CN204710845U

CN204710845U - 一种重金属污染土壤的淋洗电动联合修复装置

Info

Publication number: CN204710845U
Application number: CN201520376793.7U
Authority: CN
Inventors: 王水; 丁亮; 曲常胜; 王栋; 李冰; 吴海锁; 朱迟; 江野立; 孙一宁
Original assignee: Jiangsu Provincial Academy of Environmental Science
Current assignee: Jiangsu Provincial Academy of Environmental Science
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2015-10-21
Anticipated expiration: 2025-06-03

Abstract

本实用新型公开了一种重金属污染土壤的淋洗电动联合修复装置，所述装置包括淋洗系统和电动修复系统；所述的淋洗系统中，淋洗液储罐、酸储罐、碱储罐分别通过第一、第二和第三蠕动泵与污染土壤储槽相连通；淋洗液储罐内部设置有搅拌机；所述的电动修复系统中，电动修复室两侧分别设有阳极室和阴极室；阳极室和阴极室内分别设置有搅拌装置；直流电源的阴极与置于阴极室内的阴极电极相连，直流电源的阳极与置于阳极室内的阳极电极相连；阳极液储罐通过第四和第五蠕动泵与阳极室连通，形成回路；阴极液储罐通过第六、第七蠕动泵与阴极室相连通，形成回路；淋洗系统中的污染土壤储槽底部通过泥浆泵与电动修复室连通。

Description

一种重金属污染土壤的淋洗电动联合修复装置

技术领域

本实用新型属于环境保护技术领域，特别涉及一种重金属污染土壤的淋洗电动联合修复装置。

背景技术

土壤是人类赖以生存的衣食之本。随着社会和工业发展，土壤环境正遭受严重污染，包括重金属污染、有机污染及其他污染。2014年，环境保护部与国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示我国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，最为严重的即为重金属污染，有机污染次之。重金属在土壤中存在隐蔽性、累积性、地域性、长期性、无法降解、造成地下水污染等特性，严重威胁人体健康和生态环境安全；其修复治理已经在国内外引起了高度重视，同时成为环境科学研究领域的热点课题。

当前重金属污染土壤修复技术主要有固化/稳定化、化学淋洗、植物修复、电动修复等。这些方法在实际修复工程应用上均存在利弊，单一方法往往效率不高，难于达到修复目标。重金属污染土壤修复是一项系统工程，采用组合技术是土壤修复的发展趋势和研究热点。

土壤化学淋洗修复技术即利用淋洗液将土壤中的重金属转移至液相中，含有淋洗液的土壤经清水洗涤后归还原位再利用，富含重金属的废液则进行进一步的处理。淋洗法具有可以去除土壤中大量的污染物、限制有害污染物的扩散、投资和消耗相对较少、操作人员无需直接接触污染物等优点。该技术已经在国内外污染场地修复工程中得到了广泛应用，其关键在于淋洗液的选择，要求即能提取重金属又不破坏土壤的结构，且若处理不当残留的淋洗液更会有可能造成二次污染。

电动修复技术最早起源于1809年Reuss首次观察到的电泳现象。该技术于20世纪90年代得到广泛研究；它主要通过在污染土壤两侧施加直流电场电势梯度，使土壤中的污染物在电场作用下通过电迁移、电渗析、电泳等方式移动到电极端，从而达到清洁污染土壤的效果。电动修复技术适用于粘性、砂性土壤，且电渗流依然可以在低渗透性土壤中产生，适用于多种土壤类型的修复治理。但目前电动修复技术存在pH值变化严重影响修复效果这一难题。如何对修复过程中产生的酸性迁移带进行有力控制或消除其带来的影响，寻找能够有效把重金属从土壤中解析出的手段，已成为影响土壤电动修复效果的关键性因素。

实用新型内容

本实用新型针对化学淋洗和电动修复两种技术的优势和不足，提供一种对重金属污染土壤无二次污染的联合修复装置，可有效提高重金属去除率、提高修复效率、降低能耗。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

一种重金属污染土壤的淋洗电动联合修复装置，它包括如下：淋洗系统和电动修复系统；

所述的淋洗系统包括淋洗液储罐、第一蠕动泵、搅拌机、酸储罐、第二蠕动泵、碱储罐、第三蠕动泵和污染土壤储槽；其中，淋洗液储罐、酸储罐、碱储罐分别通过第一蠕动泵、第二蠕动泵和第三蠕动泵与污染土壤储槽相连通；淋洗液储罐内部设置有搅拌机；

所述的电动修复系统包括阳极电极、阴极电极、阳极液储罐、第四蠕动泵、搅拌装置、阳极室、阴极室、电动修复室、直流电源、第五蠕动泵、第六蠕动泵、阴极液储罐和第七蠕动泵；其中，电动修复室一侧通过无纺布隔有阳极室，另一侧通过无纺布隔有阴极室，阳极室和阴极室不接触；阳极室和阴极室内分别设置有搅拌装置；直流电源的阴极与阴极电极相连，阴极电极置于阴极室内，直流电源的阳极与阳极电极相连，阳极电极置于阳极室内；阳极液储罐通过第四蠕动泵与阳极室连通，阳极室通过第五蠕动泵与阳极液储罐连通，形成回路，且第五蠕动泵所在的管路位于阳极室内的部分其管口与电解液液面相切；阴极液储罐通过第七蠕动泵与阴极室相连通，阴极室通过第六蠕动泵与阴极液储罐连通，形成回路，且第六蠕动泵所在的管路位于阴极室内的部分其管口与电解液液面相切；

淋洗系统中的污染土壤储槽底部通过泥浆泵与电动修复室连通。

利用上述装置进行重金属污染土壤的淋洗电动联合修复的方法，该方法包括如下步骤：

(a)将重金属污染土壤置于污染土壤储槽内，通过第二蠕动泵或第三蠕动泵分别将酸储罐或碱储罐内的酸液或碱液加入污染土壤储槽中，开启搅拌机持续搅拌，使污染土壤储槽内的土壤pH均匀；

(b)通过第一蠕动泵将淋洗液储罐内的淋洗液加入污染土壤储槽内，保持搅拌机持续搅拌，使污染土壤储槽内的土壤与淋洗液充分混匀，保证重金属组分与淋洗液充分反应生成络合物等形态；

(c)通过泥浆泵将污染土壤储槽内的土壤转移至电动修复室；

(d)电动修复室内的土壤静置后，接通直流电源，在阳极电极与阴极电极间形成电势梯度；

(e)同步开启第四蠕动泵和第五蠕动泵，以保持阳极室内的电解液液面高度和电解液浓度；同步开启第六蠕动泵和第七蠕动泵，以保持阴极室内的电解液液面高度和电解液浓度；

(f)电动修复过程中，保持搅拌装置持续运转，确保电解液溶液的均一性。

所述的重金属污染为Cd污染、Ni污染、Pb污染或Zn污染。

步骤(a)中，所述的酸储罐内置有的酸液为HNO₃水溶液，所述的碱储罐内置有的碱液为NaOH水溶液或KOH水溶液。

步骤(a)中，使污染土壤储槽内的土壤pH均匀且在pH2～5之间。

步骤(b)中，所述的淋洗液为0.1～1mol/L乙二胺四乙酸二钠水溶液、0.1～1mol/L柠檬酸钠水溶液或0.1～1mol/L乙酸水溶液。

步骤(b)中，按照污染土壤储槽中污染中重金属元素与淋洗剂中溶质的摩尔比为1:1.1～1.2来计算淋洗液储罐内的淋洗液的添加量

步骤(b)中，所述的直流电源，电势梯度为0.1～5V/cm，阳极电极和阴极电极材质为石墨电极板或碳毡电极板。

步骤(e)中，阳极室以及阳极液储罐内的电解液为0.01～1mol/L NaNO₃水溶液或0.01～1mol/LKNO₃水溶液；阴极室以及阴极液储罐内的阴极电解液为0.01～0.5mol/LpH 2～4乙酸-乙酸钠缓冲溶液。

本实用新型方法，一般每6小时从电动修复室中取土壤样品进行分析检测，当重金属浓度仍高于修复目标值时，继续进行电动修复；小于等于修复目标值时，停止电动修复。电修复结束后，将土壤暂存待验收。

有益效果：本实用新型相对于现有技术具有如下优势：

(1)采用上述装置和方法后，在采用重金属污染土壤化学淋洗装置的基础上，针对淋洗后土壤进行重金属污染组分的分离去除，使络合态的Cd、Ni、Pb、Zn等迁移到阳极室，从而达到土壤中重金属污染组分去除和土壤修复目的。

(2)分别对重金属污染土壤进行pH值优化和淋洗，再对其进行电动修复，该实用新型专利中的三个过程是不能调换的，采用该方法可减少传统重金属污染土壤淋洗液的使用量，降低淋洗风险，强化重金属污染土壤淋洗修复效果。

(3)经淋洗后的重金属污染组分以络合态存在于土壤中，在电动修复过程中，其电迁移、电渗析、电泳等作用过程和修复效果不受或较少受到电动修复过程土壤pH值改变而影响，适合实际大范围重金属污染土壤修复。

附图说明

图1为本实用新型装置结构示意图。

图中标号：1淋洗液储罐、2第一蠕动泵、3搅拌机、4酸储罐、5第二蠕动泵、6碱储罐、7第三蠕动泵、8污染土壤储槽、9泥浆泵、10阳极电极、11阴极电极、12阳极液储罐、13第四蠕动泵、14搅拌装置、15阳极室、16阴极室、17电动修复室、18直流电源、19第五蠕动泵、20第六蠕动泵、21阴极液储罐、22第七蠕动泵。

具体实施方式

本实用新型提供了一种重金属污染土壤的淋洗-电动联合修复装置和方法，下面结合附图和具体实施例对本实用新型专利作进一步说明。

实施例1：

由图1可知，本实用新型的重金属污染土壤的淋洗电动联合修复装置，它包括如下：淋洗系统和电动修复系统；

所述的淋洗系统包括淋洗液储罐1、第一蠕动泵2、搅拌机3、酸储罐4、第二蠕动泵5、碱储罐6、第三蠕动泵7和污染土壤储槽8；其中，淋洗液储罐1、酸储罐4、碱储罐6分别通过第一蠕动泵2、第二蠕动泵5和第三蠕动泵7与污染土壤储槽8相连通；淋洗液储罐1内部设置有搅拌机3；

所述的电动修复系统包括阳极电极10、阴极电极11、阳极液储罐12、第四蠕动泵13、搅拌装置14、阳极室15、阴极室16、电动修复室17、直流电源18、第五蠕动泵19、第六蠕动泵20、阴极液储罐21和第七蠕动泵22；其中，电动修复室17一侧通过无纺布隔有阳极室15，另一侧通过无纺布隔有阴极室16，阳极室15和阴极室16不接触；阳极室15和阴极室16内分别设置有搅拌装置14；直流电源18的阴极与阴极电极11相连，阴极电极11置于阴极室16内，直流电源18的阳极与阳极电极10相连，阳极电极10置于阳极室15内；阳极液储罐12通过第四蠕动泵13与阳极室14连通，阳极室14通过第五蠕动泵19与阳极液储罐12连通，形成回路，且第五蠕动泵19所在的管路位于阳极室15内的部分其管口与电解液液面相切；阴极液储罐21通过第七蠕动泵22与阴极室16相连通，阴极室16通过第六蠕动泵20与阴极液储罐21连通，形成回路，且第六蠕动泵20所在的管路位于阴极室16内的部分其管口与电解液液面相切；

淋洗系统中的污染土壤储槽8底部通过泥浆泵9与电动修复室17连通。

实施例2：

利用实施例1的装置进行重金属污染土壤的淋洗电动联合修复的方法，该方法包括如下步骤：

(a)将重金属污染土壤置于污染土壤储槽8内，通过第二蠕动泵5或第三蠕动泵7分别将酸储罐4或碱储罐6内的酸液或碱液加入污染土壤储槽8中，开启搅拌机3持续搅拌，使污染土壤储槽8内的土壤pH均匀；

(b)通过第一蠕动泵2将淋洗液储罐1内的淋洗液加入污染土壤储槽8内，保持搅拌机3持续搅拌，使污染土壤储槽8内的土壤与淋洗液充分混匀，保证重金属组分与淋洗液充分反应生成络合物等形态；

(c)通过泥浆泵9将污染土壤储槽8内的土壤转移至电动修复室17；

(d)电动修复室17内的土壤静置后，接通直流电源18，在阳极电极10与阴极电极11间形成电势梯度；

(e)同步开启第四蠕动泵13和第五蠕动泵19，以保持阳极室15内的电解液液面高度和电解液浓度；同步开启第六蠕动泵20和第七蠕动泵22，以保持阴极室16内的电解液液面高度和电解液浓度；

(f)电动修复过程中，保持搅拌装置14持续运转，确保电解液溶液的均一性。

所述的重金属污染为Cd污染、Ni污染、Pb污染或Zn污染。

步骤(a)中，所述的酸储罐4内置有的酸液为HNO₃水溶液，所述的碱储罐6内置有的碱液为NaOH水溶液或KOH水溶液。

步骤(a)中，使污染土壤储槽8内的土壤pH均匀且在pH范围2～5之间。

步骤(b)中，按照污染土壤储槽8中污染中重金属元素与淋洗剂中溶质的摩尔比为1:1.1～1.2来计算淋洗液储罐1内的淋洗液的添加量。

步骤(b)中，所述的直流电源18，电势梯度为0.1～5V/cm，阳极电极10和阴极电极11材质为石墨电极板或碳毡电极板。

以上所述实施例仅是为充分说明本实用新型专利而举的较佳实施例，本实用新型专利的保护范围不限于此。本技术领域的专业技术人员在本实用新型专利基础上所作的等同替代或变换，均在本实用新型专利的保护范围之内。本实用新型专利的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种重金属污染土壤的淋洗电动联合修复装置，其特征在于，它包括如下：淋洗系统和电动修复系统；

所述的淋洗系统包括淋洗液储罐(1)、第一蠕动泵(2)、搅拌机(3)、酸储罐(4)、第二蠕动泵(5)、碱储罐(6)、第三蠕动泵(7)和污染土壤储槽(8)；其中，淋洗液储罐(1)、酸储罐(4)、碱储罐(6)分别通过第一蠕动泵(2)、第二蠕动泵(5)和第三蠕动泵(7)与污染土壤储槽(8)相连通；淋洗液储罐(1)内部设置有搅拌机(3)；

所述的电动修复系统包括阳极电极(10)、阴极电极(11)、阳极液储罐(12)、第四蠕动泵(13)、搅拌装置(14)、阳极室(15)、阴极室(16)、电动修复室(17)、直流电源(18)、第五蠕动泵(19)、第六蠕动泵(20)、阴极液储罐(21)和第七蠕动泵(22)；其中，电动修复室(17)一侧通过无纺布隔有阳极室(15)，另一侧通过无纺布隔有阴极室(16)，阳极室(15)和阴极室(16)不接触；阳极室(15)和阴极室(16)内分别设置有搅拌装置(14)；直流电源(18)的阴极与阴极电极(11)相连，阴极电极(11)置于阴极室(16)内，直流电源(18)的阳极与阳极电极(10)相连，阳极电极(10)置于阳极室(15)内；阳极液储罐(12)通过第四蠕动泵(13)与阳极室(14)连通，阳极室(14)通过第五蠕动泵(19)与阳极液储罐(12)连通，形成回路，且第五蠕动泵(19)所在的管路位于阳极室(15)内的部分其管口与电解液液面相切；阴极液储罐(21)通过第七蠕动泵(22)与阴极室(16)相连通，阴极室(16)通过第六蠕动泵(20)与阴极液储罐(21)连通，形成回路，且第六蠕动泵(20)所在的管路位于阴极室(16)内的部分其管口与电解液液面相切；淋洗系统中的污染土壤储槽(8)底部通过泥浆泵(9)与电动修复室(17)连通。