污染土壤电化学淋洗方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及污染土壤修复领域。
【背景技术】
[0002]污染土壤淋洗(flushing)技术是将水和或含有化学药剂的溶液注入到污染土壤中，将土壤中的污染物淋洗出来。该技术可作为异位修复技术使用，也可作为原位修复技术使用。淋洗技术适合于渗透系数高、土壤孔隙度分布均匀、粒度较大的砂质土壤。对于颗粒较细的粘土，因其渗透性差，沉淀性能差，通常不采用淋洗技术。
[0003]电动修复(electrokinetic remediat1n)技术是利用电化学中的电迀移作用和电渗析作用将土壤中的污染物从土壤中分离出来，其在粘土中的效果优于砂质土壤。
[0004]鉴于淋洗和电动修复技术在适用土壤类型上的互补特点，韩国科研人员(Gye-NamKim)将淋洗与电动作用结合起来，形成电动-淋洗修复技术(electrokinetic-flushingremediat1n)，由水泵提供淋洗驱动力。但实验结果显示与单纯的电动修复技术相比，效率仅提高了 2?6 %，没有明显效果。
[0005]无论是电动修复技术还是电动-淋洗修复技术，都仅利用了电化学过程中的电迀移和电渗析作用，电极反应产物和电热效应在其中均起负面作用，因此被加以排放或控制(电极反应的气体被释放、酸碱被中和；通过采用低土壤电压梯度I?2V/cm控制土壤温度升尚)。
【发明内容】
[0006]本发明通过将一侧电极池密闭和提高土壤电压梯度的方式，将电极产物和电热效应利用起来，使其对淋洗技术发挥正面作用，构成电化学淋洗技术(electrochemistry-f Iushing, E-flushing)，大幅度提高了土壤淋洗的效果和效率，同时，还利用电极反应产物对淋洗液中的污染物进行同步处理。
[0007]为实现本发明目的而采用的技术方案是:⑴将一侧电极池I密闭起来，电极2上产生的气体，H2(图1和图2)或者O2(图3)使该电极室内的气压升高，将该电极池的淋洗液压入土壤形成淋洗过程；该侧的另一电极反应产物，OH—离子(图1和图2)或者H+离子(图3)，在电场作用下随淋洗液一起进入土壤中，促进土壤重金属离子(CrO4' Pb2+、Cd2+、As043_等)和有机污染物的解吸。
[0008](2)采用高土壤电压梯度将密闭土壤室3中的土壤加热升温，促进土壤中污染物的解吸，同时，高土壤电压梯度也加快了已解吸的重金属离子迀移到另一个电极室4中的速度。
[0009]迀移到电极室4的重金属离子、OF离子或H+离子与电极5上产生的Fe2+离子(图1和图2中的电极5材质为铁)或0『离子(图3中电极5的材质为惰性材料，如:石墨、金属铂、不锈钢等)反应，被还原或形成沉淀物，实现对淋洗液的同步处理。
[0010]电极池4中的淋洗液通过循环水泵被抽送到泥水分离器6中，通过自由沉降、离心分离等泥水分离技术将淋洗液中的沉淀物分离出来，清洁的淋洗液重新返回电极池4。
【附图说明】
[0011]本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。
[0012]图1针对酸根形式存在的重金属和有机污染土壤电化学淋洗立式装置结构示意图。
[0013]图2针对酸根形式存在的重金属和有机污染土壤电化学淋洗卧式装置结构示意图
[0014]图3针对以阳离子形式存在的重金属污染土壤电化学淋洗立式装置结构示意图
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明范围内。
[0016]实施例1:
本实施例中，一个工业场地土壤被铬(VI)所污染，Cr (VI)浓度为2740mg/kg，使用图1中的装置对该土壤进行E-flushing修复，修复实验60min。
[0017]电极2为阴极、电极5为阳极，二者均为铁质电极，淋洗液为0.005mol/L的NaCl溶液，土壤层后1cm。修复过程中，土壤电压35.5V/cm，土壤温度由14°C升至52°C。阴极2上释放的H2气使得密闭的阴极室I中气压升高，将淋洗液压入土壤层3形成淋洗过程。阴极2上的另一个反应产物0!1_离子在电场作用下随淋洗液一起进入土壤中，通过竞争吸附促进CrO42-离子(Cr(VI)在土壤中以CrO42—的形式存在)从土壤颗粒表面解吸下来进入淋洗液。同时，土壤温度的升高也极大地促进了 CrO42-的解吸。此外，淋洗过程也阻止了 0H—离子在土壤中形成碱界面，对修复过程带来负面影响。解吸下来的CrO42-离子和部分OH—离子在淋洗和电迀移的共同作用下，以0.41cm/min的速度最多耗时2.5min离开土壤进入阳极室4(同样的土壤厚度，电动修复采用lV/cm的电压梯度耗时10min)。在阳极室4中，阳极5的电极反应产物Fe2+与CrO 42_离子反应生成低毒的Cr 3+离子和Fe 3+离子，二者又与随淋洗液一起穿过土壤层进入阳极室的0H—离子反应生成Cr (OH) 3和Fe(OH) 3沉淀，淋洗液又被抽到沉淀器6中将Cr(OH)# Fe (OH) 3沉淀从淋洗液中分离出来。该E-flushing实验中，土壤中Cr(VI)的去除率达到38%，而在同样装置中进行的对比淋洗实验中，Cr(VI)的去除率仅为17%，本发明使淋洗的修复效率提高了一倍以上。
[0018]实施例2:
本实施例中，使用图1和图2中的装置对多环芳烃污染土壤进行E-flushing修复。
[0019]电极2为阴极、电极5为阳极，二者均为铁质电极，淋洗液为0.005mol/L的NaCl溶液，土壤层后20cm，土壤电压500V/cm。修复过程中，阴极2上释放的H2气使得密闭的阴极室I中气压升高，将淋洗液压入土壤层3形成淋洗过程。阴极2上的另一个反应产物0!1_离子在电场作用下随淋洗液一起进入土壤中，是土壤PH升高，从而促进多环芳烃的解吸。同时，土壤温度的升高也极大地促进了多环芳烃的解吸。解吸下来的多环芳烃和部分0!1_离子在淋洗和电迀移的共同作用下进入阳极室4。在阳极室4中，阳极5的电极反应产物Fe2+及其与溶解氧反应生成的Fe3+离子与随淋洗液一起穿过土壤层进入阳极室的0!1_离子反应生成Fe(OH)JP Fe(OH) 3沉淀，Fe (OH) Fe (OH) 3作为混凝剂随淋洗液一起被抽到沉淀器6中通过混凝沉淀作用将多环芳烃从淋洗液中去除。
[0020]实施例3:
本实施例中，使用图3所示装置对铅污染土壤进行E-flushing修复。
[0021]该装置中电极2为阳极、电极5为阴极，二者均为石墨电极，淋洗液为0.005mol/L的NaNO3溶液，土壤层后50cm，土壤电压300V/cm。修复过程中，阳极2上释放的O 2气使得密闭的阳极室I中气压升高，将淋洗液压入密闭的土壤层3形成淋洗过程。阳极2上的另一个反应产物H+离子在电场作用下随淋洗液一起进入土壤中，通过竞争吸附促进Pb 2+离子(铅在土壤中以Pb2+的形式存在)从土壤颗粒表面解吸下来进入淋洗液。同时，土壤温度的升高也极大地促进了 Pb2+的解吸。此外，淋洗过程也阻止了土壤中酸、碱界面的形成。解吸下来的Pb2+离子和部分H+离子在淋洗和电迀移的共同作用下，进入阴极室4。在阴极室4中，Pb2+离子与阴极5的电极反应产物OH _离子反应生成Pb (OH) 2沉淀，含Pb (OH) 2沉淀的淋洗液被抽到沉淀器6中将Pb (OH)2沉淀从淋洗液中分离出来。
【主权项】
1.一种污染土壤修复方法； 其特征在于:污染土壤位于两电极室中间，其中一电极室密闭，该电极室内电极反应产生的气体使电极室气压升高，驱动电极液进入土壤形成淋洗过程。
2.实现权利要求1所述的方法采用的装置； 其特征在于:实现权利要求1所述方法的装置由阴极室、阳极室和位于二者之间的土壤室构成，其中阴极室或阳极室根据所处理的土壤污染物不同，一个密封另一个敞开；密闭电极室内的气压在通电过程中因电极反应释放的气体而升高，将电极液压入土壤形成淋洗过程。
【专利摘要】本发明提出了一种污染土壤修复方法和装置，利用电化学反应产物和过程实现对污染土壤的淋洗修复和淋洗液的同步处理。装置主体由电极室1、4和土壤室3构成，电极池1为密闭结构，电极2上产生的气体使该室气压升高，将淋洗液压入土壤形成淋洗过程；电极2上产生的OH-(或H+)离子进入土壤促进重金属离子和有机污染物的解吸。通电时的电热效应使土壤升温，促进污染物解吸。被淋洗到电极室4的重金属离子、有机污染物和OH-(或H+)离子与电极5上产生的Fe2+(或OH-)离子反应，被还原或形成沉淀物。电极池4中的淋洗液被抽送到泥水分离器6中将沉淀物分离出来之后重新返回电极池4，实现对淋洗液的同步处理。
【IPC分类】B09C1-02
【公开号】CN104874600
【申请号】CN201510303981
【发明人】李 东, 孙德林, 胡思扬, 纪国柱, 胡静, 桂宸鑫, 袁兴中
【申请人】重庆大学
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月5日