CN201454977U - 电动力吸附复合修复重金属污染土壤装置 - Google Patents

Abstract

一种电动力吸附复合修复重金属污染土壤装置，包括采用石墨制成电极，电极包括阳极和阴极，阳极和阴极分别与直流电源的两端相连接，阳极置入阳极区，阴极置入阴极区，由阳极区到阴极区，依次装置防止污染重金属离子扩散的隔板、吸附重金属的多孔吸附材料活性碳、需处理的重金属污染土壤、吸附重金属的多孔吸附材料活性碳和防止污染重金属离子扩散的隔板。所述阴极、阳极电极溶液采用10-20％硝酸钾溶液。多孔介质吸附材料采用活性碳制成。多孔介质吸附材料的孔隙大小：0.0001-0.05。防止阴极区域pH值的上升和阳极区域pH值的下降，采用切换电场极性的方法。本实用新型具有结构简单、方便操作、实用有效的优点。

Description

电动力吸附复合修复重金属污染土壤装置

技术领域

本实用新型涉及一种治理重金属污染的装置，具体涉及一种电动力吸附复合修复重金属污染土壤装置。

背景技术

土壤是人类赖以生存的自然资源，但当外来的污染物超过土壤的自净能力时，就会破坏土壤的正常机能，使之失去自然生态平衡，成为我们生活中的化学定时炸弹，从而严重影响农作物的产量和品质。污染土壤的污染物主要来自工业三废和农药、化肥的大量使用，污染物可通过灌溉水进入土壤，也可通过大气污染、空中的颗粒物(含重金属和致癌物质等)沉降地面造成土壤变质，随着时间的推移，农田表层土壤铜、锌、铅等重金属含量有增加的趋势。

实用新型内容

本实用新型就是为了解决上述问题，克服土壤中的重金属污染的问题，提供一种电动力吸附复合修复重金属污染土壤装置。该实用新型适用于土壤中的重金属污染的治理。

电动力吸附复合修复重金属污染土壤的工作原理

(1)电动力学修复(electrokinetic remediation)技术由于其高效、无二次污染、节能、原位的修复特点，被称为“绿色修复技术”。其基本原理是将电极插入受污染土壤或地下水区域，通过施加微弱电流形成电场，利用电场产生的各种电动力学效应(包括电渗析、电迁移和电泳等)驱动土壤污染物沿电场方向定向迁移，从而将污染物富集至电极区然后进行集中处理或分离。

(2)电动修复过程中会发生电极反应：

阳极：2H₂O-4e^-→O²+4H⁺   E0＝-1.23V

阴极：2H₂O+2e^-→H²+2OH^-E0＝-0.83V

由于水的电解作用导致电极附近pH值发生变化，其中阳极产生H⁺而使得阳极区呈现酸性(pH值可能降至2左右)，阴极产生OH^-而使得阴极区呈现碱性(pH值可能升至12左右)，同时带正电的H⁺向阴极运动，带负电的OH^-向阳极运动，分别形成了酸性迁移带和碱性迁移带。

(3)直接电动原位去除重金属由于在阳极和阴极上生成的H⁺和OH^-使得阳极的pH降至2以下，阴极pH升至12以上，H⁺和OH^-分别在电场作用下向阴极和阳极迁移扩散影响整个土壤体系的化学过程.氢离子有利于物质从土壤表面的解吸附和土壤中盐类物质的溶解，并降低土壤电渗透系数和zeta电位，使得电渗流减弱；氢氧根离子迁移过程中会导致金属离子的提前沉淀进而降低去除效率；一些两性金属的阳离子也可能在碱性环境下变为酸根阴离子而改变迁移方向；沉淀的形成堵塞土壤空隙同时使得电压降的增加，能耗增加.已有的研究结果表明，直接的原位去除方法由于不能很好地控制土壤体系pH的变化，处理效率往往较低.pH变化影响土壤中离子的吸附与解吸、沉淀及溶解并影响电渗析速度，这会对土壤中重金属的存在形态和迁移特征产生重大影响，因而如何控制土壤pH是土壤电动修复的关键问题之一.

本实用新型所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：

一种电动力吸附复合修复重金属污染土壤装置，包括与直流电源的两端相连接的阳极和阴极，阳极置入阳极区，阴极置入阴极区，其特征在于：由阳极区到阴极区，依次装置防止污染重金属离子扩散的隔板、吸附重金属的多孔吸附材料活性碳、需处理的重金属污染土壤、吸附重金属的多孔吸附材料活性碳和防止污染重金属离子扩散的隔板。

所述阳极区、阴极区内储存硝酸钾稀溶液。所述阴极、阳极电极溶液采用10-20％硝酸钾溶液。

所述多孔介质吸附材料采用活性碳制成，比表面积为1100-1500m2/g。

所述多孔介质吸附材料的孔隙大小：0.0001-0.05。

所述电极采用石墨制成。

本实用新型的使用方法：

1、采用石墨电极，电极包括阳极和阴极，阳极和阴极分别与直流电源的两端相连接，所述阴极、阳极电极溶液采用：用10％硝酸钾溶液。由阳极区到阴极区，依次装置隔板、吸附重金属的多孔吸附材料活性碳、需处理的重金属污染土壤、吸附重金属的多孔吸附材料活性碳和隔板。

2、防止阴极区域pH值的上升和阳极区域pH值的下降，采用切换电场极性的方法。间隔0.5小时，切换电极。

本实用新型的工作过程：

在电动力的作用下，土壤中的重金属离子如铜离子Cu²⁺、锌离子Zn²⁺和砷离子As³⁺等重金属由阴极区向阳极区迁移，在多孔吸附材料活性碳区，各重金属离子被吸附而去除。采用隔板，防止污染重金属离子扩散。防止阴极区域pH值的上升和阳极区域pH值的下降，采用切换电场极性的方法。

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有结构简单、方便操作、实用有效的优点。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本实用新型。

图1为本实用新型的结构示意图。

图面说明：阳极1、阴极2、阳极区3、阴极区4、隔板5、多孔介质吸附材料6、污染土壤7。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本实用新型。

实施例

如图1所示，一种电动力吸附复合修复重金属污染土壤7装置，包括采用石墨制成电极，电极包括阳极1和阴极2，阳极1和阴极2分别与直流电源的两端相连接，直流5V-30V电源的.

以处理1m³的铜离子Cu²⁺、锌离子Zn²⁺和砷离子As³⁺等重金属重金属污染的土壤为例。

阳极1置入阳极1区，阴极2置入阴极区4；阴极2、阳极1电极溶液采用10-20％硝酸钾溶液。阳极区3采用石墨制成，阴极区4采用石墨制成。

由阳极区3到阴极区4，依次装置防止污染重金属离子扩散的隔板5、吸附重金属的多孔吸附材料活性碳、需处理的重金属污染土壤7、吸附重金属的多孔吸附材料活性碳和防止污染重金属离子扩散的隔板5。

多孔介质吸附材料6采用活性碳制成板状结构，比表面积为1100-1500m2/g。多孔介质吸附材料6的孔隙大小：0.0001-0.05。

隔板5采用木制材料制成板状结构，防止污染重金属离子扩散。

本实用新型的工作过程：

水的电解作用导致电极附近pH值发生变化，其中阳极1产生H⁺而使得阳极区3呈现酸性(pH值可能降至2左右)，阴极2产生OH^-而使得阴极区4呈现碱性(pH值可能升至12左右)，同时带正电的H⁺向阴极2运动，带负电的OH^-向阳极1运动，分别形成了酸性迁移带和碱性迁移带。

在电动力的作用下，土壤中的重金属离子如铜离子Cu²⁺、锌离子Zn²⁺和砷离子As³⁺等重金属由阴极区4向阳极区3迁移，在多孔吸附材料活性碳区，各重金属离子被吸附而富集。采用隔板5，防止污染重金属离子扩散。

防止阴极区4的pH值的上升和阳极区3的pH值的下降，采用切换电场极性的方法。间隔0.5小时时间，切换电极。

35天后，取出富集了铜离子Cu²⁺、锌离子Zn²⁺和砷离子As³⁺等重金属的多孔吸附材料活性碳区，从而达到了去除土壤中污染的重金属的作用。

使用本实用新型之前作为对照，以及使用本实用新型之后的土壤应用方法采用，应用原子吸收光谱测定土壤中铜离子Cu²⁺、锌离子Zn²⁺和砷离子As³⁺的含量的测定，三种重金属含量见表1。

表1重金属在土壤中的含量mg/kg单位

重金属	使用前	使用后
			Cu2+	500mg-1000mg/kg	80-150mg/kg
Zn2+	2410mg/kg	800mg/kg
			As3+	400-500mg/kg	30-40mg/kg

由于采用了上述技术方案，本实用新型具有结构简单、方便操作、实用有效的优点。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点.本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内.本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定.

Claims (4)

1.一种电动力吸附复合修复重金属污染土壤装置，包括与直流电源的两端相连接的阳极和阴极，阳极置入阳极区，阴极置入阴极区，其特征在于：由阳极区到阴极区，依次装置防止污染重金属离子扩散的隔板、吸附重金属的多孔吸附材料活性碳、需处理的重金属污染土壤、吸附重金属的多孔吸附材料活性碳和防止污染重金属离子扩散的隔板。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：多孔介质吸附材料采用活性碳制成，其比表面积为1100-1500m2/g。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：多孔介质吸附材料的孔隙大小：0.0001-0.05。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述电极采用石墨制成。