CN107597836A - 一种电动力学处理石油污染土壤的实验方法及实验装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动力学处理石油污染土壤的实验方法与实验装置。该方法采用发散式非匀强电场与中心汇集式电渗析作用处理石油污染土壤以此实现电场与电渗析的强度随土壤污染物浓度的增大而增强；在处理过程中，工作液采取循环使用及PH实时调控的方式以达到降低成本增大效果的目的。该实验装置采取阴极工作液室包围土壤室，土壤室包围阳极工作液室，且三部分同轴分布的方式；装置增加了PH控制系统，通过PH传感器对PH的实时监测来调控阴、阳极工作液室中工作液的PH并实现了工作液的循环利用。

Description

一种电动力学处理石油污染土壤的实验方法及实验装置
技术领域
本发明涉及一种电动力学处理石油污染土壤的方法，特别是涉及一种可充分利用电渗析作用处理石油污染土壤的方法，以及一种实验装置。
背景技术
土壤环境污染问题越来越受到人们的关注，土壤污染治理已成为一个世界性难题。石油污染土壤可以改变土壤的理化性质、破坏土壤的营养结构及微生态环境，而且被植物吸收后进入食物链，逐渐在人体内积累，会使人体致畸、致癌、致突变。不仅如此，石油成分复杂且多数组分是非极性分子，一旦对生态环境产生极大破坏，恢复期就需要几年甚至几十年。因此，开展快速有效的石油污染土壤修复实验具有重要意义。
电动力学处理石油污染土壤作为一种物理去污方法，与其他方法(清洗法和生物处理法等) 相比不破坏原有自然环境，可操作性强，在环境污染日益严重的今天有较强的实用价值。针对不同石油污染土壤的特点，为了寻找电动力学方法处理的最佳参数，以达到降低成本、降低能耗和提高处理效率的目的，一般需要先开展室内实验研究。但是，现有的电动力学处理石油污染土壤的实验方法与实验装置存在以下缺陷：①现有的方法的处理电场为匀强电场，电渗析流从阴极到阳极均匀的流过污染土壤，处理的动力并不能随污染物的富集而加强；②在处理的过程中工作液的PH随着实验的进行一直在改变，表现为阴极工作液室(5)工作液 PH逐渐升高，阳极工作液室(9)工作液PH逐渐降低，而工作液的PH改变会降低处理效果。因此，现有的实验方法与实验装置并不能在实验过程中实现对污染土壤持续高效的处理。
由于上述问题的存在，需要新的实验方法和实验装置来解决现有实验中存在的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种处理石油污染土壤的实验方法及装置，通过该方法和相应的装置实现对石油污染土壤高效、省时、低成本的修复。
本发明提供了一套电动力学处理石油污染土壤的实验装置，该装置是为了实现本发明的实验方法。该实验装置整体为一个圆柱体，分为A、B两部分，A、B两部分可拆卸。A部分由阴极工作液室(5)、土壤室(12)、阳极工作液室(9)、电极棒(2、13)、PH传感器(6、 14)、PH控制装置(1)六部分组成；B部分由污染物分离室(7)、工作液循环室(8)、工作液循环泵(15、16)组成。
在A部分中，阴极工作液室(5)包围土壤室(12)，土壤室(12)包围阳极工作液室(9)，三室(5、13、10)同轴分布。阴极工作液室(5)与土壤室(12)、阳极工作液室(9)与土壤室(12)之间的隔板均为带网状孔隔板。土壤室(12)中装被处理的石油污染土壤，阴、阳极工作液室(5、9)装工作液。阴、阳极工作液室(5、9)放置有电极棒(2、13)，阴、阳极工作液室(5、9)中的电极棒(2、13)浸入在工作液中；阴极工作液室(5)中紧密排布有多个电极棒(2)，关于圆柱形装置的对称轴成中心对称分布；阳极工作液室(9)中有一个电极棒 (13)，该电极棒(13)放置在圆柱体装置的中心轴处。阴、阳极工作液室(5、9)各有一溢流口(3、11)，且二者等高；阴、阳极工作液室(5、9)与工作液循环泵(16、15)相连；阴、阳极工作液室(5、9)中各有一PH传感器(14、6)，PH传感器(6、14)与PH控制装置(1) 相连。
在B部分中，污染物分离室(7)位于B部分最上方，污染物分离室(7)通过导管(11)与阳极工作液室(9)相连，阳极工作液室(9)中的工作液经导管(11)携带污染物流入污染物分离室(7)，在污染物分离室(7)实现工作液与污染物的分离。污染物分离室(7)下方为工作液循环室(8)，工作液循环室(8)通过导管(4)与阴极工作液室(5)相连，阴极工作液室(5)中的工作液经导管(4)流入工作液循环室(8)，污染物分离室(7)与阴极工作液室(5)流入的工作液在工作液循环室(8)中和。工作液循环泵(15、16)与工作液循环室 (8)相连，中和后的工作液经工作液循环泵(16、15)输送到阴、阳极工作液室(5、9)。
本发明提供了一套电动力学处理石油污染土壤的实验方法，其步骤为
①首先将污染土壤与工作液充分混合，放入实验装置内压实。
②压实污染土壤后，在工作液室中装入工作液，然后对污染土壤进行电动力学的处理。
③处理过程中，每隔一定时间记录处理时的电流电压，取处理前后的土壤对污染土壤，测定其含油率含水率，处理一定时间后，则完成污染土壤的电动力学处理。
其处理方法做了如下改进：
1、发散式非匀强电场与中心汇集式电渗析
改变现有方法中利用匀强电场处理污染土壤的方式，采用发散式非匀强电场；改变现有方法中电渗析均匀流过污染土壤的方式，采用电渗析由外侧向中心汇集的方式来处理污染土壤。其具体操作方式为将阴极工作液包围污染土壤，污染土壤包围阳极工作液，且三部分同轴分布。使得阴极工作液室(5)、土壤室(12)、阳极工作液室(9)处在发散式非匀强电场中，污染土壤中的电渗析为中心汇集式电渗析；污染物随电渗析的方向从阴极向阳极移动，在土壤靠近阳极的方向富集。电场与电渗析强度从阴极到阳极逐渐增大，该方法可以使电场与电渗析的强度随土壤污染物浓度的增大而增强。
2、工作液循环使用及PH实时调控
全新设计了实验装置的工作液循环系统实现工作液的循环利用与工作液PH值的实时调节，其实现方式为工作液循环泵(16、15)将工作液循环室(8)中的工作液输送到进阴、阳极工作液室(5、9)中，工作液又经溢流口(3、11)流出，最后流回工作液循环室(8)。循环过程中，阴、阳极工作液室(5、9)中的PH传感器(14、6)实时检测工作液的PH值，并将该值反馈给PH控制装置(1)，该装置根据PH值的反馈来控制工作液循环泵(16、15) 输送给阴、阳极工作液室(5、9)中的工作液流量。若PH控制装置(1)检测到工作液的PH 值显碱性或显酸性，则增大工作液循环泵(15、16)输送工作液的速率，以此来调节阴、阳极工作液室(5、9)中工作液的PH值。阳极工作液室(9)中的工作液从溢流口(3)流出，经导管(4)流入污染物分离室(7)，实现工作液与污染物的分离，分离后的工作液流入工作液循环室(8)中；阴极工作液室(5)中的工作液通过溢流口(10)经导管(11)流入工作液循环室(8)，工作液在工作液循环室(8)里实现中和。
本发明提供的一种电动力学处理石油污染土壤的实验方法与实验装置的有益效果是：处理时电场与电渗析的强度随土壤污染物浓度的增大而增强，增强了土壤污染处理效果；增加了PH控制系统，既保持了阴、阳极工作液室中的工作液PH实时相等，又使工作液循环使用，既保证了处理过程的持续高效，又降低处理成本。装置结构简单，可靠性较好，可全天候长时间工作，对长周期性的处理研究类实验有很好的帮助作用。
附图说明
图1是本发明专利一种电动力学处理石油污染土壤的实验装置的结构示意图。(见图1)
图2是本发明专利一种电动力学处理石油污染土壤的实验装置的电极棒分布示意图。(见图2)
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
待处理的含油土壤与适量工作液混合均匀，得到具有一定含水率的石油污染土壤，将石油污染土壤装入土壤室(12)，用200N的压力将土壤均匀压实，保证待处理的土壤上部与阴、阳极工作液室中工作液液面基本对齐。向阴、阳极工作液室(5、9)中注入工作液，使工作液通过溢流口(3、10)流出，经导管(11、4)流入工作液循环室(8)和污染物分离室(7)，打开工作液循环泵(15、16)。阴、阳极工作液室(5、9)内的电极棒(2、13)接入36V直流电，开始进行石油污染土壤的电动力学的处理。在处理过程中，通过PH传感器(6、14) 检测工作液的PH值，并将其反馈给PH控制装置(1)，该装置通过PH值的反馈控制工作液循环泵(16、15)输送到阴、阳极工作液室(5、9)中工作液的流量。阴、阳极工作液室中的工作液漫过溢流口(3、11)，阳极工作液室(9)中的工作液携带污染物经导管(11)进入污染物分离室(7)，在污染物分离室(7)完成工作液与污染物的分离，分离后的工作液流入工作液循环室(8)；阴极工作液室(5)中的工作液经导管(4)流入工作液循环室(8)，工作液在工作液循环室(8)进行中和。中和后的工作液经工作液循环泵(16、15)的输送再次进入阴、阳极工作液室(5、9)。工作液在工作液循环室(8)中流出，最后流入工作液循环室(8) 的过程，既实现了工作液的循环利用，又调节了工作液的PH。污染土壤经过此过程处理一定时间后，则完成对污染土壤的处理，处理过程中定时记录处理的电流、电压，取处理前后的土样，需测定其含水率，含油率，然后完成本次实验。

Claims (4)

1.一种电动力学处理石油污染土壤的实验装置，其特征在于，整个实验装置呈圆柱体，包括A、B两部分；A部分包括阴极工作液室(5)、土壤室(12)、阳极工作液室(9)、电极棒(2、13)、PH传感器(6、14)、PH控制装置(1)；B部分包括污染物分离室(7)、工作液循环室(8)、工作液循环泵(15、16)；
阴极工作液室(5)包围土壤室(12)，土壤室(12)包围阳极工作液室(9)，三室(5、13、10)同轴分布；阴、阳极工作液室(5、9)放置有电极棒(2、13)，阴、阳极工作液室(5、9)上部各有一溢流口(3，10)；阴、阳极工作液室(5、9)下部各有一个PH传感器(14、6)，PH传感器(6、14)与PH控制装置(1)相连；
污染物分离室(7)位于阴、阳极工作液室(5、9)下方，污染物分离室(7)通过导管(11)与阳极工作液室(9)相连；污染物分离室(7)下方为工作液循环室(8)，工作液循环室(8)通过导管(4)与阴极工作液室(5)相连；工作液循环泵(16、15)连接工作液循环室(8)与阴、阳极工作液室(5、9)。
2.根据权利要求1所述的一种电动力学处理石油污染土壤的实验装置，所述的阴、阳极工作液室(5、9)放置的电极棒(2、13)，其特征在于阴极工作液室(5)中紧密排布有多个电极棒(2)，且以圆柱形装置的对称轴为中心对称分布；
阳极工作液室(9)中有一个电极棒(13)，该电极棒(13)放置在圆柱体装置的中心轴处。
3.一种电动力学处理石油污染土壤的实验方法，其特征在于用以处理石油污染土壤，其步骤包括：
①将待处理的污染土壤与适量工作液均匀混合，得到具有一定含水率的污染土壤，将混合后的污染土壤装入土壤室(12)，并取样，测定其含水率，含油率，并用一定的压力均匀压实；
②向阴、阳极工作液室(5、9)注入工作液，工作液漫过溢流口(3、10)流出，最后流入工作液循环室(8)，然后打开工作液循环泵(15、16)；
③给阴、阳极工作液室(5、9)内的电极棒(2、13)通直流电，对污染土壤进行电动力学处理，土壤处理过程中，阴极工作液包围污染土壤，污染土壤包围阳极工作液，使得阴极工作液室(5)、土壤室(12)、阳极工作液室(9)处在发散式非匀强电场中，污染土壤中的电渗析为中心汇集式电渗析；
④处理过程中，PH传感器(6、14)检测工作液的PH，并将PH值反馈给PH控制装置(1)，PH控制装置(1)根据反馈来的PH值控制工作液循环泵(16、15)输送到阴、阳极工作液室(5、9)工作液的流量；
⑤输送到阳极工作液室(9)的工作液漫过溢流口(10)，并携带污染物进入污染物分离室(7)，在污染物分离室(7)内完成工作液与污染物的分离，分离后的工作液流入工作液循环室(8)；
⑥输送到阴极工作液室(5)的工作液漫过溢流口(3)，工作液流入工作液循环室(8)；
⑦二室(5、7)流入工作液循环室(8)内的工作液在工作液循环室(8)进行中和；中和后的工作液经工作液循环泵(16、15)再次输送进入阴、阳极工作液室(5、9)，进行工作液循环处理；
⑧处理过程中定时记录电流、电压的数值，电动力学处理完毕后，取处理后的土壤，测定其含水率，含油率。
4.根据权利要求3所述的一种电动力学处理石油污染土壤的实验方法，所述的工作液流入工作液循环室(8)的过程，其特征在于流入的工作液体积不应超过工作液循环室(8)容积的2/3。
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