CN218146281U - 一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于底泥中重金属‑有机物复合污染修复的设备，其包括电解槽和电源控制器；所述电解槽内部设置有阴极板和阳极板，所述阳极板包括第一阳极板和第二阳极板，所述第一阳极板用于电解底泥中有机物，所述第二阳极板用于电解底泥中重金属；所述电源控制器与所述阴极板、第一阳极板、第二阳极板通过引流导线连接。本实用新型结构简单，操作方便，无需投放絮凝剂氧化剂等即可实现底泥中重金属‑有机物复合污染物的同步去处，有效提高降解效率。

Description

一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备

技术领域

本实用新型属于底泥修复技术领域，具体涉及一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备。

背景技术

我国河湖众多，在许多经济发达、人口密集地区，工农业生产等人类活动导致河湖受到不同程度的污染，大量污染物在底泥中富集造成底泥的严重污染。底泥作为水生生态系统的重要组成部分，长期容纳水体沉积的重金属、有机物和营养元素等水体污染物质，表现出复合污染特征。重金属和有机物的物化性质相差较大，在互不干扰的情况下，能长期存在于河涌底泥中，但是当有机物进入重金属污染河涌底泥及上层水体中，容易与重金属形成复合污染。复合污染物共存且发生交互作用，极大增加了河涌底泥污染的治理难度。

近年来，国内外学者针对河涌污染底泥修复开展了系列基础研究工作。相比于会给底泥及上覆水环境带来扰动与二次污染的河道清淤、原位曝气等现行的底泥修复技术，电化学以无需额外投放药剂、无二次污染等优点脱颖而出。目前电化学技术通常选用电动修复的方法进行底泥处理，但电动修复只能实现污染物的迁移，其钝化并降解底泥复合污染物的效果表现不佳。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备，该电化学设备结构简单，操作方便，可有效解决现有电化学底泥修复设备无法实现一个设备同步去除重金属-有机物复合污染物、处理效率低的问题。

本实用新型是由以下技术方式实现：

一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备，其包括电解槽和电源控制器；所述电解槽内部设置有阴极板和阳极板，所述阳极板包括第一阳极板和第二阳极板，所述第一阳极板用以电解底泥中有机物，所述第二阳极板用以电解底泥中重金属；所述电源控制器与所述阴极板、第一阳极板、第二阳极板分别通过引流导线连接。

与现有技术对比，本实用新型具有以下技术效果：

(1)本实用新型通过设置多块阳极板，分别针对底泥中的重金属和有机物污染，当电源控制器向极板供电后，电极槽内间隔设置的阳极板及阴极板之间形成电场，从而使电解槽内部的泥水混合物发生电化学反应，水解生成氯氧自由基等活性物质及絮凝物质，实现底泥及上覆水中重金属-有机物的同步去除作用。

(2)本实用新型处理系统简单，装置搭建容易，无需投加氧化剂絮凝剂等化学药品，操作简便。在一个反应装置实现底泥中复合污染物的同步去除，实现了协同处理底泥及上覆水环境中的重金属-有机物污染，做到绿色可控无二次污染。

进一步地，所述电解槽为顶部敞口的箱型结构，其一侧壁上开设有进泥口，相对另一侧壁上开设有出泥口。底泥从进泥口进入到电解槽中，流通整个电解槽，与极板充分接触，从另一侧的出泥口排出。

进一步地，所述阴极板、第一阳极板和第二阳极板以第一阳极板-阴极板-第二阳极板或第二阳极板-阴极板-第一阳极板的顺序垂直设置在所述电解槽内。

进一步地，所述电解槽还包括一顶盖，所述顶盖朝向电解槽的侧面上开设有若干个分别与所述阴极板、第一阳极板和第二阳极板对应的卡槽。

进一步地，所述卡槽中嵌入有导电杆，所述阴极板、第一阳极板和第二阳极板的一侧边分别与导电杆连接固定。导电杆的作用是将阳极板和阴极板固定在顶盖上，同时链接电源，有利于稳定导电。

进一步地，所述顶盖上还设置有若干个搅拌桨，所述搅拌桨设置在所述阴极板与第一阳极板和第二阳极板之间。在极板之间设置搅拌桨，对电解槽内的底泥和上覆水进行搅拌，使其充分混合，使极板与底泥充分接触，提高电催化效果。

进一步地，所述第一阳极板为IrO₂-RuO₂/Ti电极、IrO₂-TaO₂/Ti电极和PbO₂/Ti电极中的一种。

进一步地，所述第二阳极板为Fe阳极或Al阳极。

进一步地，所述阴极板为不锈钢阴极板。本实用新型处理系统中Fe阳极、析氧电极以及导电阴极均为商用金属材料，已实现规模化生产，具备一定的经济型，可以实现将污染底泥在反应设备中循环处理，有效提高处理效率。

进一步地，所述导电杆为钛杆。

附图说明

图1为本实用新型的一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备的结构示意图。

图2为本实用新型的一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备的侧视图。

图3为本实用新型的一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备的俯视图。

其中，附图说明，1-电解槽；2-第一阳极板；3-阴极板；4-第二阳极板；5-搅拌桨；6-电源控制器；7-进泥口；8-出泥口；9-顶盖；10-导电杆；11-通气孔。

具体实施方式

下面将结合说明书附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，但所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，并不是全部的实施例，本实用新型的保护范围不限于此。

需要说明的是，在本实用新型中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“左”、“右”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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。

请参阅图1和图2，本实施例提供一种用于修复底泥中重金属-有机复合污染的电化学设备，其包括有电解槽1和电源控制器6，电解槽1内设置有阳极板和阴极板3，电源控制器6 分别与阳极板和阴极板3连通并为其供电，实现对底泥中的重金属和有机物进行同步降解。

其中，所述电解槽1包括电解槽本体和顶盖9；电解槽1本体为顶部敞口的箱型结构，其左侧壁下部开设有进泥口7，右侧壁上部开设有出泥口8；顶盖9上开设有用于安装极板的三个卡槽，卡槽内均嵌入有导电杆10；在电解槽1内部设置有阳极板和阴极板3，阳极板包括第一阳极板2和第二阳极板4，第一阳极板2、第二阳极板4和阴极板3以第一阳极板 2-阴极板3-第二阳极板4的顺序垂直排列设置在电解槽1内，三块极板的顶部侧边与卡槽内的导电杆10通过螺丝辅助连接固定。其他实施例中，极板的位置可根据要求设置在特定位置。

本实施例中，第一阳极板2为Fe阳极或Al阳极；第二阳极板4为析氧阳极，例如IrO₂-RuO₂/Ti阳极、IrO₂-TaO₂/Ti阳极、PbO₂/Ti阳极；阴极板3为不锈钢导电阴极板，导电杆10为钛电极杆；电解槽1及配套的顶盖9采用聚四氟乙烯制备而成。第一阳极板2、第二阳极板4和阴极板3的规格均为40×40×1cm³，极板与极板之间的间距为15cm。

基于上述方案，本实例在投入使用时，首先将电源控制器6的输出正极分别与第一阳极 2板、第二阳极板4通过引流导线相连，将电源控制器6的输出负极与阴极板3通过引流导线相连，然后将进泥管和出泥管分别连接到电解槽1的进泥口7和出泥口8，向电解槽1注入底泥和上覆水的混合物，随后开启电源控制器6，接通电源后电解槽1内间隔设置的第一阳极板2、第二阳极板4及阴极板3之间形成电场，从而使流经电解槽1内部的泥水混合物发生电化学反应，水解生成氯氧自由基等活性物质及絮凝物质，实现底泥及上覆水中重金属-有机物的同步去除作用。

另外，上述操作过程中，电源控制器6选择恒流模式，施加在第一阳极板2的电流在5～20mA范围内，施加在第二阳极板4的电流在5～100mA范围内，处理时间为480min。

本实用新型的作用原理为：水在MMO阳极的作用下电解形成HO·(式1)和O₂(式2)，HO^·(羟基自由基)和O₂是一种活性氧，具有较强的氧化能力，这些表现出氧化能力的物质都会导致底泥中有机物降解(式3)。与此同时，Fe阳极溶解导致Fe(II)(式4)和Fe(III)(式5)的生成，不锈钢阴极附近水的电解会导致OH^–的释放，使得Fe(OH)₂和FeOOH沉淀。FeOOH沉淀是一种典型的混凝剂，可以吸附和包裹磷和重金属离子(Mⁿ⁺⁾(式6-8)。

H₂O→HO^·(ads)+H⁺+e^- (1)

2H₂O→4H⁺+O₂+4e^- (2)

2C_xH_yO_zN_w+(10x+2y-4z)HO^·+2H⁺→2xCO₂+(6x+2y-2z)H₂O+wN₂ (3)

Fe→Fe²⁺+2e^- (4)

Fe²⁺→Fe³⁺+e^- (5)

Fe(OH)₂+PO₄ ³⁺→Fe(OH)₂-PO₄ (6)

FeOOH+PO₄ ³⁺→FeOOH-PO₄ (7)

Fe(OH)₂+Mn⁺→Fe(OH)₂-M (8)

在本实施例中，为了保证底泥与上覆水混合均匀，加快电解过程，在顶盖上设置有两个搅拌桨，两个搅拌桨分别设置在三块极板之间，搅拌桨采用机械匀浆桨，通过控制转速保证底泥与上覆水混合均匀。

在本实施例中，如图3所示，顶盖9上开设有通气孔11，及时将反应产生的气体排出。

值得注意的是，本实用新型所述电化学设备可以串联使用，可有效提高复合污染修复效果。多设备串联等间距设置，每组电源向对应电解槽供独立供电，各电解槽的出泥口与下一电解槽的进泥口通过管道连通，待处理底泥及上覆水从进泥口泵入电解槽并以溢流形式流出出泥口，流入下一电解槽或流出电解槽完成修复。

综上所述，本实用新型的电化学设备采用下部进水方式进水，由进泥管均匀分配至各电解槽1。电解槽1采用半敞开式设计，处理能力不受压力设计限制，同时设备可采用多电解槽1串联的模式提高处理能力，处理能力(以循环水系统循环量计)可达到500m³/h～1000m³/h，重金属-有机物复合污染处理效率高，可以有效改善河涌底泥及其上覆水环境。

本实用新型并不局限于上述实施方式，如果对本实用新型的各种改动或变型不脱离本实用新型的精神和范围，倘若这些改动和变型属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变化。

Claims (10)

1.一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备，其特征在于，包括电解槽和电源控制器；所述电解槽内部设置有阴极板和阳极板，所述阳极板包括第一阳极板和第二阳极板，所述第一阳极板用以电解底泥中有机物，所述第二阳极板用以电解底泥中重金属；所述电源控制器与所述阴极板、第一阳极板、第二阳极板分别通过引流导线连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备，其特征在于，所述电解槽为顶部敞口的箱型结构，其一侧壁上开设有进泥口，相对另一侧壁上开设有出泥口。

3.根据权利要求2所述的一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备，其特征在于，所述阴极板、第一阳极板和第二阳极板以第一阳极板-阴极板-第二阳极板或第二阳极板-阴极板-第一阳极板的顺序垂直设置在所述电解槽内。

4.根据权利要求3所述的一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备，其特征在于，所述电解槽还包括一顶盖，所述顶盖朝向电解槽的侧面上开设有若干个分别与所述阴极板、第一阳极板和第二阳极板对应的卡槽。

5.根据权利要求4所述的一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备，其特征在于，所述卡槽中嵌入有导电杆，所述阴极板、第一阳极板和第二阳极板的一侧边分别与导电杆连接固定。

6.根据权利要求4所述的一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备，其特征在于，所述顶盖上还设置有若干个搅拌桨，所述搅拌桨设置在所述阴极板与第一阳极板和第二阳极板之间。

7.根据权利要求1所述的一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备，其特征在于，所述第一阳极板为IrO₂-RuO₂/Ti电极、IrO₂-TaO₂/Ti电极和PbO₂/Ti电极中的一种。

8.根据权利要求1所述的一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备，其特征在于，所述第二阳极板为Fe阳极或Al阳极。

9.根据权利要求1所述的一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备，其特征在于，所述阴极板为不锈钢板。

10.根据权利要求5所述的一种用于底泥中重金属-有机物复合污染修复的设备，其特征在于，所述导电杆为钛杆。

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