CN218579816U - 一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型设计了一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置，其包括电解槽、三维电极覆盖层、直流电源、阳极和阴极；所述直流电源的正极和阳极相连，所述直流电源的负极和阴极相连，所述阳极位于电解槽的底部，所述阴极位于电解槽内的水面上，所述三维电极覆盖层填充在阳极和阴极间；所述三维电极覆盖层为具有电催化性能的颗粒状电极层；所述阳极的材料为活性电极材料；所述阳极和阴极的投影尺寸相同；本申请可通过不断移动装置进而实现大规模底泥修复工程，同时本申请可以直接将溶解性有机质转化为CO₂，N₂和无机离子，进而实现沉积物中污染物的去除和抑制污染物释放扩散的技术效果。

Description

一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置

技术领域

本实用新型属于环境整治设备制备及应用领域，具体涉及一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置。

背景技术

河湖沉积物的环境较为复杂，具有固液两相，且成分复杂，具有有机物和无机物。因此现阶段的河湖沉积物处理装置无法兼顾复杂的河湖底泥环境，且修复的效果并不理想。

中国专利CN109607990A公开了一种重污染河道底泥电解脱氮固磷的处理方法，采用两组以上的对电极同时插入到河道底泥之中，利用直流稳压电源供电，对底泥进行电解处理；所述两组以上的对电极中，至少有一组中阳极为镁铝合金网，有一组中阳极为镀铱钌的钛网，其将组合电极用于底泥的脱氮固磷，作为阳极的镁铝合金释放金属镁离子，它会与底泥中的磷酸盐和铵盐结合，生成鸟粪石等沉淀，从而将磷和氮固定在底泥中，达到去除上覆水中氮磷的目的。镀铱钌的钛网作为阳极时，电解水会释放大量氧气，显著提升水体中的溶解氧，进而改善上覆水质和底泥生境条件；但是其设计的电极为平面结构，电流利用率低，与污泥接触面积小，处理效率低；作为阳极的镁铝合金释放金属镁离子，造成二次污染

另外Combined bioaugmentation with electro-biostimulation for improvedbioremediation of antimicrobial triclocarban and PAHs complexly contaminatedsediments——Journal of hazardous material文章中通过微生物电化学工艺对沉积物中的多环芳烃污染物进行原位修复，但是微生物在沉积物-水界面易受到风浪扰动，厌氧环境等不利因素的影响，难以实现规模化应用；同时该技术难以抑制污染物从沉积物中的释放，有二次污染风险。

上述专利虽然给予了河湖沉积物的处理方法，但是无法兼顾降解去除和抑制释放，而现有的覆盖法仅仅可以控制沉积物中的有机污染物的释放，但微生物处理技术在水质波动或风浪条件下，无法抑制污染物的释放。并且无论是覆盖法还是微生物修复技术，都会改变沉积物-水界面的生化环境，引入外界化学物质或生物物种，造成对自身生态系统的破坏。因此，急需一种河湖沉积物处理装置实现沉积物中污染物的去除和抑制污染物释放扩散的协同效果。

实用新型内容

为解决上述问题，针对河湖沉积物的复杂成分，现有的河湖沉积物处理装置无法兼顾降解去除和抑制释放污染物的技术问题，本申请设计了一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置，以求实现沉积物中污染物的去除和抑制污染物释放扩散的协同效果。

一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置，其包括电解槽、三维电极覆盖层、直流电源、阳极和阴极；其特征在于，

所述直流电源的正极和阳极相连；

所述直流电源的负极和阴极相连；

所述阳极位于电解槽的底部；

所述阴极位于电解槽内的水面上；

所述三维电极覆盖层填充在阳极和阴极间。

优选地，所述三维电极覆盖层为具有电催化性能的颗粒状电极层。

优选地，所述阳极的材料为活性电极材料。

优选地，所述阳极和阴极的投影尺寸相同。

优选地，所述阳极和阴极投影尺寸均为6cm×4.5cm。

优选地，所述电解槽的材料为丙烯酸板。

优选地，所述电解槽为容积200～600的六面体槽。

优选地，所述阳极为网状的Ti/RuO2-IrO2。

优选地，所述阳极为网状的PbO2。

优选地，所述阳极为网状的SnO2。

本申请的优点和效果如下：

1、本申请只采用电催化氧化和电催化技术，无需添加任何化学药剂，绿色清洁；设备简单，操作简便，可通过不断移动实现大规模底泥修复工程；可以直接将溶解性有机质转化为CO2，N2和无机离子脱离底泥，进而实现沉积物中污染物的去除和抑制污染物释放扩散的技术效果。

2、本申请采用电催化技术，由于电催化技术的氧化性强，效率高，因此可以实现绝大多数有机污染物的高效降解。

3、本申请设计的覆盖材料采用颗粒状电极，可实现抑制污染物释放和增大电催化面积的协同效果。

4、本申请设计的电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置，只采用了电解槽、三维电极覆盖层、直流电源、阳极和阴极组合设计，整体设施简单，操作方便，可移动性强，可用于修复大面积的污染底泥，并对底泥中多种污染物进行去除，实现溶解性有机碳的下降。

上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本申请提供的一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置的基础设计图；

图2为使用电催化强化覆盖方法对沉积物进行原位修复的效果图；

附图标记：1、电解槽；2、三维电极覆盖层；3、直流电源；4、阳极；5、阴极。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。

应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。

此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。

还需要说明的是，在本文中，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。

实施例1

本实施例主要介绍一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置的基础设计，具体请参考图1，其包括电解槽1、三维电极覆盖层2、直流电源3、阳极4和阴极5；其特征在于，

所述直流电源3的正极和阳极4相连；

所述直流电源3的负极和阴极5相连；

所述阳极4位于电解槽1的底部；

所述阴极5位于电解槽1内的水面上；

所述三维电极覆盖层2填充在阳极4和阴极5间。

进一步的，所述三维电极覆盖层2为具有电催化性能的颗粒状电极层。

进一步的，所述阳极4的材料为活性电极材料。

进一步的，所述阳极4和阴极5的投影尺寸相同。

进一步的，所述阳极4和阴极5投影尺寸均为6cm×4.5cm。

进一步的，所述电解槽1的材料为丙烯酸板。

进一步的，所述电解槽1为容积200～600ml的六面体槽。

进一步的，所述阳极4为网状的Ti/RuO2-IrO2。

进一步的，所述阳极4为网状的PbO2。

进一步的，所述阳极4为网状的SnO2。

本申请采用电催化技术，由于电催化技术的氧化性强，效率高，因此可以实现绝大多数有机污染物的高效降解。

本申请设计的覆盖材料采用颗粒状电极，可实现抑制污染物释放和增大电催化面积的协同效果。

本申请只采用电氧化技术，无需添加任何化学药剂，绿色清洁；设备简单，操作简便，可通过不断移动实现大规模底泥修复工程；可以直接将溶解性有机质转化为CO2，N2和无机离子脱离底泥，进而实现沉积物中污染物的去除和抑制污染物释放扩散的技术效果。

实施例2

基于上述实施例1，本实施例主要介绍一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置的最优化设计；

所述电解槽是一个容积为400mL的矩形平行六面体槽，材料由丙烯酸板制成。

所述电解槽中放置有沉积物表层样和上覆水。

进一步的，选用大华KXN-645D作为直流电源，其有效电流和有效电压分别为0-64V和0-5A。

进一步的，采用网状的Ti/RuO2-IrO2作为阳极，泡沫铁作为阴极，电极的投影尺寸均为6cm×4.5cm。

进一步的，所述覆盖材料为具有电催化性能的颗粒状电极，可采用MnO2,Al2O3或活性炭材料。

进一步的，所述阳极Ti/RuO2-IrO2通过压力或自身重力作用，放置于电解槽中的河湖底泥中，插入5-10cm。

进一步的，所述阴极材料固定于上覆水中。

进一步的，所述阳极与阴极间距10-20cm。

进一步的，所述阳极与阴极中间层填充三维电极覆盖层。

本申请设计的电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置，只采用了电解槽、三维电极覆盖层、直流电源、阳极和阴极组合设计，整体设施简单，操作方便，可移动性强，可用于修复大面积的污染底泥，并对底泥中多种污染物进行去除，实现溶解性有机碳的下降。

实施例3

基于上述实施例1-2，本实施例主要介绍采用一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置进而去除有机污染物的技术方法。

在处理之前，首先提取200g沉积物，然后加入250mL滇池外海的上覆水，充分搅拌后，插入电极板进行电催化处理，在阳极和阴极的3个间隙中，分别于0，6，12，24，48，72，120，168和240h后取3个平行样品，测定沉积物和上覆水的溶解性有机质的含量。

具体效果请参考图2，图2为使用电催化强化覆盖方法对沉积物进行原位修复的效果图，通过测定上覆水中污染物的浓度评估修复效果，选定多环芳烃中的菲为目标污染物，设置对照组，电极组，电极+10cm覆盖和电极+20cm覆盖。实验结果表明，只有电极催化的条件下，会因为强烈的扰动导致污染物从沉积物中释放；对照组结果表明，在不添加任何材料和工艺下，上覆水中菲的浓度达到相对较高的一个平衡浓度；电极+覆盖结果表明，可以显著降低上覆水中菲的浓度，抑制其释放。

同样，将本实施例设计的装置进行放大，只保留直流电源、三维电极覆盖层2、阳极和阴极，连接并通电，直接用于河湖中；将阳极自然沉底，并放置三维电极覆盖层，进而实现沉积物中污染物的去除和抑制污染物释放扩散的协同效果。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，其并非因此限制本实用新型的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，通过常规的替代或者能够实现相同的功能在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和参数变更均落入本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置，其包括电解槽(1)、三维电极覆盖层(2)、直流电源(3)、阳极(4)和阴极(5)；其特征在于，

所述直流电源(3)的正极和阳极(4)相连；

所述直流电源(3)的负极和阴极(5)相连；

所述阳极(4)位于电解槽(1)的底部；

所述阴极(5)位于电解槽(1)内的水面上；

所述三维电极覆盖层(2)填充在阳极(4)和阴极(5)间。

2.根据权利要求1所述的一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置，其特征在于，所述三维电极覆盖层(2)为具有电催化性能的颗粒状电极层。

3.根据权利要求1或2任一项所述的一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置，其特征在于，所述阳极(4)的材料为活性电极材料。

4.根据权利要求1或2任一项所述的一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置，其特征在于，所述阳极(4)和阴极(5)的投影尺寸相同。

5.根据权利要求1或2任一项所述的一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置，其特征在于，所述阳极(4)和阴极(5)投影尺寸均为6cm×4.5cm。

6.根据权利要求1或2所述的一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置，其特征在于，所述电解槽(1)的材料为丙烯酸板。

7.根据权利要求1或2任一项所述的一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置，其特征在于，所述电解槽(1)为容积200～600ml的六面体槽。

8.根据权利要求3所述的一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置，其特征在于，所述阳极(4)为网状的Ti/RuO2-IrO2。

9.根据权利要求3所述的一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置，其特征在于，所述阳极(4)为网状的PbO2。

10.根据权利要求3所述的一种电催化强化覆盖法原位修复沉积物的装置，其特征在于，所述阳极(4)为网状的SnO2。

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