CN109719122A

CN109719122A - 一种带吸附剂的去除土壤（水体）中重金属离子的处理方法及装置

Info

Publication number: CN109719122A
Application number: CN201910045881.1A
Authority: CN
Inventors: 张雄飞; 张琳雅; 陈旭强; 陈晶; 徐君健; 刘佳美
Original assignee: Changsha University of Science and Technology
Current assignee: Changsha University of Science and Technology
Priority date: 2019-01-17
Filing date: 2019-01-17
Publication date: 2019-05-07

Abstract

本发明公开了一种带吸附剂的去除土壤（水体）中重金属离子的处理方法及装置，本发明提供的装置包括四个部分：直流稳压电源、电极阳极、电极阴极和吸附材料。电极阳极材料使用DSA阳极，电极阴极根据不同土壤（或水体）使用镉电极、石墨电极、锌电极、黄铜电极和铅电极之一种，吸附剂选择沸石、活性炭和壳聚糖之一种或两种。在电场作用下，重金属离子（包括重金属酸根离子）向阴极（或阳极）移动，可在阴极（或阳极）被还原为低价金属离子或金属单质或被阴阳两极的吸附剂吸附而富集起来。本发明可有效去除土壤（水体）中重金属离子。

Description

一种带吸附剂的去除土壤（水体）中重金属离子的处理方法及装置

技术领域

本发明涉及土壤和水体的污染控制领域，尤其涉及土壤及水体中重金属离子的去除方法及装置。

背景技术

我国土壤重金属污染形势严峻，据报道，目前我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近2000万hm²，约占耕地总面积的1/5，全国每年因重金属污染而减产粮食 1000多万吨。中国地质调查局的一项调查显示，我国占国土面积 13% 的土壤存在污染，污染状况不容忽视。重金属污染类型以无机型为主，其中镉、砷、汞、铅、铜、铬、锌、镍等排在无机污染物点位超标率前几位，镉污染最为严重。

重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程,许多有机化学物质的污染也需要较长时间才能降解,被某些重金属污染的土壤甚至可能要100年～200年时间才能够恢复。土壤污染一旦发生,仅仅依靠切断污染源的方法和土壤自净能力则往往很难恢复,有时要靠换土、淋洗土壤等方法才能解决问题,其他治理技术可能见效较慢。因此,治理污染土壤通常成本较高、治理周期较长。

土壤修复技术的研究发展相对比较落后。目前应用的主要有3种修复技术：物理修复、化学修复和生物修复。

物理修复是通过物理方法将土壤中的重金属去除或分离的技术，包括客土、换土、深耕翻土法，蒸气浸提取法，固化／稳定技术等等。优点是效率高、见效快、修复彻底；但局限性是操作复杂，工程量较大，成本昂贵，易造成土体结构的破坏，影响土壤肥力。英、美、荷兰等国曾采用客土、换土和深耕翻土法处理重金属污染土壤，虽有一定效果但治标不治本，且具有二次污染风险，不适合大规模使用。

化学修复是指向污染土壤中加入化学试剂来改变重金属在土壤中的存在形态，通过对重金属污染物分离、吸附、转化、降解等作用降低重金属生物有效性的技术。其中包括化学氧化／还原技术、溶剂浸提技术、化学淋洗技术、施入改良剂或抑制剂等。优点是原位修复，简单易操作；缺点是仅改变土壤中重金属的存在形态，可能会被再次活化，不能永久性修复。

生物修复是指利用动、植物和微生物作为修复主体吸附、降解、固定、转化土壤中重金属物质，对土壤进行治理的技术。其中，植物修复技术应用较为广，主要包括植物提取、植物挥发、植物稳定、根际圈生物降解和根系过滤。优点是原位修复，操作简单，适用性广，成本低，不会造成二次污染，符合生态发展规律。此外，还能与城市美化设计相结合，具有环境美学性。其局限性在于植物根系一般生长在土壤表层，对深层土壤污染的修复能力较差，且大多数超积累植物主要积累某种重金属，在复合污染的土壤中修复效果不佳。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的之一在于提供一种带吸附剂的去除土壤（水体）重金属离子的电解装置，该装置不但可以通过电解还原重金属离子，还可以通过选择恰当的吸附材料将重金属离子吸附。本发明提供的装置包括四个部分：直流稳压电源、电极阳极、电极阴极和吸附材料。

电极阳极材料使用DSA阳极，电极阴极根据不同土壤（或水体）使用镉电极、石墨电极、锌电极、黄铜电极和铅电极之一种。

吸附剂选择沸石、活性炭和壳聚糖之一种或两种。

所述活性炭，其来源可选用联盛水处理材料——枣壳活性炭，其堆积密度为0.4-0.45g/cm³。

所述壳聚糖，其来源可选用广州市耶尚贸易有限公司——壳聚糖，其堆积密度≤0.3g/cm³。

所述沸石，其来源可选用北京国投盛世科技股份有限公司——沸石，其密度为1.8g/cm³。

本发明的目的之一在于提供一种带吸附剂的去除土壤（水体）中重金属离子的处理方法，尤其针对土壤处理。

所述的处理方法在对装置接通电源后，重金属离子会根据其在样品中的不同存在形态分别向阴阳两极移动，并在阴极和阳极发生电极反应，同时吸附剂也可对重金属离子进行吸附，最终达到去除土壤（水体）中重金属离子的目的。

所述的电解方法，电解参数为：阳极采用DSA和阴极选择镉电极、石墨电极、锌电极、黄铜电极和铅电极之一种，槽电压控制在0.1V-5V之间，两电极间距为0.5m-1.5m，所处理土壤相对湿度为70%-90%。

有益效果：

本发明提供了一种带吸附剂的去除土壤（水体）重金属离子的电解装置，它与传统的电解装置有以下几点优势：

1.该装置在电解过程中不仅可以对金属离子有一定的吸附作用，还可以对金属离子电解后的产物有吸附富集作用，对产物的后处理给予了很大的便利;

2.在电解过程中，除了金属离子会在阴极或阳极放电导致浓差现象使金属离子不断向阴极或阳极扩散以外，吸附剂对金属离子的吸附作用也加强了这一扩散作用，提高了重金属离子的处理效率，比传统电解装置处理效果更好，也更节能环保;

3.吸附剂易得，且对吸附剂进行解析处理，可以重复利用，节约成本;

4.选择镀层的DSA电极作为电解装置的阳极，选择其的理由在于：DSA电级具有很高的稳定性和耐蚀性，可以抑制氢氧根离子放电生成氧气，防止土壤酸化，可用于各种介质且易于维护和管理；选择镉电极、石墨电极、锌电极、黄铜电极和铅电极之一种作为电解装置的阴极，氢离子在上的过电位较大，可以在一定程度内抑制析氢反应，可防止土壤碱化。

附图说明

图1为本发明的装置示意图

图2为本发明的使用及处理示意图。

具体实施方式

1.把电解装置置于一定湿度的受污染土壤（水体）中，阳极使用DSA阳极，阴极使用镉电极、石墨电极、锌电极、黄铜电极和铅电极之一种，吸附剂选择沸石、活性炭和壳聚糖之一种或两种。通过直流稳压稳流电源给装置供电进行电解处理；2.设定电解参数为：槽电压控制在0.1V-5V之间，两电极间距为0.5m-1.5m，相对湿度为70%-90%（仅在处理土壤时考虑）。电解处理1h-5h后检测土壤（水体）的重金属离子的剩余含量。

以下结合具体实施例来进一步说明本发明。

实例1

处理0.15m³的污染土壤，其中镉含量为24.5mg/kg。将污染土壤置于电解槽中，调节土壤相对湿度为80%;

用双层金属丝网包裹尺寸为0.5m*0.3m*0.1m的活性炭吸附剂和DSA阳极固定于电解槽一侧，再用双层铁丝网包裹尺寸为0.5m*0.3m*0.1m的活性炭吸附剂和石墨阴极电极固定于电解槽另一侧，两电极相距1m。将直流稳压电源正负极分别通过导线连接DSA阳极和石墨阴极电极，调节槽电压为2V，电解4.5h;

电解4.5h后停止通电，取土壤样品检测土壤中剩余的镉含量。

实例2

处理0.15m³的污染土壤，其中铬含量为706.74mg/kg。将污染土壤置于电解槽中调节土壤相对湿度为50%；

用双层金属丝网包裹0.5m*0.3m*0.1m的沸石吸附剂和DSA阳极固定于电解槽一侧，再用双层铁丝网包裹0.5m*0.3m*0.1m的活性炭吸附剂和镉阴极电极固定于电解槽另一侧，两电极相距1m。将直流稳压电源正负极分别通过导线连接DSA阳极和镉阴极电极，调节槽电压为2V，电解2h；

电解2h后停止通电，取土壤样品检测土壤中剩余的铬含量。

实例3

处理0.15m³的污染土壤，其中铅含量为1527.8mg/kg。将污染土壤置于电解槽中，调节土壤相对湿度为50%；

用双层金属丝网包裹0.5m*0.3m*0.1m的沸石吸附剂和DSA阳极固定于电解槽一侧，再用双层铁丝网包裹0.5m*0.3m*0.1m的壳聚糖吸附剂和锌阴极电极固定于电解槽另一侧，两电极相距1m。将直流稳压电源正负极分别通过导线连接DSA阳极和锌阴极电极，调节槽电压为2V，电解3.5h；

电解3.5h后停止通电，取土壤样品检测土壤中剩余的铅含量。

实例4

处理0.15m³的污染水体，其中镉含量为10mg/L。将污染水体置于电解槽中；

用双层金属丝网包裹0.5m*0.3m*0.1m的沸石吸附剂和DSA阳极固定于电解槽一侧，再用双层铁丝网包裹0.5m*0.3m*0.1m的活性炭吸附剂和镉阴极电极固定于电解槽另一侧，两电极相距1m。将直流稳压电源正负极分别通过导线连接DSA阳极和镉阴极电极，调节槽电压为2V，电解3.5h；

电解5h后停止通电，取水体样品检测水体中剩余的镉含量。

根据实例1-4，其中实例1-3的处理对象均为污染土壤，实例4的处理对象为污染水体,处理效果如下：

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施方案，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims

1.一种带吸附剂的去除土壤（水体）重金属离子的电解方法。其特征在于，在接通电源后，重金属离子会根据其在样品中的不同存在形态分别向阴阳两极移动，并在阴极和阳极发生电极反应，同时吸附剂也可对重金属离子进行吸附，最终达到去除土壤（水体）中重金属离子的目的。

2.根据权利要求1所述的所述的电解方法，电解参数为：槽电压控制在0.1V-5V之间，两电极间距为0.5m-1.5m，相对湿度为70%-90%（仅在处理土壤时考虑）。

3.一种带吸附剂的去除土壤（水体）重金属离子的电解装置，其特征在于，该装置包括了直流稳压电源、阴极电极、阳极电极和吸附材料。

4.根据权利要求3所述的电极材料，选择镀层的DSA电极作为电解装置的阳极，选择镉电极、石墨电极、锌电极、黄铜电极和铅电极之一种作为电解装置的阴极。

5.根据权利要求3所述的吸附材料，其特征在于，吸附材料为活性炭、壳聚糖、沸石之一种或两种。

6.根据权利要求5所述的活性炭吸附材料，其特征在于，尺寸为0.5m*0.3m*0.1m，由联盛水处理材料公司生产的活性炭加工而成。活性炭相关性能如下：

7.根据权利要求5所述的壳聚糖吸附材料，其特征在于，尺寸为0.5m*0.3m*0.1m，由广州市耶尚贸易有限公司生产的壳聚糖加工而成。壳聚糖的相关性能如下：

8.根据权利要求5所述的沸石吸附材料，其特征在于，尺寸为0.5m*0.3m*0.1m，由北京国投盛世科技股份有限公司生产的沸石加工而成，其相关性能如下：