CN106734132B - 一种原位电动-植物修复重金属污染土壤的装置 - Google Patents

一种原位电动-植物修复重金属污染土壤的装置 Download PDF

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Abstract

一种原位电动‑植物修复重金属污染土壤的装置，包括电源、阴极区、阳极区和土壤修复区；电源为直流电源；阴极区包括阴极泵A、阴极工作液添加管、阴极工作液处理箱、阴极泵B、阴极开关、阴极工作液排放管、阴极电极和阴极电极保护管；阳极区包括阳极泵A、阳极工作液添加管、阳极工作液处理箱、阳极泵B、阳极开关、阳极工作液排放管、阳极电极和阳极电极保护管；土壤修复区包括植物修复层和电动修复层，植物修复层种植超富集植物。

Description

一种原位电动-植物修复重金属污染土壤的装置
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，尤其是一种原位电动-植物修复重金属污染土壤的装置。
背景技术
近年来，随着工业的发展和农业生产现代化程度的提高，土壤污染问题日益加剧，尤其是土壤中的重金属不能被微生物降解，在环境中只能发生各种形态之间的相互转换，重金属污染的消除往往比较困难，对生物引起的影响和危害也逐渐成为人们关注的问题。世界各国均开始意识到土壤重金属污染问题的严重性，纷纷开展与土壤修复治理相关的机理及工艺研究。
土壤重金属污染治理的方法主要有物理法、化学法和生态修复法，每种方法都有优点和长处，也存在不足和缺陷。
电动修复技术作为20世纪九十年代逐步发展起来的一种土壤重金属修复技术，具有对现场环境影响小、节约能源、经济可行以及处理效果好等优点。电动修复技术的基本原理大致为在受污染的土壤两侧通以直流电流，使土壤中带电荷的呈游离态的污染物发生定向迁移至阴阳极区域的现象。然后再对阴阳极区域进行集中处理，从而达到降低土壤中污染物含量的目的。电动修复运行过程中主要包括电迁移、电渗析、自由扩散和电泳四个现象。
植物修复是一种新型的重金属污染土壤治理方法，使环境污染通过“绿色”治理技术得以修复，与传统的化学修复、物理和工程修复相比较有美观、投资维护成本低、操作简单以及不造成二次污染等优点。但是植物修复土壤也存在诸多问题，如植物修复速度慢，植物易受到土壤类型、温度、湿度的限制等缺陷。
因此，传统修复技术易造成二次污染以及植物修复时间长的问题亟需解决。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服和解决传统修复技术易造成二次污染以及植物修复时间长的问题，本发明提供一种原位电动-植物修复重金属污染土壤的装置。既能在不破坏原始土壤环境下对土壤中重金属进行修复，并且能养护美化待修复的土壤场地。修复时间短，无二次污染。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明的一种原位电动-植物修复重金属污染土壤的装置包括电源、阴极区、阳极区和土壤修复区。
所述电源为直流电源，正极通过导线与阳极电极相连，负极通过导线与阴极电极相连。
所述阴极区包括阴极泵A、阴极工作液添加管、阴极工作液处理箱、阴极泵B、阴极工作液排放管、阀门A、阴极电极和阴极电极保护管。所述阴极工作液处理箱材料为聚氯乙烯合成材料，具有抗酸碱性能。阴极工作液处理箱设有阴极工作液沉淀区、阴极工作液pH调节区和阴极工作液储存区。所述阴极工作液沉淀区包括隔板和沉淀槽。隔板设有两块，均匀分布在阴极工作液沉淀区内，在两块隔板的相对两边开口，增大阴极工作液在阴极工作液沉淀区的停留时间，使沉淀更完全。阴极泵A控制阴极工作液添加管。阴极工作液添加管为PV塑料管，直径为20～30mm。阴极泵B和阀门A控制阴极工作液排放管。阴极工作液排放管为PV塑料管，直径为40～50mm。阴极工作液添加管连接阴极工作液储存区和阴极电极保护管，打开阴极泵A，将阴极工作液输入阴极保护管内。阴极工作液排放管连接阴极工作液沉淀区与阴极保护管。装置运行后，每隔一定的时间，打开阀门A与阴极泵B，将阴极工作液抽入阴极工作液沉淀区。阴极电极为石墨电极棒。阴极电极保护管为PV塑料管，管壁不均匀地分布有小孔。阴极电极保护管外壁包有膨润土，膨润土可以阻止阴极工作液外流至土壤中，避免阴极工作液对土壤的二次污染。同时膨润土具有较好的离子交换性，便于土壤中的重金属进入阴极工作液中。被处理土壤中的重金属阳离子在电场力的作用下迁移至阴极区，穿过膨润土，透过小孔，进入阴极工作液中。
所述阳极区包括阳极泵A、阳极工作液添加管、阳极工作液处理箱、阳极泵B、阳极工作液排放管、阀门B、阳极电极和阳极电极保护管。所述阳极工作液处理箱材料为聚氯乙烯合成材料，具有抗酸碱性能。阳极工作液处理箱分为阳极工作液pH调节区和阳极工作液储存区。阳极泵A控制阳极工作液添加管。阳极工作液添加管为PV塑料管，直径为20～30mm。阳极泵B和阀门B控制阳极工作液排放管。阳极工作液排放管为PV塑料管，直径为40～50mm。阳极工作液添加管连接阳极工作液储存区和阳极电极保护管，打开阳极泵A，将阳极工作液输入阳极保护管内。阳极工作液排放管连接阳极工作液调节区与阳极保护管。装置运行后，每隔一定的时间，打开阀门B与阳极泵B，将阳极工作液抽入阳极工作液调节区。阳极电极为钛钌铱电极棒。阳极电极保护管为PV塑料管，管壁不均匀地分布有小孔。阳极电极保护管外壁包有膨润土。被处理土壤中的重金属阴离子在电场力的作用下迁移至阳极区，穿过膨润土，透过小孔，进入阳极工作液中。
所述土壤修复区分为植物修复层和电动修复层。植物修复层种植重金属超富集植物。
本发明的有益效果是，土壤中重金属离子，一方面在直流电场力的作用下迁移至相反电极工作液中，另一方面被超富集植物吸收，从而从土壤中完全被去除。修复效果好，修复周期短，无二次污染。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明具体实施例1的整体示意图；
图2是本发明具体实施例1中阴极区的示意图；
图3是本发明具体实施例1中阳极区的示意图；
图4是本发明具体实施例1中阴极工作液处理箱正视图；
图5是本发明具体实施例1中阴极工作液处理箱俯视图；
图6是本发明具体实施例1中阳极工作液处理箱正视图；
图7是本发明具体实施例1中阳极工作液处理箱俯视图；
图8是本发明具体实施例2的整体布局示意图。
图中：1.电源，2.阴极区，2-1.阴极泵A，2-2.阴极工作液添加管，2-3.阴极工作液沉淀区，2-3-1.隔板，2-3-2.沉淀槽，2-4.阴极工作液pH调节区，2-5.阴极工作液储存区，2-6.阴极泵B，2-7.阴极工作液排放管，2-8.阀门A，2-9.阴极电极，2-10.阴极电极保护管，2-11.搅拌器，3.阳极区，3-1.阳极泵A，3-2.阳极工作液添加管，3-3.阳极工作液pH调节区，3-4.阳极工作液储存区，3-5.阳极泵B，3-6.阳极工作液排放管，3-7.阀门B，3-8.阳极电极，3-9.阳极电极保护管，4.土壤修复区。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1～7所示的本发明的一种原位电动-植物修复重金属污染土壤的装置包括电源1、阴极区2、阳极区3和土壤修复区4。
所述电源1为直流电源，正极通过导线与阳极电极3-8相连，负极通过导线与阴极电极2-9相连。
所述阴极区2包括阴极泵A 2-1、阴极工作液添加管2-2、阴极工作液处理箱、阴极泵B 2-6、阀门A 2-8、阴极工作液排放管2-7、阴极电极2-9和阴极电极保护管2-10。所述阴极工作液处理箱材料为聚氯乙烯合成材料，具有抗酸碱性能。阴极工作液处理箱设有阴极工作液沉淀区2-3、阴极工作液pH调节区2-4和阴极工作液储存区2-5。所述阴极工作液沉淀区包括隔板2-3-1和沉淀槽2-3-2。隔板2-3-1设有两块，均匀分布在阴极工作液沉淀区内，在两块隔板的相对两边开口，增大阴极工作液在阴极工作液沉淀区的停留时间，使沉淀更完全。阴极泵A 2-1控制阴极工作液添加管2-2。阴极工作液添加管2-2为PV塑料管，直径为20mm。阴极泵B 2-6和阀门A 2-8控制阴极工作液排放管2-7。阴极工作液排放管2-7为PV塑料管，直径为40mm。阴极工作液添加管2-2连接阴极工作液储存区2-5和阴极电极保护管2-10，打开阴极泵A 2-1，将阴极工作液输入阴极电极保护管2-10内。阴极工作液排放管2-7连接阴极工作液沉淀区2-3与阴极电极保护管2-10。装置运行后，每隔一定的时间，打开阀门A2-8与阴极泵B2-6，将阴极工作液抽入阴极工作液沉淀区2-3。阴极电极2-9为石墨电极棒。阴极电极保护管2-10为PV塑料管，管壁不均匀地分布有小孔。阴极电极保护管2-10外壁包有膨润土，膨润土可以阻止阴极工作液外流至土壤中，避免阴极工作液对土壤的二次污染。同时膨润土具有较好的离子交换性，便于土壤中的重金属进入阴极工作液中。被处理土壤中的重金属阳离子在电场力的作用下迁移至阴极区2，穿过膨润土，透过小孔，进入阴极工作液中。
所述阳极区3包括阳极泵A 3-1、阳极工作液添加管3-2、阳极工作液处理箱、阳极泵B 3-5、阀门B 3-7、阳极工作液排放管3-6、阳极电极3-8和阳极电极保护管3-9。所述阳极工作液处理箱材料为聚氯乙烯合成材料，具有抗酸碱性能。阳极工作液处理箱设有阳极工作液pH调节区3-3和阳极工作液储存区3-4。阳极泵A3-1控制阳极工作液添加管3-2。阳极工作液添加管3-2为PV塑料管，直径为20mm。阳极泵B 3-5和阀门B 3-7控制阳极工作液排放管3-6。阳极工作液排放管3-6为PV塑料管，直径为40mm。阳极工作液添加管3-2连接阳极工作液储存区3-4和阳极电极保护管3-9，打开阳极泵A 3-1，将阳极工作液输入阳极电极保护管3-9内。阳极工作液排放管3-6连接阳极工作液调节区与阳极电极保护管3-9。装置运行后，每隔一定的时间，打开阀门B 3-7与阳极泵B 3-5，将阳极工作液抽入阳极工作液调节区。阳极电极3-8为钛钌铱电极棒。阳极电极保护管3-9为PV塑料管，管壁不均匀地分布有小孔。阳极电极保护管3-9外壁包有膨润土。被处理土壤中的重金属阴离子在电场力的作用下迁移至阳极区3，穿过膨润土，透过小孔，进入阳极工作液中。
所述土壤修复区4分为植物修复层和电动修复层。植物修复层种植重金属超富集植物。
实施例1的运行过程是：打开阴极泵A 2-1和阳极泵A 3-1，分别向阴极电极保护管2-10和阳极电极保护管3-9中添加阴极工作液和阳极工作液。打开电源1，在电场力的作用下土壤中的正价重金属离子向阴极区2移动，穿过膨润土，通过阴极电极保护管2-10上微型小孔，进入阴极工作液中。同时负价重金属离子向阳极区3移动，穿过膨润土，通过阳极电极保护管3-9上微型小孔，进入阳极工作液中。打开搅拌器2-11，防止阴极电极保护管2-10内重金属沉淀在管底。装置运行一段时间后，阴极工作液pH增大，阳极工作液pH减小。打开阀门A 2-8、阀门B 3-7、阴极泵B 2-6和阳极泵B 3-5，将阴极工作液和阳极工作液分别抽入阴极工作液处理箱和阳极工作处理箱。阴极工作液首先经过阴极工作液沉淀区2-3，经过两块隔板2-3-1，加大流程，加大沉淀时间。阴极工作液中重金属沉淀在沉淀槽2-3-2内，当沉淀槽2-3-2内重金属沉淀集满时，抽出沉淀槽2-3-2，对重金属沉淀物进行集中收集处理。阴极工作液经过阴极工作液沉淀区2-3进入阴极pH调节区，加入碱性溶液调节pH至所需值后，进入阴极工作液储存区2-5。阳极工作液直接进入阳极pH调节区，加入酸性溶液调节pH至所需值后，进入阳极工作液储存区3-4。打开阴极泵A 2-1和阳极泵A 3-1，分别从阴极工作液处理箱和阳极工作液处理箱中抽取处理过后的阴阳极工作液添加至阴极电极保护管2-10和阳极电极保护管3-9中。打开电源1，继续运行装置。如此反复运行，重复利用阴极工作液和阳极工作液。在电动修复土壤的同时，土壤修复区4中植物修复层上的超富集植物在生长的同时吸收土壤中的部分重金属离子。
实施例2
如图8所示，实施例2中的一种原位电动-植物修复重金属污染土壤的装置整体结构与实施例1相似，区别在于，实施例1中只有一对电极棒，实施例2中设置4对电极棒。
具体地，实施例2的实施步骤如下：
①选址。选择一块10m×10m重金属污染场地。
②确定阴极电极2-9和阳极电极3-8位置。阴极电极2-9和阳极电极3-8分成两排直线分布，阴极电极2-9和阳极电极3-8之间相距8m，每排分别设置4根电极，电极间距3m。
③插入阴极电极2-9和阳极电极3-8。
④设置4根阴极工作液添加管2-2和4根阴极工作液排放管2-7，将4根阴极电极保护管2-10与阴极工作液处理箱连接起来。
⑤设置4根阳极工作液添加管3-2和4根阳极工作液排放管3-6，将4根阳极电极保护管3-9与阳极工作液处理箱连接起来。
⑥在土壤修复区4种植超富集植物。
⑦打开电源1，运行装置。
实施例2与实施例1相比较的优点在于，实施例1电场范围小，处理范围小。实施例2中设置4对电极棒，增大电极范围，增强电场强度，提高土壤修复效果。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (1)

1.一种原位电动-植物修复重金属污染土壤的装置，其特征在于：包括电源(1)、阴极区(2)、阳极区(3)和土壤修复区(4)；
所述电源(1)为直流电源；
所述阴极区(2)包括阴极泵A(2-1)、阴极工作液添加管(2-2)、阴极工作液处理箱、阴极泵B(2-6)、阴极工作液排放管(2-7)、阀门A(2-8)、阴极电极(2-9)和阴极电极保护管(2-10)；所述阴极工作液处理箱材料为聚氯乙烯合成材料，具有抗酸碱性能；阴极工作液处理箱设有阴极工作液沉淀区(2-3)、阴极工作液pH调节区(2-4)和阴极工作液储存区(2-5)；所述阴极工作液沉淀区包括隔板(2-3-1)和沉淀槽(2-3-2)；隔板(2-3-1)设有两块，均匀分布在阴极工作液沉淀区内，在两块隔板(2-3-1)的相对两边开口，延长阴极工作液在阴极工作液沉淀区的停留时间；阴极泵A(2-1)连接阴极工作液添加管(2-2)；阴极工作液添加管(2-2)为PV塑料管，直径为20～30mm；阴极泵B(2-6)和阀门A(2-8)连接阴极工作液排放管(2-7)；阴极工作液排放管(2-7)为PV塑料管，直径为40～50mm；阴极工作液添加管(2-2)连接阴极工作液储存区和阴极电极保护管(2-10)，阴极工作液排放管(2-7)连接阴极工作液沉淀区与阴极电极保护管(2-10)；阴极电极(2-9)为石墨电极棒；阴极电极保护管(2-10)为PV塑料管，管壁不均匀地分布有小孔；阴极电极保护管(2-10)外壁包有膨润土；
所述阳极区(3)包括阳极泵A(3-1)、阳极工作液添加管(3-2)、阳极工作液处理箱、阳极泵B(3-5)、阳极工作液排放管(3-6)、阀门B(3-7)、阳极电极(3-8)和阳极电极保护管(3-9)；所述阳极工作液处理箱材料为聚氯乙烯合成材料，具有抗酸碱性能；阳极工作液处理箱分为阳极工作液pH调节区(3-3)和阳极工作液储存区(3-4)；阳极泵A(3-1)连接阳极工作液添加管(3-2)；阳极工作液添加管(3-2)为PV塑料管，直径为20～30mm；阳极泵B(3-5)和阀门B(3-7)连接阳极工作液排放管(3-6)；阳极工作液排放管(3-6)为PV塑料管，直径为40～50mm；阳极工作液添加管(3-2)连接阳极工作液储存区和阳极电极保护管(3-9)，阳极工作液排放管(3-6)连接阳极工作液调节区与阳极电极保护管(3-9)；阳极电极(3-8)为钛钌铱电极棒；阳极电极保护管(3-9)为PV塑料管，管壁不均匀地分布有小孔；阳极电极保护管(3-9)外壁包有膨润土；
所述土壤修复区(4)设有植物修复层和电动修复层；植物修复层种植重金属超富集植物；
所述的一种原位电动-植物修复重金属污染土壤的装置运行过程为:打开阴极泵A(2-1)和阳极泵A(3-1)，分别向阴极电极保护管(2-10)和阳极电极保护管(3-9)中添加阴极工作液和阳极工作液；打开电源(1)，在电场力的作用下土壤中的正价重金属离子向阴极区(2)移动，穿过膨润土，通过阴极电极保护管(2-10)上的微型小孔，进入阴极工作液中；同时负价重金属离子向阳极区(3)移动，穿过膨润土，通过阳极电极保护管(3-9)上的微型小孔，进入阳极工作液中；打开搅拌器(2-11)，防止阴极电极保护管(2-10)内重金属沉淀在管底；装置运行一段时间后，阴极工作液pH增大，阳极工作液pH减小；打开阀门A(2-8)、阀门B(3-7)、阴极泵B(2-6)和阳极泵B(3-5)，将阴极工作液和阳极工作液分别抽入阴极工作液处理箱和阳极工作处理箱；阴极工作液首先经过阴极工作液沉淀区(2-3)，经过两块隔板(2-3-1)，加大流程，延长沉淀时间；阴极工作液中重金属沉淀在沉淀槽(2-3-2)内，当沉淀槽(2-3-2)内重金属沉淀集满时，抽出沉淀槽(2-3-2)，对重金属沉淀物进行集中收集处理；阴极工作液经过阴极工作液沉淀区(2-3)进入阴极pH调节区，加入碱性溶液调节pH至所需值后，进入阴极工作液储存区(2-5)；阳极工作液直接进入阳极pH调节区，加入酸性溶液调节pH至所需值后，进入阳极工作液储存区(3-4)；打开阴极泵A(2-1)和阳极泵A(3-1)，分别从阴极工作液处理箱和阳极工作液处理箱中抽取处理过后的阴阳极工作液添加至阴极电极保护管(2-10)和阳极电极保护管(3-9)中；在电源(1)的作用下，装置继续运行；如此反复运行，重复利用阴极工作液和阳极工作液；在电动修复土壤的同时，土壤修复区(4)中植物修复层上的超富集植物在生长的同时吸收土壤中的部分重金属离子。
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