CN205289228U - 一种移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置 - Google Patents

Abstract

一种移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置，包括电源/电极池单元、药剂注入单元和废水处理单元，所述电源/电极池单元包括直流稳压电源和中空的圆柱形电极组，所述直流稳压电源的输出端的正极和负极分别与一组电极相连；所述药剂注入单元包括储藏容器、泵和导管，所述储藏容器通过泵和导管与正电极或负电极的中空腔体活动连接；所述废水处理单元包括依次导管连接的抽提泵、废液池、流量计、蠕动泵、处理含重金属废水的前置过滤柱、氧化柱、吸附柱和清水池，所述抽提泵与正电极或负电极的中空腔体活动连接。通过本实用新型可以有效的去除污染土壤中的污染物，并能实现对修复过程的自动监测和对修复过程中产生废水的无害化处理。

Description

一种移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置

技术领域

本实用新型属于环境保护技术领域，涉及一种针对重金属和有机场地污染土壤的原位电动修复装置，具体地说，特别涉及一种移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置。

背景技术

污染土壤修复是当前亟需发展的一门技术，因为土壤污染会导致十分严重的环境问题，影响人类健康和社会发展。作为一种新型的修复方法，电动修复技术近年来发展迅速，它是在污染土壤两端加上直流电压，土壤中的污染物在电场作用下被迁移出土壤，具有高效、清洁的特点，而且处理深度可达10～20米，适用性广，在美国、德国、日本等许多发达国家已引起了极大重视。

国内现有的专利文献中近年来产生了一些关于土壤污染电动修复技术的文献，但涉及污染土壤电动修复装置的文献较少，且多为实验室规模的、用于研究的小型试验装置，还未见能真正应用于污染现场的原位修复工程装置。中国专利号CN201110312666.7授权了一种用于重金属污染土壤修复的复合电极，这种电极可以中和电解过程中产生的酸和碱，同时捕获迁移到电极的重金属，从而达到修复的目的。中国专利号CN201120524796.2授权了一种去除土壤中重金属和有机污染物的电动修复装置，该装置主要用于实验室条件下，且对修复过程中产生的废水处理和自动监测设备未有涉及。中国专利号CN201310169444.3授权了一种用于电动修复污染土壤的二维非均匀电场实验装置，该装置主要用于模拟二维非均匀电场来用于电动修复污染土壤。美国专利号US6203682公开了名为“Welldesignsforelectrokineticremediation”的专利，该专利提供了一种实地修复时用于隔离电极和污染土壤的多孔材料，这种由粘土(或陶瓷)和多孔塑料管制成的多孔材料包裹在电极周围，水份、H⁺、OH^-和目标离子(污染物离子)等可以自由通过这种多孔材料。韩国专利号KR2003072052公开了名为“Electrokineticsoilremediationapparatus”的专利也提到了电动修复装置的设计，主要集中在电极池溶液进出和电极的设计上，对整个修复体系及废水的处理没有涉及。

因而，迫切需要提供一种完整有效且可实现自动监测的野外电动修复工程装置，这不仅有利于电动修复研究工作的开展，也可以推动电动修复技术在原位现场修复中的应用。

发明内容

解决的技术问题：本实用新型的目的在于提供一种移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置。该装置可用于原位污染土壤的修复，并可根据需要实现电动修复过程中各种修复参数的自动监测和废水的处理，提高整个修复工作的效率。同时该装置容易进行拆除和组装，可根据需要转移到不同地点进行修复工程，具有良好的移动性。

技术方案：一种移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置，包括电源/电极池单元、药剂注入单元和废水处理单元，所述电源/电极池单元包括直流稳压电源和中空的圆柱形电极组，所述直流稳压电源的输出端的正极和负极分别与一组电极相连；所述药剂注入单元包括储藏容器、泵和导管，所述储藏容器通过泵和导管与正电极或负电极的中空腔体活动连接；所述废水处理单元包括依次导管连接的抽提泵、废液池、流量计、蠕动泵、处理含重金属废水的前置过滤柱、氧化柱、吸附柱和清水池，所述抽提泵与正电极或负电极的中空腔体活动连接。

所述移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置，还包括自动监测单元，所述自动监测单元包括电压电流记录仪、pH记录仪和氧化还原电位记录仪，所述电压电流记录仪与直流稳压电源的输出端连接，pH记录仪和氧化还原电位记录仪分别与电极的中空腔体连接。

上述直流稳压电源的电流和电压可调。

上述电极为铁、钛、不锈钢或石墨电极，侧壁有孔的圆柱形塑料保护套包裹在电极周围。

上述电极保护套包裹100目的尼龙网。

上述电极的设置方式包括阴阳极的平行设置或正多边形设置。

上述阴阳电极之间的电压梯度为5-150V/m。

上述前置过滤柱为树脂吸附柱，所述氧化柱为处理含有机污染物的氧化柱，所述吸附柱为活性炭吸附柱。

上述药剂注入单元的泵为多通道蠕动泵或高压注入泵。

有益效果：通过使用本实用新型提供的电动修复工程装置，可以有效的去除污染土壤中的污染物，并能实现对修复过程的自动监测和对修复过程中产生废水的无害化处理。

附图说明

图1为移动式电动修复成套工程装置的构造示意图；

图2为电源/电极池单元的电路连接和电极设置示意图；图中a为成对电极安装位置设计，b为六边形电极安装位置设计，c为六边形电极安装位置设计；

图3为废水处理单元的工艺流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

一种移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置，包括电源/电极池单元、药剂注入单元5和废水处理单元6，所述电源/电极池单元包括直流稳压电源1和中空的圆柱形电极组，所述直流稳压电源的输出端的正极和负极分别与一组电极相连；所述药剂注入单元5包括储藏容器、泵和导管，所述储藏容器通过泵和导管与正电极3或负电极4的中空腔体活动连接；所述废水处理单元6包括依次导管连接的抽提泵、废液池、流量计、蠕动泵、处理含重金属废水的前置过滤柱、氧化柱、吸附柱和清水池，所述抽提泵与正电极或负电极的中空腔体活动连接。该装置还包括自动监测单元2，所述自动监测单元包括电压电流记录仪、pH记录仪和氧化还原电位记录仪，所述电压电流记录仪与直流稳压电源的输出端连接，pH记录仪和氧化还原电位记录仪分别与电极的中空腔体连接。直流稳压电源1的电流和电压可调。电极为铁、钛、不锈钢或石墨电极，侧壁有孔的圆柱形塑料保护套包裹在电极周围。电极保护套包裹100目的尼龙网。电极的设置方式包括阴阳极的平行设置或正多边形设置。阴阳电极之间的电压梯度为5-150V/m。前置过滤柱为树脂吸附柱，所述氧化柱为处理含有机污染物的氧化柱，所述吸附柱为活性炭吸附柱。药剂注入单元的泵为多通道蠕动泵或高压注入泵。

实施例2(重金属污染土壤的电动修复)：

野外条件下的原位修复区位于江苏省常熟市某电镀厂厂区旧址。该厂因从事电镀生产污染厂区土壤，主要污染物是铜，平均铜含量达1022mg/kg，污染深度1m左右。在厂区选择一块2m*4m的区域，土壤四周用PVC隔板隔离(深度1m)。所用修复装置结构如实施例1记载，具体设置如下：

电源/电极池单元：电动修复的外接电源由220V交流电流提供，经过一台直流稳压电源装置转变为直流电源，施加电压为15V，电压梯度为7.5V/m。电极分为2排(1排正电极、1排负电极)。共8根电极，电极长1m，直径80mm，为圆柱形网状钛电极。在待修复土壤中钻孔，深度1m，放置电极。阳极和阴极之间距离为2m，同种电极之间的距离为1m。4根正电极用导线串联并连接至电源正极，对应的4根负电极也用导线串联连接至电源负极，这样构成一个电回路，可以进行电动修复。

药剂注入单元：本例中由于处理深度仅1m，因此不需要高压注入泵，根据试验需要和地下水位的高低直接将修复药剂和清洁水通过多通道蠕动泵输送到正电极或负电极的中空腔体中。

自动监测单元：本实施例中需要监测的参数主要有电动修复过程中的电压、电流和阴、阳极池中的pH变化。分别在系统中安装电压、电流和pH传感器，然后连接至带有远程发送功能的数据记录仪，通过设置可以将数据按不同时间间隔保存于数据记录仪中并远程传输至固定的网站或手机。电压和电流传感器串联至电源/电极池单元中的电路系统中即可，pH传感器中的pH电极直接插入到正电极或负电极的中空腔体溶液中，通过设置同样可以将相关数据保存于数据记录仪中并远程传输至固定的网站或手机，供查询和下载。

废水处理单元：本例在修复过程中会产生的一定量的含重金属的溶液，因此需进行废水处理。废水处理单元包括水泵、导管、处理柱和流量计等。水泵选用多通道蠕动泵，操作中泵体不接触废水，操作安全；导管选用耐腐蚀的塑料导管；处理柱在本例中选用可对废液中的重金属进行吸附处理的树脂吸附柱和活性炭吸附柱。

试验处理为乳酸处理，在负电极的中空腔体中加入乳酸溶液(浓度为0.5mol/L)，连续运行24天后停止试验，采集正电极和负电极中空腔体中的溶液样品，同时采集土壤样品，每个位点分4层采集土样(0-20cm，20-40cm，40-60cm，60-80cm)。表1是乳酸处理24d后土壤中Cu的去除效果。土壤中靠近正电极和负电极采样点的铜含量明显下降，平均去除率分别为52.6％和35.7％。正电极附近土壤中铜去除率均高于负电极附近的去除率，这是因为在电场作用下土壤中带正电的铜离子在电场作用下向阴极迁移。试验过程中产生的废液总体积为80L，废液中Cu的平均浓度为20mg/L，采用732型强酸性阳离子交换树脂吸附柱和活性炭吸附柱，两柱串联使用，可有效去除废液中的Cu浓度，处理后Cu浓度小于1ppm。去除Cu后的溶液可用蠕动泵重新注入到正电极和负电极的中空腔体中重复使用，也可进一步降低浓度达到农田灌溉水标准(GB5084-2005)后排放。

表1.乳酸处理24d土壤中Cu的去除效果

实施例3(重金属污染土壤的电动修复)：

在实施例2的污染场地中另选一块地进行电动修复的现场修复试验。该地块主要污染物仍是铜，平均铜含量达465mg/kg，污染深度1m左右，修复面积为2m*8m的区域，土壤四周用PVC隔板隔离(深度1m)。本例中采用的电动修复工程装置和实施例2中的相同。

试验处理为柠檬酸处理，在负电极的中空腔体中加入柠檬酸溶液(浓度为0.5mol/L)，连续运行17天后停止试验，采集正电极和负电极中空腔体中的溶液样品，同时采集土壤样品，每个位点分4层采集土样(0-20cm，20-40cm，40-60cm，60-80cm)。表2是柠檬酸处理17d后土壤中Cu的去除效果。处理后正电极和负电极附近采样点的铜平均去除率分别为27.2％和-17.5％。正电极附近土壤中铜去除率均高于负电极附近的去除率，这是因为在电场作用下土壤中带正电的铜离子在电场作用下向阴极迁移，这与电动修复的普遍规律是一致的。当处理时间较短时会有部分从正电极附近区域移动过来的铜积聚在负电极附近的土壤中而没有及时迁移到负电极中空腔体的溶液中，这导致了柠檬酸处理条件下负电极附近土壤中铜的去除率为负值。试验过程中产生的废液总体积为200L，废液中Cu的平均浓度为10mg/L，采用732型强酸性阳离子交换树脂吸附柱和活性炭吸附柱，两柱串联使用，可有效去除废液中的Cu浓度。去除后的溶液可用蠕动泵重新注入到正电极和负电极的中空腔体中重复使用。

表2.柠檬酸处理17d土壤中Cu的去除效果

实施例4(有机污染土壤的电动修复)：

本例中的野外电动修复试验区位于江苏省苏州市某厂厂区。该厂的污染源主要是有机污染物，且污染深度较深。经前期调查，该厂区污染区域在地下5-9m，主要污染物为氯苯，浓度范围100-300mg/kg，平均浓度236mg/kg。在该厂区选择70m²左右的区域开展电动修复试验，处理污染土壤总方量为750m³。所用修复装置结构如实施例1记载，具体设置如下：

电源/电极池单元：电动修复的外接电源由220V交流电流提供，经过一台直流稳压电源转变为直流电源，施加电压为50V，电压梯度为25V/m。根据现场情况采用正电极在中间的六边形设计，共需4根正电极和16根负电极，正电极和负电极之间为2m，每个六边形的面积为10.4m²，共设置7个六边形，总面积约为72.8m²。同时在正电极和负电极的中间位置以及在六边形其中两条边的中间位置设置4个监测井。

正电极和正电极用导线串联并连接至直流稳压电源的正极，负电极和负电极用导线串联连接至直流电源的负极，这样构成一个电回路，可以进行电动修复。

药剂注入单元：本例中由于处理深度为5-9m，因此需要使用高压注入泵将氧化试剂注入到负电极的中空腔体中。通过监测井监测反应过程，反应一定时间后用抽提泵从正电极的中空腔体中抽出废液，根据废液中的情况进行再处理。

自动监测单元：本例中需要监测的参数主要有电动修复过程中的电压、电流和阴、阳极池中的pH和氧化还原电位的变化。分别在系统中安装电压、电流、pH传感器、氧化还原电位传感器，然后连接至带有远程发送功能的数据记录仪，通过设置可以将数据按不同时间间隔保存于数据记录仪中并远程传输至固定的网站或手机。电压和电流传感器串联至电源/电极池单元中的电路系统中即可，pH传感器中的pH电极和氧化还原电位传感器中的氧化还原电极直接插入到正电极和负电极中空腔体的溶液中，通过参数设置，同样可以将相关数据保存于数据记录仪中并远程传输至固定的网站或手机，供查询和下载。

废水处理单元：本例在修复过程中会产生的一定量的含有机污染物的溶液，因此需进行废水处理。废水处理单元包括水泵、导管、处理柱等。抽提泵抽出的废水用导管连接至处理柱，处理柱在本例中选用可对废液中的有机污染物进行吸附处理的树脂吸附柱和活性炭吸附柱。

根据土壤中所含污染物的量来计算氧化剂的投加量，具体取值为土壤质量按1.2吨/m³计算，土壤中氯苯浓度按上限300mg/kg计算，过硫酸钠和污染物(氯苯)的质量比取4:1；为了减少加入的溶液体积量，过硫酸钠的配制浓度取上限值400g/L(接近其饱和溶解度)。用高压泵一次性注入所需药剂的量，后期可根据监测井的监测结果可在后续试验中再次注入。

在氧化剂注入3天后，注入活化试剂。选择硫酸亚铁为活化剂，过硫酸钠和硫酸亚铁的质量比为4.28:1，按400g/L的七水硫酸亚铁溶解度来配制，投加方式均为阳极投加。

在氧化剂注入一周后，接通直流电源，开始进行电动-氧化联合修复，每天通电24h。实验中，电压保持在25V/m不变。经过24d的修复后，土壤中的氯苯平均含量降低至52mg/kg，去除率达77.9％。

Claims (9)

1.一种移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置，其特征在于包括电源/电极池单元、药剂注入单元（5）和废水处理单元（6），所述电源/电极池单元包括直流稳压电源（1）和中空的圆柱形电极组，所述直流稳压电源的输出端的正极和负极分别与一组电极相连；所述药剂注入单元（5）包括储藏容器、泵和导管，所述储藏容器通过泵和导管与正电极（3）或负电极（4）的中空腔体活动连接；所述废水处理单元（6）包括依次导管连接的抽提泵、废液池、流量计、蠕动泵、处理含重金属废水的前置过滤柱、氧化柱、吸附柱和清水池，所述抽提泵与正电极或负电极的中空腔体活动连接。

2.根据权利要求1所述移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置，其特征在于还包括自动监测单元（2），所述自动监测单元包括电压电流记录仪、pH记录仪和氧化还原电位记录仪，所述电压电流记录仪与直流稳压电源的输出端连接，pH记录仪和氧化还原电位记录仪分别与电极的中空腔体连接。

3.根据权利要求1所述移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置，其特征在于直流稳压电源的电流和电压可调。

4.根据权利要求1所述移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置，其特征在于所述电极为铁、钛、不锈钢或石墨电极，侧壁有孔的圆柱形塑料保护套包裹在电极周围。

5.根据权利要求4所述移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置，其特征在于所述电极保护套包裹100目的尼龙网。

6.根据权利要求1所述移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置，其特征在于所述电极的设置方式包括阴阳极的平行设置或正多边形设置。

7.根据权利要求1所述移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置，其特征在于所述正电极负电极之间的电压梯度为5-150V/m。

8.根据权利要求1所述移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置，其特征在于所述前置过滤柱为树脂吸附柱，所述氧化柱为处理含有机污染物的氧化柱，所述吸附柱为活性炭吸附柱。

9.根据权利要求1所述移动式场地污染土壤的原位电动修复工程装置，其特征在于所述药剂注入单元的泵为多通道蠕动泵或高压注入泵。