CN107457266B - 一种重金属污染土壤修复系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种重金属污染土壤修复系统包括植物种植层、电源、平置阳极、平置阴极和电解液循环装置。植物种植层设置在待修复土壤地块的上表面，植物种植层由当地土壤和粪便按体积比1:1混合制成。电源为直流电源；平置阳极采用石墨或金属材料制成，平置阳极的形状为圆柱形或长方体形状；平置阴极采用石墨或金属材料制成，平置阴极的形状为圆柱形或长方体形状；平置阴极工作时水平放置并与平置阳极在空间呈平行状态；平置阴极设有若干根，相互之间在空间呈平行状态。电解液循环装置包括电解液渗滤器、电解液收集器、电解液前置泵、电解液离子交换滤塔、电解液储存罐和电解液后置泵。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复技术领域，尤其是一种重金属污染土壤修复系统。
背景技术
近年来，随着工业的快速发展，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。植物修复是一种使环境污染通过“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。
中国专利201611261437.6公开了一种原位电动-植物修复重金属污染土壤的装置，该装置包括电源、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。该专利对重金属污染土壤具有较高的处理效率，但存在设备较多的问题。
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上述专利存在的问题，本发明提供一种重金属污染土壤修复系统。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。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：本发明的一种重金属污染土壤修复系统包括植物种植层、电源、平置阳极、平置阴极和电解液循环装置。
所述的植物种植层设置在待修复土壤地块的上表面，植物种植层由当地土壤和粪便按体积比1:1混合制成，植物种植层的厚度为20～50cm，植物种植层选种的植物对重金属具有超富集能力。
所述电源为直流电源，电源的正极通过导线与平置阳极相连，负极通过导线与平置阴极相连。
所述平置阳极采用石墨或金属材料制成，平置阳极的形状为圆柱形或长方体形状；平置阳极的尺寸根据待处理的土壤地块的大小和土壤污染的深度实验决定。平置阳极工作时位于植物种植层的底部。平置阳极设有若干根，相互之间在空间呈平行状态。
所述平置阴极采用石墨或金属材料制成，平置阴极的形状为圆柱形或长方体形状；平置阴极的尺寸根据待处理的土壤地块的大小和土壤污染的深度实验决定。平置阴极工作时埋入土壤的深度实验决定；平置阴极工作时水平放置并与平置阳极在空间呈平行状态。平置阴极设有若干根，相互之间在空间呈平行状态。
所述电解液循环装置包括电解液渗滤器、电解液收集器、电解液前置泵、电解液离子交换滤塔、电解液储存罐和电解液后置泵。
所述电解液渗滤器采用PV塑料管或不锈钢管制成，直径为20～50mm，电解液渗滤器的PV塑料管或不锈钢管上设有若干开口朝下的渗滤口，电解液渗滤器的PV塑料管或不锈钢管平行设置或采用同心圆设置，相互之间通过管道连接。所述电解液渗滤器设置在植物种植层中下部。
所述电解液收集器采用PV塑料管或不锈钢管制成，直径为50～100mm，电解液收集器的PV塑料管或不锈钢管上设有若干开口朝向任意方向的收集口。电解液收集器的PV塑料管或不锈钢管设有若干根，相互之间在空间呈平行状态，若干根电解液收集器的PV塑料管或不锈钢管通过管道连接。
所述电解液前置泵的一端通过管道连接电解液收集器，电解液前置泵的另一端通过管道连接电解液离子交换滤塔的进水管。
所述电解液离子交换滤塔包括顶盖、进水管、布水管、离子交换滤料、离子交换滤料支撑架、进风口和出水管；电解液离子交换滤塔采用多层设置，最顶部设有顶盖，顶盖与塔体之间留有出风口；顶盖下面设有电解液离子交换滤塔的进水管，进水管的一端连接电解液前置泵，进水管的另一端连接布水管；布水管安置在最上面一层的离子交换滤料上部；离子交换滤料放置在离子交换滤料支撑架上，从上层到下层，离子交换滤料的粒径逐渐变小；离子交换滤料支撑架设计成倒梯形抽屉式，一方面加强通风，避免产生臭气，另一方面便于观察和更换离子交换滤料，当该层离子交换滤料堵塞严重，滤速很低时，需把该层离子交换滤料抽出更换；电解液离子交换滤塔的底部设有进风口和出水管。
电解液离子交换滤塔的出水管连通电解液储存罐。
所述电解液储存罐设有电解液添减装置。
所述电解液后置泵的一端通过管道连通电解液储存罐，电解液后置泵的另一端通过管道连通电解液渗滤器。
进一步的，所述的电解液为磷酸二氢钾溶液。
进一步的，所述的离子交换滤料根据重金属的种类不同采用不同的离子交换树脂。
采用上述的一种重金属污染土壤修复系统进行土壤修复的步骤如下：
①在污染的土壤中开挖若干平行的沟渠，沟渠的深度与土壤污染的深度相同，在沟渠的底部安置电解液收集器，在电解液收集器上部安置平置阴极。
②在污染的土壤地块上部安置若干平置阳极，平置阳极和平置阴极在空间呈平行状态。在平置阳极上部安置电解液渗滤器。
③在污染的土壤地块上部填充植物种植层，植物种植层选种对重金属具有超富集能力的植物。
④电解液渗滤器渗出电解液，土壤中的重金属离子，在电场力的作用下向平置阴极迁移，电解液在重力的作用下流向电解液收集器，对污染土壤产生淋滤作用，土壤中的重金属离子转移到电解液中。
⑤电解液收集器中的电解液在电解液前置泵的作用下通过电解液离子交换滤塔的进水管和电解液离子交换滤塔的布水管进入电解液离子交换滤塔，离子交换滤料与电解液发生离子交换反应，重金属离子被交换到离子交换滤料中，同时离子交换滤料对电解液进行过滤，电解液离子交换滤塔处理后的电解液进入电解液储存罐。
⑥电解液添减装置根据电解液液面的高低添加或排放电解液，电解液储存罐中的电解液在电解液后置泵的作用下进入电解液渗滤器，循环利用。
⑦离子交换滤料饱和后需进行更换、再生。
土壤中的重金属离子，一方面在电场力和淋滤的作用下发生迁移至电解液收集器中，另一方面被超富集植物吸收，从而从土壤中去除。本发明修复效果好，修复周期短，无二次污染，同时因地制宜，基建投资少，维护方便，能耗较低，对重金属污染土壤具有比较好的修复效果。
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的结构示意图；图2是本发明实施例的电解液离子交换滤塔的结构示意图；
图1、图2中：1.植物种植层，2.电源，3.平置阳极，4.平置阴极，5.电解液渗滤器，6.电解液收集器，7.电解液离子交换滤塔，7-1.顶盖，7-2.进水管，7-3.布水管，7-4.离子交换滤料，7-5.离子交换滤料支撑架，7-6.进风口，7-7.出水管。
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
如图1～2所示的本发明的一种重金属污染土壤修复系统包括植物种植层1、电源2、平置阳极3、平置阴极4和电解液循环装置。
所述的植物种植层1设置在待修复土壤地块的上表面，植物种植层由当地土壤和粪便按体积比1:1混合制成，植物种植层1的厚度为30cm，植物种植层选种的植物对重金属具有超富集能力。
所述电源2为直流电源，电源2的正极通过导线与平置阳极3相连，负极通过导线与平置阴极4相连。
所述平置阳极3采用石墨或金属材料制成，平置阳极3的形状为圆柱形或长方体形状；平置阳极3的尺寸根据待处理的土壤地块的大小和土壤污染的深度实验决定。平置阳极3工作时位于植物种植层的底部。平置阳极3设有若干根，相互之间在空间呈平行状态。
所述平置阴极4采用石墨或金属材料制成，平置阴极4的形状为圆柱形或长方体形状；平置阴极4的尺寸根据待处理的土壤地块的大小和土壤污染的深度实验决定。平置阴极4工作时埋入土壤的深度实验决定；平置阴极4工作时水平放置并与平置阳极在空间呈平行状态。平置阴极设有若干根，相互之间在空间呈平行状态。
所述电解液循环装置包括电解液渗滤器5、电解液收集器6、电解液前置泵、电解液离子交换滤塔7、电解液储存罐和电解液后置泵。
所述电解液渗滤器5采用PV塑料管或不锈钢管制成，直径为50mm，电解液渗滤器的PV塑料管或不锈钢管上设有若干开口朝下的渗滤口，电解液渗滤器的PV塑料管或不锈钢管平行设置或采用同心圆设置，相互之间通过管道连接。所述电解液渗滤器5设置在植物种植层中下部。
所述电解液收集器6采用PV塑料管或不锈钢管制成，直径为80mm，电解液收集器的PV塑料管或不锈钢管上设有若干开口朝向任意方向的收集口。电解液收集器的PV塑料管或不锈钢管设有若干根，相互之间在空间呈平行状态，若干根电解液收集器的PV塑料管或不锈钢管通过管道连接。
所述电解液前置泵的一端通过管道连接电解液收集器6，电解液前置泵的另一端通过管道连接电解液离子交换滤塔的进水管7-2。
所述电解液离子交换滤塔7包括顶盖7-1、进水管7-2、布水管7-3、离子交换滤料7-4、离子交换滤料支撑架7-5、进风口7-6和出水管7-7；电解液离子交换滤塔7采用多层设置，最顶部设有顶盖7-1，顶盖与塔体之间留有出风口；顶盖下面设有电解液离子交换滤塔的进水管7-2，进水管的一端连接电解液前置泵，进水管的另一端连接布水管7-3；布水管安置在最上面一层的离子交换滤料上部；离子交换滤料放置在离子交换滤料支撑架7-5上，从上层到下层，离子交换滤料的粒径逐渐变小；离子交换滤料支撑架设计成倒梯形抽屉式，便于观察和更换离子交换滤料7-4，当该层离子交换滤料堵塞严重，滤速很低时，需把该层离子交换滤料抽出更换；电解液离子交换滤塔的底部设有进风口7-6和出水管7-7。
电解液离子交换滤塔的出水管7-7连通电解液储存罐。
所述电解液储存罐设有电解液添减装置。
所述电解液后置泵的一端通过管道连通电解液储存罐，电解液后置泵的另一端通过管道连通电解液渗滤器5。
进一步的，所述的电解液为磷酸二氢钾溶液。
进一步的，所述的离子交换滤料根据重金属的种类不同采用不同的离子交换树脂。
采用上述的一种重金属污染土壤修复系统进行土壤修复的步骤如下：
①在污染的土壤中开挖若干平行的沟渠，沟渠的深度与土壤污染的深度相同，在沟渠的底部安置电解液收集器6，在电解液收集器6上部安置平置阴极4。
②在污染的土壤地块上部安置若干平置阳极3，平置阳极3和平置阴极4在空间呈平行状态。在平置阳极3上部安置电解液渗滤器5。
③在污染的土壤地块上部填充植物种植层1，植物种植层1选种对重金属具有超富集能力的植物。
④电解液渗滤器5渗出电解液，土壤中的重金属离子，在电场力的作用下向平置阴极4迁移，电解液在重力的作用下流向电解液收集器6，对污染土壤产生淋滤作用，土壤中的重金属离子转移到电解液中。
⑤电解液收集器6中的电解液在电解液前置泵的作用下通过电解液离子交换滤塔的进水管7-2和电解液离子交换滤塔的布水管7-3进入电解液离子交换滤塔7，离子交换滤料7-4与电解液发生离子交换反应，重金属离子被交换到离子交换滤料中，同时离子交换滤料7-4对电解液进行过滤，电解液离子交换滤塔处理后的电解液进入电解液储存罐。
⑥电解液添减装置根据电解液液面的高低添加或排放电解液，电解液储存罐中的电解液在电解液后置泵的作用下进入电解液渗滤器5，循环利用。
⑦离子交换滤料饱和后需进行更换、再生。
⑧土壤中的重金属离子被植物种植层1上种植的超富集植物吸收，从而从土壤中去除。
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 (2)
1.一种重金属污染土壤修复系统，其特征在于：包括植物种植层(1)、电源(2)、平置阳极(3)、平置阴极(4)和电解液循环装置；
所述的植物种植层(1)设置在待修复土壤地块的上表面，植物种植层由当地土壤和粪便按体积比1:1混合制成，植物种植层(1)的厚度为20～50cm，植物种植层选种的植物对重金属具有超富集能力；
所述电源(2)为直流电源，电源(2)的正极通过导线与平置阳极(3)相连，负极通过导线与平置阴极(4)相连；
所述平置阳极(3)采用石墨或金属材料制成，平置阳极(3)的形状为圆柱形或长方体形状；平置阳极(3)的尺寸根据待处理的土壤地块的大小和土壤污染的深度实验决定；平置阳极(3)工作时位于植物种植层的底部；平置阳极(3)设有若干根，相互之间在空间呈平行状态；
所述平置阴极(4)采用石墨或金属材料制成，平置阴极(4)的形状为圆柱形或长方体形状；平置阴极(4)的尺寸根据待处理的土壤地块的大小和土壤污染的深度实验决定；平置阴极(4)工作时埋入土壤的深度实验决定；平置阴极(4)工作时水平放置并与平置阳极在空间呈平行状态；平置阴极设有若干根，相互之间在空间呈平行状态；
所述电解液循环装置包括电解液渗滤器(5)、电解液收集器(6)、电解液前置泵、电解液离子交换滤塔(7)、电解液储存罐和电解液后置泵；
所述电解液渗滤器(5)采用PV塑料管或不锈钢管制成，直径为20～50mm，电解液渗滤器的PV塑料管或不锈钢管上设有若干开口朝下的渗滤口，电解液渗滤器的PV塑料管或不锈钢管平行设置或采用同心圆设置，相互之间通过管道连接；所述电解液渗滤器(5)设置在植物种植层中下部；
所述电解液收集器(6)采用PV塑料管或不锈钢管制成，直径为50～100mm，电解液收集器的PV塑料管或不锈钢管上设有若干开口朝向任意方向的收集口；电解液收集器的PV塑料管或不锈钢管设有若干根，相互之间在空间呈平行状态，若干根电解液收集器的PV塑料管或不锈钢管通过管道连接；
所述电解液前置泵的一端通过管道连接电解液收集器(6)，电解液前置泵的另一端通过管道连接电解液离子交换滤塔的进水管(7-2)；
所述电解液离子交换滤塔(7)包括顶盖(7-1)、进水管(7-2)、布水管(7-3)、离子交换滤料(7-4)、离子交换滤料支撑架(7-5)、进风口(7-6)和出水管(7-7)；电解液离子交换滤塔(7)采用多层设置，最顶部设有顶盖(7-1)，顶盖与塔体之间留有出风口；顶盖下面设有电解液离子交换滤塔的进水管(7-2)，进水管的一端连接电解液前置泵，进水管的另一端连接布水管(7-3)；布水管安置在最上面一层的离子交换滤料上部；离子交换滤料放置在离子交换滤料支撑架(7-5)上，从上层到下层，离子交换滤料的粒径逐渐变小；离子交换滤料支撑架设计成倒梯形抽屉式，便于观察和更换离子交换滤料(7-4)，当该层离子交换滤料堵塞严重，滤速很低时，需把该层离子交换滤料抽出更换；电解液离子交换滤塔的底部设有进风口(7-6)和出水管(7-7)；
电解液离子交换滤塔的出水管(7-7)连通电解液储存罐；
所述电解液储存罐设有电解液添减装置；
所述电解液后置泵的一端通过管道连通电解液储存罐，电解液后置泵的另一端通过管道连通电解液渗滤器(5)；
进一步的，所述的电解液为磷酸二氢钾溶液；
进一步的，所述的离子交换滤料根据重金属的种类采用不同的离子交换树脂。
2.根据权利要求1所述的一种重金属污染土壤修复系统，其特征在于：采用上述一种重金属污染土壤修复系统进行土壤修复的步骤如下：
①在污染的土壤中开挖若干平行的沟渠，沟渠的深度与土壤污染的深度相同，在沟渠的底部安置电解液收集器(6)，在电解液收集器(6)上部安置平置阴极(4)；
②在污染的土壤地块上部安置若干平置阳极(3)，平置阳极(3)和平置阴极(4)在空间呈平行状态；在平置阳极(3)上部安置电解液渗滤器(5)；
③填充植物种植层(1)，植物种植层(1)选种对重金属具有超富集能力的植物；
④电解液渗滤器(5)渗出电解液，土壤中的重金属离子，在电场力的作用下向平置阴极(4)迁移，电解液在重力的作用下流向电解液收集器(6)，对污染土壤产生淋滤作用，土壤中的重金属离子转移到电解液中；
⑤电解液收集器(6)中的电解液在电解液前置泵的作用下通过电解液离子交换滤塔的进水管(7-2)和电解液离子交换滤塔的布水管(7-3)进入电解液离子交换滤塔(7)，离子交换滤料(7-4)与电解液发生交换反应，重金属离子被交换到离子交换滤料中，同时离子交换滤料(7-4)对电解液进行过滤，电解液离子交换滤塔处理后的电解液进入电解液储存罐；
⑥电解液添减装置根据电解液液面的高低添加或排放电解液，电解液储存罐中的电解液在电解液后置泵的作用下进入电解液渗滤器(5)，循环利用；
⑦离子交换滤料饱和后需进行更换、再生；
⑧土壤中的重金属离子被植物种植层(1)种植的超富集植物吸收，从而从土壤中去除。
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