一种清除河道底泥中重金属和多环芳烃的装置的制造方法_3

文档序号:9965264阅读:来源:国知局
强,对其它金属离子的吸附作用较弱;活性炭对Cr、Hg' Mn' Pb2+的吸附效果较强,对其它金属离子的吸附作用较弱;CaO/NaY碱性沸石,粒径为300?400目;Ηβ酸性沸石,粒径为300?400目;对于平衡溶液中pH有着积极的作用;固体吸附材料包括高岭石、钙基凹凸棒、钙基海泡石和活性炭,粒径均为200?300目,均匀混合加工处理,有利于更好地与污染物重金属离子接触,提高对重金属离子的吸附率;
[0041](4)本实用新型通过检流计的读数大小以及稳定性,能够判断生物燃料电池的电压强度大小以及电压的稳定性,修复过程中,控制生物燃料电池I?2V/cm,满足电动修复过程中对电压需求的同时,还能够对重金属离子和多环芳烃污染物的移动速率起到良好的控制作用,以便于将生物表面活性剂和强化电动法相结合去除河道底泥中的重金属和多环芳烃污染物;通过底端阀门I,蠕动栗将电解液杯II中的电解液栗入阴极区内,通过底端阀门II,蠕动栗将电解液杯II中的电解液栗入阳极区内,通过底端阀门III,蠕动栗将电解液杯III中的电解液栗入底泥区的顶部;当电解装置中充满了电解液后,阴极区内的电解液通过设置有上端阀门I的管道流入到电解液杯I内,电解液杯I内的电解液,再流入电解液杯II中,通过底端阀门I,蠕动栗将电解液杯II中的电解液栗入阴极区内,完成电解液的一次循环流动;阳极区内的电解液通过设置有上端阀门II的管道流入到电解液杯I内,电解液杯I内的电解液,再流入电解液杯II中,通过底端阀门II,蠕动栗将电解液杯II中的电解液栗入阳极区内,完成电解液的另一次循环流动。根据连通器原理,电解液在电解装置内下进上出,形成循环电解液,有利于维持溶液中pH的稳定,不会产生二次污染;
[0042](5)本实用新型由于生物表面活性剂和电动法的联合作用,通过检流计控制生物燃料电池的电压梯度,以控制重金属离子和多环芳烃污染物的移动速率,在外电流的作用下,使底泥区内底泥中的重金属离子和PAHs污染物发生迀移,然后透过物质交换膜分别进入电解装置的阴极区和阳极区内,重金属离子污染物被阴极区和阳极区内的固体吸附材料所吸附;生物表面活性剂降低污染物与底泥之间的表面张力,增加其解吸附能力,从而增加其在液相中浓度,加快了污染物的移动速率,进而提高了其降解率及其降解速率;
[0043](6)本实用新型对修复原位河道底泥中重金属和多环芳烃的方法的研究具指导作用,这种有效的转化、去除底泥中重金属离子和多环芳烃的方法对于修复大面积整体河道底泥,及水体污染的治理具有重要的意义;
[0044](7)本实用新型所述的蠕动栗的出口与所述的底泥区底部中间位置处连通的管道上设有底端阀门III ;用于控制蠕动栗向底泥区的顶部栗入电解液,保证生物活性表面剂能与底泥充分接触,提高污染物的解吸附能力;
[0045](8)本实用新型所述的底泥区被平均划分为阴极采样区、中间采样区和阳极采样区三个区域,三个区域之间无分离设置,重金属和多环芳烃物质在三个区域之间能够自由移动,所述的阴极采样区的顶部上设有阴极采样口,所述的中间采样区的顶部上设有中间采样口,所述的阳极采样区的顶部上设有阳极采样口 ;实验前后分别从三个采样口采取样品,对比检测分析不同区室重金属离子和多环芳烃的去除率。
【附图说明】
[0046]图1为本实用新型的电解液全部充满整个电解装置后的结构示意图;
[0047]图2为本实用新型图1中生物燃料电池放大后的结构示意图。
[0048]不意图中的标号说明:
[0049]1、阴极区;2、阳极区;3、出气口 ;4、阴极采样口 ;5、中间采样口 ;6、阳极采样口 ;7、底泥区;8、上端阀门I ;9、底端阀门I ;10、上端阀门II ;11、底端阀门II ;12、底端阀门III ;13、蠕动栗;14、电解液杯II ;141、电解液杯III ;15、底泥;16、物质交换膜;17、电解液杯I ;18、阳极棒;19、阴极棒;21、负极;22、堆肥层;23、正极。
【具体实施方式】
[0050]为进一步了解本实用新型的内容,结合附图及实施例对本实用新型作详细描述。
[0051]实施例1:
[0052]—种清除河道底泥中重金属和多环芳烃的装置,包括电解装置、生物燃料电池和检流计,其中,所述的电解装置包括阴极区1、底泥区7和阳极区2,从左到右依次为阴极区
1、底泥区7和阳极区2 ;所述的阴极区I的顶部上和所述的阳极区2的顶部上均设有出气口 3,设置出气口有利于电解装置内外的气体交换,保证电解装置内压强的稳定,有利于促进电解质溶液以稳定的速率循环流动,所述的阴极区I的侧面上部通过管道与电解液杯连通,所述的电解液杯通过管道与蠕动栗13的入口连接,所述的蠕动栗13的出口通过管道与阴极区I的侧面下部连通;
[0053]所述的电解液杯包括电解液杯117、电解液杯1114和电解液杯III14 ;所述的电解液杯内含有电解质溶液,即电解液杯117、电解液杯1114和电解液杯III14均含有电解质溶液,所述的电解质溶液是由浓度为4.0X 10sCFU/mL的枯草芽孢杆菌悬液,浓度为2g/L的营养盐NaCl和浓度为250?350mg/L的生物表面活性剂组成的混合溶液,所述的电解质溶液的PH值范围控制在6.1?6.9之间,呈弱酸性;生物表面活性剂相对于人工合成表面活性剂,不存在二次污染,安全性好,效率更高,生物表面活性剂是鼠李糖脂、槐糖脂、皂角苷和枯草菌中的任意一种,或者是其中几种的组合,四种生物表面活性剂对重金属离子和多环芳烃都有很强的解吸附作用,电解质溶液在蠕动栗13的带动下以600mL/h?800mL/h的速度流动,该流速条件下既满足电解液对电解过程的供应需求,同时又能综合考虑到生物表面活性剂与污染物的接触,保证其在最适合的解吸附范围的作用条件下,满足污染物转移、传递、流出的最优化需求,电解液中的添加剂使用生物活性表面剂鼠李糖脂取代原有活性表面剂,不会产生二次污染,添加剂浓度为250?350mg/L鼠李糖脂电解液,以600?800mL/h的流速在电解装置内流动,对底泥中多环芳烃的解吸附作用以及去除率最佳。
[0054]所述的阴极区I的侧面上部通过管道与电解液杯117的顶部连通,该管道上设有上端阀门18,电解液杯117的侧面底部与电解液杯1114的侧面上部连通,与蠕动栗13的入口连通的管道从所述的电解液杯1114的顶部,竖直插入到所述的电解液杯1114的底部,所述的蠕动栗13的出口与阴极区I的侧面下部连通的管道上设有底端阀门19。用于控制蠕动栗13向阴极区I内栗入电解液。
[0055]所述的生物燃料电池为圆筒状,包括负极21、堆肥层22和正极23,所述的负极21布设在圆筒外侧,所述的正极23布设在圆筒内侧,所述的负极21和所述的正极23之间设有堆肥层22 ;保障生物燃料电池的有效运行。负极21由外向内依次布设保护层、扩散层、炭基层、阴极膜电极和催化层,正极23由外向内依次布设保护层、扩散层、炭基层、阳极膜电极和催化层。负极21和正极23均采用这种层层相叠的布设方式,一方面有利于对生物燃料电池正负极的保护,促进电解装置长时间的有效运行,另一方面这种层状结构,能够催化堆肥层22内的堆肥反应,加快堆肥层22内堆肥的转化速率,促进电流的稳定产生和传递。
[0056]所述的堆肥层22内为中度熟化的堆肥产物。
[0057]将生活、生产所产生的垃圾,即菜叶、蛋壳、果皮和秸杆破碎,混合处理后与麦麸、米糠、碎稻壳和细菌培养料,依次按照100?110:3?4:3?4:100?110:35?40的质量比混合均匀,将混合物的含水量调至50% -60%,调整pH至6.7?7.3之间,自然发酵,得到中度熟化的堆肥产物填充到所述的堆肥层22内,达到以废治废的效果,利用生物燃料电池代替了单向直流电源,节约能源的同时也能实现废物的再利用。
[0058]所述的阴极区I内设有阴极棒19,所述的阴极棒19的顶部与生物燃料电池的负极21电连接,生物燃料电池的正极23与所述的检流计的一端电连接,所述的检流计的另一端与阳极棒18电连接,所述的阳极棒18设置在所述的阳极区2内,所述的阳极区2的侧面上部通过管道与电解液杯连通,所述的电解液杯通过管道与蠕动栗13的入口连接,所述的蠕动栗13的出口通过管道与阳极区2的侧面下部连通;
[0059]所述的阳极区2的侧面上部通过管道与电解液杯117的顶部连通,该管道上设有上端阀门Π10,电解液杯117的侧面底部与电解液杯1114的侧面上部连通,与蠕动栗13的入口连通的管道从所述的电解液杯1114的顶部,竖直插入到所述的电解液杯1114的底部,所述的蠕动栗13的出口与阳极区2的侧面下部连通的管道上设有底端阀门1111。用于控制蠕动栗13向阳极区2内栗入电解液。
[0060]所述的阴极棒19和所述的阳极棒18均为石墨电极,所述的阴极区I内填充固体碱性材料和固体吸附材料,所述的阳极区2内填充固体酸性材料和固体吸附材料。碱性材料和酸性材料能够对电解液PH的控制起到积极作用,固体吸附材料能够吸附底泥中的重金属离子。
[0061]所述的固体碱性材料为CaO/NaY碱性沸石;所述的固体酸性材料为Ηβ酸性沸石;所述的固体吸附材料包括高岭石、钙基凹凸棒、钙基
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