CN201511037U - 电动植物复合修复重金属污染土壤装置 - Google Patents
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Abstract
一种电动植物复合修复重金属污染土壤装置，它包括阳极区、阴极区、电源，它还包括隔板，阳极区内设有阳极缓冲溶液，阴极区内设有阴极缓冲溶液，阳极区与阴极区分别与电源两极相连，两者竖直放置，且阳极区位于阴极区上方；阳极区与阴极区的相对面以及阴极区与阳极区的相对面上分别设置隔板，两隔板在阳极区与阴极区之间形成一对栽种修复植物根系的重金属污染土壤进行修复的修复区。本实用新型在电压动力作用下，电极附近土壤溶液发生电化学元素反应，改变土壤中的氧化还原电位、加快土壤固体上重金属的解吸，提高土壤溶液中重金属的浓度，从而强化植物的吸收、积累，使土壤中微生物群体的多样性和活力大大增加，增加了作物的产量。
Description
技术领域
本实用新型涉及修复重金属污染土壤装置，特别涉及的是一种电动植物复合修复重金属污染土壤装置。
背景技术
土壤中的重金属污染源于采矿、冶炼、城市垃圾、化肥杂质和污水沉积物等，重金属在土壤中的高富集直接影响谷物的产量并使其品质下降，即使重金属富集程度不高，亦可能阻碍土壤中微生物群体的多样性和活力，从而严重影响作为营养循环和持续农业基础的土壤的生物量和肥力。因此，去除土壤和水体中的重金属已经成为了人类亟须解决的问题。
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。
实用新型内容
本实用新型克服了上述的缺点，而提供一种改变土壤中的氧化还原电位、pH值等理化性质，加快土壤固体上重金属的解吸的电动植物复合修复重金属污染土壤装置。
为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：
一种电动植物复合修复重金属污染土壤装置，它包括阳极区、阴极区、电源，其特征在于，它还包括隔板，所述阳极区内设有阳极缓冲溶液，阴极区内设有阴极缓冲溶液，所述阳极区与阴极区分别与电源两极相连，两者竖直放置，且阳极区位于阴极区上方；所述阳极区与阴极区的相对面以及阴极区与阳极区的相对面上分别设置隔板，两隔板在阳极区与阴极区之间形成一对栽种植物根系的重金属污染土壤进行修复的修复区。
所述阳极区与阴极区之间的电压梯度为1.0v/cm-2.5v/cm。
所述的阳极缓冲溶液为重量百分比浓度为10％的NaOH和重量百分比浓度为90％的CaO的混合液，阴极缓冲溶液为乙酸。
所述装置还包括阳极溶液储槽、阴极溶液储槽、以及泵I、II，所述阳极区与阳极溶液储槽、以及泵I依次连接形成阳极pH值循环调节回路，所述阴极区与阴极溶液储槽、以及泵II依次连接形成阴极pH值循环调节回路。
本实用新型在电压动力作用下，电极附近土壤溶液发生电化学元素反应，改变土壤中的氧化还原电位、pH值等理化性质，加快土壤固体上重金属的解吸，提高土壤溶液中重金属的浓度，从而强化植物的吸收、积累，使土壤中微生物群体的多样性和活力大大增加，增加了作物的产量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；
图1为本实用新型修复重金属污染土壤的示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。
参考图1：一种电动植物复合修复重金属污染土壤装置，它包括阳极区1、阴极区2、电源11，它还包括隔板5、5a，阳极区1内设有阳极缓冲溶液和阳极7，阴极区2内设有阴极缓冲溶液和阴极8，阳极7和阴极8采用石墨制成，分别与电源11两极相连，阳极区1和阴极区2成竖直放置，且阳极区1位于阴极区2上方；阳极区1与阴极区2的相对那个面71以及阴极区2与阳极区1的相对那个面81上分别设置隔板5、5a，隔板5、5a在阳极区1与阴极区2之间形成一对栽种植物根系10的重金属污染土壤进行修复的修复区9。
阳极区1与阴极区2之间的电压梯度为1.0v/cm-2.5v/cm。
阳极缓冲溶液为重量百分比浓度为10％的NaOH和重量百分比浓度为90％的CaO的混合液，阴极缓冲溶液为乙酸。
该装置还包括阳极溶液储槽3、阴极溶液储槽4、以及泵I、II，阳极区1与阳极溶液储槽3、以及泵I依次连接形成阳极pH值循环调节回路14，阴极区2与阴极溶液储槽4、以及泵II依次连接形成阴极pH值循环调节回路15。
本实用新型用石墨分别作为阳极7和阴极8与直流电源11的两端相连接，置入阳极区1和阴极区2，在阳极区1和阴极区2分别储存阳极缓冲液和阴极缓冲液，阳极缓冲溶液在阳极区1和阳极溶液储槽3之间，阴极缓冲液在阴极区2和阴极溶液储槽4之间，分别进行循环，如此设置，是为了调节阳极区1和阴极区2的pH值，以便电动力过程能够持续进行，一般情况下阳极缓冲溶液采用重量百分比浓度为10％NaOH/重量百分比浓度为90％CaO混和液，阴极缓冲溶液则采用乙酸，在隔板5之间的修复区装有修复植物根系10的重金属污染土壤。
在电动力的作用下，土壤中的重金属离子由阴极区2向阳极区1迁移，使重金属离子积聚在土壤表面和修复植物根系10附近以便修复，防止其进入土壤深处，采用隔板5、5a进一步的防止了污染重金属离子扩散，为了防止阴极区2pH值上升和阳极区1pH值下降，所以在阳极区1和阴极区2分别利用了阳极缓冲液和阴极缓冲液来进行循环调节。在电动修复过程中会发生下列电极反应：
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7产生H+而使得阳极区1呈现酸性(pH值可能降至2左右)，阴极8产生OH-而使得阴极区2呈现碱性(pH值可能升至12左右)，同时带正电的H+向阴极8运动，带负电的OH-向阳极7运动，分别形成了酸性迁移带和碱性迁移带。
其基本原理是将电极插入修复区9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。电极附近土壤溶液发生电化学元素反应，改变土壤中的氧化还原电位、PH值等理化性质，加快土壤固体上重金属的解吸，提高土壤溶液中重金属的浓度，从而强化生长植物根系10的吸收、积累，使土壤中微生物群体的多样性和活力大大增加，增加了作物的产量。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和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效物界定。
Claims (3)
1.电动植物复合修复重金属污染土壤装置，它包括阳极区、阴极区、电源，其特征在于，它还包括隔板，所述阳极区内设有阳极缓冲溶液，阴极区内设有阴极缓冲溶液，所述阳极区与阴极区分别与电源两极相连，两者竖直放置，且阳极区位于阴极区上方；所述阳极区与阴极区的相对面以及阴极区与阳极区的相对面上分别设置隔板，两隔板在阳极区与阴极区之间形成一对栽种修复植物根系的重金属污染土壤进行修复的修复区。
2.根据权利要求1所述的电动植物复合修复重金属污染土壤装置，其特征在于，所述阳极区与阴极区之间的电压梯度为1.0v/cm-2.5v/cm。
3.根据权利要求1所述的电动植物复合修复重金属污染土壤装置，其特征在于，所述装置还包括阳极溶液储槽、阴极溶液储槽、以及泵I、II，所述阳极区与阳极溶液储槽、以及泵I依次连接形成阳极PH值循环调节回路，所述阴极区与阴极溶液储槽、以及泵II依次连接形成阴极PH值循环调节回路。
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