通过电化学方式加入化学溶剂降低土壤渗透性的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于环保技术领域，具体涉及一种降低土壤渗透性，提升土壤强度的方法。
【背景技术】
[0002]当突发性环境事件发生时，污染物泄漏至土壤中，随着降雨和扩散进入地下水层中。应急处置通常分为三个步骤:污染源控制，扩散过程控制以及污染物处置和收集。目前常用的几种应急方法有人工治理法，即截污导流并稀释被污染的地下水；活性炭吸附法，用活性炭吸附地下水中的污染物；加药法，在被污染的地下水体中加入化学药剂，利用中和反应沉淀降解等作用去除污染物；加热法，通过加热蒸汽等方法，使污染物易于去除；原位冲洗法；原位稳定-固化方法；植物处理方法；空气注入修复技术等方法。然而这些应急处理办法都是在地下水已经污染的条件下进行，并不能有效避免地下水污染。
[0003]故固结土壤降低土壤渗透性，可以使得污染物渗透到地下水层的时间变长，为人工清理污染物，微生物降解已渗入土中的有机污染物赢得宝贵的时间。
[0004]目前固结土壤的方式有很多种，如在土壤中加入粉煤灰；加土壤中加入单宁胶；加入铁离子，在土壤孔隙中生成氢氧化铁胶体封堵土壤；加入尿素和氯化钙，并用细菌诱导生成碳酸钙沉淀。其中最常用的也研究的最多的方法是在土壤中灌入氯化钙和尿素，并灌入细菌悬浊液，在土壤的孔隙中诱导生成碳酸钙，降低土壤的渗透性。但是这些方法存在很多问题，比如只能异位处理；灌浆方式复杂；生成的碳酸钙分布不均匀，土壤表层易胶结，影响溶液进一步的灌入；反应速度慢；微生物对土壤环境要求高，过高的尿素抑制微生物的生长；在土壤孔隙较小的情况下，微生物悬浊液难以渗入较深层的土壤内。
[0005]由于这些问题的存在，本发明提出了一种通过电化学的方式加入化学溶剂提升土壤性质的方法。该方法具有可以原位处理被污染土壤的优势，并且适用于各种性质的土壤，反应速度快，可以在很短时间内降低土壤的渗透性。且由于在土壤中生成的沉淀为碳酸钙，硅酸钙等土壤原本含有的物质，不会产生二次污染。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种可以快速、原位、且无二次污染的降低土壤渗透性的方法。
[0007]本发明提供的降低土壤渗透性的方法，是通过电化学的方式加入化学溶剂到土壤中，提升土壤性质，具体步骤如下:
Cl)首先，在装置内装入待处理土壤，加水，使土壤含水率为30-40% ；
(2)然后，在阴阳极电极槽中分别加入化学溶剂，阳极加入浓度为I土0.2 mol/L的氯化钙溶液，阴极加入浓度为I±0.2 mol/L的含硅酸根，碳酸根，磷酸根，氢氧根的化学溶液；
(3)最后，以石墨或不锈钢为电极，外加直流电场，电压梯度为2±1V/cm，当电流减小至恒定值时即可停止反应。
[0008]本发明中，土壤的选择为:土壤中大于2mm的砾石含量小于30%，保证土壤具备饱和含水率(在30-40%之间)。
[0009]本发明方法可以在快速、原位、清洁地大幅度降低土壤的渗透性，旨在防止土壤表层突发污染事件时污染物向地下水的迀移，避免污染地下水。
【附图说明】
[0010]图1为降低土壤渗透性的电化学装置示意图。
【具体实施方式】
[0011]本发明中土壤大于2mm的砾石含量应小于30%。下面通过具体实施例，进一步描述本发明。
[0012]实施例1:
实验所用的土壤系上海采集的表层土，土壤的有机质和PH分别是5.15%和8.11，土壤成分包含14.54%的粘土，39.11%的粉砂，46.35%的砂土。
[0013]在实验中所用的电化学装置如图1所示，电化学装置是由有机玻璃制成，尺寸为16cm X 5 cm X 7 cm (长X宽X高)。装置主要分为三个部分:阳极室、阴极室、及包含土的中间极室。将干燥的土壤加入中间极室内，并在阳极室和阴极室中加入超纯水，直至两边极室的水位不再降低，将多余的超纯水用针筒抽出。在阳极室中加入10mL浓度为1±0.2 mol/L的氯化钙溶液，阴极室中加入10mL浓度为1±0.2 mol/L的碳酸钠、磷酸二氢钾、硅酸钾、及氢氧化钠溶液。在阴极室的附近，另设一个用阳离子膜隔开的副极室，并向该极室中加入100 mL超纯水。分别在副极室及阳极室中放入不镑钢电极板后，施加直流电场，其电压梯度为2±lV/cm。直至电流减小至恒定时停止本反应。结果表明，6h后，阴极也为碳酸钠、磷酸二氢钾、硅酸钾、及氢氧化钠的实验组，其土壤渗透性相比初始土壤渗透性分别降低了 91.7%,50.2%,85.7%、及61.3%，并维持稳定。经测定，此时土壤渗透性低至7.23X 10 7 m/s、4.34X 10 6 m/s、5.58X 10 7 m/s、及 8.72X 10 6 m/s。同时，反应结束后平均 pH 为 7.20、6.03、7.06、及 8.52。
[0014]实施例2:
实验所用的土壤系上海采集的表层土，土壤的有机质含量及PH分别为5.15%和8.11，土壤成分包含14.54%的粘土，39.11%的粉砂，46.35%的砂土。
[0015]在实验中所用的电化学装置如图1所示，电化学装置是由有机玻璃制成，尺寸为16cm X 5 cm X 7 cm (长X宽X高)。装置主要分为三个部分:阳极室、阴极室、及含土的中间极室。将干燥的土壤加入中间极室中，并在阳极室，阴极室中加入超纯水，直至两边极室的水位不再降低，将多余的超纯水用针筒抽出。在阳极室中加入100 mL浓度为1±0.2 mol/L的氯化钙溶液，阴极室中加入10mL浓度为1±0.2 mol/L的碳酸钠、磷酸二氢钾、硅酸钾、及氢氧化钠溶液。在阴极室的附近，有一个用阳离子膜隔开的副极室，向该极室中加入10mL超纯水。分别在副极室及阳极室中放入石墨电极板后，施加直流电场，电压梯度为2±lV/cm。当电流减小至恒定时停止反应。结果表明，6h后，土壤渗透性相比初始土壤渗透性降低了 81.2%,46.5%,78.3%、及51.4%，并维持稳定。经测定，此时土壤渗透性低至 7.07X 10 7 m/s、4.05X 10 6 m/s、5.45X 10 7 m/s、及 8.71 X 10 6 m/s。同时，反应结束后土壤的平均 pH 为 7.13、6.22、7.01、及 8.31。
【主权项】
1.一种通过电化学方式加入化学溶剂降低土壤渗透性的方法，其特征在于具体步骤如下: (1)首先，在装置内装入待处理土壤，加水，使土壤含水率为30-40%； (2)然后，在阴阳极电极槽中分别加入化学溶剂，阳极加入浓度为I土0.2 mol/L的氯化钙溶液，阴极加入等当量的含硅酸根、碳酸根、磷酸根和氢氧根的化学溶液； (3)最后，以石墨或不锈钢为电极，外加直流电场，电压梯度为2±1V/cm，当电流减小至恒定值时，停止反应。2.根据权利要求1所述的的方法，其特征在于土壤的选择:土壤中大于2mm的烁石含量小于30%，以保证土壤的饱和含水率在30-40%之间。
【专利摘要】本发明属于环境保护技术领域，具体为一种通过电化学方式加入化学溶剂降低土壤渗透性的方法。本发明以砾石含量应小于30-40%的土壤为对象，在阳极加入氯化钙溶液，在阴极中加入等当量的含碳酸根、磷酸根、硅酸根氢氧根的电解质，分别采用石墨板及不锈钢板为电极，施加直流电压，电压梯度为2±1V/cm，通电直至电流降低到恒定值。土壤渗透性最高可以降低91.67%，土壤渗透性最低降至7.23×10-7m/s，电修复后土壤pH在中性附近。
【IPC分类】B09C1/08
【公开号】CN105127192
【申请号】CN201510576844
【发明人】陈思, 温磊, 万春黎, 刘翔, 王利
【申请人】复旦大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年9月12日