CN105728455B - 一种雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复方法与装置，通过构建雨水收集池；将雨水收集池的雨水引入待修复区域土壤；对待修复区域的土壤进行浸泡；判断所述待修复区域的土壤的浸出液电导率均值和标准差是否均大于预设阈值，得到第一判断结果；当第一判断结果表示否时，将待修复土壤中的水抽至处理池；启动在待修复区域土壤的两侧布置电极的直流电源，对待修复土壤进行修复。采用本申请中的土壤修复方法，能够显著降低土壤中离子总浓度，包括非污染物离子、污染物离子，提高修复电流利用率，缩短电动力修复时间，同时可以有效减少聚焦现象发生，提高修复效果。

Description

一种雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复装置与方法

技术领域

本发明涉及受污染土壤的电动力原位修复领域，特别是涉及一种雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复装置与方法。

背景技术

电动力修复是在污染的土壤的两端加上直流电极，土壤中的污染物在外加电场和电化学的共同作用下发生迁移，使得污染物和土壤分离，达到去除污染物的效果。电动力修复过程中可以使物质发生迁移的有电渗、自由扩散、电泳和离子迁移等作用。在研究中通常将这些复杂的过程定义为相对独立的四个过程(电渗，离子迁移，电泳，电解)进行研究。

电动力修复技术是一种可以从低渗透性土壤中清除有机、无机、放射性污染物的具有广泛应用前景的原位修复技术。该技术成本较低，与其他传统的物理或者化学修复技术相比，修复费用要少得多，所以电动修复技术具有很强的竞争力。但是，电动修复技术不适用于含水率低的土壤，当含水率在百分之十以下时效果变差；当土壤中氯离子含量高时，电解反应同时也会产生副产物氯气等；由于污染土壤的不同位置存在成分差异、导电性分布不均，也可影响修复效果。

电动力土壤修复中的聚焦现象是指目标重金属在电动力修复过程中在某一区域出现聚集，导致浓度升高，形成高浓度或相对高浓度带或点。从土壤中目标重金属污染物浓度的角度看，聚焦带出现的位置与目标重金属污染物浓度的初始分布情况并无直接关系，聚焦现象有时发生在原本离子浓度高的地点，有时发生的原本离子浓度低的地点，这严重影响了土壤电动力修复的整体效果和电流效率，甚至可能导致整个土壤电动力修复工作失败。聚焦位置出现的不确定性和超高浓度也为场地修复后的验收采样和评估工作带来了巨大的困难。此外，聚焦带中目标重金属污染物的移动速度非常缓慢，远远低于在非聚焦带的移动速度，导致整个场地电动修复时间延长数倍、电耗也相应增加数倍。聚焦现象导致的实地修复效果、费用及时间的不稳定性是电动力土壤修复工程实际应用失败的主要原因之一。聚焦现象产生的机理一般认为是由于重金属离子在迁移过程中与OH^-离子或其他阴离子发生反应生成沉淀而逐渐富集，或是在离子浓度高的区域，土壤电压梯度小，当目标污染物离子迁移到该区域时，移动速率显著下降，造成局部富集。

现有技术中利用离子诱导电压阱捕集效应，在阴阳两极之间建造人工高电导土壤带以制造人工聚焦带，将上游的污染物截留在人工聚焦带内，下游的污染物仍然迁移进入电极工作液中去除。富集了污染物的人工聚焦带被挖掘出来采用异位法进行处理和处置。该方法虽然采用了人工聚焦去除重金属污染物，但是在修复过程中，人工高电导土壤中的大量离子进入下游待修复的土壤中，会使得人工高导电带下游土壤(高导电带释放出的离子，其迁移路径上的土壤)修复更加困难，此外，大量添加的离子引入到土壤中，当外加电流不变时，使得作用于污染物离子上的有效电流量减少，修复效率下降。

现有技术中还有利用电压梯度变化预测污染土壤及地下水电动修复过程中聚焦现象的方法和装置，通过将污染土壤分成不同区段，测量电压差，来预测聚焦可能出现的位置。对于实际电动力修复，该技术需要在修复过程中，不断监测电压差，当发现土壤中开始形成聚焦趋势的时候，修复过程已经浪费了大量的人力、物力，且电动力修复后期需要根据预测结果，在聚焦位置重新变更施工方案，大大增加修复费用，而且即便变更施工方案后，也不能有效降低重新形成新的聚焦位置的可能性。

在理论探讨和应用研究的基础上，人们越来越意识到对污染土壤电动力修复的趋势应是从异位修复技术转向原位修复技术方向发展。原位电动力修复技术无需把污染的固相土壤或液相介质从污染的现场挖出或抽取出去进行异位处理，而是依靠电动力修复过程直接把污染物从污染现场清除，显著减少花费。

土壤是一个复杂的体系，在含水率相同的情况下，土壤导电率的高低主要由土壤孔隙水中离子的总浓度决定，这些离子包括：Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^-、SO₄ ^2-、NO₃ ^-等非污染物离子以及作为修复目标污染物的重金属离子。通常，目标重金属离子在其中所占的比例低，因此，总修复电流不变的情况下，当共存的非污染物离子浓度高时，作用于目标污染物离子上的电流下降，污染物迁移缓慢，必然延长修复时间，成倍消耗电能，降低修复效果和增加修复费用。

发明内容

本发明公开了一种雨水浸泡与电动力联合原位土壤修复方法，本发明的目的是，显著降低土壤中离子总浓度(包括非目标污染物离子、目标污染物离子)，提高修复电流利用率，缩短电动力修复时间，同时可以有效减少聚焦现象发生，提高修复效果。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复方法，包括：

构建雨水收集池；

将所述雨水收集池的雨水引入待修复区域土壤；

对待修复区域的土壤进行浸泡；

判断所述待修复区域的土壤浸出液的电导率均值和标准差是否均大于预设阈值，得到第一判断结果；所述预设阈值是根据待修复的土壤不同而不同。

当第一判断结果表示否时，将所述待修复土壤中的水抽出另行处理；当第一判断结果表示是时，继续对修复区域的土壤进行浸泡；

启动在待修复区域土壤的两侧布置电极的直流电源，对待修复土壤进行修复。

可选的，所述雨水收集池位于所述待修复区域土壤的预定区域。

可选的，所述对待修复区域的土壤进行浸泡过程中，还包括采用翻土、钻孔、加酸方式，加快土壤中离子的溶解。

可选的，所述将所述雨水收集池的雨水引入待修复区域土壤，对于雨水缺乏、收集不便或因工期原因而急需处理的情况，采用自来水或者地表水进行浸泡。

本申请还包括一种雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复装置，包括：

雨水收集单元，用于构建雨水收集池；

雨水引入单元，用于将所述雨水收集池的雨水引入待修复区域土壤；

浸泡单元，用于对待修复区域的土壤进行浸泡；

第一判断单元，用于判断所述待修复区域的土壤的电导率均值和标准差是否均大于预设阈值，得到第一判断结果；

处理单元，用于当第一判断结果表示否时，将所述待修复土壤中的水抽至处理池；

修复单元，用于启动在待修复区域土壤的两侧布置电极的直流电源，对待修复土壤进行修复。

可选的，所述雨水引入单元位于所述待修复区域土壤的预定区域。

可选的，还包括采用翻土、钻孔、加酸方式加快土壤中离子的溶解。

采用本申请中的土壤修复方法，能够显著降低土壤中离子总浓度，包括非目标污染物离子、目标污染物离子，提高修复电流利用率，缩短电动力修复时间，同时可以有效减少聚焦现象发生，提高修复效果。

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为雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复方法实施例的流程图；

图2为雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复方法实施例的结构图；

图3为本发明具体实施示例中的雨水收集示意图；

图4为本发明实施具体示例中的雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复示意图。

附图标号1雨水收集池；2待修复区域土壤；3围堤；4阳极；5阴极；6处理池；7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雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复方法，如图1所示，包括：

步骤101，构建雨水收集池1；

步骤102，将所述雨水收集池1的雨水引入待修复区域土壤2；

步骤103，对待修复区域的土壤2进行浸泡；

步骤104，判断所述待修复区域的土壤2浸出液的电导率均值和标准差是否均大于预设阈值，得到第一判断结果；

步骤105，当第一判断结果表示否时，将所述待修复土壤2中的水抽抽出另行处理；

步骤106，启动在待修复区域土壤的两侧布置电极的直流电源7，对待修复土壤2进行修复，如图4所示，修复电机的阴极5和阳极4分别与直流电流7的负极和正极相连，启动直流电源7能够实现对待修复区域土壤2的修复。

可选的，所述雨水收集池位于所述待修复区域土壤的预定区域，如图3所示，在待修复区域土壤的四周建立围堤3，在待修复区域土壤2附近建立雨水收集池1。

可选的，所述对待修复区域的土壤进行浸泡过程中，还包括采用翻土、钻孔、加酸方式加速浸泡过程，加快土壤中离子的溶解。为了提高雨水浸泡效果，可以在雨水收集池中加入少许有机酸、具有络合作用的可溶性有机酸盐、表面活性剂等。

可选的，所述将所述雨水收集池的雨水引入待修复区域土壤，对于雨水缺乏、收集不便或因工期原因而急需处理的情况，采用自来水或者地表水进行浸泡。

本发明的技术原理是，聚焦现象与土壤中离子分布不均匀有关，离子浓度高的区域土壤电阻低，电压梯度小，当目标污染物离子迁移到此区域时，移动速率显著下降，造成局部富集，从而导致目标污染物离子去除率下降；电动力土壤修复中，污染物在外加电场作用下发生定向移动，当土壤中共存的非污染离子浓度高时，有效作用于污染物离子的电流下降，导致目标污染物去除效率下降。基于以上两点，采用雨水浸泡的方式，将土壤中离子转移到水中，降低土壤中总离子浓度(包括非目标污染物离子、目标污染物离子)，此外，浸泡过程中，土壤中离子会从高浓度向低浓度扩散，使得修复场地内的土壤离子含量分布较为均匀，从而有效减少聚焦现象发生。由于本发明中土壤的含水率远高于其他电动力修复方法，土壤呈泥浆状态，使得污染物从土壤固相颗粒中转移到土壤液相溶液中速率更快，离子在高含水率土壤的直流电场中迁移更容易，速率也更快，这些因素都显著提高了电动力修复效率。

采用本发明中的土壤修复方法，能够显著降低土壤中离子总浓度，包括非污染物离子、污染物离子，提高修复电流利用率，缩短电动力修复时间，同时可以有效减少聚焦现象发生，提高修复效果。

除此之外，本申请还包括本申请还包括一种雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复装置，如图2所示，包括：

雨水收集单元201，用于构建雨水收集池1；

雨水引入单元202，用于将所述雨水收集池的雨水引入待修复区域土壤；

浸泡单元203，用于对待修复区域的土壤进行浸泡；

第一判断单元204，用于判断所述待修复区域的土壤的电导率均值和标准差是否均大于预设阈值，得到第一判断结果；

处理单元205，当第一判断结果表示否时，将所述待修复土壤中的水抽至处理池；

修复单元206，用于启动在待修复区域土壤的两侧布置电极的直流电源，对待修复土壤进行修复。

可选的，所述雨水引入单元202位于所述待修复区域土壤的预定区域。

可选的，还包括加速浸泡单元207，采用翻土、钻孔、加酸方式加快土壤中离子的溶解。

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 (5)

1.一种雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复方法，其特征在于，

构建雨水收集池；

将所述雨水收集池的雨水引入待修复区域土壤；

对待修复区域的土壤进行浸泡，使土壤呈泥浆状态；

判断所述待修复区域的土壤浸出液的电导率均值和标准差是否均大于预设阈值，得到第一判断结果；

当所述第一判断结果表示否时，将所述待修复土壤中的水抽至处理池；

启动在待修复区域土壤的两侧布置电极的直流电源，对待修复土壤进行修复；

所述雨水收集池位于所述待修复区域土壤的预定区域，在待修复区域土壤的四周建立围堤。

2.根据权利要求1所述的雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复方法，其特征在于，所述对待修复区域的土壤进行浸泡过程中，还包括采用翻土、钻孔、加酸方式加速浸泡过程，加快土壤中离子的溶解。

3.根据权利要求1所述的雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复方法，其特征在于，所述将所述雨水收集池的雨水引入待修复区域土壤，对于雨水缺乏、收集不便或因工期原因而急需处理的情况，采用自来水或者地表水进行浸泡。

4.一种雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复装置，其特征在于，

雨水收集单元，用于构建雨水收集池；

雨水引入单元，用于将所述雨水收集池的雨水引入待修复区域土壤；

浸泡单元，用于对待修复区域的土壤进行浸泡，使土壤呈泥浆状态；

第一判断单元，用于判断所述待修复区域的土壤浸出液的电导率均值和标准差是否均大于预设阈值，得到第一判断结果；

处理单元，用于当第一判断结果表示否时，将所述待修复土壤中的水抽至处理池；

修复单元，用于启动在待修复区域土壤的两侧布置电极的直流电源，对待修复土壤进行修复；

所述雨水引入单元位于所述待修复区域土壤的预定区域，在待修复区域土壤的四周建立围堤。

5.根据权利要求4所述 的雨水浸泡与电动力联合的原位土壤修复装置，其特征在于，还包括加速浸泡单元，采用翻土、钻孔、加酸方式加速浸泡过程，加快土壤中离子的溶解。