CN116603852A - 重金属污染土壤的电催化喷淋修复工艺及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了重金属污染土壤的电催化喷淋修复工艺及设备，涉及重金属污染土壤的电催化喷淋修复技术领域，包括综合箱，综合箱内安装有筛筒，且位于筛筒的底部安装有弧筛板，综合箱内且位于弧筛板的底部开设有挤压腔，且位于挤压腔内对称安装有压电机构；本发明通过圆盘转动带动挤压腔内两组压板相向运动，对挤压腔内泥浆混合物进行压合处理将泥浆中多余水分从滤膜处挤出，再通过给压板一侧连接的正负极板通电，在直流电的驱动下，使得水溶的或吸附在土壤颗粒表层的污染物向不同的电极方向运动，从而富集在电极区进行分离或集中处理，加速土壤中污染物的排出。
Description
技术领域
本发明涉及重金属污染土壤的电催化喷淋修复技术领域，具体为重金属污染土壤的电催化喷淋修复工艺及设备。
背景技术
根据环保部和国土资源部联合发布的全国土壤污染状况调查公报，我国污染度调整，我国土壤和地下水污染问题将变得日益突出；尤其是城市“退二进三”、“退城进园”过程中产生的大量退役工业场地；这些场地往往占据着城市中有价值的位置，随着城市化进程的推进，将来会成为商业用地；但大部分退役工业场地都存在较重的土壤及地下水污染，为消除这些污染场地的环境风险和健康的威胁，需要对污染土壤进行修复；
针对土壤的电催化喷淋修复工艺，是将电极插入受污染的土壤溶液中，在电极上施加直流电后，两电极之间形成直流电场，由于土壤颗粒表面具有双电层，并且孔隙溶液中离子或颗粒物带有电荷，电场条件下土壤孔隙中的水溶液产生电渗流同时带电离子电迁移，多种迁移运动的叠加载着污染物离开处理区、到达电极区的污染物一般通过电沉积或者离子交换萃取被去除，从而达到修复的目的，而对电极的施加的直流电场控制不当，就会导致水的电解，在阳极产生氢离子，在阴极产生氢氧根离子，阳极区pH值降低至2，阴极区pH值升高到12，由于溶液中氢离子的淌度远远超过了氢氧根离子的消度，并且电渗流的方向是向阴极的，所以酸面向阴极推进的速度要远远快于碱面，一段时间以后，整个土壤体系中除了阴极区以外其余都显酸性，土壤溶液pH值变化影响污染物的溶解度、形态以及在土壤表面的吸附特性，同时土壤的电催化喷淋修复工艺操作初期需要对处理土壤进行筛分过滤操作，将土壤中多余的砂石块剔除，加速整个工艺进度；
为此，我们提出重金属污染土壤的电催化喷淋修复工艺及设备。
发明内容
本发明的目的在于提供重金属污染土壤的电催化喷淋修复工艺及设备，以解决上述背景技术中提出：
1、通过第一电机带动连接转轴侧筛筒转动，实现对筛筒内污染土壤的初步筛分过滤，同时再经过弧筛板的二次筛分对土壤中的小砂石过滤，使得淋洗液对粗颗粒表面松散吸附的污染物进行冲洗，将污染物从粗颗粒土体表面转移至液相中进行集中处理，避免直接对土壤电催化处理效率低的问题；
2、通过压板一侧连接的正负极板通电，将土壤颗粒表层的污染物向不同的电极方向运动，从而富集在电极区进行分离，同时在喷淋液中加入的络合剂或者氧化剂维持金属离子的可溶态，避免在对土壤电催化时导致土壤pH值发生改变，影响后续回填时该区域生态的恢复。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
重金属污染土壤的电催化喷淋修复工艺，包括如下步骤：
步骤一：污染土壤的预处理，将污染土壤放入到电催化喷淋修复设备的综合箱中，通过筛筒转动筛分过滤以及喷淋管喷液处理后去除粒径大于100mm砂石；
步骤二：经过初步筛分的土壤溶解液落至弧筛板上，弧筛板过滤粒径介于1-100mm的土壤砂石，剩余土壤溶解液统一在挤压腔内富集；
步骤三：对挤压腔内富集的土壤溶液进行挤压排水操作，同时启动位于挤压土壤两端的电极，给予土壤低压直流电场，经土壤低压直流电场处理得到喷淋修复土壤；
其中电场梯度控制在0.4-2V/m，电流密度控制在2-5mA/cm2，待电极板内富集电解液后从通液管处抽出。
重金属污染土壤的电催化喷淋修复设备，适用于权利要求1所述的重金属污染土壤的电催化喷淋修复工艺，包括综合箱，所述综合箱内安装有筛筒，且位于筛筒的底部安装有弧筛板，所述综合箱内且位于弧筛板的底部开设有挤压腔，且位于挤压腔内对称安装有压电机构；
所述压电机构包括压板、第二电动推杆、滑块、负极板和正极板，所述挤压腔的底部内壁对称滑动连接有压板，且位于压板的顶部内壁通过螺栓固定有第二电动推杆，所述压板内滑动连接有滑块，所述第二电动推杆的一端通过螺栓与滑块一侧相连接，两个所述滑块的相对面通过螺栓对称固定有负极板和正极板，且位于正极板与负极板的一侧开设有通液管。
进一步的，所述综合箱的一侧内壁通过螺栓固定有第一电机，且位于第一电机的输出端固定有转轴，所述转轴的一端与筛筒的一侧相固定，所述转轴的外壁开设有卡槽，所述转轴的外壁套设滑动连接有活动盘。
进一步的，所述综合箱的一侧内壁通过螺栓固定有第一电动推杆，且位于第一电动推杆的一端安装有卡盘，所述卡盘的一侧与活动盘相卡接，所述活动盘的一侧通过轴承转动连接有连接杆，所述卡槽内通过轴承转动连接有转盘，所述连接杆的一端与转盘一侧转动连接。
进一步的，所述筛筒的一侧均匀对称开设有出渣口，且位于筛筒的另一侧连通有连接通管，所述综合箱的一侧通过螺栓固定有进料箱，且位于进料箱的一侧与连接通管活动连接，所述综合箱的一侧安装有控制台。
进一步的，所述综合箱的一侧内壁通过螺栓固定有第二电机，且位于第二电机的输出端上安装有第一伸缩柱，所述第一伸缩柱的一侧通过螺栓固定有第二伸缩柱，且位于第二伸缩柱的一端与卡槽相卡接，所述第一伸缩柱的外壁套设固定有弧筛板，且位于弧筛板的顶部通过粘连均匀固定有刷毛，所述弧筛板与筛筒的相对面安装有喷淋管，所述综合箱的两侧内壁且位于喷淋管的底部安装有导料板，且位于导料箱的一侧安装有存渣箱，所述综合箱内且位于导料箱的一侧开设有废水腔。
进一步的，所述综合箱内且位于导料板的底部开设有挤压腔，且位于挤压腔的两侧内壁通过轴承活动连接有圆盘，所述圆盘的一侧活动连接有球柱，且位于球柱的一端与滑块一侧活动连接，所述挤压腔的一侧安装有滤膜，且位于滤膜的一侧与废水腔相连通，所述挤压腔与废水腔的相对面开设有存料腔，所述存料腔位于挤压腔的一侧开设有通槽。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明中，通过第一电机带动连接转轴的筛筒转动，使得筛筒本体带动进入的污染土壤转动，同时位于筛筒底部的喷淋管不断喷出混合液，使得筛筒在对土壤搅拌同时，对部分土壤内包裹的砂石颗粒进行冲洗过滤，导致整个筛筒内泥浆下落至弧筛板上，部分大颗粒砂石从筛筒一侧出渣口排入存渣箱中，而弧筛板左右移动，一方面加速泥浆在板面的过滤，另一方面弧筛板上的刷毛对筛筒底部不断刷洗，避免泥浆堵塞网孔，经过弧筛板的二次筛分对土壤中的小砂石过滤，使得淋洗液对粗颗粒表面松散吸附的污染物进行冲洗，将污染物从粗颗粒土体表面转移至液相中进行集中处理，清洗干净的粗颗粒土可资源化利用，淋洗液需要收集起来进行无害化处理，实现了污染土的减量化和集约化处理；
2、本发明中，通过圆盘转动带动挤压腔内两组压板相向运动，对挤压腔内泥浆混合物进行压合处理将泥浆中多余水分从滤膜处挤出，再通过给压板一侧连接的正负极板通电，在直流电的驱动下，使得水溶的或吸附在土壤颗粒表层的污染物向不同的电极方向运动，从而富集在电极区进行分离或集中处理，加速土壤中污染物的排出。
附图说明
图1为本发明的重金属污染土壤的电催化喷淋修复工艺流程图；
图2为本发明的重金属污染土壤的电催化喷淋修复设备整体示意图；
图3为本发明的重金属污染土壤的电催化喷淋修复设备剖面结构示意图；
图4为本发明的弧筛板与筛筒连接侧视示意图；
图5为本发明的极板与土壤挤压、电渗析结构示意图；
图6为本发明的综合箱内挤压腔、存料腔和废水腔分布示意图。
图中：1、综合箱；2、进料箱；3、控制台；4、筛筒；5、连接通管；6、出渣口；7、第一电机；8、转轴；9、第一电动推杆；10、卡盘；11、卡槽；12、转盘；13、活动盘；14、连接杆；15、第二电机；16、第一伸缩柱；17、第二伸缩柱；18、弧筛板；19、刷毛；20、喷淋管；21、导料板；22、挤压腔；23、圆盘；24、球柱；25、压电机构；251、压板；252、第二电动推杆；253、滑块；254、负极板；255、正极板；256、通液管；26、滤膜；27、存渣箱；28、废水腔；29、存料腔；30、通槽。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，本发明提供一种技术方案：
实施例1：
电催化喷淋修复工艺用在土壤修复方面的优点主要有：可以处理其它方法不能处理的低渗透性土壤、不必向土壤中加入环境不友好的物质、修复时间短，实验室研究表明修复时间不会超过一个月和实际工程治理成本低，为了更好地将土壤中有害物进行富集，本分明中的重金属污染土壤的电催化喷淋修复工艺先对受污染的土壤进行喷淋冲洗，对土壤中的砂石进行分级筛分；
具体操作时，如图2-3所示，将污染土壤从进料箱2顶部送入，进料箱2中安装有螺旋推料叶片，使得土壤顺着连接通管5进入到筛筒4中，从图4中可知，整个筛筒4的一侧开设有出渣口6，同时位于筛筒4的内壁通过点焊固定有螺旋条，使得筛筒4在转动时，可以将土壤中未过筛的砂石进行旋转导向，使得砂石统一从出渣口6一侧排入存渣箱27中，对于筛筒4的旋转动力来源于综合箱1内安装的第一电机7，第一电机7输出端通过转轴8与筛筒4的一侧连接，当第一电机7工作时，整个筛筒4开始转动，而转轴8的外壁开设有卡槽11，卡槽11内卡接转动连接有转盘12，位于转盘12一侧的转轴8上滑动连接有活动盘13，活动盘13与转盘12之间通过连接杆14相连接，整个综合箱1内且位于第一电机7的一侧还安装有第一电动推杆9，且位于第一电动推杆9的一端连接有卡盘10，卡盘10的一侧与活动盘13一侧相卡接，使得第一电动推杆9工作时，就可以带动转轴8上的活动盘13左右移动，最终实现转盘12在转轴8卡槽11内的转动；
如图3所示，在整个筛筒4的底部的安装有第一伸缩柱16，且位于第一伸缩柱16的一端与综合箱1内第二电机15输出端相连接，而第一伸缩柱16上套设固定有弧筛板18，如图4所示，整个弧筛板18上均匀安装有多组刷毛19，而刷毛19的一侧贴紧筛筒4的底部，整个第一伸缩柱16上还安装有第二伸缩柱17，且位于第二伸缩柱17内的一端卡接在转盘12中，当第一电动推杆9推动活动盘13导致转盘12在垂直线上的夹角改变时，此时的转轴8转动就会带动转盘12内卡接的第二伸缩柱17左右移动，相对的，第二伸缩柱17的左右移动就会实现整个弧筛板18在筛筒4底部的左右刷洗，避免土壤粘性较大堵塞筛筒4上的筛孔问题，同时加速泥浆整体的分散，整个第一电动推杆9推动转盘12的垂直夹角变化越大，整个第一伸缩柱16的左右移动幅度越大，刷毛19的刷洗强度越大，同时整个弧筛板18与筛筒4之间还安装有喷淋管20，喷淋管20内可以喷出淋洗液，整个喷淋管20的喷淋方向一侧偏向于筛筒4底部，另一侧偏向于弧筛板18底部，喷淋管20先喷向筛筒4底部，在筛筒4内土壤接触到淋洗液后开始溶解，使得土壤中粒径大于100mm的砂石暴露出来，同时在筛筒4的转动下将大颗粒砂石排出筛筒4，过筛的泥浆落到弧筛板18上，经过弧筛板18的左右晃动对粒径在1-100mm之间的小颗粒砂石进行拦截，从弧筛板18上流出的泥浆经过导料板21的拦截落入到综合箱1底部的挤压腔22中保存，而为过弧筛板18的小颗粒砂石则留在弧筛板18上；
再如图3所示，整个第一伸缩杆的一端连接在第二电机15上，但需要将弧筛板18的小颗粒砂石排出时，第二电机15转动，如图4所示，整个弧筛板18逆时针转动，刷毛19的右侧挤压筛筒4，同时喷淋管20启动对弧筛板18一侧的喷头，将小颗粒砂石冲入到综合箱1底部的废水腔28中，而弧筛板18排出小颗粒砂石的前提是整个第一电动推杆9拉动转盘12与卡槽11夹角保持在90度位置处，方便在第二电机15带动第二伸缩柱17转动时，第二伸缩柱17端部能够在第一伸缩柱16回转时卡入转盘12中，而整个喷淋管20对筛筒4内喷出的淋洗液中加入络合剂或者氧化剂维持金属离子的可溶态，或者加入表面活性剂促使非极性的有机物溶解，以达到控制土壤体系pH变化，提高后期电催化喷淋修复土壤效果。
实施例2：
经过二次筛分过滤的泥浆顺着导料板21进入到挤压腔22中，整个综合箱1底部腔室分布如图6所示，整个挤压腔22与废水腔28之间安装有滤膜26，同时位于二者腔室之间还开设有存料腔29，如图3所示，整个挤压腔22内对称安装有圆盘23，整个圆盘23的一侧活动连接有球柱24，挤压腔22内滑动连接有压电机构25，位于压电机构25内的压板251一侧通过螺栓固定有第二电动推杆252，同时压板251的一侧滑动连接有滑块253，球柱24的另一端与滑块253一侧活动连接，第二电动推杆252的一端与滑块253的一侧相连接，使得滑块253可以在压板251的一侧滑动；
当第二电动推杆252带动滑块253越移动到压板251中心位置时，此时的圆盘23转动就不会带动压板251左右移动，而当第二电动推杆252推动滑块253越移动至压板251端部时，此时圆盘23转动带动压板251左右移动幅度越大，从而实现压板251端部安装的正极板255与负极板254对进入挤压腔22内的泥浆压合操作，使得泥浆中多余水分通过滤膜26进入到废水腔28中，但开始对泥浆进行通电时，通过综合箱1外侧的控制台3操作，如图5所示，电催化喷淋修复技术的工作原理类似电池，即利用土壤中的电极在污染土壤的两端加上低压直流电场，在直流电的驱动下，使得水溶的或吸附在土壤颗粒表层的污染物向不同的电极方向运动，从而富集在电极区进行分离或集中处理，这里在正极板255与负极板254一侧加装通液管256，将电渗析出来的污水统一抽入到废水腔28中统一处理，可以去除土壤中的重金属包括铜、锌、铅、镉、镍、砷、汞、锰等、放射性元素铀和某些有机污染物，包括苯酚、甲苯、已酸、苯、p-硝基酚、三氯乙烯、石油类物质、六氯丁二烯、六氯苯和丙酮等；
而处理结束的土壤泥浆需要排出，此时如图6所示，整个挤压腔22与存料腔29之间开设有通槽30，但通槽30被压板251两侧极板堵接，此时需要一侧第二电动推杆252带动滑块253向压板251中心移动，而另一侧第二电动推杆252带动滑块253向压板251边缘移动，此时的一侧正极板255向左运动，使得通槽30暴露，向右运动的负极板254推动泥浆运动，这时的泥浆就会顺着通槽30流向存料腔29中保存，后期统一送回开挖污染区域回填，对于筛筒4与弧筛板18过滤出来的砂石料，大颗粒砂石可以用于土壤回填，小颗粒砂石可以充当建筑骨料用于混凝土的掺杂。
以上内容仅仅是对本发明结构所做的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可做很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (7)
1.重金属污染土壤的电催化喷淋修复工艺，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：污染土壤的预处理，将污染土壤放入到电催化喷淋修复设备的综合箱(1)中，通过筛筒(4)转动筛分过滤以及喷淋管(20)喷液处理后去除粒径大于100mm砂石；
步骤二：经过初步筛分的土壤溶解液落至弧筛板(18)上，弧筛板(18)过滤粒径介于1-100mm的土壤砂石，剩余土壤溶解液统一在挤压腔(22)内富集；
步骤三：对挤压腔(22)内富集的土壤溶液进行挤压排水操作，同时启动位于挤压土壤两端的电极，给予土壤低压直流电场，经土壤低压直流电场处理得到喷淋修复土壤；
其中电场梯度控制在0.4-2V/m，电流密度控制在2-5mA/cm2，待电极板内富集电解液后从通液管(256)处抽出。
2.重金属污染土壤的电催化喷淋修复设备，适用于权利要求1所述的重金属污染土壤的电催化喷淋修复工艺，其特征在于：包括综合箱(1)，所述综合箱(1)内安装有筛筒(4)，且位于筛筒(4)的底部安装有弧筛板(18)，所述综合箱(1)内且位于弧筛板(18)的底部开设有挤压腔(22)，且位于挤压腔(22)内对称安装有压电机构(25)；
所述压电机构(25)包括压板(251)、第二电动推杆(252)、滑块(253)、负极板(254)和正极板(255)，所述挤压腔(22)的底部内壁对称滑动连接有压板(251)，且位于压板(251)的顶部内壁通过螺栓固定有第二电动推杆(252)，所述压板(251)内滑动连接有滑块(253)，所述第二电动推杆(252)的一端通过螺栓与滑块(253)一侧相连接，两个所述滑块(253)的相对面通过螺栓对称固定有负极板(254)和正极板(255)，且位于正极板(255)与负极板(254)的一侧开设有通液管(256)。
3.根据权利要求2所述的重金属污染土壤的电催化喷淋修复设备，其特征在于：所述综合箱(1)的一侧内壁通过螺栓固定有第一电机(7)，且位于第一电机(7)的输出端固定有转轴(8)，所述转轴(8)的一端与筛筒(4)的一侧相固定，所述转轴(8)的外壁开设有卡槽(11)，所述转轴(8)的外壁套设滑动连接有活动盘(13)。
4.根据权利要求3所述的重金属污染土壤的电催化喷淋修复设备，其特征在于：所述综合箱(1)的一侧内壁通过螺栓固定有第一电动推杆(9)，且位于第一电动推杆(9)的一端安装有卡盘(10)，所述卡盘(10)的一侧与活动盘(13)相卡接，所述活动盘(13)的一侧通过轴承转动连接有连接杆(14)，所述卡槽(11)内通过轴承转动连接有转盘(12)，所述连接杆(14)的一端与转盘(12)一侧转动连接。
5.根据权利要求4所述的重金属污染土壤的电催化喷淋修复设备，其特征在于：所述筛筒(4)的一侧均匀对称开设有出渣口(6)，且位于筛筒(4)的另一侧连通有连接通管(5)，所述综合箱(1)的一侧通过螺栓固定有进料箱(2)，且位于进料箱(2)的一侧与连接通管(5)活动连接，所述综合箱(1)的一侧安装有控制台(3)。
6.根据权利要求5所述的重金属污染土壤的电催化喷淋修复设备，其特征在于：所述综合箱(1)的一侧内壁通过螺栓固定有第二电机(15)，且位于第二电机(15)的输出端上安装有第一伸缩柱(16)，所述第一伸缩柱(16)的一侧通过螺栓固定有第二伸缩柱(17)，且位于第二伸缩柱(17)的一端与卡槽(11)相卡接，所述第一伸缩柱(16)的外壁套设固定有弧筛板(18)，且位于弧筛板(18)的顶部通过粘连均匀固定有刷毛(19)，所述弧筛板(18)与筛筒(4)的相对面安装有喷淋管(20)，所述综合箱(1)的两侧内壁且位于喷淋管(20)的底部安装有导料板(21)，且位于导料箱的一侧安装有存渣箱(27)，所述综合箱(1)内且位于导料箱的一侧开设有废水腔(28)。
7.根据权利要求2所述的重金属污染土壤的电催化喷淋修复设备，其特征在于：所述综合箱(1)内且位于导料板(21)的底部开设有挤压腔(22)，且位于挤压腔(22)的两侧内壁通过轴承活动连接有圆盘(23)，所述圆盘(23)的一侧活动连接有球柱(24)，且位于球柱(24)的一端与滑块(253)一侧活动连接，所述挤压腔(22)的一侧安装有滤膜(26)，且位于滤膜(26)的一侧与废水腔(28)相连通，所述挤压腔(22)与废水腔(28)的相对面开设有存料腔(29)，所述存料腔(29)位于挤压腔(22)的一侧开设有通槽(30)。
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