CN114101313A - 一种双阴极电芬顿氧化修复难降解有机物污染土壤的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双阴极电芬顿氧化修复难降解有机物污染土壤的装置，包括反应主体、双路直流稳压电源、双阴极电芬顿模块、检测和联动控制模块四部分。所述双路直流稳压电源经导线与设置在反应主体内的双阴极电芬顿模块连接，所述的检测和联动控制模块经探头和导线与反应主体连接。本发明能够将电化学与电芬顿氧化技术的优势有机结合，有效利用铁阴极和土壤本身固有的铁元素，双阴极电芬顿模块自产H2O2，并在该模块铁阴极附近产生的酸性条件下生成·OH，氧化降解土壤中的难降解有机污染物；本发明装置具有处理有机污染物效果灵活可控，简单高效、规模易于拓展、不产生二次污染的特点。
Description
技术领域
本发明涉及土壤修复领域，尤其涉及一种双阴极电芬顿氧化修复难降解有机污染土壤的工艺装置。
背景技术
土壤修复不同于一般废弃物处理，通常污染区域包含土壤污染不易控制，污染物性质复杂，可能与土壤发生物理或化学反应而吸附或形成其它产物；且土壤组成复杂，其修复成效也取决于污染场地的特性、土壤结构、有机物含量及地下水渗透性等等。作为被广泛采用为农作物生长基质的土壤，一旦受到污染，即使彻底阻断污染源，由于污染在这两种介质中具有隐蔽性和滞后性，很难轻易被发现，且需要较长时间才能使其复原，会导致一系列食品安全和人身安全问题。
常见的难降解有机物污染土壤处理技术主要有固化/稳定化技术、化学氧化/还原技术、热脱附技术、土壤淋洗技术、水泥窑协同处置技术、植物修复技术、生物堆技术等。这些方法或单用或联用，但存在一定弊端，比如常见的化学氧化技术，通常将氧化剂高锰酸盐、过氧化氢、芬顿试剂、过硫酸盐和臭氧等注入土壤，但其多适用于渗透系数较高的污染场地，且氧化过程不具选择性，氧化剂除了与目标污染物反应外，还会与土壤中存在的一些腐殖酸、还原性金属等反应，大量消耗氧化剂，且会使地下温度和压力升高，分解产物可能会沿地下管线溢出导致安全问题和爆炸风险，因此实施该方法需要对整个修复系统的温度和压力、氧化剂的注入量等精准控制。再比如热脱附技术，尽管不受地质及水文地质条件等因素限制，污染物降解较彻底，但其最高加热温度可达500℃，单位面积的修复耗费能耗极高；修复场地上几乎无任何“生命迹象”(微生物等)，修复场地的生态遭到极大破坏。且需高的现场管道及管线设计，避免较大的安全隐患产生。
电芬顿氧化技术目前主要应用在对有机废水的处理领域，通常有3种类别：第一类是体系中的H2O2是由阴极附近的O2还原生成的，而Fe2+由外部投加；第二类是Fe2+由阳极氧化而得，H2O2由体系外部添加；第三类是H2O2由外部投加，Fe2+是在阴极表面还原产生，这三种电芬顿技术的核心反应均是Fe2+与H2O2反应生成具有强氧化性的·OH，与土壤中的难降解有机物反应，降低土壤中的难降解有机物浓度，实现对土壤的修复。本发明采用的双阴极电芬顿模块，O2由阳极电解产生，与铁阴极电解产生的H2在钯催化剂作用下生成H2O2，同时，铁阴极还原生成了Fe2+与H2O2产生芬顿反应生成·OH。在该工艺中，系统所需O2、H2O2、Fe2+均自动生成，无需外加，避免了化学原料运输使用引起的安全问题，且使得双阴极电芬顿氧化修复难降解有机污染土壤的工艺装置能实现自动调节修复效果的功能。
目前未见有利用双阴极电芬顿氧化修复难降解有机物污染土壤的相关报道。
发明内容
基于难降解有机物污染土壤修复的现状，本发明的目的是提供一种双阴极电芬顿氧化修复难降解有机污染土壤的工艺装置，解决现有的修复土壤过程复杂、成本高的技术问题。提升土壤质量，保障农作物和食品安全。该方法能快速去除难降解有机物的同时避免传统电芬顿氧化技术的弊端，实现电脑控制的全自动运行效果。
本发明采用的技术方案为一种双阴极电芬顿氧化修复难降解有机物污染土壤的装置，包括反应主体14、双路直流稳压电源、双阴极电芬顿模块、检测和联动控制模块四部分。所述双路直流稳压电源经导线与设置在反应主体14内的双阴极电芬顿模块连接，所述的检测和联动控制模块经探头和导线与反应主体14连接。反应主体14内的主体为有机物污染土壤；所述的双阴极电芬顿模块包括含钛阳极10、铁阴极11和导电阴极13；双阴极电芬顿模块的含钛阳极10、铁阴极11和导电阴极13放置在反应主体14内；所述的铁阴极11上负载有钯催化剂12；所述的双路直流稳压电源1的正极端与含钛阳极10通过导线连接，双路直流稳压电源1的负极端分别与铁阴极11和导电阴极13通过导线连接。
进一步地，所述的联动控制模块包括溶解氧在线检测仪3、第一pH在线检测仪4、电导率在线检测仪5、氧化还原电位在线检测仪6、温度在线检测仪7、第二pH在线检测仪8；溶解氧在线检测仪3、第一pH在线检测仪4、电导率在线检测仪5、氧化还原电位在线检测仪6、温度在线检测仪7、第二pH在线检测仪8的探头与反应主体14内的有机物污染土壤接触。联动控制模块与电脑控制器9连接。
进一步地，所述双阴极电芬顿模块的数量大于等于1，各个双阴极电芬顿模块串联连接。
进一步地，所述双路直流稳压电源1的负极端与导电阴极13之间设有变阻器2，通过变阻器2使铁阴极11的电流和导电阴极13的电流比在1.5：1～3：1之间
进一步地，含钛阳极10与铁阴极11的距离在12～60mm之间；铁阴极11与导电阴极13的距离在12～60mm之间，含钛阳极10与铁阴极11的距离：铁阴极11与导电阴极13的距离在1：1.5～1：2.5之间，极板间距离通过间隔2mm的卡槽进行调整。
进一步地，含钛阳极10、铁阴极11和导电阴极13均采用网板或穿孔板，通过反应主体14的卡槽放置在污染土壤中。
由上述本发明提供的技术方案描述来看，本发明实施例提供了一种双阴极电芬顿氧化修复难降解有机物污染土壤的工艺装置，其有益效果为：通过双阴极电芬顿氧化修复难降解有机物污染土壤的工艺装置，电化学自动生成的芬顿反应原料，在自动产生的弱酸条件下原位生成一定浓度的羟基自由基(·OH)，具有处理复杂难降解有机污染物效果持续可控和环境友好的特点，并能实现模块化搭建，满足各种土壤处理规模和要求。同时，装置中双阴极电芬顿模块产生电场作用，促使土壤里微生物由于温度、电子供应和溶解氧的电解析出等因素，活性增强，进一步强化有机污染物的降解效率。
附图说明
图1为本发明双阴极电芬顿氧化修复难降解有机物污染土壤的工艺装置的结构示意图。
图中：1、双路直流稳压电源，2、变阻器，3、溶解氧(DO)在线检测仪4、pH在线检测仪，5、电导率(EC)在线检测仪,6、氧化还原电位(ORP)在线检测仪，7、温度在线检测仪，8、pH在线检测仪，9、电脑控制器，10、含钛阳极，11、铁阴极，12、负载钯催化剂，13、导电阴极，14、反应主体。
具体实施方式
结合本发明实施例中的附图，对本发明进一步详细说明。显然，所述实施例仅是本发明的一部分实施例，并非全部的实施例。说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有透彻的理解。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施例中未作出描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
如图1所示，本发明实施例提供了一种双阴极电芬顿氧化修复难降解有机污染土壤的工艺装置，包括反应主体、双路直流稳压电源、双阴极电芬顿模块、检测和联动控制模块四部分。所述双路直流稳压电源经导线与设置在反应主体内的双阴极电芬顿模块连接，所述的检测和联动控制模块经探头和导线与反应主体连接。难降解有机物通过电芬顿模块降解后，由活性强化的微生物对土壤中的有机物进一步降解。
上述装置中，一个双阴极电芬顿模块包含1个含钛阳极10，1个负载钯催化剂的铁阴极11和1个导电阴极13。
上述装置中，一个双阴极电芬顿模块内，含钛阳极10与铁阴极11的距离在12～60mm之间，铁阴极11与导电阴极13的距离在12～60mm之间，含钛阳极10与铁阴极11的距离：铁阴极11与导电阴极13的距离在1：1.5～1：2.5之间。
上述装置中，通过铁阴极11的电流和导电阴极13的电流比在1.5：1～3：1之间。
上述装置中，电芬顿模块内，含钛阳极10、铁阴极11和导电阴极13均采用网状或穿孔板形式放置在污染土壤中。
上述装置中，多个电芬顿模块可以串联设置。
上述装置中，调节土壤含水率为10～80％。
上述装置中，通过电源同时对含钛阳极10和铁阴极11和导电阴极13供电，在它们间形成电场，对电芬顿修复的土壤进一步微生物降解修复。
上述装置中，检测和联动控制模块与电流分配系统联动，根据EC、DO、ORP参数调整电芬顿反应效果，间接控制·OH产生量，自动调整修复效果。
上述装置中，检测和联动控制模块与双路直流稳压电源联动，在所述工艺装置内温度大于50℃时自动切断电源。
上述装置中，检测和联动控制模块与电流分配系统联动，根据pH参数调整电流分配系数，使所述工艺装置内整体pH呈中性。
下面结合附图对本发明的实施例对本发明的双阴极电芬顿氧化修复难降解有机污染土壤的工艺装置作进一步地详细的说明。
一种双阴极电芬顿氧化修复难降解有机物污染土壤的方法，本方法采用上述装置进行实施，通过所述装置中的双阴极电芬顿模块产生的·OH降解阿特拉津，最后通过微生物降解进一步修复污染土壤。所述双阴极电芬顿模块的含钛阳极10电解产生O2，与铁阴极11电解产生的H2在钯催化剂作用下生成H2O2，同时，铁阴极11还原生成了Fe2+与H2O2产生芬顿反应生成·OH。调节铁阴极11和导电阴极13之间的电流比，使得铁阴极11附近呈酸性，有利于芬顿反应进行，同时导电阴极13电解产生OH-，中和多余的H+，保持整体反应装置pH的稳定。所述双阴极电芬顿模块强化了土壤中微生物的活性，协同电芬顿反应进一步降解土壤中难降解有机污染物，提高降解效率。
本发明方法中，一个双阴极电芬顿模块包含1个含钛阳极10，1个负载钯催化剂的铁阴极11和1个导电阴极13。
本发明方法中，一个双阴极电芬顿模块内，含钛阳极10与铁阴极11的距离在12～60mm之间，铁阴极11与导电阴极13的距离在12～60mm之间，含钛阳极10与阴极11的距离：铁阴极11与导电阴极13的距离在1：1.5～1：2.5之间，极板间距离通过间隔2mm的卡槽进行调整。
本发明方法中，接通电源，调整电流比，使通过铁阴极11的电流和导电阴极13的电流比在1.5：1～3：1之间。
本发明方法中，双阴极电芬顿模块内，含钛阳极10、铁阴极11和导电阴极13均采用网状或穿孔板形式通过反应装置主体卡槽放置在污染土壤中。
本发明方法中，多个电芬顿模块可以串联设置。
本发明方法中，用去离子水调节污染土壤含水率为10～80％。
本发明方法中，检测和联动控制模块与电流分配系统联动，电脑控制器根据EC、DO、ORP参数调整电芬顿反应效果，间接控制·OH产生量，自动调整修复效果。
本发明方法中，检测和联动控制模块与双路直流稳压电源联动，电脑控制器在所述工艺装置内温度大于50℃时自动切断电源。
本发明方法中，检测和联动控制模块与电流分配系统联动，电脑控制器根据pH参数调整电流分配系数，使所述工艺装置内整体pH呈中性。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种双阴极电芬顿氧化修复难降解有机物污染土壤的装置，其特征在于：包括反应主体(14)、双路直流稳压电源、双阴极电芬顿模块、检测和联动控制模块四部分；所述双路直流稳压电源经导线与设置在反应主体(14)内的双阴极电芬顿模块连接，所述的检测和联动控制模块经探头和导线与反应主体(14)连接；反应主体(14)内的主体为有机物污染土壤；所述的双阴极电芬顿模块包括含钛阳极(10)、铁阴极(11)和导电阴极(13)；双阴极电芬顿模块的含钛阳极(10)、铁阴极(11)和导电阴极(13)放置在反应主体(14)内；所述的铁阴极(11)上负载有钯催化剂(12)；所述的双路直流稳压电源(1)的正极端与含钛阳极(10)通过导线连接，双路直流稳压电源(1)的负极端分别与铁阴极(11)和导电阴极(13)通过导线连接；通过所述装置中的双阴极电芬顿模块产生的·OH降解阿特拉津，最后通过微生物降解修复污染土壤；所述双阴极电芬顿模块的含钛阳极(10)电解产生O2，与铁阴极11电解产生的H2在钯催化剂作用下生成H2O2；铁阴极(11)还原生成了Fe2+与H2O2产生芬顿反应生成·OH；调节铁阴极(11)和导电阴极(13)之间的电流比，使得铁阴极(11)附近呈酸性，有利于芬顿反应进行，同时导电阴极(13)电解产生OH-，中和多余的H+；所述双阴极电芬顿模块强化土壤中微生物的活性，协同电芬顿反应降解土壤中难降解有机污染物。
2.根据权利要求1所述的一种双阴极电芬顿氧化修复难降解有机物污染土壤的装置，其特征在于：所述的联动控制模块包括溶解氧在线检测仪(3)、第一pH在线检测仪(4)、电导率在线检测仪(5)、氧化还原电位在线检测仪(6)、温度在线检测仪(7)、第二pH在线检测仪(8)；溶解氧在线检测仪(3)、第一pH在线检测仪(4)、电导率在线检测仪(5)、氧化还原电位在线检测仪(6)、温度在线检测仪(7)、第二pH在线检测仪(8)的探头与反应主体(14)内的有机物污染土壤接触；联动控制模块与电脑控制器(9)连接。
3.根据权利要求1所述的一种双阴极电芬顿氧化修复难降解有机物污染土壤的装置，其特征在于：所述双阴极电芬顿模块的数量大于等于1，各个双阴极电芬顿模块串联连接。
4.根据权利要求1所述的一种双阴极电芬顿氧化修复难降解有机物污染土壤的装置，其特征在于：所述双路直流稳压电源(1)的负极端与导电阴极(13)之间设有变阻器(2)，铁阴极(11)的电流和导电阴极(13)的电流比在1.5：1～3：1之间。
5.根据权利要求1所述的一种双阴极电芬顿氧化修复难降解有机物污染土壤的装置，其特征在于：含钛阳极(10)与铁阴极(11)的距离在12～60mm之间；铁阴极(11)与导电阴极(13)的距离在12～60mm之间，含钛阳极(10)与铁阴极(11)的距离：铁阴极(11)与导电阴极(13)的距离在1：1.5～1：2.5之间。
6.根据权利要求1所述的一种双阴极电芬顿氧化修复难降解有机物污染土壤的装置，其特征在于：含钛阳极(10)、铁阴极(11)和导电阴极(13)均采用网板或穿孔板。
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