CN110856858A - 一种含高浓度污染物的污染土的原位除污方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种含高浓度污染物的污染土的原位除污方法，属于属于固体废弃物治理领域。既可导电又可通液的可更换电极，由管壁带多孔的辅助管和由导电材料线材与外包材料构成的内置电极所组成；将电极按设计的间隔和深度平行地植入污染土中；在垂直于电极的平面内，任意一支电极所接直流电源的极性与围绕其的电极中至少一支电极所接直流电源的极性相反；向电极施加直流电，通过电极注入适当的液体；当内置电极的任一构成材料达到其使用寿命，将内置电极从辅助管中取出，更换新的内置电极；如此重复操作，直至达到污染物清除的目标值。本发明除污能力大幅度提高，对污染土的渗透性不敏感，可对多种污染物进行有效清除。

Description

一种含高浓度污染物的污染土的原位除污方法

技术领域

本发明涉及一种含高浓度污染物的污染土的原位除污方法，特别是涉及一种用直流电清除污染土中污染物的方法，属于固体废弃物治理领域。

背景技术

大量高污染物含量的细颗粒污染土（例如：经固化/稳定化初步处理的固体废弃物、危险废弃物等）采用运抵填埋场堆存的处置方法。这是一种不可持续处理方法，该法占用土地，且仍存在污染环境的潜在威胁。因此，对填埋场堆存的污染土进行除污处理，使之无害化，进而可以作为绿地用土或工程用土，是使填埋场污染土减量化、资源化的有益工作。

填埋场的污染土，由于其来源各异，造成与其它污染土有三方面不同。一方面，其污染物成分复杂，另一方面，渗透系数不均匀，因此需要能够清除多种污染物且清除能力对污染土的渗透性不敏感的处理技术；此外其污染物含量高。

在潮湿的细颗粒散体中植入电极并施以适当的直流电场，则将产生以下几种作用：1）细颗粒散体中的带电粒子会向与其电性相反的电极迁移，从而可将带电的污染物（如：重金属）清除；2）细颗粒散体中的水会向电极迁移，水的流动会带着微小的中性粒子向电极迁移，从而可将一些无极性的微粒（如：油污等）从污染土中清除；3）在电极处发生水的电解，产生氢离子和氢氧根离子；通过适当的方法可以调控细颗粒散体中的化学反应环境，使原来吸附于细颗粒散体的污染物解吸，或使原来不溶的污染物转变为可溶物质，从而可在上述两种作用下被清除出去。利用这一原理的原位除污技术其除污能力对污染土的渗透性不敏感，并且对多种类型的污染物都可以有效清除。

在不同的情况下，所述电极可有不同的构造，以发挥不同的除污作用。例如：可由导电材料线材（如杆、索、条带、管等）外包离子交换膜构成，利用离子交换膜限制某些离子趋近导电材料线材或自导电材料线材向外扩散，以控制电场中电化学反应环境；可由导电材料线材外包活性反应材料层构成，利用活性反应材料与聚集在电极附近的污染物进行反应，以使污染物无害化；可由导电材料线材外包吸附材料层构成，利用吸附材料将向电极附近聚集的污染物吸附固定。由于电极中的这些外包材料与污染物的反应能力或吸纳容量是有限的，对于污染物浓度高的场合（例如固体废弃物填埋场堆存的污染土）采用该技术常常不能充分的清除污染物、不能获得满意的污染物清除效果。此外，电极中的导电材料线材与环境反应会发生电化学腐蚀，这要求电极有较高的化学稳定性，否则经一段时间后电极中的导电线材会因腐蚀而失去作用。但高稳定性的导电材料通常比较昂贵，而一般的导电材料使用寿命常常不能满足使用要求，这也限制了该法的大面积应用。另一方面，将价格昂贵的高稳定性导电材料埋在地下只使用一次，也有些浪费；如果可以将其回收、重复利用，将有利于减低工程造价。

发明内容

本发明提出了一种含高浓度污染物的污染土的原位除污方法，包括如下步骤：1）准备可更换的电极，该电极由管壁带多孔的辅助管和内置的细长的电极本身构成，内置电极可以是导电材料线材（如杆、索、条带、管等）,或是由导电材料线材外包离子交换膜、活性反应材料、化学吸附材料、缓释药剂材料等其它材料的一种或多种构成；其中导电材料线材可以是实心的；也可以是空心管状的；该导电材料线材管可以是直通型的，也可以是U型的；该可更换电极既可以导电也可以通液。2）按设计给定的间隔和深度将电极平行的植入污染土中；在垂直于电极的平面内，任意一支电极所接直流电源的极性与围绕其的电极中至少一支电极所接直流电源的极性相反；通过对电极施加适当的直流电，在污染土中产生电场；必要时也可以通过电极注入适当的液体以调控污染土中的化学环境。3）在电场作用下，污染土中所含污染物向电极迁移，或被液体经电极的导水管路带出，或被电极中导电材料线材外包的材料所固定；当内置电极的任一构成材料失效（例如：外包活性反应材料或化学吸附材料所固定的污染物达到或接近其容量限值时，或离子交换膜或缓释药剂材料失效，或电极腐蚀失效），将内置电极从辅助管中取出，并将新的内置电极放入辅助管中；如此重复操作，直至达到污染物清除的目标值，从而实现污染土中高含量污染物的清除。

所述可更换的电极是由管壁带多孔的辅助管和内置电极本身构成，内置电极包括以下几种构型：

1、导电材料线材（杆、索、扁带、筋、管等）；

2、在导电材料线材（杆、索、扁带、筋、管等）外套离子交换膜；

3、在导电材料线材（杆、索、扁带、筋、管等）外套化学吸附材料层；

4、将1或2或3构型的电极装于细长袋内；

5、在导电材料线材（杆、索、扁带、筋、管等）外套活性反应材料，并装于细长袋内；

6、在导电材料线材（杆、索、扁带、筋、管等）外套缓释药剂材料层，并装于细长袋内；（缓释药剂材料可以替代连续微量供液调节反应环境）

7、在导电材料线材（杆、索、扁带、筋、管等）外套离子交换膜和化学吸附材料层，并装于细长袋内；

8、在导电材料线材（杆、索、扁带、筋、管等）外套离子交换膜和活性反应材料层，并装于细长袋内；

其中：

导电材料线材可以是实心的；也可以是空心管状的；导电材料管可以是管壁按设计的间隔和孔径带有可透水的小孔，小孔的几何形状不限，孔的直径或短边尺寸为0.1~20mm，小孔的总面积占管壁表面积的比例为5%~85%；管的横截面形式不限。该导电材料管可以是直通型的，也可以是U型的；例如，当只需要通过导电材料管向污染土中注入液体而不需要导出液体时，或只需要导出液体而不需要注入液体时可以选用直通型导电材料管；当需要通过导电材料管向污染土中注入液体并导出液体时，可以选用U型导电材料管。此外可以采用在直通型导电材料管末端加装回路水管共同构成U型，目的是导电材料可以深入到拟清除污染物的深度，以保证在该深度提供电场，而U型管保证其中液体的输入和流出。当导电材料线材是实心时，可以利用辅助管作为导液通道；也可以在辅助管末端加装回路水管共同构成U型。

导电材料为公知的各种导电材料，包括但不限于：碳纤维、各种耐腐蚀的金属材料、石墨、导电聚合物，由碳纤维、各种金属材料、石墨等的一种或多种与聚合物复合构成的导电体。

离子交换膜包括公知的阴离子型或阳离子型或两性离子型的离子交换膜；分别用于连接直流电源正极的电极（阳极）和连接直流电源负极的电极（阴极）。离子交换膜类型选择，根据污染土性质、污染物种类由设计确定。

活性反应材料为公知的活性反应材料，包括但不限于：磷灰石粉、磷矿石粉、矿渣粉、沸石粉、铁粉、橡胶粉、炭黑、凹凸棒土、活性炭等。

化学吸附材料为公知的化学吸附材料，包括高分子吸附材料、生物吸附剂、壳聚糖等。

缓释药剂材料为公知的缓释材料，用于缓慢释放化学药剂以调整电场中的电化学反应环境，包括缓慢释放碱性物质的材料（例如氢氧化钙缓释颗粒）和缓慢释放酸性物质的材料。

辅助管为公知的各种不导电管材，包括但不限于：塑料管、各种纤维增强聚合物FRP制成的管；管材应具有足够的强度和刚度，在植入设计深度的土体中能够保持截面形状，以保证内置电极可以顺畅的插入和拔出。辅助管壁按设计的间隔和孔径带有小孔，小孔的几何形状不限，孔的直径或短边尺寸为0.1~50mm，小孔的总面积占管壁表面积的比例为5%~75%；辅助管横截面形式不限，其横截面尺寸不小于内置电极的横截面尺寸，短边或直径为5cm~40cm。

可以是全部使用同一种电极，也可以是连接电源负极的电极（阴极）采用一种电极、连接电源正极的电极（阳极）采用另一种电极。可以是每次更换同一构型的内置电极，也可以各次更换的内置电极为不同的构型；例如：用于阳极的内置电极，第一次使用的内置电极没有离子交换膜，以使电极产生的氢离子快速扩散、降低污染土中的pH值；而后更换的内置电极则有离子交换膜，以控制污染土中的pH值稳定。

所述的污染土是颗粒粒径符合中华人民共和国国家标准GB/T 50145中对细粒土的规定并含有污染物的细颗粒散体。所含污染物可能是有机污染物（包括但不限于以下的一种或多种：汽油、柴油，PAH多环芳香烃，嵌二萘、石碳酸、五氯苯酚、石油烃、菲、TCE三氯乙烯，十五碳二元酸、PEC氯化聚乙烯、染料、六氯丁二烯、BTEX苯系物，苯、甲苯、乙烯、二甲苯等），也可能是无机污染物（包括但不限于以下的一种或多种：铅、铬、镉、钴、铯、铜、汞、镍、镁、钼、锌、铀、钍、镭、锶、锑等重金属、卤化物、砷As、磷、磷酸盐、硝酸盐、氟等）。

所述液体可以是淡水；也可以是用公知的酸（包括但不限于乙酸、柠檬酸等有机酸，盐酸、硫酸等无机酸）构成的溶液，用于调整阴极中液体的pH值；也可以是用公知的碱（包括但不限于氢氧化钠、氢氧化钙、氢氧化铵等，以及小苏打等碱式盐）构成的溶液，用于调整阳极中液体的pH值；也可以是加入了公知的表面活性剂（包括但不限于SDS十二烷基硫酸钠等阴离子型表面活性剂、DAH十二烷基次氯酸氨等阳离子型表面活性剂，以及Bril30聚氧化乙烯等非离子型表面活性剂）、络合物和螯合物（包括但不限于羟丙基-β-环糊精、氢氧化铵、EDTA乙二胺四醋酸、NTA次氮基三乙酸（脂）、EGTA（乙二醇双四乙酸、四乙酸、乙二醇双醚四乙酸等）、DTPA（二乙烯三胺五乙酸、二乙三胺五乙酸、二亚乙基三胺五乙酸、二乙三胺五醋酸）、DCyTA乙酸等）构成的溶液，用于和污染物结合使之易于随液体移动。例如：将SDS输入阴极用于修复柴油污染土，羟丙基-β-环糊精修复菲污染土，在阳极也中加入表面活性剂十二烷基硫酸盐可以清除六氯丁二烯。液体类型的选择，根据实际污染土的特性由设计确定。

具体实施方式

1、将设计确定长度和数目的电极，以设计给定的角度、间隔和深度植入污染土中。在垂直于电极的平面内，任意一支电极所接直流电源的极性与围绕其的电极中至少一支电极所接直流电源的极性相反。各电极连接电源极性的排列方式包括但不限于以下三种：1）每行电极接电源的同一极性，相邻行的电极接电源的相反极性；2）一行电极接电源的同一极性（下称为A组电极），一行电极中的相邻电极分别接电源的两相反极性（下称为B组电极），A组电极和B组电极间隔排列；3）每一行电极的相邻电极分别接电源的正极和负极，每列电极的相邻电极也分别接电源的正极和负极，即在垂直于电极的平面内，任意电极与的相邻电极分别接电源的正极和负极。各行电极与其它各行电极可以一一对齐，即电极形成正方形排列；也可以相邻行的电极平行错开一定距离，例如，可以错开间隔的一半距离，使电极形成三角形排列。

2、将每个电极的导电材料管两个端口分别与进水分管和排水分管连接（直通型电极可以只接进水分管或只接排水分管；当导电材料是实心时，则将辅助管构成的通水管路的端口与排水分管或/和进水分管连接）。将各连接电源正极的电极的进水分管A连接于通向供液源A的进水总管A，将连接电源负极的电极的进水分管负A连接于通向供液源负A的进水总管负A；将连接电源正极的电极的排水分管A连接于通向蓄液池A的排水总管A；将连接于电源负极的电极的排水分管负A连接于通向蓄液池负A的排水总管负A。

3、施加设计的电压；同时经进水管A和进水管负A供给设计给定的适量的特定液体。开始对污染土清除污染物的过程。污染物或随排水管流向蓄液池后，按公知方法做进一步处理；或聚集于电极中的活性反应材料或化学吸附材料物质中。

4、当电极中的任一构成材料失效（例如：导电材料因电化学腐蚀不能发挥设计要求的作用时，或离子交换膜或缓释药剂材料或活性反应材料或化学吸附材料与污染物作用达到其额定能力时），将内置电极从辅助管中取出，更换新的内置电极。如此重复直至污染土中各污染物浓度达到设计目标。

5、当污染土中各污染物浓度达到设计目标，可关闭电源和供液源，完成污染土中污染物的清除施工。

6、如果污染土中含水量较低，可以先不供电，通过进水管向污染土中注入水分，或向污染土表面浇水，使污染土处于水饱和状态后，再按3~5的步骤进行污染土中污染物的清除施工。

向污染土中植入电极的方法，可以采用公知的地下成孔的方法，例如可以采用公知的锚杆植入方法，将辅助管和内置电极植入土中。

所述电压为40V~300V，正负极电压梯度为0.3V/cm~3V/cm；可以是持续供电模式，也可以是间歇供电模式。根据污染土物理化学性质经现场试验由设计确定。

电极间隔和插入污染土的深度，根据污染土的物理化学性质，经现场试验由设计确定。电极间隔一般在0.5m~3m。电极插入废渣的深度一般在1m~50m。

所述通过导电材料管注入的液体成分，根据污染物成分经试验由设计确定。向电极中注入适当液体，一方面是为了将迁移至电极的污染物带出；另一方面是可以调控电场中的化学环境。注入的液体可以是淡水，也可以是能够与废渣通过酸碱中和、络合、螯合、解吸附等化学反应使污染物形成所希望成分或状态的液体。导电材料管及连接的水管管径、水压、水量经试验由设计确定，可根据测试排出水的离子浓度含量及设计给出的指标调整水量。

本发明的技术效果：

1、由于可以更换电极，所以本发明的除污能力大幅度提高，可以用于污染物含量高的污染土处理，例如固体废弃物填埋场中的污染土的无害化处理。

2、由于可以更换电极，因此可以使用廉价的低耐久性的电极材料；对于价格高昂的高耐久性电极，则可以回收重复使用。

3、本发明的除污能力对污染土的渗透性不敏感，故可以对不同渗透系数的低渗透性的污染土及其混杂物进行原位除污处理。

4、可以对多种污染物进行有效清除，且可以同时清除多种污染物。

5、本发明采用原位处理技术，在处理施工期间不需另外占用施工场地。

6、本发明可以对高污染物含量的污染土进行无害化处理，为其减量化和资源化利用提供条件。

实施例

实施例一

一填埋场堆积固体废弃物形成的山（下称固废山），现拟将其无害化处理后挖走利用。其中的主要污染物和浓度为：Cr 1464mg/kg，Cu 1088 mg/kg，Ni 1342mg/kg，Zn 344mg/kg；背景值Cr 75mg/kg；Cu 31mg/kg；Ni 115mg/kg，Zn 221mg/kg。

采用本技术，沿固废山的山形，垂直于山体表面植入电极。从固废山竖向剖面看，电极的插入角度为5°～175°；电极插入深度20m，每行中电极间隔2.5m，行间距2.5m；各电极大体平行。每行中相邻电极接电源的相反极性；每列中的相邻电极也接相反极性。采用与土层锚杆的施工方法相似的方法进行固废山上成孔和电极的植入。采用持续供电模式，正负电极之间的电压梯度为0.8V/cm。

电极辅助管为直径4.5cm的PVC管，管壁沿横截面20°、沿长方向间隔5cm分布ϕ20mm孔，外包80目尼龙绸作为滤层；内置电极采用直径2cm导电聚合物管，管壁沿横截面30°、沿长方向4cm分布ϕ1mm孔；阴、阳电极分别在导电聚合物管外套市售的阳离子交换膜和阴离子交换膜，以限制阴极处产生的氢氧根离子外溢向阳极迁移，或限制阳极处产生的氢离子外溢向阴极迁移。电极长20m，电极辅助管上端口与导电聚合物管上端口平齐固定，电极辅助管下端封口板有一出水口，出水口上有一插口，导电聚合物管可插接于该插口，出水口下与直径2cm PVC管连接，该PVC管弯折向上，其上端与导电聚合物管上端平齐，即电极与PVC管整体呈U型。

施工方法：

采用土锚钻机成ϕ70mm孔，将电极放入。将各电极的导电聚合物管上端接进水管，PVC管上端接出水管。按前述将各行相邻电极分别接电源的正极和负极、且将各列相邻电极分别接电源的正极和负极。将电极中连接负极的各电极两端分别与同一进水分管A和同一排水分管A连接。将电极中连接正极的各电极两端分别与同一进水分管负A和同一排水分管负A连接。

先经各进水总管向固体废弃物中注入自来水，当固体废弃物达到水饱和后，开通电源，并将排水分管A连接到通向蓄液池A的排水总管A，将排水分管负A连接到通向蓄液池负A的排水总管负A。每30天将内置电极取出，更换离子交换膜；直到污染物浓度达到指标后，将这一层处理后的固体废弃物挖除运走。按上述步骤与方法，进行下一层固体废弃物的除污施工。直至全部固体废弃物处理完成。

实施例二

一固体废弃物填埋场，其中的主要污染物为Cu，浓度175mg/kg。现拟将其无害化处理后作为绿化用土。

采用本技术，电极竖向植入；每行中电极间隔1.0m，行间距1.5m；电极植入深度15m；每行电极接电源的相同极性；相邻行电极接电源相反极性。直通型电极，阴极电极采用不锈钢管，阳极为钛钌合金管，两管均为直径2.6cm，管壁沿横截面20°、沿长方向每3cm分布0.1×100mm狭长孔，均外套80目尼龙绸作为滤层。阴极在不锈钢管外套尼龙绸滤层外再外裹活性反应材料沸石粉，并用直径为190mm的纤维编织袋封装；阴极的电极辅助管为直径200mm的PVC管，管壁沿横截面20°、沿长方向每5cm分布ϕ10mm孔。采用土锚钻机成孔，放阴极的孔直径为ϕ200mm，先电极辅助管植入孔中，再将用纤维编织袋封装的内置电极放入电极辅助管孔中；放阳极的孔为50mm ,将为外裹尼龙绸的钛钌合金管阳极插入孔内。

采用间歇供电模式，供电45分钟、停歇15分钟；正负电极之间的电压梯度为2.5V/cm。

将每排阳极的各电极上端接同一进水分管，并将各电极并联连接于电源的正极。将每排阴极的各电极上端接同一出水分管，并将各电极并联连接于电源的负极。将各排阳极的进水分管与进水总管连接，将各排阴极的排水分管与排水总管相连接。

先经各进水总管向固体废弃物中注入自来水，当固体废弃物达到水饱和后，开通电源，同时经进水总管滴注氢氧化钠以控制阳极中的液体维持在pH=4.0~5.0之间。每1个月将阴极的内置电极取出，更换新的内置电极；直到污染物浓度达到指标后，将这一层处理后的固体废弃物挖除运走。按上述步骤与方法，进行下一层固体废弃物的除污施工。直至全部固体废弃物处理完成。

实施例三

一填埋场堆积的污染土以高岭土为主，pH6.3，密度1.27g/cm³，阳离子交换容量5.22cmol/kg，渗透系数1.05

10^-7cm/s；含水率66.4%。Cd 441.23mg/kg（有效态243.66 mg/kg）。污染物清除后，植树作为绿地。

直通电极，电极长8m。阳极内置电极为直径2cm碳纤维索、外包氢氧化钠缓释颗粒、封装于直径7.5cm的纤维编织袋中。阴极内置电极为2.0cm×0.5 cm不锈钢条、外包EDTA缓释颗粒、封装于直径7.5cm的纤维编织袋中。电极辅助管均为直径8cm的PVC，管壁沿横截面30°、沿长方向间隔2cm分布1mm×100mm狭长孔。

每行电极间隔为1.2m。相邻行电极分别接电源的正极和负极。将每排阳极的各电极上端接同一进水分管，并将各电极并联连接于电源的正极。将每排阴极的各电极上端接同一出水分管，并将各电极并联连接于电源的负极。将各行阳极的进水分管与进水总管连接，将各行阴极的排水分管与排水总管相连接。

施加设计的电压，控制正负电极之间的电压梯度为3.0V/cm；同时经进水管向阳极中注水，注水量以不溢出电极辅助管为宜，氢氧化钠缓释颗粒添加量与注水量相匹配，使阳极中液体稳定在PH=6.5左右；阴极中EDTA缓释颗粒的添加量以使电极中液体稳定在pH=8.0左右为宜。供电方式为间歇式供电，供电30分钟，停歇30分钟。每25天将内置电极取出，更换新电极；直到污染物浓度达到指标后，将这一层处理后的固体废弃物挖除运走。按上述步骤与方法，进行下一层固体废弃物的除污施工。直至全部固体废弃物处理完成。

实施例四

一固体废弃物填埋场120m×100m，堆高50m。其中堆积的细颗粒散体，pH=5.0，粒径<2μm34.65%， 2~20μm 51.31%，>20μm 14.04%；渗透系数1.15

10^-6cm/s。污染物含量：Cd4.65mg/kg（有效态0.86 mg/kg），Pb 384.15 mg/kg（有效态64.17 mg/kg），Cu 66.24 mg/kg（有效态6.73 mg/kg），Zn 245.28 mg/kg（有效态98.24 mg/kg）。采用本技术将填埋场处理后植树造林。

内置电极的导电材料采用导电聚合物管，导电聚合物管直径为2cm，管壁为网状，导电聚合物管为U型，外套80目尼龙布做滤层；连接电源负极的电极（阴极）在导电聚合物管外包活性反应材料（由沸石粉和凹凸棒土混合构成），封装于直径150mm的纤维编织袋中；连接电源正极的电极（阳极）在导电聚合物管外包活性反应材料（由铸铁屑和炭黑混合构成），封装于直径150mm的纤维编织袋中；电极辅助管为直径160mm的PVC管，管壁沿横截面20°、沿长方向间隔4cm分布ϕ20mm孔。电极长度5m。

电极行和列的间隔均为1.2m。其中，一行的电极全接电源的正极（称为A组），另一行中相邻电极分别接电源的正极和负极（称为B组），接电源正极的电极为阳极，接电源负极的电极为阴极。A组电极和B组电极相间排列，两行电极平行错开60cm，使得围绕每一支阴极电极的阳极形成正六边形。正负电极间电压梯度 1.5V/cm，供电方式为间歇式供电，供电45分钟，停歇15分钟。

采用土锚钻机成ϕ160mm孔，将电极辅助管放入孔中，然后将内置电极放入电极辅助管中；将各电极的导电聚合物管的两端分别进水管和出水管。按前述要求将各电极分别接电源的正极和负极。将电极中连接负极的各电极两端分别与同一进水分管A和同一排水分管A连接。将电极中连接正极的各电极两端分别与同一进水分管负A和同一排水分管负A连接。

先经各进水总管向固体废弃物中注入自来水，当固体废弃物达到水饱和后，开通电源，继续向阳极注入自来水；同时向阴极注入0.3M柠檬酸以控制阴极中液体在pH=7.0左右；并将排水分管A连接到通向蓄液池A的排水总管A，将排水分管负A连接到通向蓄液池负A的排水总管负A。每28天将内置电极取出，更换新电极；直到污染物浓度达到指标后，将这一层处理后的固体废弃物挖除运走。按上述步骤与方法，进行下一层固体废弃物的除污施工。直至全部固体废弃物处理完成。

实施例五

一填埋场堆积着一有机化工厂的污染土，渗透系数 1×10^-5 cm/s；pH=10，污染物是该厂生产特有的一种有机溶剂，具体成分不详，可溶于水；污染物浓度8mg/kg。

电极为直通型，长度为10m。连接电源正极的阳极电极为市售导电聚合物排水板（该排水板可以通水也可以导电）。连接电源负极的阴极电极构型如下：内置电极采用直径4cm低碳钢钢管作为导电材料，管壁沿横截面20°、沿长方向每3cm分布ϕ10mm孔，外裹市售高分子吸附材料，其外套直径7cm纤维编织袋；电极辅助管为直径8cm的PVC管，管壁沿横截面20°、沿长方向每2cm分布ϕ1mm孔。

各行电极间隔1.5m，每行各电极间隔1.2m；相邻行电极平移错开0.6m，相邻行电极分别连接电源的正极和负极。正负电极之间的电压梯度为1V/cm；供电方式为间歇式供电，供电30分钟，停歇30分钟。

施工方法：

阳极电极采用公知的插板机，将导电聚合物排水板植入；阴极电极采用钻机成孔后，先将电极辅助管植入土中，然后将纤维编织袋装的内置电极放入电极辅助管中。将各行阳极电极与同一进水分管连接，将各行阴极电极与同一排水分管连接。

同时将接电源正极的电极组的进水分管连接进水总管。将连接电源负极的电极组的排水分管连接于通向蓄液池的排水总管；

施加设计的电压，控制正负电极之间的电压梯度为1V/cm；同时经进水总管注入适量石灰水，保持阳极中液体pH=10。

每20天将阴极的内置电极取出，更换新的内置电极；直到污染土中的污染物浓度达到指标后，将这一层处理后的固体废弃物挖除运走。按上述步骤与方法，进行下一层固体废弃物的除污施工。直至全部固体废弃物处理完成。

Claims (9)

1.一种含高浓度污染物的污染土的原位除污方法，其特征是：包括如下步骤：准备可更换的电极，该可更换的电极既可导电又可通液，由管壁带多孔的辅助管和内置电极构成，其中内置电极由导电材料线材和外包材料构成；将电极按设计的间隔和深度平行地植入污染土中；在垂直于电极的平面内，任意一支电极所接直流电源的极性与围绕其的电极中至少一支电极所接直流电源的极性相反；向电极施加直流电在污染土中产生电场，通过电极中的通水管路注入适当的液体；当内置电极的任一构成材料达到其使用寿命，将内置电极从辅助管中取出，更换新的内置电极；如此重复操作，直至达到污染物清除的目标值。

2.根据权利要求1所述的一种含高浓度污染物的污染土的原位除污方法，其特征在于：内置电极包括以下构型：

导电材料线材；

在导电材料线材外套离子交换膜；

在导电材料线材外套化学吸附材料层；

将1）或2）或3）所述构型的电极装于细长袋内；

在导电材料线材外套缓释药剂材料层，并装于细长袋内；

在导电材料线材外套活性反应材料，并装于细长袋内；

在导电材料线材外套离子交换膜和化学吸附材料层，并装于细长袋内；

在导电材料线材外套离子交换膜和活性反应材料层，并装于细长袋内；

其中，所述导电材料为公知的导电材料，包括碳纤维、耐腐蚀金属材料、石墨、导电聚合物，由碳纤维、金属、石墨中的一种或多种与聚合物复合构成的导电体；所述离子交换膜包括阴离子型或阳离子型或两性离子型的离子交换膜；所述活性反应材料包括：磷灰石粉、磷矿石粉、矿渣粉、沸石粉、铁粉、橡胶粉、炭黑、凹凸棒土、活性炭；所述化学吸附材料为公知的化学吸附材料包括：高分子吸附材料、生物吸附剂、壳聚糖；所述缓释药剂材料为公知的缓释药剂材料包括：碱性药剂缓释颗粒、酸性药剂缓释颗粒；所述细长袋为满足设计要求强度的可以透水的纤维编织物制作的袋。

3.根据权利要求1和2所述的一种含高浓度污染物的污染土的原位除污方法，其特征在于：所述导电材料线材可以是实心的；也可以是空心管状的；导电材料管可以是管壁按设计的间隔和孔径带有可透水的小孔，小孔的几何形状不限，孔的直径或短边尺寸为0.1~20mm，小孔的总面积占管壁表面积的比例为5%~85%；管的横截面形式不限；所述辅助管为满足设计强度和刚度不导电管，包括塑料管、纤维增强聚合物制成的管，管壁按设计的间隔、孔径和形状带有小孔，孔的直径或短边尺寸为0.5~50mm，小孔的总面积占管壁表面积的比例为5%~75%；辅助管横截面尺寸不小于内置电极的横截面尺寸。

4.根据权利要求1和2所述的一种含高浓度污染物的污染土的原位除污方法，其特征在于：导电材料管可以是直通型，也可以是U型，也可以在直通型导电材料管末端加装回路水管共同构成U型；当导电材料线材是实心时，可以在辅助管末端加装回路水管共同构成U型。

5.根据权利要求1和2所述的一种含高浓度污染物的污染土的原位除污方法，其特征在于：所述电极全部使用同一种电极，或者接直流电源正极的电极采用一种电极，接直流电负极的电极采用另一种电极；每次更换同一构型的内置电极，或者各次更换的内置电极为不同的构型。

6.根据权利要求1所述的一种含高浓度污染物的污染土的原位除污方法，其特征在于：所述的污染土是颗粒粒径符合中华人民共和国国家标准GB/T 50145中对细粒土的规定并含有污染物的细颗粒散体；所含污染物包括以下物质的一种或多种：汽油、柴油，PAH多环芳香烃，嵌二萘、石碳酸、五氯苯酚、石油烃、菲、TCE三氯乙烯，十五碳二元酸、PEC氯化聚乙烯、染料、六氯丁二烯、BTEX苯系物、铅、铬、镉、钴、铯、铜、汞、镍、镁、钼、锌、铀、钍、镭、锶、锑、以及卤化物、砷、磷、磷酸盐、硝酸盐、氟。

7.根据权利要求1所述的一种含高浓度污染物的污染土的原位除污方法，其特征在于：所述液体包括淡水或淡水与如下一种物质或多种物质构成的溶液：乙酸、柠檬酸等有机酸，盐酸、硫酸、氢氧化钠、氢氧化钙、氨、小苏打、SDS十二烷基硫酸钠、DAH十二烷基次氯酸氨，以及Bril30聚氧化乙烯或羟丙基-β-环糊精、氢氧化铵、EDTA、NTA、EGTA、DTPA、DCyTA。

8.根据权利要求1所述的一种含高浓度污染物的污染土的原位除污方法，其特征在于：进一步包括以下步骤：

将电极按设计给定的角度、间隔和深度植入污染土中，各电极连接电源极性的排列方式包括以下三种：a）每行电极接电源的同一极性，相邻行的电极接电源的相反极性；b）一行电极接电源的同一极性（下称为A组电极），一行电极中的相邻电极分别接电源的两相反极性（下称为B组电极），A组电极和B组电极间隔排列；c）每一行电极的相邻电极分别接电源的正极和负极，每列电极的相邻电极也分别接电源的正极和负极；各行电极与其它各行电极可以一一对齐，或平行错开一定距离；

将每个电极的两个端口分别与进水分管和排水分管连接，将各连接电源正极的电极的进水分管连接于通向供液源A的进水总管A，将连接电源负极的电极的进水分管负A连接于通向供液源负A的进水总管负A；将连接电源正极的电极的排水分管A连接于通向蓄液池A的排水总管A；将连接于电源负极的电极的排水分管负A连接于通向蓄液池负A的排水总管负A；当为直通型电极时，将各连接电源正极的电极的进水分管连接于通向供液源A的进水总管A，将连接于电源负极的电极的排水分管负A连接于通向蓄液池负A的排水总管负A；

施加设计的电压，同时经进水管供给设计给定的适量的特定液体，开始对污染土清除污染物的过程；所述液体可以是淡水，或是能够与污染土通过酸碱中和反应或络合反应或螯合反应或解吸附反应使污染物形成所希望成分或状态的液体；液体成分和数量根据污染物成分经试验由设计确定；

当内置电极的任一构成材料达到其使用寿命，导致电极不能达到设计要求的功能时，将内置电极从辅助管中取出，更换新的内置电极；如此重复直至污染土中各污染物浓度达到设计目标；

当污染土中各污染物浓度达到设计目标，可关闭电源和供液源，完成污染土中污染物的清除施工；

如果污染土中含水量较低，可以先向污染土中注入水分使其处于水饱和状态后，再按3）~ 5）的步骤进行污染土中污染物的清除施工。

9.根据权利要求1和权利要求8所述的一种含高浓度污染物的污染土的原位除污方法，其特征在于：可以采用持续供电模式，或间歇供电模式；电压为40V~300V，正负极电压梯度为0.3V/cm~3V/cm；电极间隔为0.5m~3m，电极长度在1m~50m；根据污染土物理化学性质经现场试验由设计确定。