CN212494526U - 一种热脱附协同电化学强化的原位土壤修复系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种热脱附协同电化学强化的原位土壤修复系统，包括太阳能供电模块、电化学强化模块、微波加热模块、营养液喷淋模块和气相抽提模块；太阳能供电模块分别电性连接所述的电化学强化模块和微波加热模块；电化学强化模块包括埋入污染土壤区域内的阳极板和阴极板；微波加热模块包括埋入污染土壤区域内的至少一根微波加热棒以及与微波加热棒连接的微波发生器；营养液喷淋模块包括埋入污染土壤区域的至少一根喷淋管，喷淋管外接营养液储罐；气相抽提模块包括插入污染土壤区域的气相抽提管网以及与其外接的真空泵。本实用新型针对污染土壤中的多种污染物进行了综合性的高效修复处理，实现了多种污染物的协同高效脱除。
Description
技术领域
本实用新型属于土壤修复技术领域，涉及一种原位土壤修复系统，尤其涉及一种热脱附协同电化学强化的原位土壤修复系统。
背景技术
土壤不但为植物的生长提供机械支撑能力，并能为植物的生长发育提供所需要的水、肥、气、热等肥力要素。由于人口急剧增长、工业化进程的不断加快、固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒、化肥和农药的施用、有害废水不断向土壤中渗透、大气中的有害气体及飘尘也不断随雨水降落在土壤中等原因，导致了土壤污染，土壤污染的同时亦容易造成地下水体的污染。
对土壤污染的治理，可通过减少农药使用，针对土壤污染物的种类，种植有较强吸收力的植物，通过生物降解净化土壤，或通过增施有机肥、改变耕作制度、换土、深翻等手段，治理土壤污染。但上述方法治理污染见效较慢，积累在污染土壤中的难降解污染物也很难靠上述方法来消除。土壤污染一旦发生，首先要切断污染源，对于难治理的污染土壤则需要采用淋洗的方法才能解决问题，原位淋洗设备无需对土壤进行采集治理，是一种适用范围较广的土壤治理设备。但现有的原位土壤淋洗设备结构较为复杂，耗能较严重，淋洗效率低，易产生二次污染。
CN108057713A公开了一种运用太阳能强化的污染土壤/地下水原位淋洗装置，其包括淋洗修复系统、电动强化系统、微波加热强化系统和太阳能转化系统，所述淋洗修复系统设置于待修复土壤部位的两侧，所述电动强化系统设置于土壤修复系统的内侧，所述微波加热强化系统设置于电动强化系统的内侧，所述太阳能转化系统与电动强化系统和微波加热强化系统连接，用于为电动强化系统和微波加热强化系统提供电能。
CN204294616U公开了一种太阳能热脱附的污染土壤修复系统，包括有污染物真空抽吸系统、太阳能集热系统和气体加注系统，包括有加热扩散井、抽取井、混凝土硬化地面、气体加注管道、空气压缩机、输气管道、槽式太阳能集热器阵列、鼓风机、活性炭吸附装置、真空泵、空气过滤器。该专利公布装置属于一种太阳能辅助土壤气相抽提，抽提出的土壤气经过气液分离和活性炭吸附后排放。其本质是热脱附，空气作为热媒，加热效率低，不适合难挥发性有机物污染土壤的修复。本专利中营养液及微量元素注入系统可以调节土壤营养构成，激发微生物的降解活性，促进其将污染土壤中难挥发的大分子有机物转化为易挥发的小分子有机物，从而能大大改善有机物污染土壤的修复效果。营养液及微量元素注入系统还可以为土壤进行微生物接种。本专利充分发挥微生物降解大分子有机物的功能，配合气提，能有显著效果。
CN201959978U公开了一种太阳能异位修复挥发性有机物污染土的装置，由太阳能供汽系统、土壤修复仓、水循环系统和连接管道组成，装置利用太阳能辐射，通过聚光获取热量，加热吸热管中的水份以提供土壤修复用热蒸汽，水循环系统源源不断提供所需水份。该专利是一种异位修复装置，还需要配套土壤挖掘、输送、装料和卸料等辅助系统，不适合污染土壤上有构筑物等不适合挖掘的情况下使用，且该专利不具备微生物对大分子有机物的通风降解功能。
目前，针对污染物种类复杂的污染土壤并未出现较为有效的综合修复方案，因此急需设计一种综合性高的土壤修复方法。
实用新型内容
针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种热脱附协同电化学强化的原位土壤修复系统，本实用新型针对污染土壤中的多种污染物进行了综合性的高效修复处理，实现了多种污染物的协同高效脱除。
为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：
第一方面，本实用新型提供了一种热脱附协同电化学强化的原位土壤修复系统，所述的原位土壤修复系统包括太阳能供电模块、电化学强化模块、微波加热模块、营养液喷淋模块和气相抽提模块。
所述的太阳能供电模块分别电性连接所述的电化学强化模块和微波加热模块，所述的太阳能供电模块用于将太阳能转化为电能并向电化学强化模块和微波加热模块供电。
所述的电化学强化模块包括埋入污染土壤区域内的阳极板和阴极板。
所述的微波加热模块包括埋入污染土壤区域内的至少一根微波加热棒以及与所述的微波加热棒连接的微波发生器。
所述的营养液喷淋模块包括埋入污染土壤区域的至少一根喷淋管，所述的喷淋管外接营养液储罐。
所述的气相抽提模块包括插入污染土壤区域的气相抽提管网以及与其外接的真空泵。
本实用新型针对污染土壤中的多种污染物进行了综合性的高效修复处理，具体地，一方面，针对污染土壤中的挥发性有机物，采用微波对土壤进行加热，促进土壤中的挥发性有机物脱除，同时高效利用了太阳能发电为微波加热提供了充足的电能；另一方面，针对土壤中的不易挥发有机物和重金属离子，通过生物降解和电化学氧化协同作用，实现了多种污染物的协同高效脱除。同时，本实用新型提供的土壤修复方法属于原位土壤修复技术，与异位常温解吸修复技术相比，极大地避免了因土壤挖掘、转移和运输等环节可能产生的二次污染问题，修复方法工程量小，成本低，相比现有常温解吸修复技术挖掘、转移、运输和回填土壤等工程量减小，成本降低。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的太阳能供电模块包括至少一组太阳能光伏模组以及与其电性连接的蓄电装置。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的太阳能光伏模组包括串联的至少两个太阳能光伏。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的太阳能供电模块包括两组太阳能光伏模组，两组太阳能光伏模组并联后接入所述的蓄电装置。
所述的蓄电装置为蓄电池。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的电化学强化模块包括竖直埋入污染土壤内部的阳极板和阴极板，所述的阳极板和阴极板分别接入所述蓄电装置的正极和负极。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的阳极板和阴极板之间的水平距离为100～1000mm，例如可以是100mm、200mm、300mm、400mm、500mm、600mm、700mm、800mm、900mm或1000mm，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。
本实用新型在土壤修复处理前使污染土壤充分浸润，通过构建以管式电极为主的电极阵列，通过静电和水力作用驱使土壤中可溶性重金属和有机污染物进入水中，在电极端被去除，阳极对有机污染物如苯、酚和氨等，阴极对重金属离子包括铬、镉、砷、汞、铅、镍何锰等具有良好的去除效果。在电场和负压条件下，实现土壤间隙水在土壤间的循环流动，将水中携带的重金属离子和有机污染物分别在阴极板和阳极板中实现沉积和电化学催化氧化，从而进一步降低了污染土壤中的有机污染物含量，实现了土壤修复的目的。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的微波加热模块包括竖直埋入污染土壤内部的至少两根微波加热棒以及与其连接的微波发生器，所述的微波发生器电连接所述的蓄电装置，所述的蓄电装置用于向微波发生器供电。
优选地，所述的微波加热棒位于阳极板和阴极板之间。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的微波加热棒外周套设有绝缘保护套。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的营养液喷淋模块包括埋入污染土壤区域内的并排设置的至少两根喷淋管。
所述的喷淋管上沿周向设置有喷嘴。
所述的喷淋管并联后接入所述的营养液储罐，所述的营养液储罐向喷淋管输送营养液。
作为本实用新型一种优选的技术方案，所述的气相抽提模块沿抽提方向包括依次连接的气相抽提管网、真空泵、水气分离装置和活性炭吸附装置。
所述的气相抽提管网包括横纵交错贯通的抽提主管网，所述的抽提主管网水平设置于污染土壤区域上方，所述的抽提主管网上接设有至少一个垂直插入污染土壤中的抽提支管。
所述的水气分离装置的出液口还连接废液收集装置。
示例性地，本实用新型提供的原位土壤修复系统的工作原理为：
(1)对污染土壤进行充分浸润，阳能光伏模组转化产生的电能储存于蓄电装置中，蓄电装置向微波发生器供电，微波发生器通过微波加热棒输出微波对污染土壤加热至80～100℃，挥发性有机物受热脱出，通过真空泵将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤，真空泵的气流量为400-600L/s，真空泵将污染土壤内的真空度抽至20～50kPa，真空泵采用连续运行5～8h后停止3～5h的间歇式运行模式，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置进行吸附处理；
(2)太阳能光伏模组转化产生的电能储存于蓄电装置中，蓄电装置向阳极板和阴极板施加0.1～36V的电压，阳极板和阴极板之间的电流密度为0.01～500mA/cm2，阳极板和阴极板之间的水平距离为100～1000mm，阳极板为表面涂覆有电催化材料的基板，基板材质为石墨、钛或玻璃板，电催化材料包括碳材料或金属氧化物。其中，碳材料包括石墨、碳纤维、纳米管、石墨烯或金刚石；金属氧化物包括WO3、SnO2、TiO2、ZnO、Fe2O3、V2O5、Bi2O3、MnO2、Mn2O3或Mn3O4中的一种或至少两种的组合。阴极板的材质为石墨或金属材料，其中，金属材料为不锈钢、钛或铝。土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解，其中，有机污染物在阳极板发生催化氧化反应，重金属离子在阴极板发生电沉积；
(3)营养液喷淋模块向污染土壤中喷淋营养液，营养液中包括0～5g/L的磷源、0～100g/L的碳源、0～10g/L的氮源以及其他营养物质，磷源包括磷酸二氢钠和/或磷酸氢二钠；碳源包括葡萄糖、乙酸钠、甲酸钠或蔗糖中的一种或至少两种的组合；氮源为氯化铵和/或硫酸铵；营养物质包括维生素和/或氨基酸；污染土壤中的微生物在营养液中培养后中对污染土壤中的有机污染物进行生物降解。
所述系统是指设备系统、装置系统或生产装置。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
(1)本实用新型针对污染土壤中的多种污染物进行了综合性的高效修复处理，具体地，一方面，针对污染土壤中的挥发性有机物，采用微波对土壤进行加热，促进土壤中的挥发性有机物脱除，同时高效利用了太阳能发电为微波加热提供了充足的电能；另一方面，针对土壤中的不易挥发有机物和重金属离子，通过生物降解和电化学氧化协同作用，实现了多种污染物的协同高效脱除；
(2)本实用新型在土壤修复处理前使污染土壤充分浸润，通过构建以管式电极为主的电极阵列，通过静电和水力作用驱使土壤中可溶性重金属和有机污染物进入水中，在电极端被去除，阳极对有机污染物如苯、酚和氨等，阴极对重金属离子包括铬、镉、砷、汞、铅、镍何锰等具有良好的去除效果。在电场和负压条件下，实现土壤间隙水在土壤间的循环流动，将水中携带的重金属离子和有机污染物分别在阴极板和阳极板中实现沉积和电化学催化氧化，从而进一步降低了污染土壤中的有机污染物含量，实现了土壤修复的目的；
(3)本实用新型提供的土壤修复方法属于原位土壤修复技术，与异位常温解吸修复技术相比，极大地避免了因土壤挖掘、转移和运输等环节可能产生的二次污染问题，修复方法工程量小，成本低，相比现有常温解吸修复技术挖掘、转移、运输和回填土壤等工程量减小，成本降低。
附图说明
图1为本实用新型一个具体实施方式提供的原位土壤修复系统的结构示意图。
其中，1-太阳能光伏模组；2-蓄电装置；3-微波发生器；4-抽提主管网；5-抽提支管；6-真空泵；7-水气分离装置；8-活性炭吸附装置；9-废液收集装置；10-营养液储罐；11-阳极板；12-阴极板；13-微波加热棒；14-喷淋管；15-喷嘴；16-污染土壤。
具体实施方式
需要理解的是，在本实用新型的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
需要说明的是，在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。
在一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种热脱附协同电化学强化的原位土壤修复系统，所述的原位土壤修复系统如图1所示，包括太阳能供电模块、电化学强化模块、微波加热模块、营养液喷淋模块和气相抽提模块。
所述的太阳能供电模块分别电性连接电化学强化模块和微波加热模块，太阳能供电模块用于将太阳能转化为电能并向电化学强化模块和微波加热模块供电。具体地，太阳能供电模块包括至少一组太阳能光伏模组1以及与其电性连接的蓄电装置2，每组太阳能光伏模组1包括串联的至少两个太阳能光伏。进一步地，如图1所示，太阳能供电模块包括至两组太阳能光伏模组1，两组太阳能光伏模组1并联后接入所述的蓄电装置2，每组太阳能光伏模组1包括串联的三个两个太阳能光伏。具体可选地，蓄电装置2为蓄电池。
电化学强化模块包括竖直埋入污染土壤16内部的阳极板11和阴极板12，阳极板11和阴极板12分别接入蓄电装置2的正极和负极。阳极板11和阴极板12之间的水平距离为100～1000mm。阳极板11为表面涂覆有电催化材料的基板，基板材质为石墨、钛或玻璃板，电催化材料包括碳材料或金属氧化物。其中，碳材料包括石墨、碳纤维、纳米管、石墨烯或金刚石；金属氧化物包括WO3、SnO2、TiO2、ZnO、Fe2O3、V2O5、Bi2O3、MnO2、Mn2O3或Mn3O4中的一种或至少两种的组合。阴极板12的材质为石墨或金属材料，其中，金属材料为不锈钢、钛或铝。
微波加热模块包括竖直埋入污染土壤16内部的至少两根微波加热棒13以及与其连接的微波发生器3，微波发生器3电连接蓄电装置2，蓄电装置2用于向微波发生器3供电。微波加热棒13位于阳极板11和阴极板12之间，微波加热棒13外周套设有绝缘保护套。
营养液喷淋模块包括埋入污染土壤16区域的至少一根喷淋管14，喷淋管14外接营养液储罐10。进一步地，营养液喷淋模块包括埋入污染土壤16区域内的并排设置的至少两根喷淋管14。喷淋管14上沿周向设置喷嘴15。喷淋管14并联后接入所述的营养液储罐10，营养液储罐10向喷淋管14输送营养液。
气相抽提模块沿抽提方向包括依次连接的气相抽提管网、真空泵6、水气分离装置7和活性炭吸附装置8。其中，气相抽提管网包括横纵交错贯通的抽提主管网4，抽提主管网4水平设置于污染土壤16区域上方，抽提主管网4上接设有至少一个垂直插入污染土壤16中的抽提支管5。水气分离装置7的出液口还连接废液收集装置9。
在另一个具体实施方式中，本实用新型提供了一种热脱附协同电化学强化的原位土壤修复方法，所述的原位土壤修复方法包括：
(1)对污染土壤16进行充分浸润，阳能光伏模组转化产生的电能储存于蓄电装置2中，蓄电装置2向微波发生器3供电，微波发生器3通过微波加热棒13输出微波对污染土壤16加热至80～100℃，挥发性有机物受热脱出，通过真空泵6将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤16，真空泵6的气流量为400-600L/s，真空泵6将污染土壤16内的真空度抽至20～50kPa，真空泵6采用连续运行5～8h后停止3～5h的间歇式运行模式，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置7分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置8进行吸附处理；
(2)太阳能光伏模组1转化产生的电能储存于蓄电装置2中，蓄电装置2向阳极板11和阴极板12施加0.1～36V的电压，阳极板11和阴极板12之间的电流密度为0.01～500mA/cm2，阳极板11和阴极板12之间的水平距离为100～1000mm，阳极板11为表面涂覆有电催化材料的基板，基板材质为石墨、钛或玻璃板，电催化材料包括碳材料或金属氧化物。其中，碳材料包括石墨、碳纤维、纳米管、石墨烯或金刚石；金属氧化物包括WO3、SnO2、TiO2、ZnO、Fe2O3、V2O5、Bi2O3、MnO2、Mn2O3或Mn3O4中的一种或至少两种的组合。阴极板12的材质为石墨或金属材料，其中，金属材料为不锈钢、钛或铝。土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解，其中，有机污染物在阳极板11发生催化氧化反应，重金属离子在阴极板12发生电沉积；
(3)营养液喷淋模块向污染土壤16中喷淋营养液，营养液中包括0～5g/L的磷源、0～100g/L的碳源、0～10g/L的氮源以及其他营养物质，磷源包括磷酸二氢钠和/或磷酸氢二钠；碳源包括葡萄糖、乙酸钠、甲酸钠或蔗糖中的一种或至少两种的组合；氮源为氯化铵和/或硫酸铵；营养物质包括维生素和/或氨基酸；污染土壤16中的微生物在营养液中培养后中对污染土壤16中的有机污染物进行生物降解。
实施例1
本实施例提供了一种对污染土壤16进行原位修复的方法，所处理的污染土壤16中氨氮含量最高为13800mg/kg(10～12m土壤层厚度处)，重金属包括总铬、总锰和总镉的最高含量分别为753mg/kg、560mg/kg和385mg/kg，挥发性有机物包括卤代烃和多氯联苯的最高含量分别为58mg/kg和5.3mg/kg，对含上述污染物的污染土壤16区域进行原位修复，所述的土壤修复方法包括如下步骤：
(1)对污染土壤16进行充分浸润，阳能光伏模组转化产生的电能储存于蓄电装置2中，蓄电装置2向微波发生器3供电，微波发生器3通过微波加热棒13输出微波对污染土壤16加热至80℃，挥发性有机物受热脱出，通过真空泵6将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤16，真空泵6的气流量为400L/s，真空泵6将污染土壤16内的真空度抽至20kPa，真空泵6采用连续运行5h后停止3h的间歇式运行模式，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置7分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置8进行吸附处理；
(2)太阳能光伏模组1转化产生的电能储存于蓄电装置2中，蓄电装置2向阳极板11和阴极板12施加0.1V的电压，阳极板11和阴极板12之间的电流密度为0.01mA/cm2，阳极板11和阴极板12之间的水平距离为100mm，阳极板11为表面涂覆有石墨的钛板，阴极板12的材质为不锈钢。土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解，其中，有机污染物在阳极板11发生催化氧化反应，重金属离子在阴极板12发生电沉积；
(3)营养液喷淋模块向污染土壤16中喷淋营养液，营养液中包括1g/L的磷酸二氢钠、10g/L的葡萄糖、2g/L的氯化铵以及维生素和氨基酸；污染土壤16中的微生物在营养液中培养后中对污染土壤16中的有机污染物进行生物降解。
原位土壤修复系统按照以上步骤连续运行15天后，对污染土壤16中的浸出液取样检测，检测浸出液中的氨氮含量、重金属浓度含量(包括总铬、总锰和总铬)和挥发性有机物含量(包括卤代烃和多氯联苯)，具体检测结果见表1。
实施例2
本实施例提供了一种对污染土壤16进行原位修复的方法，所处理的污染土壤16中氨氮含量最高为1380mg/kg(10～12m土壤层厚度处)，重金属包括总铬、总锰和总镉的最高含量分别为753mg/kg、560mg/kg和385mg/kg，挥发性有机物包括卤代烃和多氯联苯的最高含量分别为58mg/kg和5.3mg/kg，对含上述污染物的污染土壤16区域进行原位修复，所述的土壤修复方法包括如下步骤：
(1)对污染土壤16进行充分浸润，阳能光伏模组转化产生的电能储存于蓄电装置2中，蓄电装置2向微波发生器3供电，微波发生器3通过微波加热棒13输出微波对污染土壤16加热至84℃，挥发性有机物受热脱出，通过真空泵6将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤16，真空泵6的气流量为440L/s，真空泵6将污染土壤16内的真空度抽至26kPa，真空泵6采用连续运行5.6h后停止3.4h的间歇式运行模式，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置7分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置8进行吸附处理；
(2)太阳能光伏模组1转化产生的电能储存于蓄电装置2中，蓄电装置2向阳极板11和阴极板12施加7V的电压，阳极板11和阴极板12之间的电流密度为100mA/cm2，阳极板11和阴极板12之间的水平距离为280mm，阳极板11为表面涂覆有WO3纳米粉末的石墨棒，阴极板12的材质为铝。土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解，其中，有机污染物在阳极板11发生催化氧化反应，重金属离子在阴极板12发生电沉积；
(3)营养液喷淋模块向污染土壤16中喷淋营养液，营养液中包括2g/L的磷酸氢二钠、30g/L的乙酸钠、4g/L的硫酸铵以及维生素和氨基酸；污染土壤16中的微生物在营养液中培养后中对污染土壤16中的有机污染物进行生物降解。
原位土壤修复系统按照以上步骤连续运行15天后，对污染土壤16中的浸出液取样检测，检测浸出液中的氨氮含量、重金属浓度含量(包括总铬、总锰和总铬)和挥发性有机物含量(包括卤代烃和多氯联苯)，具体检测结果见表1。
实施例3
本实施例提供了一种对污染土壤16进行原位修复的方法，所处理的污染土壤16中氨氮含量最高为14250mg/kg(10～12m土壤层厚度处)，重金属包括总铬、总锰和总镉的最高含量分别为786mg/kg、553mg/kg和385mg/kg，挥发性有机物包括卤代烃和多氯联苯的最高含量分别为75mg/kg和4.8mg/kg，对含上述污染物的污染土壤16区域进行原位修复，所述的土壤修复方法包括如下步骤：
(1)对污染土壤16进行充分浸润，阳能光伏模组转化产生的电能储存于蓄电装置2中，蓄电装置2向微波发生器3供电，微波发生器3通过微波加热棒13输出微波对污染土壤16加热至88℃，挥发性有机物受热脱出，通过真空泵6将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤16，真空泵6的气流量为480L/s，真空泵6将污染土壤16内的真空度抽至32kPa，真空泵6采用连续运行6.2h后停止3.8h的间歇式运行模式，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置7分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置8进行吸附处理；
(2)太阳能光伏模组1转化产生的电能储存于蓄电装置2中，蓄电装置2向阳极板11和阴极板12施加14V的电压，阳极板11和阴极板12之间的电流密度为200mA/cm2，阳极板11和阴极板12之间的水平距离为460mm，阳极板11为表面涂覆有TiO2纳米粉末的玻璃板，阴极板12的材质为石墨。土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解，其中，有机污染物在阳极板11发生催化氧化反应，重金属离子在阴极板12发生电沉积；
(3)营养液喷淋模块向污染土壤16中喷淋营养液，营养液中包括3g/L的磷酸二氢钠、50g/L的甲酸钠、6g/L的氯化铵以及维生素和氨基酸；污染土壤16中的微生物在营养液中培养后中对污染土壤16中的有机污染物进行生物降解。
原位土壤修复系统按照以上步骤连续运行15天后，对污染土壤16中的浸出液取样检测，检测浸出液中的氨氮含量、重金属浓度含量(包括总铬、总锰和总铬)和挥发性有机物含量(包括卤代烃和多氯联苯)，具体检测结果见表1。
实施例4
本实施例提供了一种对污染土壤16进行原位修复的方法，所处理的污染土壤16中氨氮含量最高为13850mg/kg(10～12m土壤层厚度处)，重金属包括总铬、总锰和总镉的最高含量分别为803mg/kg、583mg/kg和387mg/kg，挥发性有机物包括卤代烃和多氯联苯的最高含量分别为63mg/kg和8.6mg/kg，对含上述污染物的污染土壤16区域进行原位修复，所述的土壤修复方法包括如下步骤：
(1)对污染土壤16进行充分浸润，阳能光伏模组转化产生的电能储存于蓄电装置2中，蓄电装置2向微波发生器3供电，微波发生器3通过微波加热棒13输出微波对污染土壤16加热至92℃，挥发性有机物受热脱出，通过真空泵6将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤16，真空泵6的气流量为520L/s，真空泵6将污染土壤16内的真空度抽至38kPa，真空泵6采用连续运行6.8h后停止4.2h的间歇式运行模式，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置7分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置8进行吸附处理；
(2)太阳能光伏模组1转化产生的电能储存于蓄电装置2中，蓄电装置2向阳极板11和阴极板12施加21V的电压，阳极板11和阴极板12之间的电流密度为300mA/cm2，阳极板11和阴极板12之间的水平距离为640mm，阳极板11为表面涂覆有V2O5纳米粉末的钛板，阴极板12的材质为不锈钢。土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解，其中，有机污染物在阳极板11发生催化氧化反应，重金属离子在阴极板12发生电沉积；
(3)营养液喷淋模块向污染土壤16中喷淋营养液，营养液中包括4g/L的磷酸二氢钠、70g/L的蔗糖、8g/L的硫酸铵以及维生素和氨基酸；污染土壤16中的微生物在营养液中培养后中对污染土壤16中的有机污染物进行生物降解。
原位土壤修复系统按照以上步骤连续运行15天后，对污染土壤16中的浸出液取样检测，检测浸出液中的氨氮含量、重金属浓度含量(包括总铬、总锰和总铬)和挥发性有机物含量(包括卤代烃和多氯联苯)，具体检测结果见表1。
实施例5
本实施例提供了一种对污染土壤16进行原位修复的方法，所处理的污染土壤16中氨氮含量最高为13760mg/kg(10～12m土壤层厚度处)，重金属包括总铬、总锰和总镉的最高含量分别为759mg/kg、574mg/kg和395mg/kg，挥发性有机物包括卤代烃和多氯联苯的最高含量分别为56mg/kg和7.3mg/kg，对含上述污染物的污染土壤16区域进行原位修复，所述的土壤修复方法包括如下步骤：
(1)对污染土壤16进行充分浸润，阳能光伏模组转化产生的电能储存于蓄电装置2中，蓄电装置2向微波发生器3供电，微波发生器3通过微波加热棒13输出微波对污染土壤16加热至96℃，挥发性有机物受热脱出，通过真空泵6将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤16，真空泵6的气流量为560L/s，真空泵6将污染土壤16内的真空度抽至42kPa，真空泵6采用连续运行7.4h后停止4.6h的间歇式运行模式，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置7分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置8进行吸附处理；
(2)太阳能光伏模组1转化产生的电能储存于蓄电装置2中，蓄电装置2向阳极板11和阴极板12施加29V的电压，阳极板11和阴极板12之间的电流密度为400mA/cm2，阳极板11和阴极板12之间的水平距离为820mm，阳极板11为表面涂覆有MnO2纳米粉末的钛材质管状丝网，阴极板12的材质为石墨。土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解，其中，有机污染物在阳极板11发生催化氧化反应，重金属离子在阴极板12发生电沉积；
(3)营养液喷淋模块向污染土壤16中喷淋营养液，营养液中包括5g/L的磷酸二氢钠、100g/L的葡萄糖、10g/L的氯化铵以及维生素和氨基酸；污染土壤16中的微生物在营养液中培养后中对污染土壤16中的有机污染物进行生物降解；
原位土壤修复系统按照以上步骤连续运行15天后，对污染土壤16中的浸出液取样检测，检测浸出液中的氨氮含量、重金属浓度含量(包括总铬、总锰和总铬)和挥发性有机物含量(包括卤代烃和多氯联苯)，具体检测结果见表1。
实施例6
本实施例提供了一种对污染土壤16进行原位修复的方法，所处理的污染土壤16中氨氮含量最高为13700mg/kg(10～12m土壤层厚度处)，重金属包括总铬、总锰和总镉的最高含量分别为775mg/kg、539mg/kg和374mg/kg，挥发性有机物包括卤代烃和多氯联苯的最高含量分别为55mg/kg和6.2mg/kg，对含上述污染物的污染土壤16区域进行原位修复，所述的土壤修复方法包括如下步骤：
(1)对污染土壤16进行充分浸润，阳能光伏模组转化产生的电能储存于蓄电装置2中，蓄电装置2向微波发生器3供电，微波发生器3通过微波加热棒13输出微波对污染土壤16加热至100℃，挥发性有机物受热脱出，通过真空泵6将脱出的挥发性有机物抽离污染土壤16，真空泵6的气流量为600L/s，真空泵6将污染土壤16内的真空度抽至50kPa，真空泵6采用连续运行8h后停止5h的间歇式运行模式，含水汽的挥发性有机物进入水气分离装置7分离出其中的水汽，排出的挥发性有机物进入活性炭吸附装置8进行吸附处理；
(2)太阳能光伏模组1转化产生的电能储存于蓄电装置2中，蓄电装置2向阳极板11和阴极板12施加36V的电压，阳极板11和阴极板12之间的电流密度为500mA/cm2，阳极板11和阴极板12之间的水平距离为1000mm，阳极板11为表面涂覆有Bi2O3纳米粉末的玻璃板，阴极板12的材质为钛。土壤中的污染物在电流作用下进行电化学氧化降解，其中，有机污染物在阳极板11发生催化氧化反应，重金属离子在阴极板12发生电沉积；
(3)营养液喷淋模块向污染土壤16中喷淋营养液，营养液中包括3g/L的磷酸二氢钠、50g/L的甲酸钠、6g/L的氯化铵以及维生素和氨基酸；污染土壤16中的微生物在营养液中培养后中对污染土壤16中的有机污染物进行生物降解。
原位土壤修复系统按照以上步骤连续运行15天后，对污染土壤16中的浸出液取样检测，检测浸出液中的氨氮含量、重金属浓度含量(包括总铬、总锰和总铬)和挥发性有机物含量(包括卤代烃和多氯联苯)，具体检测结果见表1。
表1
申请人声明，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所属技术领域的技术人员应该明了，任何属于本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，均落在本实用新型的保护范围和公开范围之内。
Claims (10)
1.一种热脱附协同电化学强化的原位土壤修复系统，其特征在于，所述的原位土壤修复系统包括太阳能供电模块、电化学强化模块、微波加热模块、营养液喷淋模块和气相抽提模块；
所述的太阳能供电模块分别电性连接所述的电化学强化模块和微波加热模块，所述的太阳能供电模块用于将太阳能转化为电能并向电化学强化模块和微波加热模块供电；
所述的电化学强化模块包括埋入污染土壤区域内的阳极板和阴极板；
所述的微波加热模块包括埋入污染土壤区域内的至少一根微波加热棒以及与所述的微波加热棒连接的微波发生器；
所述的营养液喷淋模块包括埋入污染土壤区域的至少一根喷淋管，所述的喷淋管外接营养液储罐；
所述的气相抽提模块包括插入污染土壤区域的气相抽提管网以及与其外接的真空泵。
2.根据权利要求1所述的原位土壤修复系统，其特征在于，所述的太阳能供电模块包括至少一组太阳能光伏模组以及与其电性连接的蓄电装置。
3.根据权利要求2所述的原位土壤修复系统，其特征在于，所述的太阳能光伏模组包括串联的至少两个太阳能光伏。
4.根据权利要求3所述的原位土壤修复系统，其特征在于，所述的太阳能供电模块包括两组太阳能光伏模组，两组太阳能光伏模组并联后接入所述的蓄电装置；
所述的蓄电装置为蓄电池。
5.根据权利要求4所述的原位土壤修复系统，其特征在于，所述的电化学强化模块包括竖直埋入污染土壤内部的阳极板和阴极板，所述的阳极板和阴极板分别接入所述蓄电装置的正极和负极。
6.根据权利要求5所述的原位土壤修复系统，其特征在于，所述的阳极板和阴极板之间的水平距离为100～1000mm。
7.根据权利要求6所述的原位土壤修复系统，其特征在于，所述的微波加热模块包括竖直埋入污染土壤内部的至少两根微波加热棒以及与其连接的微波发生器，所述的微波发生器电连接所述的蓄电装置，所述的蓄电装置用于向微波发生器供电；
所述的微波加热棒位于阳极板和阴极板之间。
8.根据权利要求7所述的原位土壤修复系统，其特征在于，所述的微波加热棒外周套设有绝缘保护套。
9.根据权利要求8所述的原位土壤修复系统，其特征在于，所述的营养液喷淋模块包括埋入污染土壤区域内的并排设置的至少两根喷淋管；
所述的喷淋管上沿周向设置有喷嘴；
所述的喷淋管并联后接入所述的营养液储罐，所述的营养液储罐向喷淋管输送营养液。
10.根据权利要求9所述的原位土壤修复系统，其特征在于，所述的气相抽提模块沿抽提方向包括依次连接的气相抽提管网、真空泵、水气分离装置和活性炭吸附装置；
所述的气相抽提管网包括横纵交错贯通的抽提主管网，所述的抽提主管网水平设置于污染土壤区域上方，所述的抽提主管网上接设有至少一个垂直插入污染土壤中的抽提支管；
所述的水气分离装置的出液口还连接废液收集装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021542624.3U CN212494526U (zh) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | 一种热脱附协同电化学强化的原位土壤修复系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202021542624.3U CN212494526U (zh) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | 一种热脱附协同电化学强化的原位土壤修复系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN212494526U true CN212494526U (zh) | 2021-02-09 |
Family
ID=74443604
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202021542624.3U Active CN212494526U (zh) | 2020-07-29 | 2020-07-29 | 一种热脱附协同电化学强化的原位土壤修复系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111822495A (zh) * | 2020-07-29 | 2020-10-27 | 广东佳德环保科技有限公司 | 一种热脱附协同电化学强化的原位土壤修复系统及原位土壤修复方法 |
| CN117816724A (zh) * | 2024-01-12 | 2024-04-05 | 山东省国土空间生态修复中心(山东省地质灾害防治技术指导中心、山东省土地储备中心) | 一种用于土壤污染修复的化学淋洗修复辅助设备 |
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2020
- 2020-07-29 CN CN202021542624.3U patent/CN212494526U/zh active Active
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN117816724A (zh) * | 2024-01-12 | 2024-04-05 | 山东省国土空间生态修复中心(山东省地质灾害防治技术指导中心、山东省土地储备中心) | 一种用于土壤污染修复的化学淋洗修复辅助设备 |
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