CN105642664A - 一种增强型电动力原位土壤修复装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种增强型电动力原位土壤修复装置，包括柔性阴极、柔性阳极、直流电源；柔性阴极放置在待修复土壤一侧槽内，柔性阳极放置在待修复土壤另一侧槽内，柔性阴极和柔性阳极与直流电源相连接，柔性阳极和柔性阴极所处的槽内含有电解液，柔性阳极的液面高于柔性阴极的液面。本发明通过调节水力梯度和直流电场强度，可显著提高阳极H⁺向阴极迁移的速率、提高污染物在土壤中的脱除效率。电解液中添加酸和盐可改善土壤、阳极槽液、阴极槽液的导电性和pH值，减小电极极化，提高重金属溶出率，降低能耗。本发明尤其适用于其他方法难处理的低渗透性土壤和水稻田等农田土壤修复。

Description

一种增强型电动力原位土壤修复装置及方法

技术领域

本发明涉及一种增强型电动力原位土壤修复方法，属于受污染土壤的电动力修复领域。

背景技术

污染土壤的电动力修复是通过在污染土壤两侧施加直流电压形成电场梯度，土壤中的污染物在电场作用下通过电迁移、电渗流或电泳的方式被带到电极两端从而清洁污染土壤。电迁移指带电离子在土壤溶液中朝带相反电荷的电极方向的运动；电渗流指土壤微孔中的液体在电场作用下由于其带电双电层与电场的作用而作相对于带电土壤表层的移动；电泳指带电粒子相对于稳定液体的运动。土壤电动力修复装置主要包括：直流电源，阴、阳极电解池和阴、阳电极，处理导出污染液体的处理装置等。

电动力修复存在的问题：修复过程中土壤pH值的突变。电动力修复过程中，水的电解使得阴、阳极分别产生大量的OH^-和H⁺，阴极和阳极附近的pH值分别上升和下降。同时，OH^-和H⁺分别向阳、阴极移动，造成土壤酸碱性质的改变，直到两者相遇发生中和，在相遇的地点产生pH突变。如果pH的突变发生在待处理土壤内部，则向阴极迁移的重金属离子会在土壤中某点与OH^-相遇，并生成沉淀，堵塞土壤孔隙，从而严重影响重金属去除率。所以抑制OH^-向土壤内移动是非常必要的。

对于电动力土壤修复系统中阴、阳电极，文献和已申请专利的描述主要是板状、柱状、棒状或不规则状的电极，或是由多个单电极通过导线连接在一起组成电极组，电极或电极组采用插入土壤中的方式进行布置，电极组或电极组中的任意个电极可按照直线、曲线或不规则线型布置土壤环境中。上述电极对于较大面积的原位修复，施工量大，费用高，能量利用率低。

发明内容

本发明的目的是提供一种增强型电动力原位土壤修复装置及方法，采用调节水力梯度的方法，有效解决传统电动力土壤修复方法中阴极产生的OH^-向土壤内部迁移导致重金属去除率下降的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种增强型电动力原位土壤修复装置，包括柔性阴极、柔性阳极、直流电源；所述柔性阴极放置在待修复土壤一侧槽内，所述柔性阳极放置在待修复土壤另一侧槽内，所述柔性阴极和所述柔性阳极与所述直流电源相连接，所述柔性阳极和所述柔性阴极所处的槽内含有电解液，所述柔性阳极槽的液面高于所述柔性阴极槽的液面。

可选的，本申请的装置还包括：补水泵、阳极槽补水阀、阴极槽补水阀、抽水泵，所述补水泵通过阳极补水阀与柔性阳极槽相连，所述补水泵通过阴极补水阀与柔性阴极槽相连，所述抽水泵抽水口与所述柔性阴极槽相连，所述抽水泵出水口与处理池相连。

可选的，所述抽水泵将所述柔性阴极槽内的污染物与OH^-排入处理池。

可选的，所述补水泵通过所述阴极槽补水阀对所述柔性阴极槽补充溶液，调节pH值。

本申请还包括一种增强型电动力原位土壤修复方法，包括：

在待修复的土壤两侧设置柔性阳极槽和柔性阴极槽；

控制所述柔性阳极槽的液面高于所述柔性阴极槽液面；

调节所述柔性阳极和所述柔性阴极电场强度；

调节所述柔性阳极槽液面高于所述柔性阴极槽液面；

启动直流电源，进行土壤修复。

可选的，所述在待修复的土壤两侧设置柔性阳极槽和柔性阴极槽具体包括：

设置所述柔性阳极和所述柔性阴极在待修复的土壤两侧平行、水平放置。

本发明通过调节水力梯度和直流电场强度，可显著提高阳极H⁺向阴极迁移的速率、重金属在土壤中的脱除效率。溶液中添加酸和盐可改善土壤、阳极槽液、阴极槽液的导电性和pH值，减小电极极化，提高重金属溶出率，降低能耗。本发明尤其适用于其他方法难处理的低渗透性土壤和水稻田等农田土壤修复。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明增强型电动力原位土壤修复装置示意图；

图2为本发明实施具体示例中的待修复土壤截面示意图；

图3为本发明增强型电动力原位土壤修复方法流程图。

附图标号：1是柔性阳极；2是柔性阴极；3是具有外绝缘的导线；4待修复土壤；5柔性阳极槽；6柔性阴极槽；7抽水泵；8补水泵；9阳极槽补水阀；10阴极槽补水阀；11直流电源。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种增强型电动力原位土壤修复装置，如图1所示，包括柔性阴极2、柔性阳极1、直流电源11；所述柔性阴极2放置在待修复土壤4一侧槽内，所述柔性阳极1放置在待修复土壤4另一侧槽内，所述柔性阴极2和所述柔性阳极1与所述直流电源11相连接，所述柔性阳极1和所述柔性阴极2所处的槽内含有溶液，所述柔性阳极1的液面高于所述柔性阴极2的液面。

可选的，本申请的装置还包括：补水泵8、阳极槽补水阀9、阴极槽补水阀10、抽水泵7，所述补水泵8通过阳极补水阀9与柔性阳极槽5相连，所述补水泵8通过阴极补水阀10与柔性阴极槽6相连，所述抽水泵7抽水口与所述柔性阴极槽6相连，所述抽水泵7出水口与处理池相连。

可选的，所述抽水泵7将所述柔性阴极槽6内的重金属污染物与OH^-排入处理池。

可选的，所述补水泵8通过所述阴极槽补水阀10对所述柔性阴极槽6补充溶液，调节pH值。

本实施例中，柔性阳极1和柔性阴极2采用了并行布置方式，阳极和阴极通过具有外绝缘的导线3分别连接到直流电源的正极和负极上，施加直流电源11后，形成电场，土壤中的污染物在直流电场的作用下定向迁移，富集在阴极区域。柔性电极长度可达数百米，且柔软易弯曲，适合原位土壤修复，其施工简单，且电流效率高。

通过调节抽水泵7、补水泵8、阳极槽补水阀9、阴极槽补水阀10，如图2所示，使得阳极槽的液面始终高于阴极槽的液面，液位差h。在该液位差h下，土壤中的水力流与电场方向保持一直，从而加快重金属向阴极的迁移，而阴极槽中产生的OH^-难以逆着水力流方向扩散到土壤中，从而减少重金属在阴极区的沉淀，提高重金属在土壤中的去除效率。

通常去除不同的重金属有其适宜的pH值范围，为此，通过补水泵8向阳极槽内加入调节液，将阳极槽内溶液调节到合适的pH值，通过抽水泵7将阴极槽内阴极电解生成的OH^-和重金属污染物排入到处理池中进行后期处理。此外，还通过补水阀10向阴极槽6补充调节液，对阴极槽液pH值进行调节。

本申请还包括一种增强型电动力原位土壤修复方法，如图3所示，包括：

步骤:301：在待修复的土壤两侧设置柔性阳极槽5和柔性阴极槽6；

步骤302：控制所述柔性阳极槽5的液面高于所述柔性阴极槽6液面；

步骤303：调节所述柔性阳极1和所述柔性阴极2电场强度；

步骤304：调节所述柔性阳极槽液面高于所述柔性阴极槽液面；

步骤305：启动直流电源11，进行土壤修复。

可选的，所述在待修复的土壤两侧设置柔性阳极槽和柔性阴极槽具体包括：

设置所述柔性阳极和所述柔性阴极在待修复的土壤两侧平行、水平放置。

通过调节水力梯度和直流电场强度，较传统电动力原位土壤修复方法，可以大幅度提高阳极H⁺向阴极迁徙的速率，增加土壤中重金属的去除效率。溶液中添加酸和盐可以改善土壤、阳极槽液、阴极槽液的导电性和pH值，减小电极极化，提高重金属溶出率，降低土壤修复系统的能耗。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种增强型电动力原位土壤修复装置，其特征在于，包括柔性阴极、柔性阳极、直流电源；所述柔性阴极放置在待修复土壤一侧槽内，所述柔性阳极放置在待修复土壤另一侧槽内，所述柔性阴极和所述柔性阳极与所述直流电源相连接，所述柔性阳极和所述柔性阴极所处的槽内含有电解液，所述柔性阳极的液面高于所述柔性阴极的液面。

2.根据权利要求1所述的增强型电动力原位土壤修复装置，其特征在于，还包括：

补水泵、阳极槽补水阀、阴极槽补水阀、抽水泵，所述补水泵通过阳极补水阀与柔性阳极槽相连，所述补水泵通过阴极补水阀与柔性阴极槽相连，所述抽水泵抽水口与所述柔性阴极槽相连，所述抽水泵出水口与处理池相连。

3.根据权利要求2所述的增强型电动力原位土壤修复装置，其特征在于，所述抽水泵将所述柔性阴极槽内的重金属污染物与OH^-排入处理池。

4.根据权利要求2所述的增强型电动力原位土壤修复装置，其特征在于，所述补水泵通过所述阴极槽补水阀对所述柔性阴极槽补充溶液，调节pH值。

5.一种增强型电动力原位土壤修复方法，其特征在于，所述方法应用在如权利要求1-4所述额装置中，所述方法包括：

在待修复的土壤两侧设置柔性阳极槽和柔性阴极槽；

控制所述柔性阳极槽的液面高于所述柔性阴极槽液面；

调节所述柔性阳极和所述柔性阴极电场强度；

调节所述柔性阳极槽液面高于所述柔性阴极槽液面；

启动直流电源，进行土壤修复。

6.根据权利要求5所述的增强型电动力原位土壤修复方法，其特征在于，所述在待修复的土壤两侧设置柔性阳极槽和柔性阴极槽具体包括：

设置所述柔性阳极和所述柔性阴极在待修复的土壤两侧平行、水平放置。