铁盐强化电动修复电子垃圾拆解地重金属污染土壤装置的制作方法

本实用新型涉及一种电子垃圾拆解地重金属污染土壤的修复装置，特别是一种铁盐强化电子垃圾拆解地重金属污染土壤的电动力学修复装置。

背景技术：

随着科技的快速发展，新的环境杀手电子垃圾已成为迅猛增长的种类繁多的固体电子废弃物。固体电子废弃物一般分为两类：一类是所含材料比较简单，拆解对环境危害较轻的废旧电子产品，如电冰箱、洗衣机、空调机等家用电器以及科研和医疗电器等；另一类是所含材料比较复杂，拆解对环境危害极大的废旧电子产品，如计算机，电视机显像管内的铅，计算机元件中含有的砷、汞及其它有害物质，手机原材料中的砷、镉、铅以及其它多种有毒物质等。

在国外废旧电子垃圾拆解业正在演变为一个独立行业，有效拆解处理电子垃圾一方面可以使资源循环利用，回收电子产品中的贵金属；另一方面避免了电子垃圾污染环境，获得环保、经济的双重效益。但是在我国由于电子垃圾处理行业还不成熟不规范，存在诸多问题，小作坊式拆解主要采取溶融、热融化、酸浸泡、焚烧等方式，大量的种类繁多的固体电子废弃物污染了土壤，从而导致严重的重金属环境污染，直接影响到人们的生存安全。因此，解决电子垃圾拆解地土壤中的污染物，恢复其土壤的原有功能，日益引起了国内外学者们的关注，也成为当前环境污染治理的重之中重。

现有重金属污染土壤修复的方法主要包括电动力学修复法，螯合剂修复方法，钝化修复方法，可渗透反应墙方法等。其中电动力学修复法是将电极插入受污染的土壤并通入直流电，土壤中的污染物质在外加电场作用下发生定向移动并在电极附近累积，定期将电极抽出处理，可将污染物去除。电动力学修复技术以其可以有效的去除土壤中的有机和无机污染物，并且相比传统的土壤修复技术具有成本低、操作简单、接触毒害物质少、不易造成二次污染等优点，近年来在国内外发展的越来越快，同时也有一些实际应用的工程案例，其电动力学修复技术的原理是在污染土壤两端加上低压直流电场，利用电场产生的电渗析、电迁移和电泳等电动效应，使水溶的或者吸附在土壤颗粒表层的污染物根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运动，使污染物富集在电极区得到集中处理或分离。其中电渗析是土壤中的孔隙水在电场作用下从阴极向阳极方向流动；电迁移是带电离子向电性相反的电极方向迁移；电泳是土壤中带电胶体粒子的迁移运动，但由于电极反应会在阴、阳极分别产生大量的OH^-和H⁺，使得阴极和阳极电解液的pH值分别升高和降低，如果没有外加限制，在OH^-和H⁺相遇处会产生pH突变，使得重金属沉积堵塞土壤孔隙，降低了修复效率。同时当电解液为水时，电解的效率不高。在大多数的电动力学实验装置中，都会因为人为因素产生各种实验误差，导致较低的修复效率。电动力学修复实验中最重要的影响因素是pH，为了控制pH的影响，研究提供了很多修复的装置及其方法，如极性交换装置及其方法，离子交换膜装置及其方法，缓冲溶液装置及其方法等，这些装置及方法在一定程度上提高了修复效率，但是也增加了实际应用的复杂性。

本实用新型通过向阴极添加导电性溶液可以促进电动效应，利用铁盐溶液作为阴极电解液时，不仅可以促进电动效应，还能消耗电解产生OH^-，通过与阳离子膜法结合可以有效的控制OH^-进入土壤，改善土壤pH值，提高电动力学修复效率。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术中阴极电解水产生的氢氧根离子进入土壤修复区形成碱性带，使重金属离子发生沉淀，抑制电动力学修复，现有一些控制pH的技术存在操作成本高，实际应用复杂的问题，本实用新型提供一种用于电子垃圾污染土壤的电解液自动修复装置，以较低的操作成本，控制修复体系中污染土壤的pH值。

为实现上述目的，本实用新型采用铁盐作为阴极电解液，Fe(Ш)与阴极电解产生的OH^-生成沉淀，消耗一部分OH^-，与加入的阳离子膜结合，可有效的控制土壤的pH值，具体控制修复体系中污染土壤pH值的电解液自动修复装置的技术方案如下。

一种铁盐强化电动修复电子垃圾拆解地重金属污染土壤装置，包括电控制结构和电解槽结构；其特征在于：所述电控制结构与所述电解槽结构是通过气体出口契合在一起，并利用铁盐电解液对电子垃圾拆解地重金属污染土壤进行电动修复；

所述电控制结构是位于电解槽结构的上方，其中阳极pH控制室是由pH感应导线连接阳极pH感应探头延伸至阳极室中部，实时监测pH值的变化，通过感应器控制泵入电解液；阳极加药罐是通过阳极加液管延伸至阳极室，通过电控阀来控制进药量；酸液储备室是通过阳极泵提升阳极电解溢出液，并连通多个阴极酸液管及其相应的酸液喷头延伸至土壤室上方，通过电控制阀门控制周期性的喷入酸液调节阴极土壤pH；阴极加药罐是通过阴极加药管延伸至阴极室，通过电控阀来控制进药量；阴极pH控制室是由pH感应导线连接阴极pH感应探头延伸至阴极室中部，实时监测pH值的变化，通过感应器控制泵入电解液；各控制线连接于设定好参数的电脑，进行实时检测与控制，实现对电子垃圾污染土壤的电动修复；

所述电解槽结构是一凹型槽，其中阳极电解液溢出口和阴极电解液溢出口位于通风口下方与电极上方；阳极电解液进口管和阴极电解液进口管位于阳极室和阴极室的中下部位；阳极电极和阴极电极通过凹型槽固定于阳极室和阴极室相同水平的中部；土壤室通过凹型槽和孔隙隔板固定在整个电解槽中部，其中靠近阴极室的一侧是碳纤维室，通过凹型槽和空隙隔板与土壤室隔开；阳离子膜处于碳纤维室和阴极室之间，在阳极室底端设置有曝气装置调节电解液，接通外接电源进行电动修复。

具体的技术方案还在于：所述阳极室、阴极室与土壤室、碳纤维室的容积比是2：2：5-20：1；所述土壤室和阴极室间设置有吸附层和阳离子膜（32），所述吸附层是活性碳纤维层；所述活性碳纤维层的宽度是5-20 cm，质量是10-150 g；所述电极是石墨外接电源的电压是5-50V；所述电子垃圾拆解地重金属污染土壤的修复时间是36-500小时；所述阳极室的柠檬酸浓度是0.1-6 g/L，阴极室的铁盐溶液浓度是0.02-10 mol/L，所述铁盐是Fe₂(SO4)₃或者是Fe(NO₃)_3、FeCl₃；所述阳极电解液和阴极电解液与土壤室的高度相同。

一种铁盐强化电动力学修复电子垃圾拆解地重金属污染土壤的修复装置的修复方法如下：

（1）将电子垃圾拆解地重金属污染土壤置于土壤室，向炭纤维室中加入活性炭纤维，然后将阳离子膜附着在孔隙隔板上由滤纸包裹；

（2）阴极pH控制室和阳极pH控制室通过阴极pH感应探头和阴极pH感应探头感应电解液的pH值，通过阴极泵和阳极泵控制泵的阴极电解液和阳极电解液，并对电解液的pH进行调节；

（3）电控制结构和电解槽结构通过气体出口结合，电动修复装置进行电动修复。

本实用新型上述所提供的一种铁盐强化电动修复电子垃圾拆解地重金属污染土壤的修复装置，与现有技术相比，其特点在于本装置在阳极室内设置有曝气装置，使电解液混合均匀；通过在阴极和阳极设置流量恒流泵和调节阀，使两极室液位与电解槽中土壤的高度平齐；本装置在电动力学方面将铁盐作为阴极电解液与阳离子膜法结合，很好的控制了土壤的pH值，保持了酸性环境，提高了修复效率；本装置由于电动效应存在电迁移作用，即带电离子向电性相反的电极方向进行迁移，阴极电解液中存在的Fe³⁺并不会进入土壤，不会造成二次污染；本装置在活性炭纤维室中设置有活性炭纤维，吸附电解产生的气体和盐类物质以及一些细菌；本装置将电控制结构与电解槽结构通过通风口契合在一起， 实现了铁盐电解液对电子垃圾污染土壤的电动修复，通过移动轨道更换装置B实现连续式处理；本装置在阴极室和阳极室设有pH感应探头，实时监测阴极室和阳极室电解液pH值，并进行调节提高了电解修复效率；本装置在电动力修复过程中实现了自动化，减少了人为因素带来的修复误差，且在在组合处设计了通风口，用于排出电解时产生的气体。

附图说明

图1是本装置的结构示意图。

图2是本装置的电控制室结构示意图。

图3是本装置的电解槽结构示意图。

图中：1：阳极pH控制室；2：阳极加药罐；3：外接电源；4：酸液储备室；5：阴极加药罐； 6：阴极pH控制室；7：阳极室；8：土壤室；9：碳纤维室；10：阴极室；11：阴极电极；12：阴极pH感应探头；13：阴极加药管；14：酸液喷头；15：阴极酸液管；16：阳极泵控制线；17：阳极电解溢出液提升泵；18：气体出口；19：阴极电解液溢出口；20：阴极泵控制线；21：阴极电解液进口管；22：阴极泵；23：阳极电极；24：阳极pH感应探头；25：pH感应导线；26：阳极加药管；27：阳极电解液进口管；28：阳极泵；29：阳极电解液溢出口；30：阳极酸液管；31：曝气装置； 32：阳离子膜。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式作出进一步的说明。

实施一种铁盐强化电动修复电子垃圾拆解地重金属污染土壤的修复装置，该装置包括电控制结构和电解槽结构；其中：所述的电控制结构与所述电解槽结构是通过气体出口18契合构成一整体，并通过铁盐电解液对电子垃圾污染土壤的电动力学修复。

具体实施一种电控制结构，该结构是位于电解槽结构的上方水平位置，其中，该阳极pH控制室1是由pH感应导线25连接阳极pH感应探头24延伸至阳极室7的中部，用于实时监测pH值的变化情况，并通过感应器控制泵入电解液；该阳极加药罐2是通过阳极加液管26延伸至阳极室7中，并通过电控阀来控制进药量；该外接电源3的电压是5-50 V；该酸液储备室4是通过阳极泵28提升阳极电解溢出液，并连通多个阴极酸液管15及其相应的酸液喷头14延伸至阴极土壤室8上方，在电控制阀门下周期性的喷入酸液调节阴极土壤pH；阴极加药罐5是通过阴极加药管13延伸至阴极室10，并通过电控阀来控制进药量；阴极pH控制室6是由pH感应导线25连接阴极pH感应探头12延伸至阴极室10中部，实时监测pH值的变化，并通过感应器控制泵入电解液；各控制线连接于设定好参数的电脑，进行实时检测与控制，实现对电子垃圾污染土壤的自动化修复。

具体实施一种电解槽结构，该结构是一凹型槽，其中阳极电解液溢出口29和阴极电解液溢出口19位于气体出口18下方与电极上方；阳极电解液进口管27和阴极电解液进口管21位于阳极室7和阴极室10的中下部位；阳极电极23和阴极电极11通过凹型槽固定于阳极室7和阴极室10相同水平的中部；土壤室8通过凹型槽和孔隙隔板固定在整个电解槽中部，其中靠近阴极室10的一侧是碳纤维室9，通过凹型槽和空隙隔板与土壤室8隔开；阳离子膜32位于碳纤维室9和阴极室10之间，通过附着滤纸的空隙隔板隔开；土壤室8与碳纤维室9位于电极中部，气体出口18位于阳极电解液溢出口29和阴极电解液溢出口19的上方，在阳极室7底端设置有曝气装置31调节电解液，通过外接电源进行电动修复。

在上述实施方式中，该阳极室10和阴极室7与土壤室8、碳纤维室9的容积比是2：2:5-20:1；阳极室7的柠檬酸浓度是0.01-6 g/L，阴极室10的铁盐溶液浓度是0.02-10 mol/L；该土壤室8和阴极室10间设置有吸附层和阳离子膜32，该吸附层是活性碳纤维层，其宽度是5-20 cm，质量是10-150 g。

在上述实施方式中，电极是石墨材质，高度与污染土壤深度基本一致，或略高出3-6 cm，长度与污染土壤宽度一致，或略窄的板状电极，稳压直流电源输出能保证施加在土壤的电压梯度≥0.5 V/m，所采用的外接电源的电压是5-50 V，在对电子垃圾污染土壤的自动化修复时，电极室进水和排水是由电控阀调节控制，采用可编程逻辑控制器或计算机系统远程控制整套工艺过程，实现自动管理电磁阀进液和出液以及故障监控报警，并保证阳极电解液和阴极电解液与土壤室8的高度相同。

在上述实施方式中，用于电子垃圾拆解地重金属污染土壤电动力学修复装置的修复方法如下：

（1）将电子垃圾拆解地重金属污染土壤置于土壤室8，并将土壤室8置于电解槽结构中的相应位置，后向碳纤维室中加入活性碳纤维，然后将阳离子膜附着在孔隙隔板上用滤纸包裹。

（2）阴极pH控制室6和阳极pH控制室1通过阴极pH感应探头24和阳极pH感应探头12监测电解液的pH值，通过阴极泵22和阳极泵28控制泵入阴阳极电解液，对电解液的pH进行调节。

（3）电控制结构和电解槽结构通过气体出口18结合为电解液自动修复装置进行电动修复，电动修复时间是36-500小时。

（4）将修复后的土壤室8提升置换为下一个土壤修室8进行修复，实现连续修复处理电子垃圾污染土壤，并在置换土壤室8的同时，对土壤室8进行机械清洗，或者置换电极和活性碳纤维。

在上述实施电动力学修复修复时，在阴极和阳极内设置曝气装置31，用于电解液搅拌均匀，减小浓差极化，使阳极电解产生的O₂排出室外，减小电化学极化，节约能耗；修复过程中阴极电解溶液采用铁盐替代其他电解液，避免了阴极电解产生的氢氧根离子进入修复区，形成碱性带而影响修复效率，阳极电解产生H⁺进入电解槽使土壤酸化，促进重金属的迁移，电解槽中设置的活性炭纤维吸附产生的气体和重金属盐类物质。

下面结合附图通过具体实施例作出进一步说明。

实施例1

将土样pH值为7.45、铅、镉、锌浓度分别是150、15、750 mg/kg的电子垃圾拆解地污染土壤3000.0 g，调整土壤的含水率为45 %，放置于电解槽中，阴极电解液使用1 mol/L FeCl₃溶液，阳极为0.5 g/L柠檬酸溶液，修复过程通过恒流泵加入铁盐溶液维持电解液的浓度。修复400 h后得到Pb、Cd、Zn的去除率分别为：76.2%、70.41%、71.23%。

实施例2

将土样pH值为7.45、铅、镉、锌浓度分别是150、15、750 mg/kg的电子垃圾拆解地污染土壤3000.0 g，调整土壤的含水率为45 %，放置于电解槽中，阴极电解液使用3 mol/L FeCl₃溶液，阳极为0.5 g/L柠檬酸溶液，修复过程通过恒流泵加入铁盐溶液维持电解液的浓度。修复400 h后得到Pb、Cd、Zn的去除率分别为：79.76 %、73.64 %、74.16 %。

实施例3

将土样pH值为7.45、铅、镉、锌浓度分别是150、15、750 mg/kg的电子垃圾拆解地污染土壤3000.0 g，调整土壤的含水率为45 %，放置于电解槽中，阴极电解液使用5 mol/L FeCl₃溶液，阳极为0.5 g/L柠檬酸溶液，修复过程通过恒流泵加入铁盐溶液维持电解液的浓度。修复400 h后得到Pb、Cd、Zn的去除率分别为：82.46 %、74.12 %、74.84 %。

实施例4

将土样pH值为7.45、铅、镉、锌浓度分别是150、15、750 mg/kg的电子垃圾拆解地污染土壤3000.0 g，调整土壤的含水率为45 %，放置于电解槽中，阴极电解液使用7 mol/L FeCl₃溶液，阳极为0.5 g/L柠檬酸溶液，修复过程通过恒流泵加入铁盐溶液维持电解液的浓度。修复400 h后得到Pb、Cd、Zn的去除率分别为：83.92%、74.72%、75.74%。

实施例5

将土样pH值为7.45、铅、镉、锌浓度分别是150、15、750 mg/kg的电子垃圾拆解地污染土壤3000.0 g，调整土壤的含水率为45 %，放置于电解槽中，阴极电解液使用9 mol/L FeCl₃溶液，阳极为0.5 g/L柠檬酸溶液，修复过程通过恒流泵加入铁盐溶液维持电解液的浓度。修复400 h后得到Pb、Cd、Zn的去除率分别为：85.27 %、75.93 %、76.78 %。

实施例6

将土样pH值为7.45、铅、镉、锌浓度分别是150、15、750 mg/kg的电子垃圾拆解地污染土壤3000.0 g，调整土壤的含水率为45%，放置于电解槽中，阴极电解液使用1 mol/L Fe₂(SO₄)₃溶液，阳极为0.5 g/L柠檬酸溶液，修复过程通过恒流泵加入铁盐溶液维持电解液的浓度。修复400 h后得到Pb、Cd、Zn的去除率分别为：78.6%、71.5%、72.4%。

实施例7

将土样pH值为7.45、铅、镉、锌浓度分别是150、15、750 mg/kg的电子垃圾拆解地污染土壤3000.0 g，调整土壤的含水率为45%，放置于电解槽中，阴极电解液使用3 mol/L Fe₂(SO₄)₃溶液，阳极为0.5 g/L柠檬酸溶液，修复过程通过恒流泵加入铁盐溶液维持电解液的浓度。修复400 h后得到Pb、Cd、Zn的去除率分别为：80.56 %、74.12 %、75.39 %。

实施例8

将土样pH值为7.45、铅、镉、锌浓度分别是150、15、750 mg/kg的电子垃圾拆解地污染土壤3000.0 g，调整土壤的含水率为45%，放置于电解槽中，阴极电解液使用5 mol/L Fe₂(SO₄)₃溶液，阳极为0.5 g/L柠檬酸溶液，修复过程通过恒流泵加入铁盐溶液维持电解液的浓度。修复400 h后得到Pb、Cd、Zn的去除率分别为：83.2 %、75.13 %、76.82 %。

实施例9

将土样pH值为7.45、铅、镉、锌浓度分别是150、15、750 mg/kg的电子垃圾拆解地污染土壤3000.0 g，调整土壤的含水率为45%，放置于电解槽中，阴极电解液使用7 mol/L Fe₂(SO₄)₃溶液，阳极为0.5 g/L柠檬酸溶液，修复过程通过恒流泵加入铁盐溶液维持电解液的浓度。修复400 h后得到Pb、Cd、Zn的去除率分别为：84.85%、75.83%、77.16 % 。

实施例10

将土样pH值为7.45、铅、镉、锌浓度分别是150、15、750 mg/kg的电子垃圾拆解地污染土壤3000.0 g，调整土壤的含水率为45%，放置于电解槽中，阴极电解液使用9 mol/L Fe₂(SO₄)₃溶液，阳极为0.5 g/L柠檬酸溶液，修复过程通过恒流泵加入铁盐溶液维持电解液的浓度。修复400 h后得到Pb、Cd、Zn的去除率分别为：86.18 %、76.95 %、77.24 % 。

实施例11

将土样pH值为7.45、铅、镉、锌浓度分别是150、15、750 mg/kg的电子垃圾拆解地污染土壤3000.0 g，调整土壤的含水率为45 %，放置于电解槽中，阴极电解液使用1 mol/L Fe(NO₃)₃溶液，阳极为0.5 g/L柠檬酸溶液，修复过程通过恒流泵加入铁盐溶液维持电解液的浓度。修复400 h后得到Pb、Cd、Zn的去除率分别为：79.5%、74.01%、75.14%。

实施例12

将将土样pH值为7.45、铅、镉、锌浓度分别是150、15、750 mg/kg的电子垃圾拆解地污染土壤3000.0 g，调整土壤的含水率为45 %，放置于电解槽中，阴极电解液使用3 mol/L Fe(NO₃)₃溶液，阳极为0.5 g/L柠檬酸溶液，修复过程通过恒流泵加入铁盐溶液维持电解液的浓度。修复400 h后得到Pb、Cd、Zn的去除率分别为：82.2%、75.41%、76.23%。

实施例13

将土样pH值为7.45、铅、镉、锌浓度分别是150、15、750 mg/kg的电子垃圾拆解地污染土壤3000.0 g，调整土壤的含水率为45 %，放置于电解槽中，阴极电解液使用5 mol/L Fe(NO₃)₃溶液，阳极为0.5 g/L柠檬酸溶液，修复过程通过恒流泵加入铁盐溶液维持电解液的浓度。修复400 h后得到Pb、Cd、Zn的去除率分别为：84.6 %、76.5 %、77.4 % 。

实施例14

将土样pH值为7.45、铅、镉、锌浓度分别是150、15、750 mg/kg的电子垃圾拆解地污染土壤3000.0 g，调整土壤的含水率为45 %，放置于电解槽中，阴极电解液使用7 mol/L Fe(NO₃)₃溶液，阳极为0.5 g/L柠檬酸溶液，修复过程通过恒流泵加入铁盐溶液维持电解液的浓度。修复400 h后得到Pb、Cd、Zn的去除率分别为：85.5 %、77.3 %、78.2 % 。

实施例15

将土样pH值为7.45、铅、镉、锌浓度分别是150、15、750 mg/kg的电子垃圾拆解地污染土壤3000.0 g，调整土壤的含水率为45 %，放置于电解槽中，阴极电解液使用9 mol/L Fe(NO₃)₃溶液，阳极为0.5 g/L柠檬酸溶液，修复过程通过恒流泵加入铁盐溶液维持电解液的浓度。修复400 h后得到Pb、Cd、Zn的去除率分别为：87.3 %、78.13 %、78.6 % 。

当利用铁盐作为阴极电解液时，提高铁盐的浓度对重金属的去除率有一定的促进效果。

上述实例只是具体应用中列举的几种，本实用新型并不局限于这几种具体的实施方案，本领域内的普通技术人员都可在实用新型的权利要求范围内，做出多种形式的具体实施方案，这些实施方案都属于实用新型的保护范围。