CN106140809A - 一种采用复合电极修复污染土壤和地下水的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种采用复合电极修复污染土壤和地下水的装置,包括:电动修复装置、直流电源、电流表、滑动变阻器、复合电极和石墨电极;其中:电动修复装置是由修复室、阴极电解池、阳极电解池和电解液储备罐组成,所述的修复室包含复合污染土壤和地下水,修复室两端设置有阴极电解池和阳极电解池,阴极电解池内安装复合电极,复合电极表面涂覆有活性材料,阳极电解池内安装石墨电极,阴极电解池和阳极电解池分别各连接有电解液储备罐;阴极电解池和阳极电解池之间安装有监测探头;复合电极和石墨电极之间串联有直流电源、电流表和滑动变阻器。本发明还公开了采用上述装置修复污染土壤和地下水的方法。
Description
技术领域
本发明属于无机-有机复合污染土壤和地下水修复技术领域,更具体地涉及一种采用复合电极修复重金属-有机物复合污染土壤和地下水的装置。
本发明还涉及采用上述装置修复重金属-有机物复合污染土壤和地下水的方法。
背景技术
电动修复技术是利用外加的直流电场作用,在特定的反应装置中,通过电动效应(电迁移、电渗析、电泳)将污染物从土壤和地下水中去除。该技术因适用范围广,修复周期短,无二次污染而备受各国学者关注。
在电动修复过程,电极反应产生的极端pH环境对重金属的去除过程是非常不利的,重金属形态将会发生变化,形成沉淀态,从而降低了重金属的迁移性。另外,在有机污染土壤和地下水中,电动修复仅能使离解的有机污染物迁移,对于强疏水性的非极性有机污染物,单独的电动过程无法对其进行迁移降解处理,而且电动修复完成后,仍需要抽出电解池中的电解液,开展后续进一步的处理。
原位化学氧化技术是通过向土壤中投加化学氧化剂,如高锰酸钾、臭氧、过硫酸盐、Fenton试剂等,使其与污染物发生反应,将污染物转化为危害性较小或无害物质,从而达到去除污染物的目的。该技术具有修复成本低、操作简单、去除效率高、反应速度快等优点,因此常用于污染土壤和地下水的修复。然而,实践证明,原位化学氧化技术投加的氧化剂容易受到地层介质低渗透性及非均匀性的限制,易产生孔道效应,即氧化剂只沿若干条渗透性相对较高的介质孔道流动,难以覆盖整个污染区域,致使氧化效率低下。
发明内容
本发明的目的是提供一种采用复合电极修复重金属-有机物复合污染土壤和地下水的装置。
本发明的又一目的是提供一种采用上述装置修复重金属-有机物复合污染土壤和地下水的方法。
为实现上述目的,本发明提供的采用复合电极修复污染土壤和地下水的装置,包括:
电动修复装置、直流电源、电流表、滑动变阻器、复合电极和石墨电极;其中:
电动修复装置是由修复室、阴极电解池、阳极电解池和电解液储备罐组成,所述的修复室包含复合污染土壤和地下水,修复室两端设置有阴极电解池和阳极电解池,阴极电解池内安装复合电极,复合电极表面涂覆有活性材料,阳极电解池内安装石墨电极,阴极电解池和阳极电解池分别各连接有电解液储备罐;
阴极电解池和阳极电解池之间装有监测探头;
复合电极和石墨电极之间串联有直流电源、电流表和滑动变阻器;
所述的装置中,修复室污染土壤的含水率为30%-50%,修复室距离为1m-10m,修复室的小于等于10m。
所述的装置中,阴极电解池和阳极电解池距离为0.1m-2m。
所述的装置中,阴极电解池和阳极电解池与各自的电解液储备罐之间安装有蠕动泵。
所述的装置中,复合电极表面的活性材料是将过硫酸盐缓释材料、氢基膨润土、活性炭和高岭土,按质量比为1-20:1-15:1-5:1-10加入蒸馏水搅拌均匀后涂抹至石墨电极表面,静置风干。
所述的装置中,直流电源为恒压式直流电源,电场强度为10V/m-800V/m。
所述的装置中,滑动变阻器为0-500Ω。
所述的装置中,定期替换频率为20-50d。
本发明提供的采用上述装置修复污染土壤和地下水的方法是:
在修复室内的阴极电解池和阳极电解池中加入电解液,将污染土壤含水率控制在30%-50%,调节蠕动泵分别控制电解液流量,并调节滑动变阻器,观察阴极电解池和阳极电解池的液面高度和电流表数据,开启电动修复;
通过监测探头监测阴极电解池的电解液pH和污染物浓度的变化,监测修复室内污染土壤和地下水中污染物浓度变化,及时更换复合电极,调节蠕动泵流量和电流大小,确定修复周期。
所述的方法中,电动修复中,复合电极的活性材料调节阴极电解池的pH变化,并吸附富集至复合电极的重金属污染物;复合电极的活性材料在修复过程中,会被活化产生具有强氧化性的自由基,在电场作用下与向阴极电解池迁移的有机污染物发生化学氧化,以降解土壤和地下水中有机污染物。
本发明的优点在于:
通过石墨电极、过硫酸盐缓释材料、氢基膨润土、活性炭和高岭土构成的复合电极,在电动修复的过程中,结合了电动修复和原位高级氧化技术的优势,形成了一种效率持久高效、方便快捷、易于更换的电动修复装置和方法,避免了电动修复之后电解液的后续抽出处理。该复合电极具有一定的pH的调节能力,可以吸附迁移至阴极处的重金属和有机污染物,并具有能够活化过硫酸盐,产生强氧化性的硫酸根自由基,进而氧化降解有机污染物。与常规电动修复技术相比,解决了电动修复过程pH难以控制的问题,避免了重金属易于沉积在土壤,有机污染物难以完全去除的难点。
附图说明
图1为本发明采用复合电极修复污染土壤和地下水的装置示意图。
图2为本发明的复合电极的结构示意图。
附图中主要标识说明:
1直流电源,2电流表,3滑动变阻器,4电解液储备罐,5蠕动泵,6电解池,7复合电极,8监测探头,9重金属-有机物复合污染土壤,10污染地下水,11石墨电极,12活性材料。
具体实施方式
请结合附图。
本发明采用复合电极修复重金属-有机物复合污染土壤和地下水的装置包括有:电动修复装置、直流电源1、电流表2、滑动变阻器3、复合电极(阴极)7、石墨电极(阳极)11。如图1所示。
电动修复装置主要是由修复室、阴极电解池和阳极电解池6、电解液储备罐4组成,修复室包含复合污染土壤9和地下水10,修复室污染土壤的含水率控制在30%-50%,修复室距离控制在1m-10m,修复室深度控制在小于等于10m;阴极电解池和阳极电解池之间的距离控制在0.1m-2m,复合电极布设在阴极电解池,石墨电极布设在阳极电解池。
本发明的复合电极是由石墨电极11和活性材料层12构成,活性材料层是由过硫酸盐缓释材料、氢基膨润土、活性炭和高岭土组成,质量比例为1-20:1-15:1-5:1-10,其中的过硫酸盐缓释材料为中国专利CN103435140A所公开,本发明选择的目数为100-500目,氢基膨润土的颗粒选择为100-500目,活性炭选择为椰壳炭,目数为20-300目。复合电极请结合图2所示。
复合电极的制备方法:将选择的过硫酸盐缓释材料、氢基膨润土、活性炭和高岭土组分,按比例加入蒸馏水搅拌混合均匀后,涂抹至石墨棒状电极表面,静置自然风干备用。
复合电极中的活性材料层既可以中和阴极反应引起的高浓度OH-离子,也可以吸附重金属污染物和氧化有机污染物,该复合电极活性材料层效率高,持续时间长,易于更换,操作简便。
本发明的直流电源可以选择恒压式直流电源,电场强度为10V/m-800V/m。本发明的滑动变阻器选择为0-500Ω。
本发明提供的采用上述装置修复重金属-有机物复合污染土壤和地下水的方法,其步骤如下:
第一步:复合电极的制备,将选择的过硫酸盐缓释材料、氢基膨润土、活性炭和高岭土,按照一定质量比例加入蒸馏水搅拌混合均匀后,涂抹至石墨棒状电极表面,静置自然风干备用。
第二步:加入电解液将污染土壤含水率控制在30%-50%,设置电解池、修复室和电解液储备罐,用导线连接装置各部分,调节蠕动泵5流量和滑动变阻器滑片,观察电解池液面高度和电流表数据,开启电动修复。
第三步:通过设置在污染土壤和地下水中的监测探头8定期监测阴极电解池电解液pH和污染物浓度的变化,定期监测修复室内污染土壤和地下水中污染物浓度变化,及时更换复合电极,调节蠕动泵流量和电流大小,确定修复周期。本发明定期替换频率选择20-50d为宜。
实施例
某一加油站发生泄漏导致土壤和地下水发生污染,土壤和地下水污染物主要是Cu、Pb、TPH,污染的地下水为第一含水层,埋深为3.5m,厚度为2.6m。按照本发明提供的装置和方法,完成其设计。阴极复合电极选择过硫酸盐缓释材料、氢基膨润土、活性炭和高岭土,按照质量比例4:3:1:2加入蒸馏水搅拌混合均匀后,涂抹至石墨棒状电极表面,静置自然风干备用。调节场地土壤含水量为35%,阴极电解池和阳极电解池选用的电解液为0.5mol/L的氯化钠溶液,阴极电解池和阳极电解池的长:宽:深度为50cm×50cm×6.1m,设置修复室长:宽:深度为5m×5m×6.1m。阳极电极选择石墨棒状电极,复合电极和石墨电极均为3个,电极之间的电场强度为60V/m,滑动变阻器选择500Ω,电流表最大量程选择1A。按照本发明的步骤要求,连接各部分,设置蠕动泵流量和调节滑动变阻器,启动电动修复。定时监测阴极电解池和修复室内土壤和地下水中重金属和有机污染物的浓度变化,并实时记录阴极电解池pH变化。修复42d后,更换复合电极,经检测土壤中重金属去除率达到87%,有机污染物去除率达到75%。
本发明针对重金属-有机物复合污染土壤和地下水电动修复难以完全修复的技术难点,提出了一种采用复合电极的电动修复装置和方法,结合复合电极的活性材料实现污染土壤和地下水的pH控制、吸附重金属污染物及氧化降解有机污染物三位一体的高效快捷修复效率。修复完成后,通过复合电极的定期替换可实现重金属-有机物复合污染物的原位去除。
Claims (10)
1.一种采用复合电极修复污染土壤和地下水的装置,包括:
电动修复装置、直流电源、电流表、滑动变阻器、复合电极和石墨电极;其中:
电动修复装置是由修复室、阴极电解池、阳极电解池和电解液储备罐组成,所述的修复室包含复合污染土壤和地下水,修复室两端设置有阴极电解池和阳极电解池,阴极电解池内安装复合电极,复合电极表面涂覆有活性材料,阳极电解池内安装石墨电极,阴极电解池和阳极电解池分别各连接有电解液储备罐;
阴极电解池和阳极电解池之间安装有监测探头;
复合电极和石墨电极之间串联有直流电源、电流表和滑动变阻器。
2.根据权利要求1所述的装置,其中,修复室污染土壤的含水率为30%-50%,修复室距离为1m-10m,修复室的小于等于10m。
3.根据权利要求1所述的装置,其中,阴极电解池和阳极电解池距离为0.1m-2m。
4.根据权利要求1所述的装置,其中,阴极电解池和阳极电解池与各自的电解液储备罐之间安装有蠕动泵。
5.根据权利要求1所述的装置,其中,复合电极表面的活性材料是将过硫酸盐缓释材料、氢基膨润土、活性炭和高岭土,按质量比为1-20:1-15:1-5:1-10加入蒸馏水搅拌均匀后涂抹至石墨电极表面,静置风干。
6.根据权利要求1所述的装置,其中,直流电源为恒压式直流电源,电场强度为10V/m-800V/m。
7.根据权利要求1所述的装置,其中,滑动变阻器为0-500Ω。
8.根据权利要求1所述的装置,其中,定期替换频率为20-50d。
9.权利要求1所述装置修复污染土壤和地下水的方法:
在修复室内的阴极电解池和阳极电解池中加入电解液,将污染土壤含水率控制在30%-50%,调节蠕动泵分别控制电解液流量,并调节滑动变阻器,观察阴极电解池和阳极电解池的液面高度和电流表数据,开启电动修复;
通过监测探头监测阴极电解池的电解液pH和污染物浓度的变化,监测修复室内污染土壤和地下水中污染物浓度变化,及时更换复合电极,调节蠕动泵流量和电流大小,确定修复周期。
10.根据权利要求9所述的方法,其中,电动修复中,复合电极的活性材料调节阴极电解池的pH变化,并吸附富集至复合电极的重金属污染物;复合电极的活性材料在修复过程中,会被活化产生具有强氧化性的自由基,在电场作用下与向阴极电解池迁移的有机污染物发生化学氧化,以降解土壤和地下水中有机污染物。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
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