同时去除有机物和重金属污染的土壤修复装置的制作方法

本实用新型涉及土壤修复技术，尤其涉及一种同时去除有机物和重金属污染的土壤修复装置。

背景技术：

随着工农业的发展，矿山毒性沸水、城市污水、工业废水的排放和重金属含量超标化肥的使用导致土壤污染面积不断扩大。近年来，随着我国产业转移的快速推进，大量重污染企业关闭，但是这些企业对原址的污染并未完全消除，在土壤中积淀的污染物将会通过地下水、空气、植物等途径进入人体，势必威胁人体健康，危及环境安全，影响社会稳定。可见土壤修复迫在眉睫。目前，土壤修复的方法主要包括物理方法、微生物方法、植物方法等。每种修复方法都存在一定的局限性，单一的修复技术难以满足修复的实际需要。比如植物修复方法所需时间较长，修复效果一般；物理修复成本较高等。

对于一些特殊场地，由于地质条件、环境因素及社会约束等条件的限制，大型的施工设备及常规的修复方式不能实施，比如在一些修建在河床上的景观设施、较早的居民住宅小区及一些军用射击靶场等等，由于早期的环境评价体系不健全，可能存在地表土层重金属及有机物超标的情况，会给附近居民及游客带来健康威胁，这种情况下对于已经建成的景观设施，只能采用在保护景观设施功能性的基础上对污染场地进行修复，这就制约了大型修复设备进入污染场地，因此需要考虑采用小型修复设备及相关修复方法，在对周围环境及居民不造成影响的条件下对污染场地进行修复。

公开号为CN 202803741 U的中国专利申请公开了一种土壤修复系统，包括预热装置，加热装置，热回收装置和热传输装置，热回收装置经热传输装置与预热装置相连通，使热回收装置作为预热装置的热源。该技术只是提供了一种热修复土壤的装置，使用该装置为异位处理土壤，对土壤的破坏程度较大，且无法处理重金属和有机物复合污染的土壤。公开号为CN 206382321 U的中国专利申请公开了一种新型智能化土壤修复装置，包括喷淋头，搅拌刀片，输送管，转轴，低速电机，水泵，固定座，网孔，水位测量仪，过滤网，定时继电器，电池阀，土壤修复剂储液箱，控制器，盖体，但是该实用新型所提供的装置需要将土壤修复剂和土壤充分混合，对土壤的破坏程度大且修复剂遗留土壤中易造成二次污染，对于有机物污染的土壤效果不大。

现有的技术方案和设备修复成本高，对土壤破坏程度大，并且难以处理重金属和有机物复合污染的土壤，有鉴于此，如何在修复过程减少对土壤的破坏，降低二次污染的可能，协同去除重金属和有机物复合污染成为本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种同时去除有机物和重金属污染的土壤修复装置。

为解决技术问题，本实用新型的解决方案是：

提供一种同时去除有机物和重金属污染的土壤修复装置，包括阴极板和阳极板；所述阴极板和阳极板均为内设空腔的板状结构，空腔仅在上端设开口；在板状结构的其中一个侧面上设置多条透水槽；透水槽与空腔连通；在阳极板和阴极板的空腔中分别装有填料，其中阳极板的填料是装有Fe粉、粉煤灰和石英砂的透水织物袋，阴极板的填料是装有粉煤灰和石英砂的透水织物袋；

阴极板和阳极板的上端各设置接线柱和连接部，阴极板和阳极板通过连接部活动安装在控制箱的两端，且使两个具有透水槽的侧面呈对向布置，连接部与控制箱之间绝缘；在控制箱的上部装有水箱和蠕动泵，控制箱底部设湿度传感器和水位传感器；控制箱内部设主控板和继电器，继电器连接主控板和蠕动泵的电机；蠕动泵的入口通过管路接至水箱，其出口接渗水管。

作为一种改进，所述阴极板和阳极板为石墨材质，均呈楔形且下端的厚度小于上端。

作为一种改进，所述阴极板和阳极板上端的连接部通过铰接方式或转轴连接方式活动装在控制箱的两端。

作为一种改进，所述阴极板和阳极板的长度不相同，使得在绕着连接部向内转动后，两者能够叠合在控制箱底部。

作为一种改进，在填料的上部装有用于提拉的拉环。

作为一种改进，在控制箱的上表面设有控制面板，控制面板通过信号线接至主控板；或者，在控制箱中设置通过信号线连接主控板的无线通讯模块，该装置另配备装有无线通讯模块的手持控制终端，手持控制终端与主控板之间通过无线通讯方式实现信号传递。

利用本实用新型所述装置可实现同时去除有机物和重金属污染的土壤修复，具体包括以下步骤：

(1)转动阴极板和阳极板使两者均垂直于控制箱底面，此时两个设置透水槽的表面呈相对状态；

(2)将阴极板和阳极板全部插入待处理的污染土壤中，使控制箱底面贴近地表，此时控制箱底部的湿度传感器和水位传感器均伸入至土壤中；

(3)启动蠕动泵，将水箱中的水由渗水管导入控制箱下方的土壤中使其湿润；

(4)将外部直流电源的正负极分别通过导线接至阴极板和阳极板的接线柱；向阳极板中的填料注入H2O2，接通外部直流电源，使阴极板和阳极板之间的潮湿土壤中形成直流电场，产生电迁移和电渗流效应；电迁移使得污染土壤中的重金属离子移向阴极并被粉煤灰吸附，电渗流使得大分子有机物移到阳极；在阳极中H2O2在铁的催化作用下产生强氧化性的羟基自由基，将大分子的有机物氧化成CO2、H2O和小分子有机物，从而实现同时去除污染土壤中的有机物和重金属。

本实用新型中，在阳极板的填料中，Fe粉、粉煤灰和石英砂的质量比例为(0.1～0.7)∶1∶10；向阳极板的填料中注入与填料等质量的H2O2溶液，H2O2溶液的质量浓度为1％～5％；在阴极板的填料中，粉煤灰和石英砂质量比例为1∶10。

本实用新型中，在步骤(4)中接通外部直流电源前，向阴极板的填料中加入醋酸调控pH值为3～5。

本实用新型中，当土壤湿度下降到预设低阈值或水位下降到预设中水位线以下时，主控板控制继电器闭合，启动蠕动泵向土壤中补水；当土壤湿度上升到预设高阈值并且水位上升到预设高水位线以上时，主控板控制相应的继电器断开，蠕动泵停止工作。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型运用重金属和有机污染物协同处理技术，将电动修复和渗透性反应墙(PRB)、Fenton反应结合，通过两个相对的电极板在土壤中形成直流电场，使得重金属和有机污染物在土壤中朝阴极或者阳极迁移，可以同时去除土壤中的重金属和有机污染物，提供整体修复解决方案。

2、采用一体化脱除设计，随插随用，减少对环境的破坏；

3、本实用新型可以替换用于反应或吸附的填料，防止污染物遗留土壤中对土壤造成二次污染，同时可以富集回收重金属。

4、运用智能反馈控制补水系统可实现水位调控，使土壤处于最佳修复状态有机物及重金属土壤修复装置；保证水位稳定的同时减少了能耗，提高了经济性。

5、向阴极中加入醋酸调控阴极的pH值，避免电动修复产生偏极化现象，导致污染物遗留土壤中造成二次污染。

6、本实用新型所需动力小、设备简单，便于现场作业。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图中附图标记：1阳极板、2填料、3蠕动泵、4水箱、5控制箱、6阴极板、7透水槽、8连接部。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型中的同时去除有机物和重金属污染的土壤修复装置，包括阴极板6和阳极板1，两者均为内设空腔的板状结构，空腔仅在上端设开口；阴极板6和阳极板1为石墨材质，均呈楔形且下端的厚度小于上端。在板状结构的其中一个侧面上设置多条透水槽7；透水槽7与空腔连通；在阳极板1和阴极板6的空腔中分别装有填料2，其中阳极板1的填料2是装有Fe粉、粉煤灰和石英砂的透水织物袋(例如纱布袋)，阴极板6的填料是装有粉煤灰和石英砂的透水织物袋；填料2的上部装有用于提拉的拉环，便于更换时取出填料2。阴极板6和阳极板1的上端各设置接线柱和连接部8，阴极板6和阳极板1通过连接部8以铰接方式或转轴连接方式活动安装在控制箱5的两端，且使两个具有透水槽7的侧面呈对向布置，连接部8与控制箱5之间绝缘；阴极板6和阳极板1的长度不相同，使得在绕着连接部8向内转动后，两者能够叠合在控制箱5的底部。

在控制箱5的上部装有水箱4和蠕动泵3，控制箱5底部设湿度传感器和水位传感器；控制箱5内部设主控板和继电器，继电器连接主控板和蠕动泵3的电机；蠕动泵3的入口通过管路接至水箱4，其出口接渗水管。在控制箱5的上表面设有控制面板，控制面板通过信号线接至主控板；或者，在控制箱5中设置通过信号线连接主控板的无线通讯模块，该装置另配备装有无线通讯模块的手持控制终端，手持控制终端与主控板之间通过无线通讯方式实现信号传递。主控板可采用现有技术实现信号接收、处理及控制，其实现方式属于本领域技术人员熟练掌握的技术手段，本实用新型不再赘述。

利用该装置实现同时去除有机物和重金属污染的土壤修复时，具体包括以下步骤：

(1)转动阴极板6和阳极板1使两者均垂直于控制箱5底面，此时设有透水槽7的两个表面呈相对状态；

(2)将阴极板6和阳极板1全部插入待处理的污染土壤中，使控制箱5的底面贴近地表，此时控制箱5底部的湿度传感器和水位传感器均伸入至土壤中；

(3)启动蠕动泵3，将水箱4中的水由渗水管导入控制箱5下方的土壤中使其湿润；当土壤湿度下降到预设低阈值或水位下降到预设中水位线以下时，主控板控制继电器闭合，启动蠕动泵向土壤中补水；当土壤湿度上升到预设高阈值并且水位上升到预设高水位线以上时，主控板控制相应的继电器断开，蠕动泵停止工作；

(4)将外部直流电源的正负极分别通过导线接至阴极板6和阳极板1的接线柱；向阳极板1中的填料注入H2O2，接通外部直流电源，使阴极板6和阳极板1之间的潮湿土壤中形成直流电场，产生电迁移和电渗流效应；电迁移使得污染土壤中的重金属离子移向阴极并被粉煤灰吸附，电渗流使得大分子有机物移到阳极；在阳极中H2O2在铁的催化作用下产生强氧化性的羟基自由基，将大分子的有机物氧化成CO2、H2O和小分子有机物，从而实现同时去除污染土壤中的有机物和重金属。

在阳极板的填料中，Fe粉、粉煤灰和石英砂的质量比例为(0.1～0.7)∶1∶10；向阳极板的填料中注入与填料等质量的H2O2溶液，H2O2溶液的质量浓度为1％～5％，可以市售过氧化氢加水稀释获得；在阴极板的填料中，粉煤灰和石英砂质量比例为1∶10。本实施例中所用粉煤灰为市购产品(淘宝网店“蓝科环保材料”所售粉煤灰产品，细度为43微米，密度为2.34g/cm³，含水量0.5％)。

接通外部直流电源前，向阴极板的填料中加入醋酸调控pH值为3～5，避免电动修复产生偏极化现象。

(5)装置投入使用3-7星期，吸附基本达到饱和，应同时更换两侧填料。