CN115466025B - 一种原位电动脱除河湖底泥污染物的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种原位电动脱除河湖底泥污染物的装置及方法，该装置包括把手、储水槽、柱状电极；储水槽为上部多孔圆柱筒、下部为圆椎体的结构，周壁均匀布设多个圆孔，表面贴附透水挡泥布；固化剂缓存槽上部设有固化剂注入管，固化剂注入管用于将固化剂注入固化剂缓存槽，通过锥形导流盘引流至固化剂分流罩内壁，经固化剂分流罩的壁孔至固化剂分流罩外壁四周；柱状电极置于储水槽内部；排气管和排水管均与储水槽腔体相通。本发明将可提高装置的现场可操作性，减少对底泥的扰动；避免电解产生的气体从底泥表面冒出而形成气泡孔，通过固化剂填补因装置扰动底泥或底泥不均匀沉降而导致底泥在装置表面形成的裂缝，从而避免上覆水直通储水槽。

Description

一种原位电动脱除河湖底泥污染物的装置及方法

技术领域

本发明涉及环境治理领域，具体涉及一种原位电动脱除河湖底泥污染物的装置及方法。

背景技术

底泥是河湖污染的“汇”和“源”，是河湖生态的重要组成部分，也是内源污染控制的主要对象；孔隙水是底泥释放污染物的主要载体，直接影响上覆水污染物浓度和泥-水界面污染物的交换过程。因此，底泥孔隙水的高效排出是去除河湖底泥污染物的突破点和着力点。

电动修复技术作为一种新型原位修复技术，具有周期短、效率高的特点，特别适用于低渗透性系数的底泥。随着导电排水板等技术装置的成熟，使电动修复技术可实现底泥排水的同时去除污染物，然而，该技术现阶段主要停留在对河湖疏浚底泥的异位处理，对于含有上覆水的污染河湖底泥原位修复鲜有报道。

中国发明专利“一种重金属污染河湖底泥原位修复系统及方法”(申请号201810319167.2)、“一种污染底泥多极电动修复体及其施工方法”(申请号202010564281.9)等均实现底泥孔隙水脱除，但是上述技术装置要么用于无上覆水的疏浚底泥堆场，要么未考虑底泥上覆水涌入装置的风险。

中国发明专利“一种水体底泥原位电动处理装置及处理方法”(申请号202110341356.1)，通过锚杆和隔水幕布围绕的四面体将待处理区域污染底泥封闭，然后用水泵将该密闭区域上覆水抽干，虽考虑了底泥上覆水涌入装置对修复效果的影响，但是该技术装置操作复杂、工作量大、成本高。中国实用新型专利“一种基于孔隙水导排的河湖污染底泥原位减量除污装置”(申请号201721571187.6)在导水电极板上端盖设有机玻璃材质的上覆水隔绝罩，在短时间内(8小时)可实现上覆水隔绝，但该装置有且仅考虑了上覆水沿装置表面渗入装置的风险，未考虑电解产气过程中逐渐形成的气泡孔通道，以及随着脱水时间延长，底泥不均匀沉降，导致底泥在装置表面形成的裂缝通道，即不能长效地隔绝上覆水，且该装置的板状设计不利于现场操作。

本发明人在实现本发明的过程中经研究发现，现用于河湖底泥原位电动修复的技术装置主要存在如下不足：

(1)电动修复过程中，电极电解水产生的气体(如H₂、O₂等)易从底泥表面冒出并形成气泡孔通道，导致上覆水经气泡孔通道直通装置储水槽，影响污染底泥的电动修复效果；

(2)现场施工过程中装置对底泥的过度扰动，以及电动排水过程中底泥不均沉降等，均会导致底泥在装置表面形成裂缝，大大增加上覆水直接侵入装置储水槽的风险，进而影响污染底泥的电动修复效果；

(3)现有电动修复装置设计较笨重，现场施工较困难，对扰动底泥大，增加了水体污染的风险。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种原位电动脱除河湖底泥污染物的装置及方法，装置以兼具排水和导电功能的圆形排水板为基础，将装置设计成了紧凑型的圆柱状，施工时可极大地减小对水体扰动，同时增加了电解排气设计、固化剂分流罩，其中电解排气设计可避免电解产气过程形成的气泡孔，固化剂分流罩中的固化剂在装置插入底泥后注入，可填补底泥扰动或底泥不均匀沉降导致装置表面形成的裂缝，使上覆水可均匀缓慢地渗入污染底泥，并在电场作用下由装置收集、储存、导排，实现对底泥的“透析”。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种原位电动脱除河湖底泥污染物的装置，包括把手、排气管、排水管、防水导线、固化剂注入管、固化剂缓存槽、固化剂分流罩、锥形导流盘、透水挡泥布、储水槽、柱状电极；所述储水槽为上部多孔圆柱筒、下部为圆椎体的结构，周壁均匀布设多个圆孔，表面贴附透水挡泥布；所述固化剂分流罩倒扣固定于储水槽顶部，顶部与把手连接，所述固化剂分流罩为圆柱状中空筒体结构，周壁设置多个壁孔，内置锥形导流盘，上部设有连通的固化剂缓存槽；所述固化剂缓存槽上部设有固化剂注入管，底部连通固化剂分流罩；柱状电极置于储水槽内部，内置金属导线，表面设有均匀、竖向的导水凹槽，柱状电极与防水导线连接；所述排气管和排水管均与储水槽腔体相通，其中排气管位于储水槽腔体的顶端，排水管位于储水槽腔体的底端。

进一步的，所述固化剂注入管用于将固化剂注入所述固化剂缓存槽，固化剂进入所述固化剂缓存槽后，通过锥形导流盘引流至固化剂分流罩内壁，经固化剂分流罩的壁孔至固化剂分流罩外壁四周，以填补固化剂分流罩外壁与底泥之间的裂缝，达到隔绝上覆水的目的。

进一步的，所述柱状电极为耐酸碱腐蚀、导水导电的石墨塑料电极，内置金属导线，用于通过防水导线与直流稳压电源连接。

进一步的，所述固化剂缓存槽底部通过其底面圆周分布的孔连通固化剂分流罩。

进一步的，富集至储水槽附近的底泥孔隙水，透过透水挡泥布和储水槽周壁的圆孔，并沿柱状电极的导水凹槽引流收集至储水槽腔体。

一种原位电动脱除河湖底泥污染物的方法，其采用上述装置进行，所述方法包括如下步骤：

(1)选定待处理区域后，确定其上覆水水深和底泥淤积厚度，并根据水深用防水导线连接柱状电极，用长软管分别连接固化剂注入管、排气管和排水管；

(2)将组装好的装置完全插入底泥，装置采用正六边形布置，正六边形中间的装置接直流稳压电源的负极，的对应柱状电极为阴极，其四周 6个装置接电源正极，对应柱状电极为阳极，相邻两个装置的间距为1.0m；

(3)将固化剂注入连接固化剂注入管的软管，固化剂依次经固化剂注入管、固化剂缓存槽、锥形导流盘、固化剂分流罩流出，填补固化剂分流罩外壁的底泥裂缝，以隔绝上覆水至装置表面的裂缝通道；

(4)打开直流稳压电源，底泥中金属离子、H⁺阳离子和NO^3-、Cl^-、 SO₄ ^2-、OH^-阴离子在电场作用下分别向阴极和阳极定向迁移，并随大部分孔隙水在重力和电渗作用下向阴极定向迁移，小部分孔隙水在重力作用下流向阳极在电迁移与电渗的双重作用下，原位、高效地将底泥污染物收集至柱状电极附近；

(5)迁移至柱状电极附近的污染物，随底泥孔隙水依次通过透水挡泥布、储水槽、柱状电极，最后沿柱状电极表面凹槽汇入储水槽，而电解产生的气体进入储水槽后，通过与其连通的排气管排出；

(6)定时打开与排水管连通的泵，将储水槽收集的底泥孔隙水排出，实现污染物与底泥原位、彻底的分离。

由于采用了上述方案，特别是增设电解排水和上覆水隔绝设计，本发明可实现装置与底泥上覆水之间的长效隔绝，其突出的技术创新和显著进步如下：

(1)增设电解排气设计，可通过排气管及时排出收集至储水槽空腔中的气体(如H₂、O₂等)，避免气体从底泥表面冒出而形成气泡孔；

(2)增设上覆水隔绝设计，可通过半流体的固化剂实时填补因装置扰动底泥或底泥不均匀沉降而导致底泥在装置表面形成的裂缝，进而降低上覆水侵入储水槽的风险；

(3)电动修复装置采用圆柱状设计，便于其现场施工，从而大大减少对底泥的扰动，降低底泥污染物释放至水体的风险。

附图说明

图1是本发明原位电动脱除河湖底泥污染物的装置的主视图；

图2是本发明原位电动脱除河湖底泥污染物的装置的剖视图；

图3是本发明装置的布点设计与工作原理示意图。

图中：1-把手，2-排气管，3-排水管，4-防水导线，5-固化剂注入管， 6-固化剂缓存槽，7-固化剂分流罩，8-锥形导流盘，9-透水挡泥布，10-储水槽，11-柱状电极。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述，但本发明的实施方式不限于此。

本发明实施例以重金属污染湖泊底泥为对象，采用一种原位电动脱除河湖底泥污染物的装置，实施治理修复。该装置以兼具排水和导电功能的储水槽为基础，采用紧凑型圆柱状设计，减小对水体的扰动，电解排气和上覆水隔绝设计避免气泡孔和裂缝的形成，切断装置表面与上覆水之间的通道，避免上覆水大量涌入储水槽，使上覆水可缓慢均匀的渗入污染底泥，并在电场力作用下由装置收集、储存与导排，实现对底泥的“透析”，达到对底泥重金属的原位、彻底脱除。

如图1及图2所示，本发明实施例提供一种原位电动脱除河湖底泥污染物的装置，包括把手1、排气管2、排水管3、防水导线4、固化剂注入管5、固化剂缓存槽6、固化剂分流罩7、锥形导流盘8、透水挡泥布9、储水槽10、柱状电极11。

所述储水槽10高35cm、直径15cm，整体构型为圆柱状设计，底端为圆锥形设计，可减小施工过程对水体的扰动。装置材质可为有机玻璃、PVC 等轻质材料，施工方便。

所述柱状电极11为耐酸碱腐蚀、导水导电的石墨塑料电极，内置金属导线，表面设有均匀、竖向的导水凹槽。所述柱状电极11套于储水槽10 的腔体内，并通过储水槽10腔体内底部的多孔凸出法兰支撑与固定，从而实现柱状电极表面的导水凹槽向上向下均可与储水槽10腔体相通，即向上可排气，向下可排水。

所述储水槽10为多孔圆柱筒，下部为圆椎体结构，周壁均匀布设多排 0.5cm圆孔，表面贴附透水挡泥布9，便于富集至储水槽10附近的底泥孔隙水，透过透水挡泥布9和储水槽10周壁的圆孔，并沿柱状电极11的导水凹槽引流收集至储水槽10腔体。

所述排气管2和排水管3均与储水槽10腔体相通，其中排气管2位于储水槽10腔体的顶端，可及时排出富集在储水槽10腔体中的气体(如H₂、 O₂)，避免电解产生的气体从底泥表面冒出而形成气泡孔；排水管3位于储水槽10腔体的底端，便于排空储水槽10腔体中收集的底泥孔隙水(富含氮、磷或重金属等污染物)。

所述固化剂分流罩7为圆柱状中空筒体结构，高3cm，周壁设置多个壁孔，相邻壁孔之间的间隔0.5cm，孔径0.5cm，内置锥形导流盘8，上部设有连通的固化剂缓存槽6。所述固化剂分流罩7倒扣在储水槽10顶部，

所述固化剂缓存槽6上部设有固化剂注入管5，底部通过其底面圆周分布的12个直径为0.5cm的孔连通固化剂分流罩7，便于固化剂均匀分布于锥形导流盘8上，并通过锥形导流盘8引流至固化剂分流罩7内壁，经固化剂分流罩7的壁孔至固化剂分流罩7外壁四周，所述锥形导流盘8利用堆锥法原理，可将固化剂均匀分散至外壁四周，以填补固化剂分流罩7外壁与底泥之间的裂缝，达到隔绝上覆水的目的。

本发明实施例还提供一种原位电动脱除河湖底泥污染物的方法，其采用上述装置进行，所述方法包括如下步骤：

(1)选定待处理区域后，确定其上覆水水深为2m和底泥淤积厚度为40cm，并根据水深用3m长的防水导线4连接柱状电极11，3m长软管分别连接固化剂注入管5、排气管2和排水管3。

(2)如图2所示，将组装好的装置完全插入底泥，装置可采用正六边形布置，正六边形中间的装置接直流稳压电源的负极，的对应柱状电极为阴极)，其四周6个装置接电源正极，对应柱状电极为阳极，相邻两个装置的间距为1.0m。

(3)将固化剂注入连接固化剂注入管5的软管，固化剂依次经固化剂注入管5、固化剂缓存槽6、锥形导流盘8、固化剂分流罩7流出，填补固化剂分流罩7外壁的底泥裂缝，以隔绝上覆水至装置表面的裂缝通道。

(4)打开直流稳压电源，底泥中金属离子、H⁺等阳离子和NO^3-、Cl^-、 SO₄ ^2-、OH^-等阴离子在电场作用下分别向阴极和阳极定向迁移，并随大部分孔隙水在重力和电渗作用下向阴极(正六边形中心)定向迁移，小部分孔隙水在重力作用下流向阳极(图3)，在电迁移与电渗的双重作用下，原位、高效地将底泥污染物收集至柱状电极附近。

(5)迁移至柱状电极附近的污染物，随底泥孔隙水依次通过透水挡泥布9、储水槽10、柱状电极11，最后沿柱状电极11表面凹槽汇入储水槽10，而电解产生的气体进入储水槽10后，通过与其连通的排气管2排出。

(6)定时打开与排水管3连通的泵，将储水槽收集的底泥孔隙水排出，实现污染物与底泥原位、彻底的分离。

本发明实施例以重金属污染湖泊底泥为对象，采用一种原位电动脱除河湖底泥污染物的装置，实施治理修复。该装置以兼具排水和导电功能的储水槽10为基础，采用紧凑型圆柱状设计，减小对水体的扰动，电解排气和上覆水隔绝设计避免气泡孔和裂缝的形成，切断装置表面与上覆水之间的通道，避免上覆水大量涌入储水槽10，使上覆水可缓慢均匀的渗入污染底泥，并在电场力作用下由装置收集、储存与导排，实现对底泥的“透析”，达到对底泥重金属的原位、彻底脱除。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种原位电动脱除河湖底泥污染物的装置，其特征在于：包括把手、排气管、排水管、防水导线、固化剂注入管、固化剂缓存槽、固化剂分流罩、锥形导流盘、透水挡泥布、储水槽、柱状电极；所述储水槽为上部多孔圆柱筒、下部为圆椎体的结构，周壁均匀布设多个圆孔，表面贴附透水挡泥布；所述固化剂分流罩倒扣固定于储水槽顶部，顶部与把手连接，所述固化剂分流罩为圆柱状中空筒体结构，周壁设置多个壁孔，内置锥形导流盘，上部设有连通的固化剂缓存槽；所述固化剂缓存槽上部设有固化剂注入管，底部连通固化剂分流罩；柱状电极置于储水槽内部，内置金属导线，表面设有均匀、竖向的导水凹槽，柱状电极与防水导线连接；所述排气管和排水管均与储水槽腔体相通，其中排气管位于储水槽腔体的顶端，排水管位于储水槽腔体的底端。

2.如权利要求1要求所述的一种原位电动脱除河湖底泥污染物的装置，其特征在于：所述固化剂注入管用于将固化剂注入所述固化剂缓存槽，固化剂进入所述固化剂缓存槽后，通过锥形导流盘引流至固化剂分流罩内壁，经固化剂分流罩的壁孔至固化剂分流罩外壁四周，以填补固化剂分流罩外壁与底泥之间的裂缝，达到隔绝上覆水的目的。

3.如权利要求1要求所述的一种原位电动脱除河湖底泥污染物的装置，其特征在于：所述柱状电极为耐酸碱腐蚀、导水导电的石墨塑料电极，内置金属导线，用于通过防水导线与直流稳压电源连接。

4.如权利要求1要求所述的一种原位电动脱除河湖底泥污染物的装置，其特征在于：所述固化剂缓存槽底部通过其底面圆周分布的孔连通固化剂分流罩。

5.如权利要求1要求所述的一种原位电动脱除河湖底泥污染物的装置，其特征在于：富集至储水槽附近的底泥孔隙水，透过透水挡泥布和储水槽周壁的圆孔，并沿柱状电极的导水凹槽引流收集至储水槽腔体。

6.一种原位电动脱除河湖底泥污染物的方法，其特征在于：采用如权利要求1-5中任一项所述的装置进行，所述方法包括如下步骤：

(1)选定待处理区域后，确定其上覆水水深和底泥淤积厚度，并根据水深用防水导线连接柱状电极，用长软管分别连接固化剂注入管、排气管和排水管；

(2)将组装好的装置完全插入底泥，装置采用正六边形布置，正六边形中间的装置接直流稳压电源的负极，的对应柱状电极为阴极，其四周6个装置接电源正极，对应柱状电极为阳极，相邻两个装置的间距为1.0m；

(3)将固化剂注入连接固化剂注入管的软管，固化剂依次经固化剂注入管、固化剂缓存槽、锥形导流盘、固化剂分流罩流出，填补固化剂分流罩外壁的底泥裂缝，以隔绝上覆水至装置表面的裂缝通道；

(4)打开直流稳压电源，底泥中金属离子、H⁺阳离子和NO^3-、Cl^-、SO₄ ^2-、OH^-阴离子在电场作用下分别向阴极和阳极定向迁移，并随大部分孔隙水在重力和电渗作用下向阴极定向迁移，小部分孔隙水在重力作用下流向阳极在电迁移与电渗的双重作用下，原位、高效地将底泥污染物收集至柱状电极附近；

(5)迁移至柱状电极附近的污染物，随底泥孔隙水依次通过透水挡泥布、储水槽、柱状电极，最后沿柱状电极表面凹槽汇入储水槽，而电解产生的气体进入储水槽后，通过与其连通的排气管排出；

(6)定时打开与排水管连通的泵，将储水槽收集的底泥孔隙水排出，实现污染物与底泥原位、彻底的分离。