CN113751493A - 一种电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤过程中极化现象的屏蔽方法 - Google Patents

一种电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤过程中极化现象的屏蔽方法 Download PDF

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田炎
王亚茹
章俊
方雅莉
赵宁宁
朱义年
张立浩
唐沈
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Abstract

本发明公开了一种电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤过程中极化现象的屏蔽方法,通过改变砷污染土壤电驱动强化可渗透性反应墙装置的电解液,调节修复后土壤的pH值并使修复效果提升20%。步骤如下:将砷污染土壤自然风干,粉碎过筛,与去离子水混合搅拌均匀,静置7d。将所得土壤填充在反应装置内在1~3V/cm的电压下修复,PRB材料放在反应器中间,阴阳极分别添加0.1~0.5mol/L C6H8O7·H2O和0.1~0.5mol/L NaOH电解液。电解液可根据砷污染浓度和性质选择不同的酸碱溶液。反应装置由土壤室、电极室和外部循环系统构成。该方法能有效控制土壤室两端过高/低的pH对实验产生的不利影响,调节土壤pH值的同时提高砷的去除率,极化现象屏蔽效果好、污染物去除率高,非常具有现场实施性。

Description

一种电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤过程中极化现 象的屏蔽方法
技术领域
本发明属于环境保护技术中土壤重金属污染修复技术领域,特别涉及电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤的方法。
背景技术
砷是一种有毒且致癌的类金属元素,位列环境污染的五大毒物之一,在环境保护标准中,被列为第一类污染物。土壤砷污染的来源有金属矿山开采冶炼、化学工业生产、重金属农药污水灌溉和化肥施用以及高地质背景值等。砷可以在环境中进行迁移和扩散,土壤中的砷一部分被农作物吸收一部分随着降水和河流冲刷进入水体,最终都通过食物链进入人体。人体中含有过量砷会导致皮肤癌、肺癌、膀胱癌等多种疾病。三价砷与人体中酶的结合,可抑制酶活性,导致糖代谢紊乱、中毒性神经衰弱症候群等问题;五价砷的毒性是慢性的,可造成脊髓炎、再生不良贫血等后遗症。砷对人体毒害作用的潜伏期可长达数十年。
目前国内外的砷污染土壤的治理主要有3种途径。一是隔离法,采用水泥密封、隔离墙等阻隔技术将污染土壤与周围环境隔离,从而减轻对环境的危害。二是通过物理、化学或生物方法改变土壤中砷的形态,降低砷的移动性、生物有效性与毒性。三是通过淋洗、萃取、生物富集等技术将砷从污染土壤中提取出来,从根本上降低土壤砷含量。电动修复技术是近年兴起的具有应用潜力的原位修复技术。相比于其他受土壤渗透性限制的原位修复技术,该技术可高效修复渗透系数低的细密度土壤。电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤技术(EK-PRB)是将电动修复技术(EK)与渗透性反应格栅技术(PRB)结合起来共同修复土壤污染物的一种新型技术。其原理是待修复土壤中的污染物在电解液、地下水等的带动下,以电动技术强化PRB修复使污染物在土壤及地下水中发生定向迁移,到达反应屏障处进行反应。
电动修复装置的电极两端主要发生电解反应。阳极失电子生成氧气和氢离子,阳极得电子生成氢气和氢氧根离子。从而造成阳极附近土壤pH值低,阴极附近土壤pH值高。土壤的这种极化现象会极大限制土壤中污染物被离子化,从而被电驱动脱离土壤间隙水的限制,抵达PRB与填料相接触,从而限制土壤中目标污染物的去除。因此,寻求一种简易的、可行的控制电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤过程中极化现象的方法极为重要。
发明内容
本发明的目的是屏蔽电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤过程中土壤pH值的两极分化现象,降低其对砷污染土壤原位修复效果的不利影响。本发明针对砷污染浓度和性质的差异可以选择不同的酸碱电解液,不同浓度的电解液对土壤修复的pH值调节能力也不相同。修复完成后的土壤pH值都被调节到一个合理的范围,屏蔽待处理土壤中的强酸强碱环境的出现,利于屏蔽出现铁栅栏、目标污染物因被提前沉淀而固定等现象,提升电驱动电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤效率。
为达到上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤过程中极化现象的屏蔽方法,包括如下步骤:
(1)将自然风干的砷污染土壤进行碎化处理,过筛;
(2)将步骤(1)中获得的待试土壤与去离子水混合,使得其土壤含水量保持30%~35%左右,搅拌均匀后静置7d,使其均衡。
(3)将步骤(2)中获得混合均匀土壤填入EK-PRB装置的土壤室中,同时在土壤中间位置垂直放置PRB材料;
(4)向步骤(3)中土壤室两侧的阴极电解室中装入0.1~0.5mol/L酸性电解液,阳极电解室装入0.1~0.5mol/L碱性电解液。插入电极板,在1~3V/cm的电压条件下,开始运行装置;
(5)通电结束后移除PRB可渗透反应墙获得修复后的砷污染土壤。
上述砷污染土壤pH值为6.35,土壤中总砷浓度为500mg/kg。
上述步骤(1)中所述砷污染土壤碎化处理后过20目筛网。
上述步骤(2)中所述每千克土壤所加去离子水约为500ml,使得含水率适合保证其土壤导电能力。
上述步骤(3)中土壤中间垂直填充的PRB材料为改性炭材料(ZL201110133840.1、ZL201210446693.8、CN201910761527.9、CN201910761528.3),填充厚度为1cm左右,可根据土壤装置大小决定添加量。
上述步骤(4)中阴极电解室电解液为0.5mol/L C6H8O7·H2O溶液(称取105gC6H8O7·H2O溶于1L去离子水),阳极电解室电解液为0.1mol/L NaOH溶液(称取3.999g NaOH溶于1L去离子水)。保证稳定的电驱动能力。
上述步骤(4)中运行时间为96h。
上述电极室中插入的电极两侧均为石墨电极板。
本发明步骤(3)中所述的EK-PRB技术采用如下装置进行处理。
本发明采用的EK-PRB装置包括:土壤室、阴极室、阳极室、直流电源、电极、溢流孔、电解液槽、蠕动泵、石墨电极、滤网、Fe/Mn-LDH的PRB材料。
其中土壤室填充待处理的砷污染土壤,其尺寸比为2:1:1,电解液装在两侧的阴极室和阳极室中,电解室尺寸比为1:1:1。PRB用滤布包裹垂直放入污染土壤中。其中在土壤室和电极室中间的隔板上开有分布均匀的孔洞,保证土壤室与电解室水位一致,并在隔板上贴有300目滤布进行阻隔防止土壤进入电解室。阳极室和阴极室的电极板均为1cm厚的电极板,并用电极线与直流电源连接,电压梯度为1~3V/cm。阴极室和阳极室的上下两端距离顶部和底部分别开有直径为1cm的溢流口。上侧溢流口可保证阴阳两极电解液液面水平和稳定电驱动力,下侧溢流口通过蠕动泵与电解液收集槽连接,目的是补充损失的电解液和循环电解液使电解液浓度保持不变。
本发明具有如下显著优点:
1.该方法与原有的电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤技术相比,能够很好的屏蔽土壤阴阳两极产生的极端pH值现象。
2.该方法修复后的砷污染土壤pH值范围在6.5~8.2之间。而其它处理方法阴极土壤pH值可低至3.28,阳极土壤pH值高达9.88。
3.该方法的总砷去除效果相比于其它方法提升了20%。
4.该方法不会对土壤进行二次污染,具有绿色环保修复理念。
5.该方法操作简单,成本较低,处理时间较快,具有可大规模工程的实施性,应用范围广泛。
附图说明
图1为该方法所用的电驱动强化可渗透墙反应装置的结构示意图。
图2为砷污染土壤修复后的pH值。
图3为砷污染土壤修复后的总砷残余量。
图中标号说明:1、电源;2、土壤室;3、电解室;4、电解液收集槽;5、可渗透反应墙;6、孔径为1cm的隔板;7、蠕动泵;8、石墨电极板
具体实施方式
一种电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤过程中极化现象的屏蔽方法,所述的装置由一个土壤室,两个电解室,一个直流电源,两个蠕动泵,两个电解液收集槽组成。将砷污染土壤填入土壤室,中间填入滤布包裹的PRB材料,电极室装入电解液。在电压2v/cm条件运行96h后移除PRB墙并取出处理完的土壤。其具体步骤如下:
(1)称取一定量的广西特有的红壤土壤。取样土壤为土壤表层5~20cm处,自然风干后去除草根和大块石块等杂物,过20目筛网得到土壤样品。称取一定量的亚砷酸钠溶于去离子水并定容至一定体积。将配制好的砷溶液每500ml加入到1kg土壤样品中静置一周得500mg/kg的砷污染土壤。
(2)将步骤(1)中的砷污染土壤填入装置土壤室中,阴极电极室装入0.5mol/LC6H8O7·H2O溶液,阳极电极室装入0.1mol/L NaOH溶液,插上石墨电极板通入2v/cm的电压运行96h后取出。砷污染土壤修复完成。
(3)将步骤(2)中运行完毕的土壤用王水水浴法进行消解后用ICP或原子荧光测其总砷含量。同时取土壤样品测其pH值。
通过测样结果分析,修复后的土壤pH值范围为从3.28~9.88变成6.5~8.2,总砷的平均去除率相比于其它方法也显著提升了20%。从修复的效果和修复后土壤的pH值来看,该方法都达到了良好的效果。

Claims (10)

1.一种电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤过程中极化现象的屏蔽方法,包括如下步骤:
(1)将自然风干的砷污染土壤进行碎化处理,过筛;
(2)将步骤(1)中获得的待试土壤与去离子水混合,使得其土壤含水量保持30%~35%左右,搅拌均匀后静置7d,使其均衡;
(3)将步骤(2)中获得混合均匀土壤填入EK-PRB装置的土壤室中,同时在土壤中间位置垂直放置PRB材料;
(4)向步骤(3)中土壤室两侧的阴极电解室中装入0.1~0.5mol/L酸性电解液,阳极电解室装入0.1~0.5mol/L碱性电解液,插入电极板,在1~3V/cm的电压条件下,开始运行装置;
(5)通电结束后移除PRB可渗透反应墙获得修复后的砷污染土壤。
2.根据权利要求1中所述的方法,其特征在于,所述砷污染土壤pH值为6.35,土壤中总砷浓度为500mg/kg。
3.根据权利要求1中所述的方法,其特征在于,步骤(1)中所述砷污染土壤磨碎后过20目筛网。
4.根据权利要求1中所述的方法,其特征在于,步骤(2)中所述每千克土壤所加去离子水约为500ml。
5.根据权利要求1中所述的方法,其特征在于,步骤(3)中土壤中间垂直填充的PRB材料为改性炭材料(ZL201110133840.1、ZL201210446693.8、CN201910761527.9、CN201910761528.3),填充厚度为1cm左右。
6.根据权利要求1中所述的方法,其特征在于,步骤(4)中阴极侧电极室电解液为0.5mol/L C6H8O7·H2O溶液,阳极侧电极室电解液为0.1mol/L NaOH溶液。
7.根据权利要求1中所述的方法,其特征在于,步骤(4)中运行时间为96h。
8.根据权利要求1中所述的方法,其特征在于,电极室中插入的电极两侧均为石墨电极。
9.根据权利要求1中所述的方法,其特征在于,距底部和顶部1cm处分别开有直径为1cm的小孔管,用于底部电解液进水和顶部电解液的平衡水位。
10.根据权利要求1中所述的方法,其特征在于,两侧电解液通过蠕动管和外装蠕动泵进行阴极阳极单独循环电解液,保持电解室中电解液量不变。
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