CN107008744A - 一种脱除土壤中重金属的方法及土壤修复方法 - Google Patents

Abstract

一种脱除土壤中重金属的方法及土壤修复方法，涉及环境保护技术领域。一种脱除土壤中重金属的方法，包括：以液体作为导电介质，将相互远离地设置在土壤两端的第一电极和第二电极分别接入直流电源的正极和负极进行电解，交换正极和负极的极性后再次进行电解。该方法采用交换电极法强化电动修复技术，避免“聚焦现象”发生，提高修复效果；该方法操作简单，可控性强，处理快速且比较彻底，不破坏原有自然生态环境。一种土壤修复方法，包括利用上述脱除土壤中重金属的方法脱除土壤中的重金属。该方法操作简单，成本低，使用范围广，可大规模使用。

Description

一种脱除土壤中重金属的方法及土壤修复方法

技术领域

本发明涉及环境保护技术领域，且特别涉及一种脱除土壤中重金属的方法及土壤修复方法。

背景技术

土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，其厚度一般在2m左右。土壤不但为植物生长提供机械支撑能力，并能为植物生长发育提供所需要的水、肥、气、热等肥力要素。近年来，由于人口急剧增长，工业迅猛发展，固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，汽车排放的废气、大气中的有害气体及飘尘不断随雨水降落在土壤中，导致土壤遭受非点源污染的机会越来越多，其程度也越来越严重，在水土流失和风蚀作用等的影响下污染面积不断扩大。

目前，我国土壤污染的总体形势严峻，部分地区土壤污染严重，在重污染企业或工业密集区、工矿开采区及周边地区、城市和城郊地区出现了土壤重污染区和高风险区。土壤污染类型多样，呈现出新老污染物并存、无机有机复合污染的局面。土壤污染途径多，原因复杂，控制难度大。土壤环境监督管理体系不健全，土壤污染防治投入不足，全社会防治意识不强。由土壤污染引发的农产品质量安全问题和群体性事件逐年增多，成为影响群众身体健康和社会稳定的重要因素。有效的修复污染土壤的方法对解决目前的问题具有重要作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种脱除土壤中重金属的方法，采用交换电极法强化电动修复技术，避免“聚焦现象”发生，提高修复效果；该方法操作简单，可控性强，处理快速且比较彻底，不破坏原有自然生态环境。

本发明的另一目的在于提供一种土壤修复方法，包括上述脱除土壤中重金属的方法。该方法成本低，使用范围广，可大规模使用。

本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。

本发明提出一种脱除土壤中重金属的方法，包括：以液体作为导电介质，将相互远离地设置在土壤两端的第一电极和第二电极分别接入直流电源的正极和负极进行电解，交换正极和负极的极性后再次进行电解。

本发明提出一种土壤修复方法，包括利用上述脱除土壤中重金属的方法脱除土壤中的重金属。

本发明实施例的一种脱除土壤中重金属的方法及土壤修复方法的有益效果是：

本发明采用了交换电极法强化了对重金属污染土壤的修复，避免了“聚焦现象”的发生，使土壤的pH值保持在中性，提高了修复效果。本发明的导电介质为水，不含有任何添加的化学试剂，避免造成二次污染，对环境友好。本方法操作简单，可控性强，效率高，降低修复成本，具有较高的经济效益。一种土壤修复方法，成本低，使用范围广，可大规模使用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例的处理系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

下面对本发明实施例的一种脱除土壤中重金属的方法及土壤修复方法进行具体说明。

本发明实施例提供的一种脱除土壤中重金属的方法，包括以下步骤：

电动力学修复技术是处理污染土壤的一项新的化学技术方法。电动力学修复是通过电动力学的作用驱动污染物富集到电极区，进行集中处理或分离的过程。

电动力学法的基本原理是在污染土壤区域插入电极，施加直流电后形成电场，土壤中的污染物在直流电场作用下定向迁移，富集在电极区域，再通过其他方法去除。

电动力学修复过程中污染物的迁移机理有3个现象：

(1)电渗析：土壤孔隙表面带有负电荷，与孔隙水中的离子形成双电层，在外加电场作用下，土壤中的孔隙水从阳极向阴极方向流动。随孔隙水迁移的污染物质富集在阴极附近，可以被抽出进行处理；

(2)电迁移：带电离子或配位体在外加电场作用下向电性相反的电极迁移(正离子向阴极迁移，负离子向阳极迁移)的过程；

(3)电泳：土壤中带电胶体粒子，包括细小土壤颗粒、腐殖质及微生物细胞等，在外加电场作用下的迁移。从而可以除去这些胶体粒子和吸附在这些颗粒上的污染物质。

由于在电修复过程中，阴、阳极电解反应产生的OH^-形成的碱性带和H⁺形成的酸性带会同时朝对向土壤区域迁移；而H⁺迁移速率约为OH^-的1.8倍，导致土壤中大部分区域的pH值下降，当酸性带同碱性带相遇时，土壤的pH值会发生剧变。土壤pH值的变化会影响污染物在土壤上的吸附-解析行为，从而改变污染物的可移动性和可利用性。

经发明人的大量实验研究发现，交换频率的交换电极法可以避免“聚焦现象”发生，及避免阴极土壤pH值升高导致重金属过早地在土壤中沉淀，进而提高修复的效果。同时该方法可以缩短电动修复时间，降低修复费用。具体步骤如下：

在重金属污染土壤的区域两端设有第一电极槽和第二电极槽，第一电极槽中设有第一电极，第二电极槽中设有第二电极，第一电极槽和第二电极槽与污染土壤间分别设有用于过滤沙土等杂质的滤纸。为了提高修复的效果，可以将污染土壤放置于土壤室中，土壤室相互远离的两端设有第一电极槽、第二电极槽。

在本发明中，以水为导电介质。向第一电极槽、第二电极槽和土壤室中加水。为了使正极和负极电解平衡，第一电极槽和第二电极槽的液面高度与土壤室中土壤高度保持一致。较优的，本发明的导电介质中不添加任何化学试剂，即可完成土壤修复。不会产生二次污染，对环境友好。

向第一电极和第二电极分别通入直流电源的正极和负极，电源、第一电极槽、第二电极槽和土壤室形成闭合电路。开始对土壤进行电动修复。修复一定时间后，对正极和负极进行周期性的极性的互换，使土壤的pH值始终保持在中性范围，从而控制电极区的pH范围。

进一步地，在本发明的较优实施例中，直流电源的电场强度为1.0～2.0V/cm。

进一步地，在本发明的较优实施例中，正极和负极的极性的交换频率为24h～48h。交换频率可平衡电极间污染物的含量，防止出现聚焦效应。

进一步地，在本发明的较优实施例中，土壤进行电解的时间为96～192h。

进一步地，在本发明的较优实施例中，土壤的pH值为6～8。

由于进行正极和负极的互换，需要对电极槽中的液体进行换新，提高修复效果。故在第一电极槽、第二电极槽旁分别设置处理池。第一电极槽、第二电极槽分别用导管、泵与相对应的处理池相连，以便进行液体交换。

为了提高电解效率及效果，在本发明的较优实施例中，正极和负极分别独立地选自石墨电极、钛合金电极、铂电极中的任一种。

进一步地，在本发明的较优实施例中，正极和负极的形状分别为板状、棒状、网状中的任一种。

经发明人试验研究可知，该方法可高效地去除污染土壤中的重金属离子，其中重金属离子包括铬、铜、铅、鎘、汞、氟、锌、锰等。

本发明实施例还提供了一种土壤修复方法，包括上述脱除土壤中重金属的方法。可在对土壤脱除重金属后，对土壤进行有机污染物的去除。

以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。

实施例1

请参考图1，本实施例提供了一种脱除土壤中重金属的方法，包括：

向土壤室中加入重金属铅污染的土壤，土壤含铅量为1.16g/kg，土壤含水量约为9.1％。向两个电极槽中加水，使两个电极槽的液面高度与土壤室中土壤表面保持一致。

通入直流电进行电解。电场强度为1.0V/cm，每48h交换一次电极极性，阻止阴极产生的OH^-进入土壤与地下水区，使土壤pH值始终保持在7。电解时间为192h。

修复结束，铅的去除率为87.7％。

实施例2

请参考图1，本实施例提供了一种脱除土壤中重金属的方法，包括：

向土壤室中加入重金属铅污染的土壤，土壤含铅量为1.16g/kg，土壤含水量约为9.1％。向两个电极槽中加水，使两个电极槽的液面高度与土壤室中土壤表面保持一致。

通入直流电进行电解。电场强度为1.0V/cm，每96h交换一次电极极性，阻止阴极产生的OH^-进入土壤与地下水区，使土壤pH值始终保持在7。电解时间为192h。

修复结束，铅的去除率为77.1％。

实施例3

请参考图1，本实施例提供了一种脱除土壤中重金属的方法，包括：

向土壤室中加入重金属铅污染的土壤，土壤含铅量为1.16g/kg，土壤含水量约为9.1％。向两个电极槽中加水，使两个电极槽的液面高度与土壤室中土壤表面保持一致。

通入直流电进行电解。电场强度为1.0V/cm，每24h交换一次电极极性，阻止阴极产生的OH^-进入土壤与地下水区，使土壤pH值始终保持在7。电解时间为192h。

修复结束，铅的去除率为81.3％。

实施例4

请参考图1，本实施例提供了一种脱除土壤中重金属的方法，包括：

向土壤室中加入重金属铅污染的土壤，土壤含铅量为1.16g/kg，土壤含水量约为9.1％。向两个电极槽中加水，使两个电极槽的液面高度与土壤室中土壤表面保持一致。

通入直流电进行电解。电场强度为2.0V/cm，每48h交换一次电极极性，阻止阴极产生的OH^-进入土壤与地下水区，使土壤pH值始终保持在6。电解时间为96h。

修复结束，铅的去除率为77.7％。

实施例5

请参考图1，本实施例提供了一种脱除土壤中重金属的方法，包括：

向土壤室中加入重金属铅污染的土壤，土壤含铅量为1.16g/kg，土壤含水量约为9.1％。向两个电极槽中加水，使两个电极槽的液面高度与土壤室中土壤表面保持一致。

通入直流电进行电解。电场强度为1.5V/cm，每36h交换一次电极极性，阻止阴极产生的OH^-进入土壤与地下水区，使土壤pH值始终保持在8。电解时间为144h。

修复结束，铅的去除率为74.3％。

对比例1

请参考图1，本实施例提供了一种脱除土壤中重金属的方法，包括：

向土壤室中加入重金属铅污染的土壤，土壤含铅量为1.16g/kg，土壤含水量约为9.1％。向两个电极槽中加水，使两个电极槽的液面高度与土壤室中土壤表面保持一致。

通入直流电进行电解。电场强度为1.0V/cm，固定电极方向，不交换电极，电解时间为192h。

修复结束，铅的去除率为61.7％。

试验例1

选取实施例1～5、对比例1中的土壤，分析修复后与修复前各区域重金属铅浓度比，数据如下：

表1修复后与修复前土壤中重金属铅浓度比

由表1可知，实施例1～5的铅的含量较为均衡，而对比例1中的铅的含量分布不均匀，出现聚焦效应。并且实施例1～5的铅的去除率高于对比例1的铅的去除率。说明在电解过程中，交换正极和负极可避免出现聚焦效应，提高修复效率。其中，实施例1的铅的去除率最大，土壤中铅浓度较低，说明实施例1的脱除土壤中重金属的方法更加合理。

综上所述，本发明提供了一种脱除土壤中重金属的方法，该方法采用交换电极法强化了对重金属污染土壤的修复，避免了“聚焦现象”的发生，使土壤的pH值保持在中性，提高了修复效果。本发明的导电介质为水，不含有任何添加的化学试剂，避免造成二次污染，对环境友好。本方法操作简单，可控性强，效率高，降低修复成本，具有较高的经济效益。

以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

Claims (10)

1.一种脱除土壤中重金属的方法，其特征在于，包括：以液体作为导电介质，将相互远离地设置在土壤两端的第一电极和第二电极分别接入直流电源的正极和负极进行电解，交换所述正极和所述负极的极性后再次进行电解。

2.根据权利要求1所述的脱除土壤中重金属的方法，其特征在于，所述直流电源输出的电场强度为1.0～2.0V/cm。

3.根据权利要求1所述的脱除土壤中重金属的方法，其特征在于，交换所述正极和所述负极的极性的方法包括：周期性交换所述正极和所述负极的极性。

4.根据权利要求3所述的脱除土壤中重金属的方法，其特征在于，交换所述正极和所述负极的极性的交换频率为24h～48h。

5.根据权利要求1所述的脱除土壤中重金属的方法，其特征在于，对所述土壤进行电解的时间为96～192h。

6.根据权利要求3所述的脱除土壤中重金属的方法，其特征在于，所述导电介质为水。

7.根据权利要求1所述的脱除土壤中重金属的方法，其特征在于，所述土壤的pH值为6～8。

8.根据权利要求1至7任一项所述的脱除土壤中重金属的方法，其特征在于，所述正极和所述负极分别独立地选自石墨电极、钛合金电极、铂电极中的任一种。

9.根据权利要求8所述的脱除土壤中重金属的方法，其特征在于，所述正极和所述负极的形状分别为板状、棒状、网状中的任一种。

10.一种土壤修复方法，其特征在于，包括利用如权利要求1至9任一项所述的脱除土壤中重金属的方法脱除所述土壤中的重金属。