装置采用旋转电极的形式，电极位置固定，通过电极变换控制器控制电流围绕中心的零号柱状电极即零号电极旋转，同时周期性改变中心电极和四周电极的极性，避免了在中心或者四周出现土壤pH过高或者过低，保证土壤的pH的相对稳定，同时可以防止电极出现极化现象，提高了电极的寿命。另外，因为四周的电极成均匀分布，中心有中心电极，防止了处理土壤中土壤修复槽出现死角的现象，使土壤修复槽各部分的有机污染物得到充分去除。
3、电极的转换与工作时间由电极变换控制器控制，能够对装置实现自动化控制，运行更加稳定。
4、本装置把土壤中的有机污染物氧化为二氧化碳、水等小分子无害物质，不会产生二次污染。
5、本装置分为五部分，第一部分为旋转电极与土壤修复槽，第二部分为电极变换控制器，第三部分为添加剂投加设备部分，第四部分为电极液收集与循环设备部分，第五部分为电极变换控制器。这五部分既可以集成在移动处理装置中，也可以将土壤修复槽设置在室外，其他部分集成在控制室内，这样既可以作为移动处理装置，也可以作为固定处理装置，具有很大的灵活性。
附图说明
图1是本发明的基于旋转电极的土壤电动力修复装置的结构示意图；
图2是旋转电极的结构示意图；
其中：0、零号柱状电极；1、I号矩形平板电极；2、II号矩形平板电极；3、III号矩形平板电极；4、IV号矩形平板电极；5、V号矩形平板电极；6、VI号矩形平板电极；7、土壤修复槽；8、电极液收集槽；9、电极池；10、添加剂输送泵；11、添加剂储存罐；12、添加剂搅拌器；13、电极液混合罐；14、混合液输送泵；15、电极液搅拌器；16、电极液收集泵；17、电极；18、取样口；19、电极变换控制器；20、电流变换控制器。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。一种基于旋转电极的土壤电动力修复装置，包括带有旋转电极17的土壤修复槽7、电流变换控制器20、电极变换控制器19、添加剂储存罐11以及电极液混合罐13；
所述旋转电极包括一个零号柱状电极和六个矩形平板电极，所述零号柱状电极设置在所述土壤修复槽的中间位置，六个矩形平板电极呈正六边形结构分别设置在所述土壤修复槽的周围；所述土壤修复槽的环周设有电极池9，所述电极池环周设有与其连通的电极液收集槽8，所述电极液收集槽通过电极液收集泵16与所述电极液混合罐连通，所述电极液混合罐通过混合液输送泵14与所述土壤修复槽连通；所述添加剂储存罐通过添加剂输送泵10与所述土壤修复槽连通；为防止矩形平板电极间的相互干扰，矩形平板电极之间不相互接触；为了避免空闲电极长期浸泡在电极液（电极液一般为强酸或者强碱性）中，使电极使用寿命降低，每个矩形平板电极的电极池是分割开的。
所述电极变换控制器分别与零号柱状电极和六个矩形平板电极连接，用于控制零号柱状电极和六个矩形平板电极极性的变换和工作时间，并保证电极按照设定变换极性并按顺序轮流工作；所述电流变换控制器与所述电极变换控制器连接，用于将交流电转换为直流电。
所述电极液混合罐中设有电极液搅拌器15，所述添加剂存储罐上设有添加剂搅拌器12。所述土壤修复槽上部设有取样口18。
如图1所示，被污染的土壤放入土壤修复槽7中（也可按照图2中结构将电极插入土壤中）进行修复，鉴于所有电极是在不同的时间即可以做阳极又可以做阴极，因此本装置的电极宜采用惰性导电电极、经过特殊处理的电极或者修复过程不会被腐蚀氧化的电极。
初始状态零号电极0的电极为阳极，I号矩形平板电极1、II号矩形平板电极2的电极为阴极（其他电极为空闲电极），5h后，零号电极0变为阴极，III号矩形平板电极3、IV号矩形平板电极4的电极为阳极，10h后，零号电极0电极变为阳极，V号矩形平板电极5、VI号矩形平板电极6的电极为阴极，15h后，零号电极0的电极为阴极，I号矩形平板电极1、II号矩形平板电极2的电极为阳极，以后每隔5h，零号电极改变一次电极极性，III号矩形平板电极3、IV号矩形平板电极4、V号矩形平板电极5、VI号矩形平板电极6、I号矩形平板电极1、II号矩形平板电极2中按序号轮流工作，其中每次都有2个电极工作，电极轮换时同时改变电极的极性。
本装置中，I号-VI号矩形平板电极的极性变换周期为30h，6个矩形平板电极轮流工作一次为半个周期，并且每一个矩形平板电极在上半个周期和下半个周期的极性是相反的，这样有效避免了矩形平板电极一直为同一极性，而使电极附近的土壤pH偏酸性或者偏碱性，同时防止矩形极板发生极化现象，延长了电极的使用寿命。（说明：1、矩形平板电极数目为n，n为奇数且n＞1，矩形平板电极的布置为正n边形，每次工作的矩形电极数为1个，每个电极工作时间为t，可根据不同污染物的性质确定不同的工作时间t，则矩形电极极性变换周期为2nt，当n=3时，处理土壤形状的正三棱柱，装置修复的土壤体积较小，因此不建议采用n=3，n≥5时，装置修复的土壤体积合适，因此，当每次工作的矩形电极数为1个时，建议矩形平板电极数n≥5；2、矩形极板的总块数为2n个，n为奇数且n＞1，同时每次工作的矩形电极数为2个，每个电极工作时间为t，可根据不同污染物的性质确定不同的工作时间t，则矩形电极极性变换周期为2nt，n≥3时，处理土壤形状的正六棱柱，装置修复的土壤体积合适，因此，当每次工作的矩形电极数为2个时，建议矩形平板电极数n≥3；为了使矩形电极极性变换周期较短，保持较高的处理效率和较大土壤修复体积，本装置采用n=3，矩形极板数采用6，矩形电极极性变换周期为6t，t可根据土壤和试验进行相应的调整，本装置采用t=5h。）
电极的极性变化和电极的交替轮流工作由电极变换控制器19控制。在这个过程中，在阳极与阴极工作电极之间，由于电迁移、电渗流以及电泳作用，使土壤中有机污染物发生迁移且被氧化或者还原成小分子无毒的物质，而使土壤中的有机污染物得以去除。在工作过程中，电极产生的电极液一般偏酸性或者碱性，本装置把电极液收集后输送到电极液混合罐13中混合均匀，为使土壤保持较稳定的pH，同时为使土壤中含水率不会太低而将混合液输送回土壤修复槽的土壤中。另外，需要根据土壤中污染物特征添加不同的添加剂，提高电动力修复的效率并且保持其土壤修复槽土壤的稳定状态。经过一定周期的修复后，土壤中的有机污染物水平能达到相关规范的标准，同时因为本装置采用的旋转电极和电极液混合回用等措施，保证了土壤酸碱的稳定，有机物污染的去除率能达到90%以上。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种基于旋转电极的土壤电动力修复装置，其特征在于：包括带有旋转电极的土壤修复槽、电流变换控制器、电极变换控制器、添加剂储存罐以及电极液混合罐；
所述旋转电极包括一个零号柱状电极和六个矩形平板电极，所述零号柱状电极设置在所述土壤修复槽的中间位置，六个矩形平板电极呈正六边形结构分别设置在所述土壤修复槽的周围；所述土壤修复槽的环周设有电极池，所述电极池环周设有与其连通的电极液收集槽，所述电极液收集槽通过电极液收集泵与所述电极液混合罐连通，所述电极液混合罐通过混合液输送泵与所述土壤修复槽连通；所述添加剂储存罐通过添加剂输送泵与所述土壤修复槽连通；
所述电极变换控制器分别与零号柱状电极和六个矩形平板电极连接，用于控制零号柱状电极和六个矩形平板电极极性的变换和工作时间，并保证电极按照设定变换极性并按顺序轮流工作；
所述电流变换控制器与所述电极变换控制器连接，用于将交流电转换为直流电；
所述电极液混合罐中设有电极液搅拌器，所述添加剂存储罐上设有添加剂搅拌器；
所述土壤修复槽上部设有取样口。
2.一种基于旋转电极的土壤电动力修复方法，其特征在于：首先，将被污染的土壤放入到上述权利要求1所述的土壤修复槽中或者将上述权利要求1所述的修复装置中的六个平板电极按照正六边形结构插入到被污染的土壤中；其次，将上述修复装置中的六个矩形平板电极标记为I号矩形平板电极、II号矩形平板电极、III号矩形平板电极、IV号矩形平板电极、V号矩形平板电极、VI号矩形平板电极，中间的零号柱状电极标记为零号电极，通过电极变换控制器控制零号电极和六个平板电极，具体顺序为，初始状态零号电极的电极为阳极，I号矩形平板电极、II号矩形平板电极的电极分别为阴极，其他电极为空闲电极，5h后，零号电极变为阴极，III号矩形平板电极、IV号矩形平板电极的电极分别为阳极，其他电极为空闲电极，10h后，零号电极的电极变为阳极，V号矩形平板电极、VI号矩形平板电极的电极分别为阴极，其他电极为空闲电极，15h后，零号电极的电极为阴极，I号矩形平板电极、II号矩形平板电极的电极分别为阳极，其他电极为空闲电极，以后每隔5h，零号电极改变一次电极极性，III号矩形平板电极、IV号矩形平板电极、V号矩形平板电极、VI号矩形平板电极、I号矩形平板电极、II号矩形平板电极中按序号轮流工作，其中每次都有2个电极工作，电极轮换时同时改变电极的极性；
还包括向土壤修复槽添加添加剂的步骤，具体为，先将添加剂在添加剂储存罐内溶解，然后用添加剂输送泵将添加剂输送到土壤修复槽并投加到土壤中；
还包括电极液循环的步骤，具体为，将电极液收集槽中电极液抽取到电极液混合罐中，混合均匀后将混合的电极液输送到土壤修复槽均匀喷洒在土壤中。
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