CN114472495A - 螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置及方法，该装置包括反应仓和隔板，隔板将反应仓分隔为阳极室、土样室和阴极室，阳极室内设置有阳极板，阴极室内设置有阴极板，还包括渗透反应墙、阳极电解液pH调控单元和阴极电解液循环单元；阳极室上开设有阳极溢流孔，阴极室上开设有阴极溢流孔；阳极电解液pH调控单元包括第一蠕动泵、碱液储槽、阳极电解液回收槽、pH控制器和pH传感器；阴极电解液循环单元包括第二蠕动泵和阴极电解液储槽。该装置可有效实现螯合剂和渗透反应墙联合电动修复重金属污染土体，既可以充分发挥螯合剂的作用，同时可避免出现重金属聚集，修复效率更高。

Description

螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置及方法
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，具体涉及螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置及方法。
背景技术
土壤中的重金属污染物危害大，很难去除，目前，已开发出很多重金属污染土壤修复技术，如钝化、淋洗、电动修复、化学固定、植物法、微生物法等，其中电动修复法因其高效、对环境友好的特点而成为近年来的研究热点。电动修复法的原理是在重金属污染土壤中施加一个外加直流电场，使土壤中带正、负电的重金属离子，分别向阴、阳极移动，从而达到去除土壤重金属污染物的效果，但常规的电动修复容易在阴极附近生成沉淀而造成土壤孔隙堵塞，致使土壤中的重金属去除效果不佳，因此，采用强化技术以提高污染土壤重金属去除效果是目前常用的有效措施之一。
然而目前的强化措施往往不可避免的带来新的问题，比如成本高或者导致土壤中重金属聚集等问题，提供一种高效率的强化电动修复设备和工艺，是解决当前电动修复效率低问题的主要途径之一。
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，提供螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置及方法。本发明的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置通过在反应仓内增设渗透反应墙、阳极电解液pH调控单元和阴极电解液循环单元实现对重金属污染土体的修复，可有效实现螯合剂和渗透反应墙联合电动修复重金属污染土体，既可以充分发挥螯合剂的作用，同时可避免出现重金属聚集，修复效率更高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，包括反应仓，所述反应仓内可拆卸设置有隔板，所述隔板将所述反应仓分隔为阳极室、土样室和阴极室，所述阳极室内设置有阳极板，所述阴极室内设置有阴极板，其特征在于，还包括渗透反应墙、阳极电解液pH调控单元和阴极电解液循环单元，所述渗透反应墙位于土样室内且靠近阳极室的一侧；
所述阳极室上开设有阳极溢流孔，所述阴极室上开设有阴极溢流孔；
所述阳极电解液pH调控单元包括第一蠕动泵、碱液储槽、阳极电解液回收槽、pH控制器和设置于阳极室中的pH传感器，所述pH传感器和第一蠕动泵均电连接于pH控制器上，所述碱液储槽和阳极室连通，所述第一蠕动泵设置于碱液储槽和阳极室连通的管路上，所述阳极电解液回收槽与阳极溢流孔连通；
所述阴极电解液循环单元包括第二蠕动泵和阴极电解液储槽，所述阴极电解液储槽与阴极室通过进液通路连通，所述阴极溢流孔与阴极电解液储槽通过出液通路连通，所述第二蠕动泵设置于进液通路上。
上述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，其特征在于，所述隔板包括带孔板体和贴附于所述带孔板体一侧的土工布，所述土工布位于带孔板体靠近土样室一侧的面上。
上述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，其特征在于，所述渗透反应墙为填料压实后形成的渗透反应墙。
上述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，其特征在于，所述渗透反应墙、阳极板和阴极板间隔且平行，所述阳极室内开设有可供安装阳极板的第一卡槽，所述阴极室内开设有可供安装阴极板的第二卡槽。
上述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，其特征在于，所述阳极溢流孔位于阳极室远离土样室一侧的壁面上，所述阴极溢流孔位于阴极室远离土样室一侧的壁面上。
上述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，其特征在于，所述装置还包括供电单元，所述供电单元包括直流稳压电源，所述阳极板和阴极板均与直流稳压电源电连接。
上述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，其特征在于，所述阴极电解液为螯合剂，所述阳极电解液为去离子水。
上述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，其特征在于，所述渗透反应墙的高度≥阳极溢流孔距离所述反应仓底部的高度。
此外，本发明还提供一种采用上述螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置进行重金属污染土体修复的方法，其特征在于，包括：
步骤一、按照预设土样室形状，将所述隔板插入反应仓内，将待处理重金属污染土体置于土样室内；
步骤二、向土样室两侧腔体中注入螯合剂，对待处理重金属污染土体进行24h的预处理；
步骤三、将渗透反应墙置于预设位置；
步骤四、向阳极室内注入阳极电解液；
步骤五、启动直流稳压电源，开始进行72h的修复。
上述的方法，其特征在于，步骤二中，所述土样室一侧腔体为阴极室，所述土样室另一侧腔体包括预设的阳极室和预设的渗透反应墙所占空间。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置通过在反应仓内增设渗透反应墙、阳极电解液pH调控单元和阴极电解液循环单元实现对重金属污染土体的修复，可有效实现螯合剂和渗透反应墙联合电动修复重金属污染土体，既可以充分发挥螯合剂的作用，同时可避免出现重金属聚集，修复效率更高。
2、本发明的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置包括阳极电解液pH调控单元配合作为阴极电解液的螯合剂，既可以有效减弱酸性环境下螯合剂的质子化效应发生，又可有效防止土样的过度酸化。其中，阳极电解液pH调控单元包括第一蠕动泵、碱液储槽、阳极电解液回收槽、pH控制器和pH传感器，可有效实现阳极电解液pH的自动调控，减少误差和人力物力浪费。
3、本发明包括设置于靠近阳极室一侧的渗透反应墙，螯合作用生成的重金属络合物向阳极一侧移动的过程中，可阻止重金属络合物进入阳极室，避免螯合剂发生化学降解。
4、本发明提供一种利用上述装置进行重金属污染土体修复的方法，包括先进行预处理，然后将渗透反应墙置于预设位置，通过螯合剂进行预处理，可以有效避免传统酸处理加剧土样酸化的缺陷，采用先预处理然后安装渗透反应墙，可有效避免预处理过程中渗透反应墙中填料吸附螯合剂，避免在后续处理过程中作为阴极电解液的螯合剂效用降低。
5、本发明方法可靠，操作简单，具有很高的推广应用价值。
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。
说明书附图
图1为本发明的结构示意图。
图2为隔板与渗透反应墙位置关系示意图。
图3为实施例2对人工污染黄土修复完成后铜污染物的去除效率。
图4为实施例2对人工污染黄土修复完成后铅污染物的去除效率。
具体实施方式
实施例1
如图1和2所示，本实施例提供一种螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，包括反应仓，所述反应仓内可拆卸设置有隔板，所述隔板将所述反应仓分隔为阳极室3、土样室2和阴极室4，所述阳极室3内设置有阳极板5-1，所述阴极室4内设置有阴极板5-2，还包括渗透反应墙9、阳极电解液pH调控单元和阴极电解液循环单元，所述渗透反应墙9位于土样室2内且靠近阳极室3的一侧；
所述阳极室3上开设有阳极溢流孔8-1，所述阴极室4上开设有阴极溢流孔8-2；
所述阳极电解液pH调控单元包括第一蠕动泵15、碱液储槽18、阳极电解液回收槽19、pH控制器12和设置于阳极室3中的pH传感器13，所述pH传感器13和第一蠕动泵15均电连接于pH控制器12上，所述碱液储槽18和阳极室3连通，所述第一蠕动泵15设置于碱液储槽18和阳极室3连通的管路上，所述阳极电解液回收槽19与阳极溢流孔8-1连通；pH控制器12内预设有pH值，当pH传感器13检测的阳极室3内阳极电解液pH＜4时，pH控制器12控制第一蠕动泵15启动，碱液储槽18内碱液进入阳极室3；
所述阴极电解液循环单元包括第二蠕动泵16和阴极电解液储槽20，所述阴极电解液储槽20与阴极室4通过进液通路17-1连通，所述阴极溢流孔8-2与阴极电解液储槽20通过出液通路17-2连通，所述第二蠕动泵16设置于进液通路17-1上。连通碱液储槽18和阳极室3可以为通过橡胶软管连通，进液通路17-1和出液通路17-2可以为橡胶软管。
上述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置中，所述隔板包括带孔板体6和贴附于所述带孔板体6一侧的土工布7，所述土工布7位于带孔板体6靠近土样室2一侧的面上。
上述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置中，所述渗透反应墙9为填料压实后形成的渗透反应墙9。作为可行的实施方式，所述填料可以为生物炭和/或堆肥等吸附材料。
上述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置中，所述渗透反应墙9、阳极板5-1和阴极板5-2间隔且平行，所述阳极室3内开设有可供安装阳极板5-1的第一卡槽21-1，所述阴极室4内开设有可供安装阴极板5-2的第二卡槽21-2。
上述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置中，所述阳极溢流孔8-1位于阳极室3远离土样室2一侧的壁面上，所述阴极溢流孔8-2位于阴极室4远离土样室2一侧的壁面上。
上述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置中，还包括供电单元，所述供电单元包括直流稳压电源10，所述阳极板5-1和阴极板5-2均与直流稳压电源10电连接。直流稳压电源10能供提供恒定的直流电压，且能实时显示提供的电压和电流。
上述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置中，所述阴极电解液为螯合剂，所述阳极电解液为去离子水。所述螯合剂包括乙二胺四乙酸二钠。采用去离子水作为阳极电解液可有效减少渗透反应墙9填料对离子的吸附，避免减弱重金属-络合物形成效果。
上述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置中，所述渗透反应墙9的高度≥阳极溢流孔8-1距离所述反应仓底部的高度。
实施例2
本实施例提供一种采用实施例1所述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置进行重金属污染土体修复的方法，包括：
步骤一、按照预设土样室2形状，将所述隔板插入反应仓内，将待处理重金属污染土体置于土样室2内；
步骤二、向土样室2两侧腔体中注入螯合剂，静置以对待处理重金属污染土体进行24h的预处理；通过对重金属污染土体进行24h的预处理，可有效增加螯合剂与重金属离子的接触和相互作用时间，促进重金属-络合物的形成；所述土样室2一侧腔体为阴极室4，所述土样室2另一侧腔体包括预设的阳极室3和预设的渗透反应墙9所占空间；
步骤三、将渗透反应墙9置于预设位置；具体包括：取出对应隔板同时，将所述填料按照渗透反应墙9形状填入预设位置，压实，得到渗透反应墙9，反应仓内依次为阳极室、第一隔板、渗透反应墙、土样室、第二隔板和阴极室；采用先预处理然后安装渗透反应墙9，可有效避免预处理过程中渗透反应墙中填料吸附螯合剂，避免在后续处理过程中作为阴极电解液的螯合剂效用降低；
步骤四、向阳极室3内注入阳极电解液；
步骤五、启动直流稳压电源10，将第一蠕动泵15和第二蠕动泵16通电，开始进行72h的修复；修复过程中，当pH传感器13检测的阳极室3内阳极电解液pH＜4时，pH控制器12控制第一蠕动泵15启动，碱液储槽18内碱液进入阳极室3，当阳极室3内阳极电解液高度超过阳极溢流孔8-1，多余的阳极电解液流入极液回收槽19，当阴极室4中阴极电解液高度超过阴极溢流孔8-2时，多余阴极电解液流入阴极电解液储槽20，当阴极室4中阴极电解液不足，在第二蠕动泵16作用下阴极电解液储槽20中阴极电解液流入阴极室4。
对比例1
本对比例提供一种传统电动修复污染土壤的方法，包括：以去离子水为阳极电解液，以去离子水为阴极电解液，直流稳压电源为供电电源。
性能评价
采用实施例2所述方法对人工污染黄土(铜、铅污染物浓度均为500mg/kg)进行修复。其中电压为45V(电压梯度为1.5V/cm)，渗透反应墙填料为生物炭，螯合剂为0.15mol/LEDTA-2Na，碱液为1mol/LNaOH。修复完成后，铜、铅污染物的去除效率如图3和4所示，由图可知，采用本发明的重金属离子污染黄土修复方法中，由阳极到阴极，重金属离子去除效率呈现逐渐增高的趋势，修复效率最高可达80％，各个位置黄土的铜离子和铅离子去除效率均高于传统电动修复(对比例1)处理的去除效率。
去除效率的计算方法为：用原子吸收分光光度计测量重金属离子浓度。
根据下述公式计算去除效率：
重金属离子去除效率＝[(CI-CR)/CI]×100％
其中，CI为重金属离子初始浓度，CR为修复过后重金属离子剩余浓度。
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 (10)

1.一种螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，包括反应仓，所述反应仓内可拆卸设置有隔板，所述隔板将所述反应仓分隔为阳极室(3)、土样室(2)和阴极室(4)，所述阳极室(3)内设置有阳极板(5-1)，所述阴极室(4)内设置有阴极板(5-2)，其特征在于，还包括渗透反应墙(9)、阳极电解液pH调控单元和阴极电解液循环单元，所述渗透反应墙(9)位于土样室(2)内且靠近阳极室(3)的一侧；
所述阳极室(3)上开设有阳极溢流孔(8-1)，所述阴极室(4)上开设有阴极溢流孔(8-2)；
所述阳极电解液pH调控单元包括第一蠕动泵(15)、碱液储槽(18)、阳极电解液回收槽(19)、pH控制器(12)和设置于阳极室(3)中的pH传感器(13)，所述pH传感器(13)和第一蠕动泵(15)均电连接于pH控制器(12)上，所述碱液储槽(18)和阳极室(3)连通，所述第一蠕动泵(15)设置于碱液储槽(18)和阳极室(3)连通的管路上，所述阳极电解液回收槽(19)与阳极溢流孔(8-1)连通；
所述阴极电解液循环单元包括第二蠕动泵(16)和阴极电解液储槽(20)，所述阴极电解液储槽(20)与阴极室(4)通过进液通路(17-1)连通，所述阴极溢流孔(8-2)与阴极电解液储槽(20)通过出液通路(17-2)连通，所述第二蠕动泵(16)设置于进液通路(17-1)上。
2.根据权利要求1所述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，其特征在于，所述隔板包括带孔板体(6)和贴附于所述带孔板体(6)一侧的土工布(7)，所述土工布(7)位于带孔板体(6)靠近土样室(2)一侧的面上。
3.根据权利要求1所述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，其特征在于，所述渗透反应墙(9)为填料压实后形成的渗透反应墙(9)。
4.根据权利要求1所述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，其特征在于，所述渗透反应墙(9)、阳极板(5-1)和阴极板(5-2)间隔且平行，所述阳极室(3)内开设有可供安装阳极板(5-1)的第一卡槽(21-1)，所述阴极室(4)内开设有可供安装阴极板(5-2)的第二卡槽(21-2)。
5.根据权利要求1所述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，其特征在于，所述阳极溢流孔(8-1)位于阳极室(3)远离土样室(2)一侧的壁面上，所述阴极溢流孔(8-2)位于阴极室(4)远离土样室(2)一侧的壁面上。
6.根据权利要求1所述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，其特征在于，所述装置还包括供电单元，所述供电单元包括直流稳压电源(10)，所述阳极板(5-1)和阴极板(5-2)均与直流稳压电源(10)电连接。
7.根据权利要求1所述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，其特征在于，所述阴极电解液为螯合剂，所述阳极电解液为去离子水。
8.根据权利要求1所述的螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置，其特征在于，所述渗透反应墙(9)的高度≥阳极溢流孔(8-1)距离所述反应仓底部的高度。
9.一种采用如权利要求1所述螯合剂和渗透反应墙联合电动修复污染土壤装置进行重金属污染土体修复的方法，其特征在于，包括：
步骤一、按照预设土样室(2)形状，将所述隔板插入反应仓内，将待处理重金属污染土体置于土样室(2)内；
步骤二、向土样室(2)两侧腔体中注入螯合剂，对待处理重金属污染土体进行24h的预处理；
步骤三、将渗透反应墙(9)置于预设位置；
步骤四、向阳极室(3)内注入阳极电解液；
步骤五、启动直流稳压电源(10)，开始进行72h的修复。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤二中，所述土样室(2)一侧腔体为阴极室(4)，所述土样室(2)另一侧腔体包括预设的阳极室(3)和预设的渗透反应墙(9)所占空间。
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