CN115591924A - 一种基于plc控制的电化学土壤污染修复装置及方法 - Google Patents

一种基于plc控制的电化学土壤污染修复装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115591924A
CN115591924A CN202211223111.XA CN202211223111A CN115591924A CN 115591924 A CN115591924 A CN 115591924A CN 202211223111 A CN202211223111 A CN 202211223111A CN 115591924 A CN115591924 A CN 115591924A
Authority
CN
China
Prior art keywords
soil
plc
electrochemical
reagent
reaction chamber
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211223111.XA
Other languages
English (en)
Inventor
郑菲
费晓昕
张越
朱红生
李叶澄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huatian Engineering and Technology Corp MCC
Original Assignee
Huatian Engineering and Technology Corp MCC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huatian Engineering and Technology Corp MCC filed Critical Huatian Engineering and Technology Corp MCC
Priority to CN202211223111.XA priority Critical patent/CN115591924A/zh
Publication of CN115591924A publication Critical patent/CN115591924A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/08—Reclamation of contaminated soil chemically
    • B09C1/085—Reclamation of contaminated soil chemically electrochemically, e.g. by electrokinetics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
    • B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
    • B09C1/10—Reclamation of contaminated soil microbiologically, biologically or by using enzymes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Soil Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Mycology (AREA)
  • Processing Of Solid Wastes (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置及方法，属于土壤污染修复技术领域。本发明包括太阳能光伏装置，所述的太阳能光伏装置包括太阳能光伏板和光伏板控制器，太阳能光伏板通过光伏板控制器与蓄电池相连接；所述的电化学反应室的上方设置有土壤装填室，土壤装填室的上方设置有喷淋系统。本发明将太阳能光伏系统、高级氧化‑电化学及微生物修复有机物污染土壤技术协同耦合，增大土壤颗粒表面有机氯烃的解吸溶解，能显著提高土壤中有机氯污染物的降解和修复效率，实现原位和异位土壤污染修复，通过PLC控制系统实现自动化、智能化运行控制，具有设计合理、结构简单、运行控制方便、适用性强、土壤修复高效的优点。

Description

一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置及方法
技术领域
本发明涉及土壤污染修复技术领域，更具体地说，涉及一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置及方法。
背景技术
土壤是人类及生物赖以生存的物质基础。随着工业发展，有机物化工产品使用量迅速增加，给土壤-地下环境带来较大的污染风险。有机氯烃属于难降解有机污染物，具有溶解性低、生态毒性高、生物残留性强等特点，伤害组织器官及神经系统，使生物致癌致畸，因而受到广泛关注。有机氯烃通过意外泄露或废水排放等途径进入地表水体或土壤-地下水环境后继续向深层土壤迁移，并缓慢溶解于地下水中，污染土壤地下水，对人体健康及生态安全造成严重威胁。因此，开展有机氯烃污染土壤修复工作具有重要意义。
目前，有机氯烃土壤污染修复技术主要有物理(CN203875107U)、化学(CN101053689)及生物修复技术(CN104438298A)。物理修复技术包括挖掘填埋封存、气相抽提、热脱附、电动修复等。挖掘填埋封存只能控制污染物迁移范围，无法彻底去除土壤中有机氯烃污染物。气相抽提通过向预埋管道中充入流动气相，利用气相的流动性将挥发性有机氯烃带出地面后进行吸附收集处理，该法对于与土壤吸附性强的有机氯烃修复效果较差，且不适用于黏土。热脱附技术通过将有机氯烃污染土壤置于专业设备中加热，使有机氯烃达到沸点从而与土壤解吸分离，单独收集处理，该法需要专业设备，成本较高。
化学修复通过溶剂萃取、淋洗、化学氧化等将土壤中的有机氯烃降解为低毒或无毒的物质。溶剂萃取及淋洗法利用溶剂与有机氯烃相似相溶原理，实现土壤中有机氯烃的去除，适用于污染严重的土壤。化学氧化技术利用强氧化剂将有机氯烃氧化降解为低毒或无毒的小分子物质，适用性强、修复时间短，具有广泛的应用前景。
生物修复技术主要分为微生物和植物修复，是一种绿色的修复技术。微生物通过细胞代谢、表面生物大分子吸收转运、沉淀和氧化还原反应等修复污染土壤；植物主要通过吸收、降解、转化及挥发等方法修复污染土壤。生物修复费用低，对土壤性质和生态环境影响较小，环境友好，但耗时较长，不适用于污染严重、突发性污染及急需开发利用的污染场地。
综合比较各修复方法的特点，本发明将表面活性剂-螯合剂强化高级氧化-电化学及微生物修复技术协同耦合，提供一种适用性强、修复效率高的土壤有机物氯污染修复方法。强氧化剂有芬顿试剂、过硫酸盐、高锰酸盐等。过硫酸盐稳定性好、安全性高及工程适用性强，成为修复试剂首选。但过硫酸盐与有机氯烃污染物的反应较慢，降解效果差，需在碱、热、过渡金属等作用下，产生氧化性更强的硫酸根自由基(SO4·-)，提高有机物的降解速率及降解效果。由于热化成本高，工程不便实施，本装置采用零价铁及柠檬酸/柠檬酸钠螯合Fe2+活化过硫酸钠产生SO4·-，目的在于提高过硫酸钠的活化效率及SO4·-的浓度和活性，SO4·-对溶解态有机氯烃降解效果较好。此外，表面活性剂具有增溶和降低表面张力等作用，能够溶解释放吸附在土壤颗粒表面的有机氯烃，促进有机物与氧化剂的有效接触，显著提高反应速率。
电化学系统能够提高微生物活性及多样性，维持污染物去除的稳定性，阳极电极能够提高微生物在电极上的附着量，利用微生物和电化学的协同作用氧化分解有机污染物，促进电子转移，能够显著提高污染土壤中有机物的降解速率。
太阳能是一种清洁绿色的可再生能源，利用太阳能光伏产生的电能驱动电化学系统，提高污染土壤的修复效率的同时，极大降低土壤污染物的修复成本。此外，通过PLC控制系统实现有机物污染土壤修复的信息化、自动化、智能化运行控制，节省人力物力财力，能够产生较好的经济效益、环境效益和生态效益，助力“双碳”目标的实现。
发明内容
1.发明要解决的技术问题
针对现有技术存在的缺陷与不足，本发明提供了一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置及方法，本发明针对现有有机物污染土壤修复技术效率低、耗时长、适用性局限等不足，提供一种以太阳能光伏系统作为电驱动力，基于PLC控制的高级氧化-电化学土壤污染修复装置及方法，将太阳能光伏系统、高级氧化-电化学及微生物修复有机物污染土壤技术协同耦合，增大土壤颗粒表面有机氯烃的解吸溶解，能显著提高土壤中有机氯污染物的降解和修复效率，实现原位和异位土壤污染修复。
2.技术方案
为达到上述目的，本发明提供的技术方案为：
本发明的一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置，包括太阳能光伏装置、蓄电池、土壤装填室、电化学反应室和PLC自动控制系统，所述的太阳能光伏装置包括太阳能光伏板和光伏板控制器，太阳能光伏板通过光伏板控制器与蓄电池相连接；
所述的电化学反应室的上方通过支撑层设置有土壤装填室，土壤装填室的上方设置有喷淋系统，喷淋系统的输入端连接有氧化试剂输送管路，氧化试剂输送管路上设置有循环水泵和电磁阀，电化学反应室的输入端设置有微生物菌剂输送管路，微生物菌剂输送管路的管路上也设置循环水泵和电磁阀，电化学反应室的输出端连接有试剂回收管路，试剂回收管路上设置有电磁阀，试剂回收管路的一端连接有试剂收集池；
所述的电化学反应室内部设置有三维网格电池，三维网格电池布置有阳极电极和阴极电极，阳极电极的一侧设置有纳米零价铁；
所述的蓄电池与电化学反应室中的阳极电极和阴极电极相连接；
所述的PLC自动控制系统的执行模块包括循环水泵、电磁阀、喷淋系统。
所述的土壤装填室内装填有污染土壤，土壤中有机物浓度不低于100mg/kg，土壤装填室内设置取样孔道隔板；
所述的取样孔道隔板由第一取样单元、第二取样单元、第三取样单元组成，第一取样单元、第二取样单元、第三取样单元依次排布并呈阶梯状，第三取样单元的一侧端部设置有锥形导向头；
所述的第一取样单元、第二取样单元、第三取样单元均由取样板、支撑盒组成；
所述的取样板安装在支撑盒的顶部，取样板的板面上开设有取样凹槽，取样凹槽的槽孔内设置有传感器嵌装槽；
所述的支撑盒内部设置有支撑肋，支撑肋的上部设置有支撑垫层；支撑垫层的上表面与取样板的下表面贴合。
进一步地，所述的PLC自动控制系统包括数据采集系统、PLC控制器及执行模块，所述的数据采集系统包括电导率传感器、溶解氧传感器、微生物传感器、自由基传感器、有机物传感器、A/D转换器；所述的水质检测信息通过A/D转换器输入PLC控制器；
所述的电导率传感器、溶解氧传感器、微生物传感器、自由基传感器、有机物传感器、分别嵌装在不同的传感器嵌装槽内；
所述的PLC控制器与执行模块相连接，完成太阳能光伏驱动的高级氧化-电化学土壤污染修复装置自动化、智能化运行控制，所述的PLC控制器通过RS232通讯接口与管理计算机相连接，所述的PLC控制器还通过RS485与人机对话装置相连接，用于人机交互式对话处理土壤污染修复装置输入输出信息。
进一步地，所述的太阳能光伏装置通过太阳能发电提供绿色清洁电能。
进一步地，所述的喷淋系统和电化学反应室的试剂添加均通过PLC自动控制系统控制循环水泵和电磁阀执行。
进一步地，所述的三维网格电池的阳极电极为导电性金属有机骨架材料、铁或多孔碳材料，在距离阳极cm处设置纳米零价铁；阴极电极为石墨棒、钛或不锈钢网，驱动生物电化学土壤修复的电压范围为0～2V。
进一步地，所述的土壤装填室上方设置喷淋系统，喷洒溶液为表面活性剂-螯合剂强化高级氧化修复试剂，成分为表面活性剂、过硫酸钠、螯合剂、亚铁盐和pH调节剂，螯合剂为柠檬酸或柠檬酸钠，其中，非离子表面活性剂聚山梨酯80(Tween80)用量为污染土壤中有机物总量的0.5～1倍，过硫酸钠、柠檬酸钠、亚铁盐和pH调节剂的摩尔比为1～15:1～15:1～20:1～4，pH范围为6～7，通过PLC自动控制系统的PLC控制器设定喷淋系统6的工作程序，控制修复试剂添加剂量和时间。
进一步地，所述的电化学反应室通过微生物菌剂输送管路添加适量微生物菌剂及必需的营养元素，微生物必需营养元素0.8～5.5ml/L，通过PLC自动控制系统的PLC控制器设定的工作程序，控制溶液添加剂量和时间。
进一步地，所述的土壤污染物种类为有机氯烃污染物，包括四氯乙烯(PCE)、三氯乙烯(TCE)、三氯甲烷(TCA)、1,2-二氯乙烷中的一种或几种。
一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置的方法，其步骤为：
步骤一：向土壤装填室中装填有机物污染土壤，同时通过PLC控制系统向电化学反应室添加适量微生物菌剂及必需的营养元素，微生物必需营养元素0.8～5.5ml/L；
步骤二：开启喷淋系统喷洒表面活性剂-螯合剂强化高级氧化试剂，试剂进入污染土壤层充分淋洗并氧化降解有机污染物，洗脱的有机物和反应后的溶液进入太阳能光伏驱动的电化学反应室，反应室中阳极电极通过电极生物膜附着的微生物和蓄电池所提供的低电压持续将污染物降解成小分子、CO2和H2O，当喷淋溶液充分浸润污染土壤后停止喷洒溶液，使修复剂与污染物充分反应，反应过程中，实时检测土壤装填室和电化学反应室中有机物、自由基和微生物的浓度，并通过A/D转换器传输至PLC控制器，当反应时间、自由基和微生物浓度达到设定限值后，PLC控制器启动执行模块，自动打开循环水泵，继续喷洒溶液，同时向电化学反应室添加适量微生物菌剂及必需的营养元素，当污染物浓度达到设定低限值后，PLC控制器启动执行模块，自动打开电磁阀，使反应溶液经试剂回收管路排至试剂收集池，循环水泵停止向喷淋系统输送修复试剂，修复试剂储存在试剂调节池；
步骤三：反应过程中，通过PLC控制系统的数据采集系统实时检测土壤有机物和水质的信息，并将检测信息经A/D转换器传输至PLC控制器，PLC控制器根据浓度检测信息控制执行模块，通过循环多阶段模式控制循环水泵、电磁阀和喷淋系统的工作程序，循环水泵间歇性分别将表面活性剂-螯合剂强化高级氧化试剂经喷淋系统和微生物菌剂输送至土壤装填室和电化学反应室，进行有机物的淋洗氧化和微生物好氧的协同高效降解，实现有机物的彻底分解去除。
进一步地，所述的方法可用于土壤污染异位或原位修复，pH调节剂可选用碱性氧化物中的过氧化镁或过氧化钙，防止土壤酸化，修复后的土壤可作为园林绿化种植土。
3.有益效果
采用本发明提供的技术方案，与现有技术相比，具有如下有益效果：
本发明针对现有有机物污染土壤修复技术效率低、耗时长、适用性局限等不足，提供一种以太阳能光伏系统作为电驱动力，基于PLC控制的高级氧化-电化学土壤污染修复装置及方法，将太阳能光伏系统、高级氧化-电化学及微生物修复有机物污染土壤技术协同耦合，增大土壤颗粒表面有机氯烃的解吸溶解，能显著提高土壤中有机氯污染物的降解和修复效率，实现原位和异位土壤污染修复。
本发明通过PLC控制系统实现有机氯污染土壤修复的自动化、智能化运行控制，具有设计合理、结构简单、运行控制方便、适用性强、土壤修复高效的优点，通过PLC控制器实现土壤信息的实时监测采集，节省人力物力财力，能够产生较好的经济效益、环境效益和生态效益，促进“双碳”目标的实现。
附图说明
图1为本发明的整体结构图；
图2为本发明的PLC控制结构图；
图3为本发明的实施效果图；
图4为本发明的取样孔道隔板整体结构图；
图5为本发明的取样单元拆分效果图；
图6为本发明的取样板截面图。
图中：1、太阳能光伏装置；11、太阳能光伏板；12、光伏板控制器；2、蓄电池；3、土壤装填室；31、取样孔道隔板；311、第一取样单元；312、第二取样单元；313、第三取样单元；314、锥形导向头；315、取样板；3151、取样凹槽；3152、传感器嵌装槽；316、支撑盒；317、支撑肋；318、支撑垫层；4、电化学反应室；401、微生物菌剂输送管路；402、试剂回收管路；403、试剂收集池；41、三维网格电池；42、阳极电极；43、阴极电极；44、纳米零价铁；5、支撑层；6、喷淋系统；601、氧化试剂输送管路；7、PLC自动控制系统；71、循环水泵；72、电磁阀。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：
实施例1
从图1可以看出，本实施例的一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置，包括太阳能光伏装置1、蓄电池2、土壤装填室3、电化学反应室4和PLC自动控制系统7，太阳能光伏装置1包括太阳能光伏板11和光伏板控制器12，太阳能光伏板11通过光伏板控制器12与蓄电池2相连接；
电化学反应室4的上方通过支撑层5设置有土壤装填室3，土壤装填室3的上方设置有喷淋系统6，喷淋系统6的输入端连接有氧化试剂输送管路601，氧化试剂输送管路601上设置有循环水泵71和电磁阀72，电化学反应室4的输入端设置有微生物菌剂输送管路401，用于向电化学反应室4添加微生物菌剂，微生物菌剂输送管路401的管路上也设置循环水泵71和电磁阀72，电化学反应室4的输出端连接有试剂回收管路402，试剂回收管路402上设置有电磁阀72，试剂回收管路402的一端连接有试剂收集池403；
电化学反应室4内部设置有三维网格电池41，三维网格电池41布置有阳极电极42和阴极电极43，阳极电极42的一侧设置有纳米零价铁44；
蓄电池2与电化学反应室4中的阳极电极42和阴极电极43相连接；
PLC自动控制系统7的执行模块包括循环水泵71、电磁阀72、喷淋系统6。
从图2可以看出，PLC自动控制系统7包括数据采集系统、PLC控制器及执行模块，数据采集系统包括电导率传感器、溶解氧传感器、微生物传感器、自由基传感器、有机物传感器、A/D转换器；水质检测信息通过A/D转换器输入PLC控制器；
PLC控制器与执行模块相连接，完成太阳能光伏驱动的高级氧化-电化学土壤污染修复装置自动化、智能化运行控制，PLC控制器通过RS232通讯接口与管理计算机相连接，PLC控制器还通过RS485与人机对话装置相连接，用于人机交互式对话处理土壤污染修复装置输入输出信息。
太阳能光伏装置1通过太阳能发电提供绿色清洁电能。
喷淋系统6和电化学反应室4的试剂添加均通过PLC自动控制系统7控制循环水泵71和电磁阀72执行。
三维网格电池41的阳极电极42为导电性金属有机骨架材料、铁或多孔碳材料，在距离阳极5cm处设置纳米零价铁44；阴极电极43为石墨棒、钛或不锈钢网，驱动生物电化学土壤修复的电压范围为0～2V。
从图4-6可以看出，土壤装填室3内装填有污染土壤，土壤中有机物浓度不低于100mg/kg，土壤装填室3内设置取样孔道隔板31；
取样孔道隔板31由第一取样单元311、第二取样单元312、第三取样单元313组成，第一取样单元311、第二取样单元312、第三取样单元313依次排布并呈阶梯状，
第一取样单元311、第二取样单元312、第三取样单元313的取样板315在土壤装填室3内分别处于不用的高度位置，从而可实现在土壤装填室3内分层取样的效果；
第三取样单元313的一侧端部设置有锥形导向头314；锥形导向头314在取样孔道隔板31深入土壤装填室3的过程进行导向。
第一取样单元311、第二取样单元312、第三取样单元313均由取样板315、支撑盒316组成；
第一取样单元311、第二取样单元312、第三取样单元313的支撑盒316的高度各不相同，
取样板315安装在支撑盒316的顶部，取样板315的板面上开设有取样凹槽3151，取样凹槽3151的槽孔内设置有传感器嵌装槽3152，电导率传感器、溶解氧传感器、微生物传感器、自由基传感器、有机物传感器、分别嵌装在不同的传感器嵌装槽3152内
一块取样板315的表面均布有16个取样凹槽3151，通过收集一块取样板315，即可收集出16组不同的数据，从而可实时检测土壤装填室3有机物、自由基和微生物的浓度，使得检测结果偶然性更小，精确性更高；
支撑盒316内部设置有支撑肋317，支撑肋317的上部设置有支撑垫层318；支撑垫层318的上表面与取样板315的下表面贴合。
支撑肋317用于增大支撑盒316的实际重量，提高取样孔道隔板31在土壤装填室3内的稳定性。
支撑垫层318为取样板315的平衡提供支撑效果，通过支撑垫层318叠加的数量，即可匹配不同高度尺寸的支撑盒316。
土壤装填室3上方设置喷淋系统6，喷洒溶液为表面活性剂-螯合剂强化高级氧化修复试剂，成分为表面活性剂、过硫酸钠、螯合剂、亚铁盐和pH调节剂，螯合剂为柠檬酸或柠檬酸钠，其中，非离子表面活性剂聚山梨酯80(Tween80)用量为污染土壤中有机物总量的0.5～1倍，过硫酸钠、柠檬酸钠、亚铁盐和pH调节剂的摩尔比为1～15:1～15:1～20:1～4，pH范围为6～7，通过PLC自动控制系统7的PLC控制器设定喷淋系统6的工作程序，控制修复试剂添加剂量和时间。
电化学反应室4通过微生物菌剂输送管路401添加适量微生物菌剂及必需的营养元素，微生物必需营养元素0.8～5.5ml/L，通过PLC自动控制系统7的PLC控制器设定的工作程序，控制溶液添加剂量和时间。
土壤污染物种类为有机氯烃污染物，包括四氯乙烯(PCE)、三氯乙烯(TCE)、三氯甲烷(TCA)、1,2-二氯乙烷中的一种或几种。
一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置的方法，其步骤为：
步骤一：向土壤装填室3中装填有机物污染土壤，同时通过PLC控制系统向电化学反应室4添加适量微生物菌剂及必需的营养元素，微生物必需营养元素0.8～5.5ml/L；
步骤二：开启喷淋系统6喷洒表面活性剂-螯合剂强化高级氧化试剂，试剂进入污染土壤层充分淋洗并氧化降解有机污染物，洗脱的有机物和反应后的溶液进入太阳能光伏驱动的电化学反应室4，反应室中阳极电极42通过电极生物膜附着的微生物和蓄电池2所提供的低电压持续将污染物降解成小分子、CO2和H2O，当喷淋溶液充分浸润污染土壤后停止喷洒溶液，使修复剂与污染物充分反应，反应过程中，实时检测土壤装填室3和电化学反应室4中有机物、自由基和微生物的浓度，并通过A/D转换器传输至PLC控制器，当反应时间、自由基和微生物浓度达到设定限值后，PLC控制器启动执行模块，自动打开循环水泵71，继续喷洒溶液，同时向电化学反应室4添加适量微生物菌剂及必需的营养元素，当污染物浓度达到设定低限值后，PLC控制器启动执行模块，自动打开电磁阀72，使反应溶液经试剂回收管路402排至试剂收集池403，循环水泵71停止向喷淋系统6输送修复试剂，修复试剂储存在试剂调节池；
步骤三：反应过程中，通过PLC控制系统的数据采集系统实时检测土壤有机物和水质的信息，并将检测信息经A/D转换器传输至PLC控制器，PLC控制器根据浓度检测信息控制执行模块，通过循环多阶段模式控制循环水泵71、电磁阀72和喷淋系统6的工作程序，循环水泵71间歇性分别将表面活性剂-螯合剂强化高级氧化试剂经喷淋系统6和微生物菌剂输送至土壤装填室3和电化学反应室4，进行有机物的淋洗氧化和微生物好氧的协同高效降解，实现有机物的彻底分解去除。
本方法可用于土壤污染异位或原位修复，pH调节剂可选用碱性氧化物中的过氧化镁或过氧化钙，防止土壤酸化，修复后的土壤可作为园林绿化种植土。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述：
太阳能光伏驱动生物电化学土壤修复的电压为2V，土壤污染物为有机氯烃，取样分析土壤中有机污染物浓度为200mg/kg，适量微生物菌剂，微生物必需营养元素维生素浓度为3.0ml/L。
从图3可以看出，将实施例1分为5组：(1)喷淋系统6的喷洒溶液为表面活性剂Tween80，溶液质量分数4％(wt.)；
(2)喷淋系统6的喷洒溶液混合氧化剂，溶液质量分数4％(wt.)，过硫酸钠，柠檬酸钠，硫酸亚铁、有机物的摩尔比为5:15:5:1；
(3)喷淋系统6的喷洒溶液混合氧化剂，溶液质量分数4％(wt.)，过硫酸钠，柠檬酸钠，硫酸亚铁、有机物的摩尔比为10:15:5:1；
(4)喷淋系统6的喷洒溶液混合氧化剂，过硫酸钠，柠檬酸钠，硫酸亚铁、有机物的摩尔比为15:15:5:1；
(5)喷淋系统6的喷洒溶液混合氧化剂，过硫酸钠，柠檬酸钠，硫酸亚铁、有机物的摩尔比为20:15:5:1，均使用pH调节剂(1.0M/L)调节pH至6～7。
实施例2
分为3组：(1)喷淋系统6的喷洒溶液混合氧化剂，过硫酸钠，柠檬酸钠，硫酸亚铁、有机物的摩尔比为15:5:5:1；
(2)喷淋系统6的喷洒溶液混合氧化剂，过硫酸钠，柠檬酸钠，硫酸亚铁、有机物的摩尔比为15:10:5:1；
(3)喷淋系统6的喷洒溶液混合氧化剂，过硫酸钠，柠檬酸钠，硫酸亚铁、有机物的摩尔比为15:20:5:1，均使用pH调节剂(1.0M/L)调节pH至6～7。
实施例3
分为2组：(1)喷淋系统6的喷洒溶液混合氧化剂，过硫酸钠，柠檬酸钠，硫酸亚铁、有机物的摩尔比为15:15:10:1；
(2)喷淋系统6的喷洒溶液混合氧化剂，过硫酸钠，柠檬酸钠，硫酸亚铁、有机物的摩尔比为15:15:15:1；均使用pH调节剂(1.0M/L)调节pH至6～7。
实施例4
场地小试，向有机氯烃污染土壤中投加表面活性剂，搅拌均匀，自然环境下养护1～2天；再投加适量过硫酸钠、柠檬酸钠、硫酸亚铁、零价铁、过氧化物，搅拌均匀，自然环境下养护5～15天，采用有机物传感器检测土壤中有机物浓度，当残余浓度稳定时，向土壤中添加适量微生物菌剂分解残留有机污染物，修复后的土壤作为园林绿化种植土，种植乔灌木植物。
本发明的有益效果：(1)利用表面活性剂+螯合剂强化高级氧化+电化学的耦合处理技术，表面活性剂释放与土壤颗粒胶体结合力强的吸附态有机氯烃，增大溶解性；零价铁和螯合剂螯合Fe2+持续活化过硫酸盐，产生SO4·-氧化降解有机氯烃，增大SO4·-的存在时间，促进氧化剂与有机物的有效接触，显著提高污染物去除率。(2)利用太阳能光伏直流电刺激电极生物膜，强化微生物对土壤有机污染物的降解，通过电动作用促进氧化溶剂和微生物的迁移，显著提高反应速率。(3)微生物菌剂持续分解残留有机污染物，彻底实现土壤污染物的异位和原位修复，通过碱性过氧化物避免土壤酸化，修复后的土壤可作为园林绿化种植土。
本发明针对现有有机物污染土壤修复技术效率低、耗时长、适用性局限等不足，提供一种以太阳能光伏系统作为电驱动力，基于PLC控制的高级氧化-电化学土壤污染修复装置及方法，将太阳能光伏系统、高级氧化-电化学及微生物修复有机物污染土壤技术协同耦合，增大土壤颗粒表面有机氯烃的解吸溶解，能显著提高土壤中有机氯污染物的降解和修复效率，实现原位和异位土壤污染修复。
本发明通过PLC控制系统实现有机氯污染土壤修复的自动化、智能化运行控制，具有设计合理、结构简单、运行控制方便、适用性强、土壤修复高效的优点，通过PLC控制器实现土壤信息的实时监测采集，节省人力物力财力，能够产生较好的经济效益、环境效益和生态效益，促进“双碳”目标的实现。
以上示意性的对本发明及其实施方式进行了描述，该描述没有限制性，附图中所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。所以，如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置，包括太阳能光伏装置(1)、蓄电池(2)、土壤装填室(3)、电化学反应室(4)和PLC自动控制系统(7)，其特征在于：所述的太阳能光伏装置(1)包括太阳能光伏板(11)和光伏板控制器(12)，太阳能光伏板(11)通过光伏板控制器(12)与蓄电池(2)相连接；
所述的电化学反应室(4)的上方通过支撑层(5)设置有土壤装填室(3)，土壤装填室(3)的上方设置有喷淋系统(6)，喷淋系统(6)的输入端连接有氧化试剂输送管路(601)，氧化试剂输送管路(601)上设置有循环水泵(71)和电磁阀(72)，电化学反应室(4)的输入端设置有微生物菌剂输送管路(401)，微生物菌剂输送管路(401)上也设置循环水泵(71)和电磁阀(72)，电化学反应室(4)的输出端连接有试剂回收管路(402)，试剂回收管路(402)上设置有电磁阀(72)，试剂回收管路(402)的一端连接有试剂收集池(403)；
所述的电化学反应室(4)内部设置有三维网格电池(41)，三维网格电池(41)布置有阳极电极(42)和阴极电极(43)，阳极电极(42)的一侧设置有纳米零价铁(44)；
所述的蓄电池(2)与电化学反应室(4)中的阳极电极(42)和阴极电极(43)相连接；
所述的PLC自动控制系统(7)的执行模块包括循环水泵(71)、电磁阀(72)、喷淋系统(6)；
所述的土壤装填室(3)内装填有污染土壤，土壤中有机物浓度不低于100mg/kg，土壤装填室(3)内设置取样孔道隔板(31)；
所述的取样孔道隔板(31)由第一取样单元(311)、第二取样单元(312)、第三取样单元(313)组成，第一取样单元(311)、第二取样单元(312)、第三取样单元(313)依次排布并呈阶梯状，第三取样单元(313)的一侧端部设置有锥形导向头(314)；
所述的第一取样单元(311)、第二取样单元(312)、第三取样单元(313)均由取样板(315)、支撑盒(316)组成；
所述的取样板(315)安装在支撑盒(316)的顶部，取样板(315)的板面上开设有取样凹槽(3151)，取样凹槽(3151)的槽孔内设置有传感器嵌装槽(3152)；
所述的支撑盒(316)内部设置有支撑肋(317)，支撑肋(317)的上部设置有支撑垫层(318)；支撑垫层(318)的上表面与取样板(315)的下表面贴合。
2.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置，其特征在于：所述的PLC自动控制系统(7)包括数据采集系统、PLC控制器及执行模块，所述的数据采集系统包括电导率传感器、溶解氧传感器、微生物传感器、自由基传感器、有机物传感器、A/D转换器；所述的水质检测信息通过A/D转换器输入PLC控制器；
所述的电导率传感器、溶解氧传感器、微生物传感器、自由基传感器、有机物传感器、分别嵌装在不同的传感器嵌装槽(3152)内；
所述的PLC控制器与执行模块相连接，完成太阳能光伏驱动的高级氧化-电化学土壤污染修复装置自动化、智能化运行控制，所述的PLC控制器通过RS232通讯接口与管理计算机相连接，所述的PLC控制器还通过RS485与人机对话装置相连接，用于人机交互式对话处理土壤污染修复装置输入输出信息。
3.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置，其特征在于：所述的太阳能光伏装置(1)通过太阳能发电提供绿色清洁电能。
4.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置，其特征在于：所述的喷淋系统(6)和电化学反应室(4)的试剂添加均通过PLC自动控制系统(7)控制循环水泵(71)和电磁阀(72)执行。
5.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置，其特征在于：所述的三维网格电池(41)的阳极电极(42)为导电性金属有机骨架材料、铁或多孔碳材料，在距离阳极5cm处设置纳米零价铁(44)；阴极电极(43)为石墨棒、钛或不锈钢网，驱动生物电化学土壤修复的电压范围为0～2V。
6.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置，其特征在于：所述的土壤装填室(3)上方设置喷淋系统(6)，喷洒溶液为表面活性剂-螯合剂强化高级氧化修复试剂，成分为表面活性剂、过硫酸钠、螯合剂、亚铁盐和pH调节剂，螯合剂为柠檬酸或柠檬酸钠，其中，非离子表面活性剂聚山梨酯80(Tween80)用量为污染土壤中有机物总量的0.5～1倍，过硫酸钠、柠檬酸钠、亚铁盐和pH调节剂的摩尔比为1～15:1～15:1～20:1～4，pH范围为6～7，通过PLC自动控制系统(7)的PLC控制器设定喷淋系统(6)的工作程序，控制修复试剂添加剂量和时间。
7.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置，其特征在于：所述的电化学反应室(4)通过微生物菌剂输送管路(401)添加适量微生物菌剂及必需的营养元素，微生物必需营养元素0.8～5.5ml/L，通过PLC自动控制系统(7)的PLC控制器设定的工作程序，控制溶液添加剂量和时间。
8.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置，其特征在于：所述的土壤污染物种类为有机氯烃污染物，包括四氯乙烯(PCE)、三氯乙烯(TCE)、三氯甲烷(TCA)、1,2-二氯乙烷中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置的方法，其特征在于：其步骤为：
步骤一：向土壤装填室(3)中装填有机物污染土壤，同时通过PLC控制系统向电化学反应室(4)添加适量微生物菌剂及必需的营养元素，微生物必需营养元素0.8～5.5ml/L；
步骤二：开启喷淋系统(6)喷洒表面活性剂-螯合剂强化高级氧化试剂，试剂进入污染土壤层充分淋洗并氧化降解有机污染物，洗脱的有机物和反应后的溶液进入太阳能光伏驱动的电化学反应室(4)，反应室中阳极电极(42)通过电极生物膜附着的微生物和蓄电池(2)所提供的低电压持续将污染物降解成小分子、CO2和H2O，当喷淋溶液充分浸润污染土壤后停止喷洒溶液，使修复剂与污染物充分反应，反应过程中，实时检测土壤装填室(3)和电化学反应室(4)中有机物、自由基和微生物的浓度，并通过A/D转换器传输至PLC控制器，当反应时间、自由基和微生物浓度达到设定限值后，PLC控制器启动执行模块，自动打开循环水泵(71)，继续喷洒溶液，同时向电化学反应室(4)添加适量微生物菌剂及必需的营养元素，当污染物浓度达到设定低限值后，PLC控制器启动执行模块，自动打开电磁阀(72)，使反应溶液经试剂回收管路(402)排至试剂收集池(403)，循环水泵(71)停止向喷淋系统(6)输送修复试剂，修复试剂储存在试剂调节池；
步骤三：反应过程中，通过PLC控制系统的数据采集系统实时检测土壤有机物和水质的信息，并将检测信息经A/D转换器传输至PLC控制器，PLC控制器根据浓度检测信息控制执行模块，通过循环多阶段模式控制循环水泵(71)、电磁阀(72)和喷淋系统(6)的工作程序，循环水泵(71)间歇性分别将表面活性剂-螯合剂强化高级氧化试剂经喷淋系统(6)和微生物菌剂输送至土壤装填室(3)和电化学反应室(4)，进行有机物的淋洗氧化和微生物好氧的协同高效降解，实现有机物的彻底分解去除。
10.根据权利要求9所述的一种基于PLC控制的电化学土壤污染修复装置的方法，其特征在于：所述的方法可用于土壤污染异位或原位修复，pH调节剂可选用碱性氧化物中的过氧化镁或过氧化钙，防止土壤酸化，修复后的土壤可作为园林绿化种植土。
CN202211223111.XA 2022-10-08 2022-10-08 一种基于plc控制的电化学土壤污染修复装置及方法 Pending CN115591924A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211223111.XA CN115591924A (zh) 2022-10-08 2022-10-08 一种基于plc控制的电化学土壤污染修复装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211223111.XA CN115591924A (zh) 2022-10-08 2022-10-08 一种基于plc控制的电化学土壤污染修复装置及方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115591924A true CN115591924A (zh) 2023-01-13

Family

ID=84847541

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211223111.XA Pending CN115591924A (zh) 2022-10-08 2022-10-08 一种基于plc控制的电化学土壤污染修复装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115591924A (zh)

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204217554U (zh) * 2014-10-27 2015-03-25 宿迁太合生态园林发展有限公司 一种用于苗木根系土壤取样的培植箱
CN107983762A (zh) * 2017-11-27 2018-05-04 南京工业大学 一种太阳能光伏驱动的生物电化学土壤修复系统和方法
CN109926447A (zh) * 2019-04-12 2019-06-25 河南工程学院 多种污染土壤高级氧化协同电动力学原位修复系统及方法
CN110967218A (zh) * 2019-12-31 2020-04-07 金桓毅 一种园林养护用土壤检测取样装置
CN111642277A (zh) * 2020-07-08 2020-09-11 江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所 植物培养装置及其收集根际土壤的方法
CN111912649A (zh) * 2020-08-25 2020-11-10 苏州格瑞格登新材料科技有限公司 一种便携式土壤样本采集箱
CN214053100U (zh) * 2020-08-24 2021-08-27 湖南乙竹环保工程有限公司 一种土壤修复用采样器
CN214373453U (zh) * 2020-12-29 2021-10-08 谢文强 一种土壤检测用取样装置
CN113776872A (zh) * 2021-02-01 2021-12-10 深圳市疾病预防控制中心（深圳市卫生检验中心、深圳市预防医学研究所） 一种环境污染物的检测取样方法
CN216050837U (zh) * 2021-09-29 2022-03-15 合肥斯坦德优检测技术有限公司 一种深层土壤检测取样器
CN216926129U (zh) * 2022-03-11 2022-07-08 周天君 一种环保检测用土壤取样器
CN114904908A (zh) * 2022-05-20 2022-08-16 中冶华天工程技术有限公司 一种基于plc控制的生物电化学土壤污染修复装置及方法
CN218903059U (zh) * 2022-10-08 2023-04-25 中冶华天工程技术有限公司 一种基于plc控制的电化学土壤污染修复装置

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN204217554U (zh) * 2014-10-27 2015-03-25 宿迁太合生态园林发展有限公司 一种用于苗木根系土壤取样的培植箱
CN107983762A (zh) * 2017-11-27 2018-05-04 南京工业大学 一种太阳能光伏驱动的生物电化学土壤修复系统和方法
CN109926447A (zh) * 2019-04-12 2019-06-25 河南工程学院 多种污染土壤高级氧化协同电动力学原位修复系统及方法
CN110967218A (zh) * 2019-12-31 2020-04-07 金桓毅 一种园林养护用土壤检测取样装置
CN111642277A (zh) * 2020-07-08 2020-09-11 江西省农业科学院土壤肥料与资源环境研究所 植物培养装置及其收集根际土壤的方法
CN214053100U (zh) * 2020-08-24 2021-08-27 湖南乙竹环保工程有限公司 一种土壤修复用采样器
CN111912649A (zh) * 2020-08-25 2020-11-10 苏州格瑞格登新材料科技有限公司 一种便携式土壤样本采集箱
CN214373453U (zh) * 2020-12-29 2021-10-08 谢文强 一种土壤检测用取样装置
CN113776872A (zh) * 2021-02-01 2021-12-10 深圳市疾病预防控制中心（深圳市卫生检验中心、深圳市预防医学研究所） 一种环境污染物的检测取样方法
CN216050837U (zh) * 2021-09-29 2022-03-15 合肥斯坦德优检测技术有限公司 一种深层土壤检测取样器
CN216926129U (zh) * 2022-03-11 2022-07-08 周天君 一种环保检测用土壤取样器
CN114904908A (zh) * 2022-05-20 2022-08-16 中冶华天工程技术有限公司 一种基于plc控制的生物电化学土壤污染修复装置及方法
CN218903059U (zh) * 2022-10-08 2023-04-25 中冶华天工程技术有限公司 一种基于plc控制的电化学土壤污染修复装置

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103316908B (zh) 一种修复受多氯联苯污染土壤的装置及方法
Huang et al. Electrokinetic remediation and its combined technologies for removal of organic pollutants from contaminated soils
CN103785677B (zh) 重金属污染土壤修复和淋洗液循环利用一体化装置及其方法
CN203316472U (zh) 原位全自动污染土壤修复装置
CN114904908B (zh) 一种基于plc控制的生物电化学土壤污染修复装置及方法
CN106623380A (zh) 一种有机污染物‑重金属复合污染土壤的修复方法
CN110280582B (zh) 零价铁还原联合土著微生物修复有机氯污染土壤的方法
CN106966513A (zh) 一种远程遥控式水体原位修复装置
CN114160558B (zh) 一种污染土壤原位化学阻隔材料及其制备和应用
CN109290366A (zh) 一种生物淋滤-生物稳定联合处理重金属污染土壤的方法
CN215946953U (zh) 一种地下水修复多段模块化可渗透反应墙
CN218903059U (zh) 一种基于plc控制的电化学土壤污染修复装置
CN107739083A (zh) 一种含氰地下水可渗透反应墙原位修复的方法
CN107983762A (zh) 一种太阳能光伏驱动的生物电化学土壤修复系统和方法
CN106986501B (zh) 一种电动渗透反应墙和人工湿地耦合处理污水的方法及装置
CN109759433A (zh) 污染场地修复方法
CN107855353A (zh) 一种重金属污染土壤的原位平面淋洗修复方法
CN217857997U (zh) 一种基于plc控制的生物电化学土壤污染修复装置
CN104876409B (zh) 一种清除河道底泥中重金属和多环芳烃的装置及其方法
Zaghloul et al. Modern technologies in remediation of heavy metals in soils
CN211304230U (zh) 一种针对有机农药污染的erb联合修复装置
CN108328856A (zh) 一种低浓度有机污染地下水的原位修复工艺及其应用
CN104668280A (zh) 基于生物淋滤和电动力学修复土壤的方法
CN115591924A (zh) 一种基于plc控制的电化学土壤污染修复装置及方法
CN215745485U (zh) 一种用于重金属污染土壤治理的电极组件及电动修复系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination