CN115365288A - 结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置及修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置及修复方法，涉及环境地质工程，包括：电场系统，包括阳极电极圈和阴极电极圈，阴极电极圈设置阳极电极圈内，且阳极电极圈与阴极电极圈间隔，所述阴极电极圈与阳极电极圈与电源的正负极对应连接；低温驱动系统，设置在阴极电极圈内用以对阴极电极圈包围的区域进行降温；污染物抽离系统，包括渗透墙和滤网，所述渗透墙设置在阴极电极圈的外围，所述滤网安装在渗透墙的外壁，在本申请中利用电场和温度场形成复合场，在复合场的作用下，重金属离子在复合场的作用下进行迁移依附到滤网上，提升了重金属离子的去除率，而且可以实现重金属污染物与土体的高效剥离。
Description
技术领域
本发明涉及环境地质工程，特别涉及结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置及修复方法。
背景技术
目前我国面积大于1万M3的污染场地超过50万块。这些污染场地，未来大部分将作为居住用地和商业二次开发利用，因此急需进行有效修复。已有的土壤修复技术达到一百多种，常用技术也有十多种，大致可分为物理、化学和生物三种方法，逐渐形成了一个新兴的行业。
在这些众多修复技术中，处理重金属污染土的主要方法大致有换土法、淋洗法、固化/稳定化法和电动修复法。所谓淋洗法就是通过化学试剂不断的对土壤进行喷洒，易对土壤造成二次伤害，固化/稳定化法不适于大规模的场地修复；而电动修复技术(ELECTROKINETIC/EC)是一种新兴的原位修复技术，其具有工程投资低、污染土壤扰动少、二次污染可控、对周围环境影响小等特点。电动修复法的基本原理是在污染土壤区域插入电极，施加直流电后形成电场，土壤中的污染物在直流电场作用下定向迁移，富集在阴极区域，再通过其他方法(电镀、沉淀/共沉淀、抽出等)去除。电能易获得、成本低。该方法对多种重金属污染的修复有着明显效果，非常适合于工业污染场地的修复。目前该方法还停留在实验室研究，国内没有涉及该方法的具体较大规模治理项目。
传统电动修复法存在不足与缺陷：(1)利用凹凸棒或者导电碳粒作为电极以获得均匀电场，施工较为粗放，导电不够稳定，电导后聚集的重金属污染物不易去除彻底；(2)将重金属元素从土体中剥离效果不好；(3)仅设置均匀电场，未涉及土体原位低温驱动重金属离子定向迁移技术，无法实现高效修复。
发明内容
本发明提供了一种结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置既修复方法，其目的是为了解决现有技术中的问题。
为了达到上述目的，本发明的实施例提供了一种结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置，包括：
电场系统，包括阳极电极圈和阴极电极圈，阴极电极圈设置阳极电极圈内，且阳极电极圈与阴极电极圈间隔，所述阴极电极圈与阳极电极圈与电源的正负极对应连接；
低温驱动系统，设置在阴极电极圈内用以对阴极电极圈包围的区域进行降温；
污染物抽离系统，包括渗透墙和滤网，所述渗透墙设置在阴极电极圈的外围，所述滤网安装在渗透墙的外壁。
优选的，所述阳极电极圈包括多个阳极弧形电极板拼接而成，所述阳极弧形电极板由阳极弧形电极片、阳极导电轨道和阳极电极壳构成，阳极电极壳的底部设置有阳极导电滑槽，所述阳极导电轨道设置在阳极弧形电极片的下端和左右端，下端的所述阳极导电滑槽与所述阳极导电轨道电性连接，左右端的所述阳极导电轨道用以电连接多个阳极弧形电极片，所述阴极电极圈包括多个阴极弧形电极板拼接而成，所述阴极弧形电极板由阴极弧形电极片、阴极导电轨道和阴极电极壳构成，阴极电极壳的底部设置有阴极导电滑槽，所述阴极导电轨道设置在阴极弧形电机片的下端和左右端，下端的所述阴极导电滑槽与所述阴极导电轨道电性连接，左右端的所述阴极导电轨道用以电连接多个阴极弧形电极片，所述阳极电极壳、阴极电极壳安装导电子母接头以实现为阳极电极圈和阴极电极圈供电。
优选的，所述阳极电极壳和阴极电极壳的下方为楔形体。
优选的，所述低温驱动系统包括泵送组件、压力罐、高压注浆管，所述泵送组件与所述压力罐连通，所述压力罐与所述高压注浆管连通。
优选的，所述泵送组件包括加压结构和控制器，所述加压结构由若干保温瓶和与保温瓶通过管道连接的液氮汽化器构成，所述液氮汽化器与所述压力罐连通。
优选的，所述高压注浆管上设置有低温流量计和紧急截止阀。
优选的，所述渗透墙由石英砂或沸石颗粒组成。
本申请还提供了一种结合低温驱动的重金属污染土电动修复方法，采用前述的结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置，包括如下步骤：
S1.对待修复的场地进行整平，排除场地表面积水，并确定地下水位；
S2.布置低温驱动系统，并借助钻机进行钻孔，钻孔深度为L，钻孔后将高压注浆管置入钻孔内；
S3.依照先阴极电极圈、后阳极电极圈的顺序将阴极电极圈和阳极电极圈部分置入待修复的场地；
S4.沿着阴极电极圈的外围开设沟槽，施作渗透墙，并将滤网附着在渗透墙的外表面，置入沟槽内固定；
S5.启动低温驱动系统，形成低温区；
S6.阴极电极圈、阳极电极圈接通直流电源，形成稳定均匀的直流电场；
S7.直流电源保持通电状态一段时间后，取出附着重金属离子的滤网，并清洁干净，通过钻孔将残余的重金属污染液进行回收并去污处理。
优选的，在S2中，钻孔包括主孔以及与主孔连接的枝状直孔，枝状直孔呈梅花状布置。
优选的，在S3中，将高压注浆管插入到钻孔底部，另一端连接紧急截止阀、低温流量计、控制器和泵送组件，调节控制器，超低温液氮经过保温瓶、液氮气化器、压力罐，从高压注浆管高压喷射出，自下而上的注入钻孔内，形成低温区。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
在本申请中利用电场和温度场形成复合场，在复合场的作用下，重金属离子在复合场的作用下进行迁移依附到滤网上，提升了重金属离子的去除率，而且可以提高重金属污染物与土体的高效剥离。
附图说明
图1为本发明的重金属土修复装置立体示意图；
图2为本发明的重金属土修复装置平面简图；
图3为本发明中阳(阴)极电极圈安装流程图；
图4为本发明中低温驱动系统示意图；
图5为本发明中液氮注入孔布置图。
【附图标记说明】
1-电场系统、101-阳极弧形电极板、102-阳极电极圈、103-阴极弧形电极板、104-阴极电极圈、105-阳极弧形电极片、106-阴极弧形电极片、107-阳极导电轨道、108-阳极电极壳、109-阴极电极壳、110-楔形体、111-导电子母接头；
2-低温驱动系统、201-泵送组件、202-压力罐、203-高压注浆管、204-钻孔、205-加压结构、206-控制器、207-保温瓶、208-液氮汽化器、209-低温流量计、210-截止阀；
3.污染物抽离系统、31-渗透墙、32-滤网、4-直流电场、5-低温区
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明针对现有的问题，提供了一种结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置及修复方法。
如图1-5所示，本发明的实施例提供了一种结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置，由电场系统1、低温驱动系统2和污染物抽离系统3构成，其中电场系统1包括阳极电极圈102和阴极电极圈104，阴极电极圈104设置阳极电极圈102内，且阳极电极圈102与阴极电极圈104间隔，所述阴极电极圈104与阳极电极圈102与电源的正负极对应连接；低温驱动系统2，设置在阴极电极圈104内用以对阴极电极圈104包围的区域进行降温；污染物抽离系统3，包括渗透墙31和滤网32，所述渗透墙31设置在阴极电极圈104的外围，所述滤网32安装在渗透墙31的外壁。优选的，滤网32为100～500目；渗透墙31由石英砂或沸石颗粒组成，厚度在50cm以上，该渗透墙31可以过滤阴极范围内产生的重金属氢氧化合物沉淀。
在本实施例中，通过叠加温度场和圆环状直流电场4，对污染土中的重金属离子进行去除，在复合场的作用下，重金属离子在土体中进行迁移至低温区5，提升了重金属离子的去除效率。
具体的，所述半径为R的阳极电极圈102包括多个阳极弧形电极板101拼接而成，所述阳极弧形电极板101由阳极弧形电极片105、阳极导电轨道107和阳极电极壳108构成，阳极电极壳108的底部设置有阳极导电滑槽，所述阳极导电轨道107设置在阳极弧形电极片105的下端，所述阳极导电滑槽与所述阳极导电轨道107电性连接，所述阴极电极圈104包括多个阴极弧形电极板103拼接而成，所述阴极弧形电极板103由阴极弧形电极片106、阴极导电轨道和阴极电极壳109构成，阴极电极壳109的底部设置有阴极导电滑槽，所述阴极导电轨道设置在阴极弧形电机片的下端，所述阴极导电滑槽与所述阴极导电轨道电性连接，所述阳极电极壳108、阴极电极壳109安装导电子母接头111以实现为阳极电极圈102和阴极电极圈104供电。
进一步，由于阳极电极圈102采用多个阳极弧形电极板101拼接而成，阳极弧形电极板101是半径为R的圆弧的1/n圆弧，多个阳极弧形电极板101之间也可以采用导电滑槽和导电轨道的方式进行电连接，也可以采用现有的其他技术，目的在于保证阳极电极圈102和阴极电极圈104之间可以形成圆环状的直流电场4。
在本实施例中，采用了拼装的方式构成阳极电极圈102和阴极电极圈104，保证了安装和运输的方便，而且在拼装的过程中电性连接，不会影响到阳极电极圈102和阴极电极圈104产生圆环状的电场。
进一步的，阳极电极壳108和阴极电极壳109的下方为楔形体110，便于将阳极电极圈102和阴极电极圈104置入到土壤H处深，约2-4m。
本申请还公开前述的低温驱动系统2的具体结构。低温驱动系统2包括泵送组件201、压力罐202和高压注浆管203，泵送组件201与压力罐202连通，压力罐202与高压注浆管203连通；泵送组件201包括加压结构205和控制器206，加压结构205由若干保温瓶207和与保温瓶207通过管道连接的液氮汽化器208构成，液氮汽化器208与压力罐202连通。
在本实施例中，通过控制器206控制加压结构205，使得保温瓶207内的液氮高速的通过液氮汽化器208-压力罐202-高压注浆管203的顺序高速喷出，形成一定深度、一定范围的低温区5。
为了了解和控制液氮的喷出速度，在高压注浆管203上还设置有低温流量计209和紧急截止阀210。
本申请还公开了一种结合低温驱动的重金属污染土电动修复方法，利用前述的的结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置，具体的包括：
S1.对待修复的场地进行整平，排除场地表面积水，并确定地下水位；
S2.布置低温驱动系统2，并借助钻机进行钻孔，钻孔204深度为L，钻孔204深度需要高于地下水位，钻孔后将高压注浆管203置入钻孔204内，钻孔204包括主孔以及与主孔连接的枝状直孔，枝状直孔呈梅花状布置。
S3.依照先阴极电极圈104、后阳极电极圈102的顺序将阴极电极圈104和阳极电极圈102部分置入待修复的场地，深度约2-4m；
S4.沿着阴极电极圈104的外围开设沟槽，施作渗透墙31，并将滤网32附着在渗透墙31的外表面，置入沟槽内固定；
S5.启动低温驱动系统2，将高压注浆管203的一端深入钻孔204的底部，通过控制器206，液氮在钻孔204中自下而上的注入，液氮在污染土层孔隙件扩散，形成低温区5；
S6.阴极电极圈104、阳极电极圈102接通直流电源，形成稳定均匀的环形直流电场4；
S7.直流电源保持通电状态一段时间后，取出附着重金属离子的滤网32，并清洁干净，通过钻孔204将残余的重金属污染液进行回收并去污处理。
本申请相对于传统的修复技术，具有如下优点：
1利用电极片导电，与利用石墨阳极棒导电相比，具有处理面积大、结构简单、施工方便、成本低效果好的优点，并且这种安装方式连通性较好，不会出现导电不稳定的问题，能够实现稳定均匀电场；
2本发明中电极圈的组装实现了模块化拼装，施工方便，可大规模使用，所采用的导电子母接头111等导电材料价格便宜，导电性好；
3将修复完成后的滤网32从土体中取出，对其进行清洁，加之利用抽水机从液氮注入孔中抽出残留污染液，以实现重金属污染物与土体的高效剥离；
4本发明中采用的低温驱动技术可促进重金属离子在土体中的迁移作用，大大提升了重金属离子的去除率。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置，其特征在于，包括：
电场系统(1)，包括阳极电极圈(102)和阴极电极圈(104)，阴极电极圈(104)设置阳极电极圈(102)内，且阳极电极圈(102)与阴极电极圈(104)间隔，所述阴极电极圈(104)与阳极电极圈(102)与电源的正负极对应连接；
低温驱动系统(2)，设置在阴极电极圈(104)内用以对阴极电极圈(104)包围的区域进行降温；
污染物抽离系统(3)，包括渗透墙(31)和滤网(32)，所述渗透墙(31)设置在阴极电极圈(104)的外围，所述滤网(32)安装在渗透墙(31)的外壁。
2.根据权利要求1所述的结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置，其特征在于：所述阳极电极圈(102)包括多个阳极弧形电极板(101)拼接而成，所述阳极弧形电极板(101)由阳极弧形电极片(105)、阳极导电轨道(107)和阳极电极壳(108)构成，阳极电极壳(108)的底部设置有阳极导电滑槽，所述阳极导电轨道(107)设置在阳极弧形电极片(105)的下端和左右端，下端的所述阳极导电滑槽与所述阳极导电轨道(107)电性连接，左右端的所述阳极导电轨道(107)用以电连接多个阳极弧形电极片(105)，所述阴极电极圈(104)包括多个阴极弧形电极板(103)拼接而成，所述阴极弧形电极板(103)由阴极弧形电极片(106)、阴极导电轨道和阴极电极壳(109)构成，阴极电极壳(109)的底部设置有阴极导电滑槽，所述阴极导电轨道设置在阴极弧形电机片的下端和左右端，下端的所述阴极导电滑槽与所述阴极导电轨道电性连接，左右端的所述阴极导电轨道(108)用以电连接多个阴极弧形电极片(103)，所述阳极电极壳(108)、阴极电极壳(109)安装导电子母接头(111)以实现为阳极电极圈(102)和阴极电极圈(104)供电。
3.根据权利要求2所述的修复装置，其特征在于：所述阳极电极壳(108)和阴极电极壳(109)的下方为楔形体(110)。
4.根据权利要求1所述的结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置，其特征在于：所述低温驱动系统(2)包括泵送组件(201)、压力罐(202)、高压注浆管(203)，所述泵送组件(201)与所述压力罐(202)连通，所述压力罐(202)与所述高压注浆管(203)连通。
5.根据权利要求4所述的结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置，其特征在于：所述泵送组件(201)包括加压结构(205)和控制器(206)，所述加压结构(205)由若干保温瓶(207)和与保温瓶(207)通过管道连接的液氮汽化器(208)构成，所述液氮汽化器(208)与所述压力罐(202)连通。
6.根据权利要求5所述的结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置，其特征在于：所述高压注浆管(203)上设置有低温流量计(209)和紧急截止阀(210)。
7.根据权利要求1所述的结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置，其特征在于：所述渗透墙(31)由石英砂或沸石颗粒组成。
8.一种结合低温驱动的重金属污染土电动修复方法，采用权利要求1-7任一项所述的结合低温驱动的重金属污染土电动修复装置，其特征在于，包括：
S1.对待修复的场地进行整平，排除地表面积水，并确定地下水位；
S2.布置低温驱动系统(2)，并借助钻机进行钻孔，钻孔(204)深度为L，钻孔(204)后将高压注浆管(203)置入钻孔(204)内；
S3.依照先阴极电极圈(104)、后阳极电极圈(102)的顺序将阴极电极圈(104)和阳极电极圈(102)部分置入待修复的场地；
S4.沿着阴极电极圈(104)的外围开设沟槽，施作渗透墙(31)，并将滤网(32)附着在渗透墙(31)的外表面，置入沟槽内固定；
S5.启动低温驱动系统(2)，形成低温区(5)；
S6.阴极电极圈(104)、阳极电极圈(102)接通直流电源，形成稳定均匀的直流电场(4)；
S7.直流电源保持通电状态一段时间后，取出附着重金属离子的滤网(32)，并清洁干净，通过钻孔(204)将残余的重金属污染液进行回收并去污处理。
9.根据权利要求8所述的结合低温驱动的重金属污染土电动修复方法，其特征在于：在S2中，钻孔(204)包括主孔以及与主孔连接的枝状直孔，枝状直孔呈梅花状布置。
10.根据权利要求8所述的结合低温驱动的重金属污染土电动修复方法，其特征在于：在S3中，将高压注浆管(203)插入到钻孔(204)底部，另一端连接紧急截止阀(210)、低温流量计(209)、控制器(206)和泵送组件(201)，调节控制器(206)，超低温液氮经过保温瓶(207)、液氮气化器、压力罐(202)，从高压注浆管(203)高压喷射出，自下而上的注入钻孔(204)内，形成低温区(5)。
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