CN114378109A - 黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，包括直流电源、土仓、阳极组件、阴极、阳极电解液槽、阴极电解液槽、第一储罐和第二储罐，阳极组件和阴极分别与直流电源连接；第一储罐内储存有阳极电解液，第二储罐内储存有阴极电解液和细菌生物表面活性剂；阳极组件包括阳极和套设于阳极上的透水土工布，阴极的数量为多个，多个阴极环绕阳极均布；土仓包括腔体；阳极电解液槽设置于腔体中心处，阳极组件设置于阳极电解液槽内；阴极电解液槽围设于腔体内。本发明的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置可有效实现黄土中芘污染物的有效脱除，具有污染物去除率高、操作简便的特点。

Description

黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置及方法

技术领域

本发明属于环境工程技术领域，具体涉及黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置及方法。

背景技术

随着我国东西部经济结构调整的不断推进，西北黄土地区的污染问题越来越受到岩土工作者和环境工作者的关注。当前黄土污染问题中所面临的最严重问题之一是有机物污染，由于在生态环境中有机物污染存在难以被自然降解、毒性大、存在周期长、治理难度大等特点，不合理处理会给人体带来较大危害，成为目前亟需解决的土壤环境治理问题。提供一种高效、节能、环保的修复手段和有机污染物去除方法十分必要。

生物修复应运而生，传统生物修复是指利用微生物将特定有机污染物降解，并将其转化为对环境没有毒害的小分子物质的修复方法，通过微生物胞内酶或者胞外酶的作用对有机污染物进行降解，该过程一般存在耗时较长、且微生物的生存环境与污染土壤适配性较差的缺陷。

电动修复技术作为一项可以实现从污染土中分离污染物的技术，适用于多向异性且密实的土壤中，其原理是通过电场作用以电迁移或电渗流的方式将污染物从黄土中分离去除。电动技术作为一种新兴技术，其发展仍处于发展阶段，目前主要包含两大方面技术难题：一是土壤pH突变使得土壤阴、阳两极的碱化和酸化，影响污染物的去除效率；二是电极极化作用增加了电极上的分压，使电极消耗的能量增加，电动修复能量效率降低。

CN206981415U的专利公布了一种用于燃烧炉的烟气原位加热有机污染土壤来分离除去重金属的方法，但该过程所需工艺温度为500-800℃，高温致使土壤固有的生态环境遭到极大破坏，成本较高。CN103316909A 公布了一种通过添加活性剂辅助电动力学以脱除污染物的装置方法，但该装置及方法的去除效率并不高。CN108326036A公布了一种有机污染土壤电动力学耦合高级氧化原位修复系统及方法，然而由于电动力学耦合高级氧化原位修复过程中引入了大量的过硫酸盐，且紫外光催化仅适用于小面积污染，对大面积实际工程应用较为困难。提供一种便于操作、污染物去除效率高、污染物去除彻底的黄土有机污染去除装置及方法，十分必要。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置及方法。本发明通过含有直流电源、装有阳极电解液的第一储罐、装有阴极电解液和细菌生物表面活性剂的第二储罐、装有泡沫生发表面活性剂的泡沫发生器等部件的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，实现黄土中芘污染物的有效脱除，具有污染物去除率高、操作简便的特点。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，其特征在于，包括直流电源、土仓、阳极组件、阴极、阳极电解液槽、阴极电解液槽、第一储罐和第二储罐，所述阳极组件、阴极、阳极电解液槽和阴极电解液槽均设置于所述土仓内，所述阳极组件和阴极分别与直流电源连接；所述第一储罐内储存有阳极电解液，所述第二储罐内储存有阴极电解液和细菌生物表面活性剂；

所述阳极组件包括阳极和套设于阳极上的透水土工布，所述透水土工布上开设有孔；所述阴极的数量为多个，多个所述阴极环绕阳极均布；

所述土仓包括土仓盖板和合围形成腔体的土仓外壁，所述土仓盖板设置于土仓外壁上；

所述阳极电解液槽设置于腔体中心处，所述阳极组件设置于阳极电解液槽内；所述阴极电解液槽围设于腔体内且所述阴极电解液槽位于阴极和所述土仓外壁之间，所述阳极电解液槽和阴极电解液槽上均开设有通孔。

上述的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，其特征在于，所述黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置还包括：氮气瓶、泡沫发生器、缓冲瓶和与腔体连通的导流管，所述导流管另一端与泡沫发生器连通，所述泡沫发生器与氮气瓶之间连接有氮气输送管，所述氮气输送管上设置有阀门和第一压力表，所述氮气瓶上设置有第二压力表，所述泡沫发生器内装有泡沫生发表面活性剂；所述缓冲瓶与腔体连通，所述缓冲瓶上连接有真空泵。

上述的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，其特征在于，所述泡沫生发表面活性剂包括烷基葡萄苷和醇聚醚-4-羧酸钠，所述醇聚醚-4-羧酸钠的质量为烷基葡萄苷质量的0.5倍～1倍。

上述的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，其特征在于，所述第一储罐和阳极电解液槽连通，所述第一储罐和阳极电解液槽之间设置有第一蠕动泵和第二蠕动泵；

所述第二储罐和阴极电解液槽连通，所述第二储罐和阴极电解液槽之间设置有第三蠕动泵和第四蠕动泵。

上述的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，其特征在于，所述细菌生物表面活性剂中菌种为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌，所述枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的含量均为3g/L～30g/L。

上述的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，其特征在于，所述阳极电解液和阴极电解液均为纯水。

上述的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，其特征在于，所述直流电源的电压梯度为0.5V/cm²～2.0V/cm²。

此外本发明还提供一种利用上述黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置进行黄土有机污染脱除的方法，其特征在于，包括：

步骤一、将待处理含有机污染物的黄土装入渗水土工布后置于腔体中；

步骤二、将泡沫生发表面活性剂传输入腔体内，进入腔体中的泡沫生发表面活性剂形成气泡，气泡进入待处理含有机污染物的黄土中，至泡沫从所述渗水土工布表面溢出，完成土表面有机污染物的脱附；

步骤三、将细菌生物表面活性剂注入阴极电解液槽；

步骤四、向阳极电解液槽中注入阳极电解液，进行电动力学试验，至阳极电解液槽内容物pH＜2，完成电动力学试验；

步骤五、进行多相抽提操作，具体包括：启动真空泵，将腔体内含有污染物流体导入缓冲瓶。

上述的方法，其特征在于，步骤一所述待处理含有机污染物的黄土中的有机污染物包括芘。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过含有直流电源、装有阳极电解液的第一储罐、装有阴极电解液和细菌生物表面活性剂的第二储罐、装有泡沫生发表面活性剂的泡沫发生器等部件的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，实现黄土中芘污染物的有效脱除，具有污染物去除率高、操作简便的特点。

2、本发明提供一种利用上述装置进行黄土有机污染脱除的方法，通过向土样中注入泡沫生发表面活性剂使产生气泡、注入细菌生物表面活性剂、电动力学试验和多相抽提操作，实现污染物的迁移和脱除，循序渐进脱除污染物，具有污染物脱除效率高的特点。

3、本发明的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置包括装有阴极电解液和细菌生物表面活性剂的第二储罐，其中细菌生物表面活性剂中的菌种为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌，可有效实现污染物降级，补强电动脱除效果。

4、本发明的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置包括装于泡沫发生器中的泡沫生发表面活性剂，其中泡沫生发表面活性剂包括烷基葡萄苷和醇聚醚-4-羧酸钠，可有效通过竞争吸附实现有机污染物从土颗粒中解吸脱附，无生态毒性，环境友好，可有效增强电动脱除污染物的脱除效果。

下面结合附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置的结构示意图。

图2为阳极组件和阴极的位置关系示意图。

图3为腔体与缓冲瓶的连接关系示意图。

图4为腔体与泡沫发生器的连接关系示意图。

图5为实施例2、对比例1和对比例2进行芘脱除的结果。

图6为实施例3、对比例3和对比例4进行芘脱除的结果。

图7为实施例4、对比例5和对比例6进行芘脱除的结果。

具体实施方式

实施例1

如图1～4所示，本实施例提供一种黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，包括：

直流电源1、土仓、阳极组件、阴极8、阳极电解液槽13、阴极电解液槽6、第一储罐15和第二储罐3，所述阳极组件、阴极8、阳极电解液槽13和阴极电解液槽6均设置于所述土仓内，所述阳极组件和阴极8分别与直流电源1连接；所述第一储罐15内储存有阳极电解液；所述第二储罐3内储存有阴极电解液和细菌生物表面活性剂；

所述阳极组件包括阳极12和套设于阳极12上的透水土工布11，所述透水土工布11上开设有孔；所述阴极8的数量为多个，多个所述阴极8 环绕阳极12均布；

所述土仓包括土仓盖板4和合围形成腔体20的土仓外壁，所述土仓盖板4设置于土仓外壁上；

所述阳极电解液槽13设置于腔体20中心处，所述阳极组件设置于阳极电解液槽13内，所述阳极电解液槽13与腔体20高度相等；所述阴极电解液槽6围设于腔体20内且所述阴极电解液槽6位于阴极8和所述土仓外壁之间，所述阳极电解液槽13和阴极电解液槽6上均开设有通孔。

本实施例中，所述黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置还包括：氮气瓶23、泡沫发生器27、缓冲瓶24和与腔体20连通的导流管 21，所述导流管21另一端与泡沫发生器27连通，所述泡沫发生器27与氮气瓶23之间连接有氮气输送管22，所述氮气输送管22上设置有阀门 26和第一压力表29，所述氮气瓶23上设置有第二压力表28；所述泡沫发生器27内装有泡沫生发表面活性剂，所述泡沫生发表面活性剂包括烷基葡萄苷和醇聚醚-4-羧酸钠，所述醇聚醚-4-羧酸钠的质量为烷基葡萄苷质量的0.5倍～1倍，所述醇聚醚-4-羧酸钠的质量为烷基葡萄苷质量比如可以为0.5倍、0.8倍或1倍；

所述缓冲瓶24与腔体20连通，所述缓冲瓶24上连接有真空泵25；

所述直流电源1的电压梯度为0.5V/cm²～2.0V/cm²。

本实施中，所述阳极12和阴极8均为石墨电极；所述土仓盖板4上设置有pH测针9和电导率测针10；

所述第一储罐15和阳极电解液槽13连通，所述第一储罐15和阳极电解液槽13之间设置有第一蠕动泵18和第二蠕动泵17；

所述第二储罐3和阴极电解液槽6连通，所述第二储罐3和阴极电解液槽6之间设置有第三蠕动泵14和第四蠕动泵2；所述第二储罐3内设置有两个容纳腔，阴极电解液和细菌生物表面活性剂分别装于两个所述容纳腔内；所述细菌生物表面活性剂中菌种为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌，所述枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的含量均为3g/L～30g/L，所述枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的含量比如可以为3g/L、10g/L或30g/L；所述枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌均为市售可得；

所述阳极电解液和阴极电解液均为纯水；

实施例2

本实施例提供一种利用实施例1的电动修复联合多相抽提装置脱除黄土有机污染物的方法，包括：

步骤一、将待处理含有机污染物的黄土装入渗水土工布，置于腔体20 中；所述待处理含有机污染物的黄土为风干黄土与含芘的酒精溶液的混合物，所述混合物中芘浓度为100mg/kg；

步骤二、打开阀门26，在氮气瓶23中氮气作用下，泡沫发生器27 中的泡沫生发表面活性剂经导流管21进入腔体20中形成气泡，气泡进入待处理含有机污染物的黄土中，至泡沫从所述渗水土工布表面溢出，完成土表面有机污染物的脱附；本实施例中泡沫生发表面活性剂中醇聚醚-4- 羧酸钠的质量为烷基葡萄苷质量的1倍；

步骤三、启动直流电源1、第一蠕动泵18和第三蠕动泵14，向阳极电解液槽13中注入阳极电解液，向阴极电解液槽6中注入阴极电解液，维持电场强度为1.5V/cm进行电动力学试验，至阳极电解液槽13内容物 pH＜2，完成电动力学试验；电动修复过程中，阳极电解液水解产生氢离子，阴极电解液水解产生氢氧根，土样中的芘元素迁移进入阳极电解槽13；

步骤四、进行多相抽提操作，具体包括：启动真空泵25，将腔体20 内含有污染物流体导入缓冲瓶24；所述真空泵25的抽提速率为0.5L/min ～3.0L/min，真空泵的抽提速率可随工程实际进行调控。

对比例1

本对比例与实施例2相同，其中不同之处在于，不经过步骤四，对应第一组。

对比例2

本对比例与实施例2相同，其中不同之处在于，不经过步骤三，对应第二组。

实施例2、对比例1和对比例2的结果如图5所示，图5中第三组对应实施例2。根据图5可知，本实施例通过采用包含注入泡沫生发表面活性剂、电动力学试验过程和多相抽提的方法进行芘脱除，脱除率为87.2％，高于仅进行电动力学试验过程的对比例1和仅通过多相抽提的对比例2。

实施例3

本实施例提供一种利用实施例1的电动修复联合多相抽提装置脱除黄土有机污染物的方法，包括：

步骤一、将待处理含有机污染物的黄土装入渗水土工布，置于腔体20 中；所述待处理含有机污染物的黄土为风干黄土与含芘的酒精溶液的混合物，所述混合物中芘浓度为100mg/kg；

步骤二、将细菌生物表面活性剂注入阴极电解液槽6；所述细菌生物表面活性剂的质量为待处理含有机污染物的黄土质量的0.2倍～0.5倍；本实施例中所述细菌生物表面活性剂中菌种为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌，所述枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的含量均为10g/L；

步骤三、启动直流电源1和第一蠕动泵18，向阳极电解液槽13中注入阳极电解液，维持电场强度为1.5V/cm进行电动力学试验，至阳极电解液槽13内容物pH＜2，完成电动力学试验；电动修复过程中，阳极电解液水解产生氢离子，阴极电解液水解产生氢氧根，土样中的芘元素迁移进入阳极电解槽13；

步骤四、进行多相抽提操作，具体包括：启动真空泵25，将腔体20 内含有污染物流体导入缓冲瓶24；所述真空泵25的抽提速率为0.5L/min ～3.0L/min，真空泵的抽提速率可随工程实际进行调控。

对比例3

本对比例与实施例3相同，其中不同之处在于，不经过步骤四，对应第一组。

对比例4

本对比例与实施例3相同，其中不同之处在于，不经过步骤三，对应第二组。

实施例3、对比例3和对比例4的结果如图6所示，图6中第三组对应实施例3。根据图6可知，本实施例通过采用包含注入细菌生物表面活性剂、电动力学试验过程和多相抽提的方法进行芘脱除，脱除率为89.3％，高于仅进行电动力学试验过程的对比例3和仅通过多相抽提的对比例4。

实施例4

本实施例提供一种利用实施例1的电动修复联合多相抽提装置脱除黄土有机污染物的方法，包括：

步骤一、将待处理含有机污染物的黄土装入渗水土工布，置于腔体20 中；所述待处理含有机污染物的黄土为风干黄土与含芘的酒精溶液的混合物，所述混合物中芘浓度为100mg/kg；

步骤二、打开阀门26，在氮气瓶23中氮气作用下，泡沫发生器27 中的泡沫生发表面活性剂经导流管21进入腔体20中形成气泡，气泡进入待处理含有机污染物的黄土中，至泡沫从所述渗水土工布表面溢出，完成土表面有机污染物的脱附；本实施例中泡沫生发表面活性剂中醇聚醚-4- 羧酸钠的质量为烷基葡萄苷质量的1倍；

步骤三、将细菌生物表面活性剂注入阴极电解液槽6；所述细菌生物表面活性剂的质量为待处理含有机污染物的黄土质量的0.2倍～0.5倍；本实施例中所述细菌生物表面活性剂中菌种为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌，所述枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的含量均为10g/L；

步骤四、启动直流电源1和第一蠕动泵18，向阳极电解液槽13中注入阳极电解液，维持电场强度为1.5V/cm进行电动力学试验，至阳极电解液槽13内容物pH＜2，完成电动力学试验；电动修复过程中，阳极电解液水解产生氢离子，阴极电解液水解产生氢氧根，土样中的芘元素迁移进入阳极电解槽13；

步骤五、进行多相抽提操作，具体包括：启动真空泵25，将腔体20 内含有污染物流体导入缓冲瓶24；所述真空泵25的抽提速率为0.5L/min ～3.0L/min，真空泵的抽提速率可随工程实际进行调控。

对比例5

本对比例与实施例4相同，其中不同之处在于，不经过步骤五，对应第一组。

对比例6

本对比例与实施例4相同，其中不同之处在于，不经过步骤四，对应第二组。

实施例4、对比例5和对比例6的结果如图7所示，图7中第三组对应实施例4。根据图7可知，本实施例通过采用包含注入泡沫生发表面活性剂和细菌生物表面活性剂、电动力学试验过程和多相抽提的方法进行芘脱除，脱除率在97.2％，高于仅进行电动力学试验过程的对比例5和仅通过多相抽提的对比例6。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何限制，凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，其特征在于，包括直流电源(1)、土仓、阳极组件、阴极(8)、阳极电解液槽(13)、阴极电解液槽(6)、第一储罐(15)和第二储罐(3)，所述阳极组件、阴极(8)、阳极电解液槽(13)和阴极电解液槽(6)均设置于所述土仓内，所述阳极组件和阴极(8)分别与直流电源(1)连接；所述第一储罐(15)内储存有阳极电解液，所述第二储罐(3)内储存有阴极电解液和细菌生物表面活性剂；

所述阳极组件包括阳极(12)和套设于阳极(12)上的透水土工布(11)，所述透水土工布(11)上开设有孔；所述阴极(8)的数量为多个，多个所述阴极(8)环绕阳极(12)均布；

所述土仓包括土仓盖板(4)和合围形成腔体(20)的土仓外壁，所述土仓盖板(4)设置于土仓外壁上；

所述阳极电解液槽(13)设置于腔体(20)中心处，所述阳极组件设置于阳极电解液槽(13)内；所述阴极电解液槽(6)围设于腔体(20)内且所述阴极电解液槽(6)位于阴极(8)和所述土仓外壁之间，所述阳极电解液槽(13)和阴极电解液槽(6)上均开设有通孔。

2.根据权利要求1所述的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，其特征在于，所述黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置还包括：氮气瓶(23)、泡沫发生器(27)、缓冲瓶(24)和与腔体(20)连通的导流管(21)，所述导流管(21)另一端与泡沫发生器(27)连通，所述泡沫发生器(27)与氮气瓶(23)之间连接有氮气输送管(22)，所述氮气输送管(22)上设置有阀门(26)和第一压力表(29)，所述氮气瓶(23)上设置有第二压力表(28)，所述泡沫发生器(27)内装有泡沫生发表面活性剂；所述缓冲瓶(24)与腔体(20)连通，所述缓冲瓶(24)上连接有真空泵(25)。

3.根据权利要求2所述的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，其特征在于，所述泡沫生发表面活性剂包括烷基葡萄苷和醇聚醚-4-羧酸钠，所述醇聚醚-4-羧酸钠的质量为烷基葡萄苷质量的0.5倍～1倍。

4.根据权利要求1所述的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，其特征在于，所述第一储罐(15)和阳极电解液槽(13)连通，所述第一储罐(15)和阳极电解液槽(13)之间设置有第一蠕动泵(18)和第二蠕动泵(17)；

所述第二储罐(3)和阴极电解液槽(6)连通，所述第二储罐(3)和阴极电解液槽(6)之间设置有第三蠕动泵(14)和第四蠕动泵(2)。

5.根据权利要求1所述的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，其特征在于，所述细菌生物表面活性剂中菌种为枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌，所述枯草芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌的含量均为3g/L～30g/L。

6.根据权利要求1所述的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，其特征在于，所述阳极电解液和阴极电解液均为纯水。

7.根据权利要求1所述的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置，其特征在于，所述直流电源(1)的电压梯度为0.5V/cm²～2.0V/cm²。

8.一种采用如权利要求2所述的黄土有机污染脱除用电动修复联合多相抽提装置进行黄土有机污染脱除的方法，其特征在于，包括：

步骤一、将待处理含有机污染物的黄土装入渗水土工布后置于腔体(20)中；

步骤二、将泡沫生发表面活性剂传输入腔体(20)内，进入腔体(20)中的泡沫生发表面活性剂形成气泡，气泡进入待处理含有机污染物的黄土中，至泡沫从所述渗水土工布表面溢出，完成土表面有机污染物的脱附；

步骤三、将细菌生物表面活性剂注入阴极电解液槽(6)；

步骤四、向阳极电解液槽(13)中注入阳极电解液，进行电动力学试验，至阳极电解液槽(13)内容物pH＜2，完成电动力学试验；

步骤五、进行多相抽提操作，具体包括：启动真空泵(25)，将腔体(20)内含有污染物流体导入缓冲瓶(24)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤一所述待处理含有机污染物的黄土中的有机污染物包括芘。

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