一种电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤的方法与流程

本发明属于环境保护技术中土壤重金属污染修复技术领域，特别涉及电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤的方法。

背景技术：

随着人类环保意识的逐渐提高，土壤重金属污染问题被越来越重视。土壤砷污染来源有金属矿山开采冶炼、化学工业生产、重金属农药污水灌溉和化肥施用以及高地质背景值等，其中有色金属矿业采选和冶炼所排放的重金属废气沉降、废水灌溉，以及废渣等固体废料溶蚀扩散进入土壤等是砷污染的主要途径。

砷可以在环境中进行迁移，土壤中的砷一部分被农作物吸收一部分随着降水和河流冲刷进入水体，最终都通过食物链进入人体。对于被农作物被动吸收的砷对其作物本身也具有一定的危害，过量的砷通过降低植物的蒸腾作用抑制根系对水分的吸收和运输，从而影响作物的叶子表面光滑程度、根长、苗高等。其中三价砷与人体中酶的结合，可抑制酶活性，导致糖代谢紊乱、中毒性神经衰弱症候群等问题；而五价砷的毒性是慢性的，可造成脊髓炎、再生不良贫血等后遗症。砷中毒是一个以皮肤损害为主的全身性疾病,它可以危害人的皮肤、呼吸、消化、泌尿、心血管、神经、造血等系统。

目前国内外的砷污染土壤修复方法各式各样，途径主要有两种：改变重金属在土壤中的存在形态、使其固定，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性和从土壤中去除重金属，主要为物理修复、生物修复、化学修复。电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤技术(ek-prb)是将电动修复技术(ek)与渗透性反应格栅技术(prb)结合起来共同修复土壤污染物的一种新型技术。其原理是使待修复土壤中的污染物在电解液、地下水等的带动下，以电动技术强化prb修复可使污染物在土壤及地下水中发生定向迁移，到达反应屏障处进行反应。

技术实现要素：

本发明的目的是将电场驱动与prb技术强强联用，分析电场驱动下prb对砷污染土壤原位修复能效的具体影响；结合prb材料对目标离子的净化机理和电场驱动作用过程，揭示ek-prb可控应用工艺与吸附效能的互动本质关系，构建原位修复机理模型。在原有单独ek和prb技术上提高土壤砷去除效率，防止二次污染。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤的方法，包括如下步骤：

⑴将自然风干的砷污染土壤锤碎，过筛；

⑵将步骤(1)中获得土壤与去离子水混合，使得其土壤含水量保持35％，搅拌均匀后静置7d；

⑶将步骤(2)中获得混合均匀土壤填入ek-prb装置的土壤室中，同时在土壤中间位置垂直放置prb材料；

⑷向步骤(3)中土壤室两侧的阴阳极室添加电解液，并分别插入石墨电极，接通电源使装置开始运行修复；

⑸通电结束后移除prb可渗透反应墙获得修复后的砷污染土壤。

上述砷污染土壤ph值为6.35，土壤中总砷浓度为250mg/kg。

上述步骤(1)中所述砷污染土壤锤碎后过20目筛网。

上述步骤(2)中所述每千克土壤所加去离子水约为500ml，使得含水率适合保证其土壤导电能力。

上述步骤(3)中土壤中间垂直填充的prb材料为毛竹炭fe/mn-ldh复合材料，填充厚度为1cm左右。

上述步骤(4)中两侧电极室电解液为0.1mol/l的氯化钾溶液，保证稳定的电驱动能力。

上述步骤(4)中运行时间为96h。

上述电极室中插入的电极两侧均为石墨电极板。

本发明步骤⑶中所述的ek-prb技术采用如下装置进行处理。

本发明采用的ek-prb装置包括：土壤室、阴极室、阳极室、直流电源、电极、溢流孔、电解液槽、蠕动泵、石墨电极、滤网、fe/mn-ldh的prb材料。

其中土壤室为填充处理的砷污染土壤，其尺寸比为2:1:1，电解液装在两侧的阴极室和阳极室中，电解室尺寸比为1:1:1。prb用滤布包裹垂直放入污染土壤中。其中在土壤室和电极室中间的隔板上开有分布均匀的孔洞，并在隔板上贴有300目滤布进行阻隔防止土壤进入电解室。阳极室和阴极室采用的均为1cm厚的石墨电极板，并用电极线与直流电源连接，电压梯度为2v/cm。阴极室和阳极室的上下两侧分别距离顶部和底部开有直径为1cm的溢流口上侧溢流口保证阴阳两极电解液液面持平水压差稳点，电驱动能力稳定，下侧溢流口通过蠕动泵与电解液收集槽连接，目的是补充损失的电解液和循环电解液。

本发明具有如下显著优点：

1.该方法于原有的纯电驱动砷污染土壤和单反渗透阻隔技术相比，修复效果高出20％-40％的修复效率。

2.该方法修复后的砷污染土壤浸出毒性相比于原始土壤降低了90％左右。

3.该方法不会对土壤进行二次污染，具有绿色环保修复理念。

4.该方法可以随时更换可渗透性反应墙，提高了砷污染去除率。

5.该方法操作简单，成本较低，处理时间较快，具有可大规模工程的实施性，应用范围广泛。

附图说明

图1为发明所用的电驱动强化可渗透墙反应装置的结构示意图。

图2为纯电驱动和ek-prb处理后砷污染土壤总砷对比图。

图3为纯电驱动和ek-prb处理后砷污染土壤浸出毒性对比图。

具体实施方式

一种利用电驱动强化可渗透反应墙的方法修复砷污染土壤。采用自制的装置对砷污染土壤进行修复，所述的装置由一个土壤室，两个电解室，一个直流电源，两个蠕动泵，两个电解液收集槽组成。将砷污染土壤填入土壤室并将用滤布包裹的prb材料一并放入，运行电压2v/cm运行96h后移除prb墙分离取出处理完的土壤，达到将砷从土壤中处理的目的。其具体步骤如下：

⑴称取一定量的取自广西特有红壤的干净土壤，取样土壤为土壤表层5-20cm处土壤，自然风干后去除草根和大块石块等杂物再过20目筛网得到土壤样品保存待用。称取一定量的亚砷酸钠用去离子水溶解后定容至一定体积。将配置好的砷溶液与待用的干净土壤按每千克土壤加入250ml砷溶液混合搅拌均匀后静置一周配置成500mg/kg的砷污染土壤。

⑵将步骤⑴中的砷污染土壤填入装置土壤室中，两侧阴阳极电解室装入石墨电极板和0.1mol/l的kcl电解液，通电2v/cm的电压运行96h后取出。

⑶将步骤⑵中运行完毕的土壤用王水水浴法进行消解后用icp或原子荧光测样。土壤中的砷通过向阳极迁移并通过prb反渗透墙去除，得到去除砷的土壤。

化学分析运行修复土壤后的土壤总砷的去除率从纯电驱动的28.64％上升为ek-prb处理的48.17％。处理前后的土壤砷浸出毒性从纯电驱动的86.1％上升到ek-prb的95.7％。总砷的去除率的提高和浸出毒性率的升高都表明不论从总量还是生物可利用量方面都达到了良好的效果。

技术特征：

1.一种电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤的方法，包括如下步骤：

(1)将自然风干的砷污染土壤锤碎，过筛；

(2)将步骤(1)中获得土壤与去离子水混合，使得其土壤含水量保持30％-40％，搅拌均匀后静置7-14d；

(3)将步骤(2)中获得混合均匀土壤填入ek—prb装置的土壤室中，同时在土壤中间位置垂直放置prb材料；

(4)向步骤(3)中土壤室两侧的阴阳极室添加电解液，并分别插入石墨电极，接通电源使装置开始运行修复；

(5)通电结束后移除prb可渗透反应墙获得修复后的砷污染土壤。

2.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，所述砷污染土壤ph值为6.35，土壤中总砷浓度为250mg/kg。

3.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤(1)中所述砷污染土壤锤碎，过20目筛网，筛除大块土块。

4.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤(2)中所述每千克土壤投加去离子水约为500ml。

5.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤(3)中土壤中间垂直填充的prb材料为对砷有快速吸附性能的毛竹炭/femn-ldh复合材料等，填充厚度为1cm左右。

6.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤(4)中两侧电极室电解液为0.1mol/l的氯化钾溶液。

7.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，步骤(4)中运行时间为96h。

8.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，电极室中插入的电极两侧均为石墨电极。

9.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，距底部和顶部1cm分别开有直径为1cm的小孔管，用于底部的电解液进水和顶部电解液的平衡水位。

10.根据权利要求1中所述的方法，其特征在于，两侧电解液通过开有的小管和外装蠕动泵进行阴极阳极单独循环电解液，随时补充电解液，做到保持电解室中电解液量不变。

技术总结
本发明公开了一种电驱动强化可渗透反应墙修复砷污染土壤的方法，通过将砷污染土壤利用电驱动强化可渗透性反应墙的装置高效原位修复砷污染土壤。具体步骤如下：将被污染的砷土壤自然风干后，粉碎过筛，随后去离子水混合搅拌均匀，使得其混合后的土壤含水率保持在30％—35％，并静置使其均衡后在1V/cm～3V/cm的电压条件下修复，其中PRB材料用滤布包裹放置在土壤反应器中，材料根据土壤的不同砷污染程度和性质进行材料的不同选择。该方法提高了砷在污染土壤中的去除率，同时避免了二次污染，并且可渗透性反应墙易于更换提高了砷的去除率。该方法修复效果明显，操作简单，具有在砷污染矿山、砷污染化工土壤田地等现场的实施性。

技术研发人员：朱宗强;方雅莉;田炎;赵宁宁;朱义年;王亚茹;章俊;张立浩;唐沈
受保护的技术使用者：桂林理工大学
技术研发日：2020.09.06
技术公布日：2021.01.05