CN106734176A - 土壤/固体废物污染环保修复系统以及修复方法 - Google Patents

Abstract

一种土壤/固体废物污染环保处理系统，包括：电源，阴极室，阳极室，处理区，收集层；电源分别与阳极室和阴极室内的阳极以及阴极电连接；处理区用于填充需要进行污染处理的土壤/固体废物；收集层设置于处理区上方，能够收集土壤/固体废物加热挥发的有机污染物；电源包括直流电源以及交流电源，交流电源电压大于直流电源电压至少两倍；土壤/固体废物污染环保处理系统工作时，先对于阳极以及阴极施加直流电源，对于土壤/固体废物进行电动修复；在电动修复完成之后，对土壤/固体废物进行有机污染物热处理修复。

Description

土壤/固体废物污染环保修复系统以及修复方法

技术领域

本发明涉及一种环保领域，尤其是涉及修复土壤/固体废物，将其转变为无害化材料的修复的系统以及方法。

背景技术

固体废物是指生产、生活活动中丢弃的固体和泥状物质（例如城市生活产生的污水污泥、制铝工业产生的赤泥和、电镀废水处理污泥和农业生产中产生的生物质废物等）以及矿业生产排放从废水、废气中排放出来的固体颗粒物（如铬渣、含重金属的尾矿等）。

固体废物中通常含有大量的有机污染物、重金属，固体废物堆置与填埋，不仅占会用大量的土地。而且其中的有害成分还会污染土壤，不仅会改变原本的土壤结构，而且还会对土壤土质产生有害影响。

固体废物，特别是有害固体废物，经过风化、雨淋，产生高温、毒水或者其他反应，能杀伤土壤中的微生物和动物，降低土壤微生物的活性，并能改变土壤中的成分和结构，致使土壤被污染。

对于土壤/固体废物造成的污染进行修复处理，已经成为普遍关心的重要问题。现有的土壤/固体废物的修复方法包括：物理方法，化学方法，生物修复以及多种方法联用的处理方法。其中，电动修复技术是一种新兴的修复技术，其通过向污染土壤中通以直流电，污染物在土壤中发生电迁移、电渗析和电泳等电化学反应，使污染物迁移出土壤，从而达到去除污染物的目的。该技术的缺陷在于，需要在酸性条件下进行，往往需要加入提高土壤酸性的溶剂，当土壤的缓冲容量很高时，则很难调控到土壤酸性条件；另一方面，电动修复过程会对土壤进行升温，导致土壤中的含水量减少，导致修复效果降低。

现有技术中，CN201110124668的发明专利提出了一种联合电动修复和热处理修复的土壤/固体废物处理方法，其中将土壤本身作为一个电发热体，在施加大电流加热使土壤中水分蒸发进行有机污染物处理的过程中，同时进行电动修复离子污染物，从而达到修复土壤/固体废物的效果。但是，该发明中还存在如下缺陷：（1）在热处理修复通常时间较短，而电动修复由于通常需要时间较长，很难一起进行；（2）热处理修复中，需要大电流加热，导致土壤/固体废物中的水份蒸发，从而导致电动修复的效果降低；（3）电极通电时，电解反应会在阳、阴极分别产生大量的H+离子和OH-离子，阴极电极上会逐渐产生一层含有不溶盐类的白色绝缘膜，该膜导致阴极电极的导电性降低；（4）电解会产生可能有安全隐患的氢气和氧气，氢气在电极表面形成具有绝缘性气泡，导致电极的导电性能降低，从而引起电流的下降；（5）重金属在电动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，从而影响修复效果。

发明内容

本发明作为CN201110124668的改进技术，提出了一种土壤/固体废物污染环保修复系统以及修复方法，能够解决现有技术的上述问题。

作为本发明的一个方面，提供一种土壤/固体废物污染环保处理系统，包括：电源，阴极室，阳极室，处理区，收集层；阳极室以及阴极室容纳有工作液，所述电源分别与阳极室和阴极室内的阳极以及阴极电连接；所述处理区用于填充需要进行污染处理的土壤/固体废物，其通过分隔层分别与阳极室以及阴极室隔分离；收集层，所述收集层设置于处理区上方，能够收集土壤/固体废物加热挥发的有机污染物；所述电源包括直流电源以及交流电源，所述交流电源电压大于所述直流电源电压至少两倍；所述土壤/固体废物污染环保处理系统工作时，先对于阳极以及阴极施加直流电源，对于土壤/固体废物进行电动修复；在电动修复完成之后，对于阳极以及阴极施加交流电源，对土壤/固体废物进行有机污染物热处理修复。

优选的，所述阴极室为圆柱形结构，所述阴极沿着阴极室周向设置；所述阳极室为与阴极室同轴的环形结构，其环绕阴极室设置，所述阳极环绕阳极室内环设置；所述阳极使用金属铁作为电极，所述阴极使用金属铜作为电极，所述阴极室内电工作液为铜离子溶液，所述阳极室内工作液为硝酸钾或者氯化钾。

优选的，所述阴极包括多根环绕阴极室内环设置的金属铜电极，所述金属铜电极通过电流传感器分别与电源连接，在电动修复时通过控制器监测通过各个电极的电流，根据监测结果确定富集处理区域。

优选的，所述控制器计算通过所有阴极电流的平均值，如果特定阴极的电流小于平均值超过阈值，判定该特定阴极为异常阴极，根据异常阴极确定富集处理区域，所述富集处理区域包括以该异常阴极位置为中心，两根阴极之间圆弧长度为弧长的圆弧向外延伸1/2半径对应的面积。

优选的，上述阈值为所有阴极电流的均方差的2.5倍。

优选的，在确定富集处理区域后，将该富集区域的土壤/固体废物取出，填入新的待处理的污染土壤/固体废物。

优选的，所述分隔层包括打孔密度为30％～50%的有机玻璃和附着其上的滤纸。

优选的，所述分隔层包括硬质塑料板网。

优选的，所述污染土壤/固体废物为受到重金属以及有机污染物污染的土壤/固体废物。

优选的，所述重金属包括Pb、Cd等。

附图说明

图1是本发明一个实施例的系统结构示意图。

图2是本发明另一个实施例的系统结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。而且，应当理解，在此描述的各种各样的实施例的特征不互斥，并且能在各种各样的组合和换变过程中存在。

实施例一

本发明的实施例1的土壤/固体废物污染环保修复系统，参见图1，包括直流电源1，交流电源2，阴极室3，阳极室4，处理区5，收集层（未示出）。其中，直流电源1和交流电源2用于给污染物修复系统提供电力能量。直流电源1用于电动修复，可以根据处理区的长度设置直流电源的电压，使处理区的电压梯度为1～5V/cm，例如处理区长度为10cm时，直流电源1的电压设置为50V。交流电源2用于加热处理修复有机污染物，其电压为足够高，至少大于直流电源1的2倍，可以使用220V或者380V的电压。

阳极室3以及阴极室4分别为长方体容器，其相对设置。阳极室3和阴极室4容纳有工作液，阳极室3内设置阳极31，阴极室4内设置阴极41，其通过分别开关32、33、42、43与直流电源1以及交流电源2相连。阳极3和阴极室4内的工作液为电解液，该电解液可以包括硝酸钾，磷酸钾，氯化钾，硫酸钠中的一种或者多种。阳极31和阴极41可以使用金属电极、碳棒电极或者石墨电极。

处理区5为设置于阳极室3以及阴极室4之间的长方形容纳区域，用于填充需要进行污染处理的土壤/固体废物，其通过分隔层51和52分别与阳极室3以及阴极室4隔分离。分隔层可以包括打孔密度为30％～50%的有机玻璃和附着其上的滤纸，也可以是例如硬质塑料板网。其中，需要进行污染处理的土壤/固体废物的污染物包括重金属污染例如铅、铬重金属阳离子等以及有机物污染物。在土壤/固体废物填充到处理区5之前，对其进行预处理，使其含水率达到10％以上，优选的，达到30％以上。处理区5上方设置收集层，能够收集土壤/固体废物加热挥发的有机污染物，可以使用现有技术中已有的收集层的设置方式。

土壤/固体废物污染环保处理系统工作时，先设置开关对于阳极3以及阴极4施加直流电源1，对于处理区5的土壤/固体废物进行电动修复，处理区5中的重金属阳离子迁移到阴极室，从而去除其中的重金属污染物。在电动修复完成之后，设置开关对于阳极3以及阴极4施加交流电源，对土壤/固体废物进行有机污染物热处理修复。通过加热土壤/固体废物，使土壤/固体废物升温速度，达到几十度甚至几百度，使有机物随着水蒸气挥发到收集层，从而达到修复土壤/固体废物的效果。

本发明的上述实施例一，通过先用低压的直流电源对土壤/固体废物进行电动修复，然后使用高压交流电源对土壤/固体废物有机污染物热处理修复，一方面避免了热处理修复和电动修复周期不一致，导致电动修复不完全的缺陷，另一方面解决热处理修复大电流加热导致土壤/固体废物中的水份蒸发，从而导致电动修复的效果降低的问题。

实施例二

本发明的实施例二，参见图2，包括直流电源1，交流电源2，阴极室3，阳极室4，处理区5，收集层（未示出）。其中，直流电源1和交流电源2用于给污染物修复系统提供电力能量。直流电源1用于电动修复，可以根据处理区的径向长度设置直流电源的电压，使处理区的电压梯度为1～5V/cm，例如处理区长度为10cm时，直流电源1的电压设置为50V。交流电源2用于加热处理修复有机污染物，其电压为足够高，至少大于直流电源1的2倍，可以使用220V或者380V的电压。

实施例2中，阴极室4为圆柱形结构，阴极41沿着阴极室4周向设置；阳极室3为与阴极室4同轴的环形结构，其环绕阴极室4设置，阳极31环绕阳极室3内环设置。阳极31使用金属铁作为电极，阴极41使用金属铜作为电极，阴极室3内电工作液为铜离子溶液，阳极室31内工作液为硝酸钾或者氯化钾。

处理区5为设置于阳极室3以及阴极室4之间的环形容纳区域，用于填充需要进行污染处理的土壤/固体废物，其通过分隔层51和52分别与阳极室3以及阴极室4隔分离。分隔层可以包括打孔密度为30％～50%的有机玻璃和附着其上的滤纸，也可以是例如硬质塑料板网。其中，需要进行污染处理的土壤/固体废物的污染物包括重金属污染例如铅、铬重金属阳离子等以及有机物污染物。在土壤/固体废物填充到处理区5之前，对其进行预处理，使其含水率达到10％以上，优选的，达到30％以上。处理区5上方设置收集层，能够收集土壤/固体废物加热挥发的有机污染物，可以使用现有技术中已有的收集层的设置方式。

实施例2的修复步骤与实施例1相同。

实施例2的改进之处在于：1、通过使用金属铁作为阳极，金属铜作为阴极，阳极铁失去电子被氧化成离子进入阳极工作液，阴极工作液用铜离子溶液，铜离子在阴极被还原为金属铜，从而避免氢气、氧气的产生，因此不会有因气体产生导致的电极活化极化和氢氧化物沉淀导致的电阻极化；2、 通过环形结构和圆柱形结构的设置，并且将金属铁电极作为外围的圆柱形电极，从而增加了金属铁电极的面积，延长了铁电极因为氧化损失导致的使用时间。

进一步优选的，阴极41包括多根环绕阴极室内环设置的金属铜电极，各个金属铜电极通过电流传感器10分别与电源连接，在电动修复时通过控制器监测通过各个电极的电流，根据监测结果确定富聚焦处理区域。其中，控制器计算通过所有阴极的电流的平均值，如果特定阴极的电流小于平均值超过阈值，判定该特定阴极为异常阴极，根据异常阴极确定富集处理区域。上述阈值可以设置为，例如所有阴极电流的均方差的2.5倍。具体的，该富集处理区域包括以该异常阴极位置为中心，两根阴极之间圆弧长度为弧长的圆弧向外延伸1/2半径对应的土壤面积。在确定富集处理区域后，将该富集区域的土壤/固体废物取出，填入新的待处理的污染土壤/固体废物。通过上述设置，可以精确的确定土壤重金属聚焦区域，从而对土壤重金属聚焦区域进行处理。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述公开内容之后，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，在不脱离本发明原理前提下，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1.一种土壤/固体废物污染环保处理系统，包括：电源，阴极室，阳极室，处理区，收集层；阳极室以及阴极室容纳有工作液，所述电源分别与阳极室和阴极室内的阳极以及阴极电连接；所述处理区用于填充需要进行污染处理的土壤/固体废物，其通过分隔层分别与阳极室以及阴极室隔分离；收集层，所述收集层设置于处理区上方，能够收集土壤/固体废物加热挥发的有机污染物；其特征在于：所述电源包括直流电源以及交流电源，所述交流电源电压大于所述直流电源电压至少两倍；所述土壤/固体废物污染环保处理系统工作时，先对于阳极以及阴极施加直流电源，对于土壤/固体废物进行电动修复；在电动修复完成之后，对于阳极以及阴极施加交流电源，对土壤/固体废物进行有机污染物热处理修复。

2.根据权利要求1所述的土壤/固体废物污染环保处理系统，其特征在于：所述阴极室为圆柱形结构，所述阴极沿着阴极室周向设置；所述阳极室为与阴极室同轴的环形结构，其环绕阴极室设置，所述阳极环绕阳极室内环设置；所述阳极使用金属铁作为电极，所述阴极使用金属铜作为电极，所述阴极室内电工作液为铜离子溶液，所述阳极室内工作液为硝酸钾或者氯化钾。

3.根据权利要求2所述的土壤/固体废物污染环保处理系统，其特征在于：所述阴极包括多根环绕阴极室内环设置的金属铜电极，所述金属铜电极通过电流传感器分别与电源连接，在电动修复时通过控制器监测通过各个电极的电流，根据监测结果确定富集处理区域。

4.根据权利要求3所述的土壤/固体废物污染环保处理系统，其特征在于：所述控制器计算通过所有阴极电流的平均值，如果特定阴极的电流小于平均值超过阈值，判定该特定阴极为异常阴极，根据异常阴极确定富集处理区域，所述富集处理区域包括以该异常阴极位置为中心，两根阴极之间圆弧长度为弧长的圆弧向外延伸1/2半径对应的面积。

5.根据权利要求4所述的土壤/固体废物污染环保处理系统，其特征在于：在确定富集处理区域后，将该富集区域的土壤/固体废物取出，填入新的待处理的污染土壤/固体废物。

6.根据权利要求1或2所述的土壤/固体废物污染环保处理系统，其特征在于：所述分隔层包括打孔密度为30％～50%的有机玻璃和附着其上的滤纸。

7.根据权利要求1或2所述的土壤/固体废物污染环保处理系统，其特征在于：所述分隔层包括硬质塑料板网。

8.根据权利要求1所述的污染环保处理系统，其特征在于：所述污染土壤/固体废物为受到重金属以及有机污染物污染的土壤/固体废物。

9.根据权利要求8所述的污染环保处理系统，其特征在于：所述重金属包括Pb、Cd等。