污染土壤的电增强的原位修复的制作方法

专利名称：污染土壤的电增强的原位修复的制作方法
技术领域：
本发明涉及污染土壤的电增强的原位修复方法。本发明进一步涉及使用这种方法的系统和设备。
背景技术：
发明人与本发明相同的美国专利第5,433,829号(引入本文作参考)描述了一种电修复的方法，其涉及在电场的影响下原位诱导不需要的离子(离子配合物或带电颗粒)的运动并穿过土壤。这可以通过在地下插入阳极和阴极网格，或者当有地下水运动时，通过在地下水流方向的横向插入交替阳极筛网来实现。在US 5,589,056和US 5,846,393中描述了相似的技术。
其它的电修复技术(未在美国专利第5,433,829号中描述)包括电增强的植物修复(phyto-remediation)和生物修复(bio-reclamation)。植物修复涉及种植和收割从土壤中吸收了离子和离子配合物的植物，其中通过在电场影响下使土壤中的离子和离子配合物在植物的根部周围运动来增加吸收的空间范围。生物修复涉及电加热土壤以增加化学/物理反应和/或生物活性除去不可取材料的速度。
原位电修复通常涉及在很大范围，典型地是数十或者甚至数百米的陆地上，并且在很长的持续时间，典型地数月或者甚至数年内产生电场。为了使这种处理是经济且可使用的，需要使用尽可能少且尽可能简单的电极并且使用可以使用的尽可能高的电流通过这些电极。另外，使用很大量的电能。尽可能高效地使用这种能量是可取的。
另一个成本因素是在这么长时间和这么大面积上操作期间人力干预或监督的成本。用来实施所述方法的设备应该能够在最少的人力干预或监督下自动操作。因为在这么大从而不可避免是不完全均匀的陆地面积且在这么长的时间尺度上的修复过程行为并不是完全可预测的，所以这可能是困难。
自动操作中一个重要因素是防止电极失效。US 5,433,829描述了各种技术来保证电极的正常运行。一种技术涉及为了选择更换电极的时间而保持每根电极累计使用寿命的记录。US 5,433,829还描述了氢氧化物在阴极上或阴极附近的沉淀而导致的阴极堵塞可能阻碍修复过程的正常操作。当通过电极长期施用DC电流时，发生堵塞。堵塞可能使阴极无法使用并且可能增加阳极和阴极之间的电阻，从而通过增加电极过滤器中产生的热量而造成浪费能量的增加。由于形成酸，在阳极上也可能发生相似的堵塞问题。
US 5,433,829描述了怎样通过将每根电极(阳极和/或阴极)结合在其中循环液体的外壳中，并且带着其外壳将电极插入地下来防止堵塞，所述外壳对于带电颗粒是可以渗透的，但是对于大多数液体是不太能渗透的。使用循环液体除去已经从土壤移动到外壳上的回收的离子、离子配合物和带电颗粒。在阳极的情况中，通过循环也可以充分地除去在阳极上形成的酸。在阴极的情况中，为了溶解氢氧化物或者阻止形成氢氧化物，通常需要使包含增加了酸的液体循环通过外壳。为此，测量并且控制循环通过外壳的液体的pH、氧化还原电势、电导率和温度，从而尽可能加速处理。施用可以施用而不会堵塞的最大电流。
实际上，已经发现在该过程期间在一些阴极上偶然会生长氢氧化物硬皮(crust)。厚的硬皮使阴极失效，以至于必须在地下更换阴极，并且在阴极修复过程实际上已经停止直至更换阴极之后。
植物修复吸引人的方面是其低的成本。因为通过收割收集不可取的材料并且不需要在电极处收集，所以可以使用仅供应所需的DC直流以诱导在根附近充分运动的简单电极，而不需要循环液体以捕获材料的外壳。但是，不循环液体以除去氢氧化物或酸，在阳极的不可逆酸化前仅能向电极施加DC电流有限的时间并且将在阴极形成氢氧化物，使电极失效。
可以使用交流电流来进行用来自电极的电流加热土壤，从而可以避免堵塞。但是，使用来自电极的电流加热土壤也有其问题。在此情况下，电极附近的沸腾可能是个问题。这会导致例如各种碳酸盐的常见物质在电极上的沉积。

发明内容
本发明的目的之一是增加土壤中原位电修复的高效自动操作的可靠性。
本发明的目的之一是在土壤的原位电修复期间防止所用电极寿命降低。
本发明的目的之一是在土壤的原位电修复期间防止在所用阴极上形成氢氧化物硬皮。
本发明的目的之一是在土壤的原位电修复期间最小化由于电极问题引起的处理时间的损失。
本发明的目的之一是降低土壤的原位电修复期间所需的能耗。
本发明的目的之一是提供可以通用于不同类型修复过程的用来控制土壤修复的电学设备。
根据本发明一个方面的土壤修复方法在权利要求1中提出。该方法包括当检测到由于从特定电极的表面到土壤的电流通路中电阻增加而引起的电阻增加时，临时降低通过该特定电极的电极电流。
通常，从电极出发的电流通路，特别是从电极表面到土壤中具有均匀整体性质处的电流通路的电阻，在短期内将不会改变。所述电阻的增加表明某电极处有问题。通过使通过该电极的平均电流临时降低一个显著的步长(step)(例如至少10％并且优选降至零)，可以解决问题。
在电极附近的土壤中，临时降低允许电极周围的介质冷却下来，从而可以以正常的方式恢复所述处理。
在阴极的情况中，举例来说在阴极上面沉积的氢氧化物引起电阻增加的情况中，因为临时降低了氢氧根的产生，所以降低电流使酸除去氢氧化物。优选地，通常将通过阴极的平均电流电平控制在与酸供应一致的平衡水平，或者接近平衡水平以下，从而使阴极附近的液体的pH值呈现动态平衡。在检测到电阻增加时，将平均电流电平降至基本上(substantially)低于该电流电平。
典型地，在预定的介于5分钟至两小时之间，例如50分钟的持续时间间隔期间，降低阴极处的电流。根据预期在阴极沉积的特定氢氧化物的溶解性来选择时间间隔的长度。已经发现这足以抵消硬皮的形成并且不会导致处理时间的过多损失。
优选地，仅在检测到电阻增加的个别电极处，或者对于包含该电极的一次组(sub-group)电极降低电流。已经发现通常不会同时在所有电极处发生电极问题。因此，通过仅在所选电极处降低电流，进一步限制了处理时间的损失。
可以按照许多方法测量电阻增加。在一个实施方案中，通过测量通过阳极或阴极的平均电流和阳极与阴极之间的电压差，或者如果事先知道该电流或电压，通过测量另一个来测量阴极与其附近阳极之间的总电阻信息。如果电流或电压之一保持恒定，甚至不需要明确地确定电阻，因为在此情况下如果电压或电流分别保持恒定，电流或电压中可变的另一个指示电阻。可以使用阳极和阴极之间总电阻的增加来触发电流的临时降低。
在一个实施方案中，在第一和第二电极之间施加平均电压并且控制通过第一电极的平均电流。因此，可以保证氢氧根的产生和酸的供应之间的平衡处于设计的水平。例如通过调节电源与电极导电相连的工作周期来实现平均电流控制。该技术具有容易重新设置供电系统以实施其它功能的优点，例如通过控制工作周期供应调整的平均电压，或者通过在从AC电源输出不同相期间提供电导相连而反转电流极性。
在控制通过第一电极的平均电流的实施方案中，可以从电极间的电压差获得关于总电阻的信息。可选地，可以测量通过第二电极的电流以获得更精确的关于第二电极附近电阻的信息。
从阳极和阴极之间的电压差确定电阻信息和/或确定通过这些电极的电流具有需要最少电极的优点。但是，使用总电阻的缺点在于阴极处与电极情况无关的土壤电阻变化可能影响测量。这种变化包括土壤中pH的变化、盐在土壤中的沉淀、温度变化等。为了阻止这一点，优选从总电阻中消除至少一部分来自土壤电阻变化的影响。
通过使用至少一个另外插在土壤中的电极并且使用从该附加电极测量的电压降来消除土壤电阻变化的影响，可以实现在检测时消除土壤电阻率的影响。这可以以许多种方式进行，例如通过测量恒定电流通过土壤的区域中一对探测电极之间的电压降作为土壤电阻的表示，并且从该电阻计算从阴极到阳极的电阻属于土壤的有多大。通常，可以假定在处理区域中不同位置处土壤响应相似，并且在此情况下探测电极对不必位于用来测定电阻的阴极附近。因此，可以使用一对探测电极来消除土壤电阻率变化对从多个不同的阴极和/或阳极处的电压和/或电流获得的测量结果的影响。
所述电极对中的一个或者两个都可以适当地用作阳极或阴极。在另一个实例中，测量从阴极到附近电极(比最近的阳极近得多)的电压降作为阴极附近电阻的直接表示。
根据本发明另一个方面的土壤修复方法测量关于地下水流速的信息(例如通过测量沿流动方向相互远离位置之间地下水位差)并且使用该信息来调节阳极和阴极之间沿流动方向的横向的线的电压差。当土壤中的电压低于阈值水平时，电场将太弱，以至于来自部分地下水流的离子将无法转移足够远而到达阴极或阳极。施加导致电场强度高于该阈值水平的阳极-阴极电压差将浪费能量。阈值水平取决于地下水流速。通过调节电压至根据流速预测的阈值水平，可以节省能量而不会危害清洁。优选地，给控制计算机提供信息，使其能够针对所处理的土壤指明所需的阳极-阴极电压以及阳极和阴极的布置。
电极过滤器处或附近的电阻变化可能影响产生阈值电场强度所需的阳极-阴极电压。在一个实施方案中，在土壤中使用至少一个探测电极来消除这种影响，调节阳极-阴极电压直至来自探测电极的电压降达到已经对土壤预测的必要阈值水平。优选将土壤中一对探测电极之间的电压降用于这一目的，但是当知道大多数电阻变化发生在一种类型电极上(特别是阴极)时，可以使用从探测电极到另一个电极(特别是阳极)的电压降。
在另一个实施方案中，在阳极和阴极阵列处或附近布置渗透源，并且根据测量的地下水流速控制来自阳极和到达阴极的电流电平。对电流电平和流速之间的关系进行编程，使得足够的材料渗入。在另一个实施方案中，在电流电平选择期间对阳极和阴极之间的电场给出下限，从而保证基本上渗入全部地下水流。
根据本发明另一个方面的土壤植物修复方法在预测被堵塞之前，在根据测量的已经从一个电极到另一个电极通过的累积电荷量选择的时间点处反转电极之间的电流极性。这就可以使用非常简单的电极而不会堵塞。
根据本发明另一个方面的土壤修复方法周期性地中断电流，关闭期至少为30秒。在加热的情况中，已经发现碳酸盐在电极附近沉淀(即在表面上或者就在表面附近)，这会聚集蒸汽泡并且妨碍电流。通过中断电流至少30秒，这些气泡有机会逃逸。在一个实施方案中，通过工作周期调整来调节将土壤加热至所需温度的电流，所述工作周期的至少一部分关闭期持续至少30秒。
优选地提供支持所有这些不同方法的通用设备。


图1a，b表示陆地区域中的第一电极阵列。
图2表示陆地区域中的第二电极阵列。
图3表示电源设备。
图4a，b表示由电源设备供应的电压。
图5表示收集效率作为电压函数的图。
图6表示阈值水平作为地下水流速函数的图。
具体实施例方式
下面将结合如上所述的图表来阐述本发明的这些和其它目的以及有利的方面。
图1a，b表示了插在陆地区域土壤中的阴极10(用实心圆圈标记)和阳极12(用空心圆圈标记)阵列的一部分。图1a表示了可以使用交替的一排排阳极和一排排阴极。图1b表示了可以使用阴极10的矩阵，每个阳极12位于四个阴极10中间。图1a中除了阳极和阴极外，还表示了在选定位置处插在土壤中的探测电极对14a，b，选择所述位置使阳极和阴极之间的电压差导致一对探测电极之间的电压降。为了清晰起见，在图1b中省略了这些探测电极，但是应当理解在图1b的布局中同样可以使用这些电极。
图2表示了可以在有地下水流(流动方向由箭头20表示)的陆地区域中使用的阵列。在此情况下，可以沿地下水流方向的横向的线阵列使用交替的阴极10和阳极12。用符号表示了一对探测电极14a，b。另外，在所述线的上游和下游表示了地下水水位传感器22，24。
将阴极10和阳极12插在由阵列填充的陆地区域土壤中，位置如图所示。将阴极10和阳极12与电源相连，以驱动电流通过土壤。另外，可以提供液体供应系统来向阳极12和阴极10供应液体。
图3示意性地表示了电源设备。该设备具有连接单个阴极10(未显示)的阴极连接31和连接单个阳极12的阳极连接38(未显示)。所述设备包含电源30，例如发电机或与电网相连的变压器、阴极电流开关32、阴极电流传感器33、阳极电流控制器34、阳极电流传感器35、阳极电流反馈电路36、参考电流参考源37和控制电路39。
电源30的第一接线端30a与各阳极连接38相连，每个借助阳极电流控制器34和阳极电流传感器35的顺序通过各自的支路。尽管对于第一接线端30a只表示了一个输出线，但是应当理解在AC电源30的情况中，该输出线可以表示多个第一输出导体(例如三个)用于不同的电源电流相。所有这些用于不同相输出的输出导体可以与每个阳极电流控制器34连接，或者各个相输出导体可以与各自的阳极电流控制器组34相连。
每个支路中的阳极电流传感器35的输出借助支路的阳极电流反馈电路36连回支路中的阳极电流控制器34，其还与参考电流参考源37相连。电源30的第二接线端30b与各个阴极连接31相连，每个以阴极电流开关32和阴极电流传感器33的顺序通过各自的支路。电流传感器33，35举例来说可以使用霍尔传感器(本身是公知的)，其测量由电流诱导的磁场；或者电压检测器，其测量在通向连接31，38的通路中的电阻上的电压降。
控制电路39与阴极电流传感器33以及阳极电流控制器34的输出端和/或输入端相连(分别以单线表示输入端和/或输出端，但是应当理解对于不同的传感器或控制器以及对于输入端和输出端，可以使用分离的线，或者可以使用通信总线)。控制电路39还具有与一对或多对探测电极14a，b(未显示)相连的输入端39a。
在操作中，阳极电流控制器34调节每个阳极电流至设定电平。在优选的实施方案中，每个阳极电流控制器34包括用来开关电源30的第一接线端和阳极连接38之间的导电连接的开关，开关分别打开和关闭期间的时间部分的比例使得平均阳极电流达到设定电平。
在优选的实施方案中，电源30是AC电源，并且电流控制器34仅在电源30的接线端的输出电压电平彼此交叉时打开和关闭导电连接。
图4a表示在向每个电流控制器34供应单相的情况中阳极输出连接28处的电压。在此情况中，当第一接线端30a处的电压高于第二接线端30b时，电流控制器34仅在正半周打开导电连接。在第一和第二接线端30a，b之间没有电压差时，即在零交叉时关闭连接。因此，向阳极连接38供应正半电压相40。电流控制器34不会通过由电源30提供的所有正半相。其中导电连接打开的半周的比例与所需的平均阳极电流有关。
图4b表示了在向每个电流控制器34供应三相的情况中阳极输出连接28处的电压。在各周期部分42，44，46中，通过对第一接线端30a的相输出导体的各相建立导电连接来确定电压。在此情况下，电流控制器34交替地打开从第一接线端30a的各相输出导体的导电连接，或者关闭所有导电连接。在与打开的下一个电压交叉时，或者如果关闭所有连接，在最后连接的相输出导体的电压与第二接线端30b的电压零交叉时，电流控制器选择开和关周期部分42，44，46之间的转变时间。仅在相连的相输出导体处电压高于第二接线端30b的电压时连接保持打开。在部分时间内，电流控制器34不将任何相输出导体与阳极输出连接38相连接，或者至少不连接具有最高电压的相输出导体。输出相导体和阳极输出连接38之间导电连接在此期间打开的周期部分所占的比例与所需的平均阳极电流有关。
可以施用在土壤中驱动各种处理，例如包括电动处理和加热处理的设备。在美国专利第5,433,829号中描述了将电动用于土壤修复。在电极和设备安装之前，进行探察性的测量(通常包括对样品取样和测量)以确定土壤性质，例如电学土壤电阻率、对电流的响应和土壤组成。根据测量的结果，选择处理方法。对于给定的处理方法，选择修复处理的参数，例如阳极12和阴极10的数量以及将这些阳极和阴极放置在土壤中的相互距离、将从阳极12和阴极10通入土壤内的电流大小、以及修复过程的持续时间。
可以选择的电流大小受阳极12和阴极10劣化危险的限制。当使用高电流(例如每米阳极或阴极10安培)时，通常需要向阳极12和阴极10供应液体。美国专利第5,433,829号描述了怎样将阳极12和阴极10置于容器中放入地下，通过该容器循环液体，所述容器的壁可以渗透带电颗粒，但是对于大多数液体是不太能渗透的。对于阳极12，液体典型地是水(根据需要添加碱以改善酸的去除，但是通常普通的水是足够的)。在阴极10的情况中，为了补偿由于通过阴极10的电流产生的氢氧根，液体通常包含酸。在此情况下，由通过循环液体去除氢氧根的速率确定最大的可用电流。
优选地，提供两个液体循环系统一个用于阴极，一个用于阳极。从储罐中泵抽液体通过与电极容器连接的导管并且从电极容器返回储罐中。可以通过控制从供应容器送入循环液体的酸或碱流来控制供应给阴极或阳极的液体的pH。通过更新电解质的速率来控制电导率、氧化还原电势和污染物浓度。通过临时切断电流来控制土壤和电极附近的温度。在阳极电解质中通过添加Ca(OH)2、NaOH来控制pH，并且通过添加Ca(OH)2、NaOH来控制氧化还原电势。通过更新电解质来控制电导率。通过更新或者处理电解质来控制污染物浓度。
现在将更详细地说明可以用这种设备控制的各种可能的过程。
电动处理(electrokinetic processing)
通常当必须从土壤中除去污染物时使用电动处理。在阳极12和阴极之间的电场的影响下，污染物从土壤中移向阳极或阴极，在那里将其捕获。
在要除去的污染物中，优选化学结构、污染物存在的形式(与土壤结合、液相、固相、溶解在地下水中)、污染物位置和/或浓度的分布是确定的。为了高效地净化，优选不仅污染物的量是确定的，而且土壤中带电颗粒的总量，和/或土壤的电导率也是确定的。
为了有效地净化，优选污染物主要以带电状态(例如离子、离子配合物等)形式存在，因为污染物的电动速度及其有效的电泳或离子迁移率与电场强度成正比，后者与污染物的有效电荷有关。
通过例如通过改变pH来改变有效迁移率，可以影响净化的速度。在除去重金属的情况中，pH优选是酸性的以保证高的电荷并且抑制与土壤材料结合。在电动处理期间，例如通过从电极液体(或者注入电极附近的液体)通过土壤电动运输酸/碱，可以使pH变成所需的值。通常，在重金属的情况中，优选降低pH(例如降低至1-5的范围内，例如大约3)，并且在例如砷或氰化物的情况中，优选增加pH(例如增加至XX8至XX12的范围内，例如大约10)。在电动净化之前，通过改变pH并且检查电导率和土壤水中的污染物浓度，在实验室中确定适当(或者最优)的pH。土壤与酸或碱混合，并且可以确定特定pH变化所需的克当量质子或氢氧根的所需量。通过使用由于电解在电极处形成的H+和OH-，上述信息可以在电动步骤期间用来调节pH。
在电动处理开始和/或期间，可以供应一种或更多种酸、碱和/或络合剂。基于实验室试验选择这些添加剂。本领域技术人员知道怎么进行这些试验并且怎么根据污染物的类型、土壤组成等基于常识和此处公开的信息选择适当的添加剂。
此外，可以用与酸/碱/络合剂混合或者未混合的污染的土壤材料来进行电动实验室试验。评价样品在不同条件下，例如在不同电流密度(A/m2)下的净化速度。
举例来说，对于具有较小颗粒的粘土或砂子，在大约3的pH下已经实现非常好的结果。已经发现将pH降至3需要的每立方米的克当量质子在约100-2000克当量H+/立方米的范围内。
电动试验和交换试验的结果可以用于计算模型，使用这些模型来确定净化的实际条件。已经通过的每单位体积土壤的电荷(安培秒或法拉第)是净化进度的指示。
修复期间土壤中和电极处的发生的温度、酸性、污染物和其它物质的溶解性、湿度等的变化对土壤材料的电导率有影响。这些变化是较慢的，并且可以预测并用电流和电压测量监控。
可以水平、垂直或者在土壤中以一定角度插入电极的容器。电极容器可以由陶瓷材料制成，或者包有带电颗粒可以渗透但不带电的颗粒(例如膨润土)不太渗透的层(如果需要从土壤中只传输带电的颗粒)。除了陶瓷材料外，可以使用PVC-PE en HDPE管。用于电极液体的供应和诱导导管可以由相同类型的材料制成。这些导管与电极外壳的连接取决于布置电极的方式和其它局部环境，例如地下水水位、在地下布置导管的需要等。液体的循环沿整个活性电极表面发生。这可以通过泵抽或加压，在供应和诱导导管之间的静压力差下来实现。阳极材料，例如石墨、贵金属、钛或涂有贵金属的ebonex可以用于所涉及的过程。实施取决于电极的外壳。为了防止能量损失和不希望的加热，大的电极表面是优选的。有用的形状有条状、线状、电缆板状或网格状。根据污染物的类型，阴极可以包含石墨、(不锈)钢等，并且可以具有对于阳极所提到的形状。
一旦选择了所需的电流，将阳极和阴极插入土壤中。然后，将阳极和阴极与图3所示设备中的阳极连接和阴极连接相连，并且设置所述设备以向阴极平均供应所选择的电流。
控制电路39监控阳极12和阴极10功能是否正常，如果不正常则使所述设备进行干预。电流控制器34确定关于供应给各阳极连接38的平均输出电压的信息。将该信息送到控制电路39。在由开/关切换控制电流的情况中，关于平均输出电压的信息可以是关于“打开”电流的时间分数的信息。
阴极电流传感器33检测通过各阴极连接31带来的平均电流并且向控制电路39提供关于这些电流的信息。
控制电路39典型地可以是合适的编程的微型控制器。在一个方面中，控制电路39监控从单个阴极10进入土壤中的通路的电阻是否增加。当对于特定的阴极10这种增加超过预定的阈值水平时，控制电路39使连接31到该特定阴极10的阴极电流开关33阻断来自特定阴极10的电流预定长的时间间隔，例如50分钟。
将电阻增加看作是氢氧化物在阴极表面处或附近沉积的信号。举例来说，这可能是阴极附近土壤局部性质的差异(例如局部更高的Ca离子浓度)或者酸供应中的变动的结果。如果允许沉淀过程在阴极进行得太久，在该阴极上将形成硬皮，使阴极不可挽回地失效。通过临时切断阴极电流，中断氢氧化物的形成，并且来自循环的酸能够有机会溶解沉积的氢氧化物。
当然，本发明不局限于这些实施方案或者真正局限于图3的具体电路。举例来说，应当理解代替对单个电极使用电流控制电路，可以为单个阴极提供电流控制电路。在此情况下，可以直接调节阴极处的电流。
作为另一个实施例，代替完全切断注入特定阴极的阴极电流，阴极电流可以仅降低至基本上低于由于电流而产生氢氧根和通过用酸循环而除去氢氧根的速率之间达到平衡的水平(例如至少10％)。这可以通过关闭在相应的工作周期下已经检测到电阻增加的特定阴极的阴极开关33来实现。在另一个实施方案中，可以通过关闭、或者降低来自插入特定阴极附近的土壤中的一个或多个阳极的电流而降低来自特定阴极的阴极电流。
为此，控制电路39优选可以获得表明哪个阳极连接38所连接的阳极位于阴极连接31所连的阴极附近的土壤中的信息。这可以通过在控制电路39中储存关于阴极和阳极位置的信息来实现。可选地，需要将在彼此附近插入地下的阳极和阴极与一对预定的阳极连接38和阴极连接31相连，当与一对电极连接中的阴极连接相连的阴极电阻增加时，控制电路39降低流向该对电极连接中的阳极连接38的电流。
优选地，在对所选阴极降低电流时，流向基本上未检测到电阻增加的阴极的电流维持在正常电平。可选地，可以临时关闭或降低流向整个阳极和阴极阵列或者流向包括多个阴极和/或阳极的电极次组的电流。但是这是不必需的，因为已经发现氢氧化物的沉淀通常不会同时在所有阴极上开始。因此，每当一个阴极的电阻增加时就关闭许多阴极将导致不必要的生产损失和更长的处理持续时间。优选通过仅对选择的电极关闭或者降低电流来避免这一点。
当特定阴极附近的电阻反复增加时，持续地少量调节由附近阳极供应的电流(例如在1％的步幅)以阻止氢氧化物形成，从而不必太经常关闭阴极可能是优选的。
确定阴极表面处或附近的电阻增加可以通过各种方法来实现。在优选的实施方案中，在校正了土壤电阻率ρ的影响后，使用阴极和最接近的阳极之间的电阻信息来决定是否降低通过该阴极的电流。校正土壤电阻率ρ的影响是优选的，因为在处理期间，例如由电流和/或外部因素引起的土壤中的化学或物理变化，该电阻率ρ可能会改变。
当每个阳极供应控制的电流I时，可以从阴极和附近阳极之间(或者阴极电压与附近阳极平均电压之间)的电压差Vac获得阴极电阻与土壤电阻的加和Vac＝I×(R土壤+R阴极)
控制电路39优选例如通过从Vac减去I×R土壤的预测值而基本上消除了土壤贡献R土壤的变化的影响。控制电路39可以使用在所考虑的阳极和阴极附近插入土壤中的一对测试电极14a，b之间的电压降的测量值V降来进行这种预测。假定供给阳极的恒定电流I在土壤中引起恒定的电流密度J，电压降V降与土壤的电阻率ρ乘以该电流密度成正比。结果，可以通过V降乘以因子λ来预测I×R土壤I×R土壤＝λV降因此，可以使用Vac-λV降的差值作为阴极附近电阻的表示，其中λ与几何因子，例如测试电极之间的距离和阳极与阴极之间的距离有关。λ与土壤的性质无关，从而一旦在控制电路39中设置可以用于随后的应用。
优选地，对于每个给定的探测电极对，使用探测电极相对于阳极和阴极的坐标和/或阳极和阴极的坐标来计算λ。通过为此目的而接收坐标的控制电路39来进行这种计算。可选地，可以离线进行计算，对于各对电极将λ值输入控制电路39中。在另一个实施方案中，对于在指定位置的探测电极用λ值预先编程控制电路39并且在那些位置插入探测电极。
注意土壤电阻率影响的消除不必是完全精确的。消除了大部分土壤电阻率的影响，从而由氢氧化物沉淀引起的电阻变化的影响超过土壤电阻率的影响就足够了，且所述氢氧化物沉积的量要仍可通过循环液体中的酸来除去。因此，只需要大概知道λ。作为选择，确定Vac∶V降的比例作为阴极附近电阻的表示。该比例仍与土壤电阻率略微相关，但是相关程度小于Vac，以至于在已知λ的情况下，该比例可以用作阴极电阻的更可靠的衡量标准。
通常，预计土壤的电阻率仅作为时间和阳极和阴极插入陆地的位置的函数而轻微变化。因此，通常不必在每个特定的阴极附近布置不同的测试电极对14a，b。可以使用从插在更接近另一阴极处的土壤中的一对测试电极14a，b获得的V降测量结果，来消除土壤电阻对从特定阴极获得的电压Vac的影响。因此，只需使用比阳极和阴极少得多的测试电极。
应当领会可以以其它方法实现土壤电阻率影响的消除。举例来说，可以在每个阴极外壳外面的阴极附近的土壤中插入测试电极。在此情况下，控制电路39可以使用阴极和附近电极之间的电压降作为阴极附近电阻率的表示。作为另一个例子，可以从使用土壤样品的实验室实验预测土壤电阻率变化的时间表。可以将该时间表编入控制电路39并且用来与前面所述相似地校正土壤电阻率的影响。
在再另一个选择中，可以通过例如当临时关闭流向附近其它电极的电流时，通过在两个阳极之间施加测试电压来测量一对阳极之间的电阻而获得关于土壤电阻率的信息。在另一个选择中，控制电路39可以在供应预定电流时使用不同阳极-阴极对的阳极-阴极电压Vac(1)和Vac(2)之间的差值Vac(1)-Vac(2)来确定这对电极之一的阴极附近电阻是否增加。在另一个实例中，可以使用通过特定阴极的平均电流与通过附近阴极的平均电流之间的差值作为电阻增加的指示。
电动筛网处理本领域中已经建议了所谓的水文筛网(hydrological screen)来阻止地下水流中的污染物或者捕获这种污染物。这种筛网通过将(污染的)地下水泵到表面上来形成。这种筛网的缺点是通常需要泵取并随后在水净化过程中纯化大量的水。
可选地，或者与水文筛网组合，可以使用电动筛网。这种筛网没有必须纯化大量水的缺点。电动筛网通过如图2所示的交替电极之间的电场来形成。典型地，在地下水流向的横向施加电场。优选基本上垂直于所述流向施加筛网。
可以使用电动筛网捕获带电的污染物，例如重金属或氰化物。在电场中，这些化合物的运动方向与地下水流方向成一定角度，以至于化合物到达电极而不是继续随着地下水流流动。电极通常布置在外壳中，所述外壳用循环电极液体填充以除去捕获的化合物。基本上，除了因为地下水流保证了污染物会运动到那条线，而仅沿一条线而不是区域提供电极外，其操作与电动处理期间的操作相似。使用电动筛网的重要优点是除去污染物只需要处理少量的电极液体，并且该量通常与电动净化中的水处理是可比的。
为了满意地除去污染物，土壤中通常需要足够强的恒极性(DC)的平均电场强度。如果电场强度太小，将不足以在由地下水流运走污染物之前使一部分污染物偏移而到达电极。
图5用捕获的污染物分数x作为阳极-阴极电压Vac的函数的图显示了这种效应。可以看出分数x随着电压Vac增加而增加直至在土壤中实现临界场强Ec，在该场强以上基本上捕获了所有污染物。该临界场强与土壤中污染物的电荷和迁移率以及地下水流的流速有关。
图6显示了临界场强Ec的预测作为地下水流速u的函数的图。在给定土壤样品性质的测量结果的情况下，可以采用本身已知的数学方法来进行这种预测，所述数学方法例如参见Schaum’s on line serieson Electrical Power Systems van Syed A.Nasser(1990，ISBN0-07-0459177)，第3章。还可以例如通过观测对于不同电场和地下水流速收集的污染物量而在实验室规模上或者现场应用中通过试验确定所述预测。
在电动筛网处理期间，向阳极和阴极施加电压的设备接收关于地下水流速的信息并且将阳极-阴极电压差调节至接收的信息。原理上，可以使用图3的设备，其中电流控制器34包含开关并且使具有控制电路39的电流控制回路失活。在此情况下，控制电路39控制电流控制器34中的开关，以至于平均电压(即电流控制器34中的开关导通的时间分数)根据地下水流速的信息而改变。控制电路39使用内存(未单独显示)，其中已经编入了确定将作为地下水流速的函数施加的所需阳极-阴极电压的信息。所需的电压相应于针对处理中的特定土壤和污染物所预测的临界场强(或者通常略高于该场强)，并且基本上相应于图5。可以使用任何方便的表示方法来表示对地下水流速的依赖，例如针对不同流速的电压值表，或者表示场强作为流速函数的多项式函数的系数、或者指明所述函数的任何其它参数组。控制电路39将时间平均的阳极-阴极电压设成针对测定的流速的电压，使用来自内存的信息来确定所述电压。结果，电压基本上等于或者略高于实现在测定的流速下的临界场强所需的电压。
可以理解所述调节不必是即时的，通常平均地下水流速是非常小的(每年在1-100米的量级)，以至于只要时间平均的电压在数周或数月的时间尺度上达到平均临界场强所需的电压即可。
可以通过测量筛网附近的上游和下游的地下水水位间的差值来获得关于地下水流速的信息。地下水水位差异与地下水流速成正比并且可以直接用来调整任何两个电极之间的电场。当然，可以使用其它的地下水流速测量，例如温度梯度等。
优选所述设备(并且在图3设备的情况中是控制电路36)也接收布置在阳极和阴极对能产生可测电场的任何土壤区域中的一对探测电极之间的电压降信息。在该实施方案中，控制电路36存储对于各个测定的流速在探测电极之间必须实现的电压降信息。所述指定的电压降相应于临界场强或者略高。所述设备调整阳极阴极电压，以至于对于测得的地下水流速，在探测电极间测得的电压降达到指定电平。使用这种电压降测量消除了由于电极处或附近的电阻改变引起的变化的影响。应当理解如果预测该阳极或阴极附近的电阻变化不会显著影响测量，可以使用从探测电极到阳极或阴极之一的电压降来代替一对探测电极之间的电压降。对于阳极往往如此。
电动生物筛网处理可以通过生物降解根据本发明来净化包含不带电有机污染物，例如卤代烃(例如全、三和二氯烯烃(如全、三和二氯乙烯)的土壤材料。可以通过电动移动施加带电的碳源(例如乳酸盐、乙酸盐、柠檬酸盐等)、带电的氮源(例如氯化铵)和/或带电的磷源(例如六偏磷酸钠)穿过土壤来实现它们的生物降解。然后，土壤中的微生物能够充分地降解有机污染物。已经发现厌氧微生物非常适于除去全氯乙烯、三氯乙烯乙烯等。
厌氧微生物适于除去像PCA(多环芳烃)、BTEX污染物(苯、甲苯等)的有机污染物。在此情况下，可以通过土壤电动供应硝酸盐、六偏磷酸盐。
将通常具有恒定极性(DC)的用于电动迁移的电场称作电动生动筛网。
可以使用如图1和2中所示的结构。包含所述碳、氮和/或磷源的渗透过滤器可以是阳极和/或阴极部件的一部分，或者在电极影响范围内在土壤中布置单独的渗透过滤器。当有地下水流时，渗透过滤器优选布置在电极的上游(从地下水流动方向看)。使用渗透过滤器的优点是降低保持特征筛网完整所需的能量。
在电动生物筛网处理期间，向阳极和阴极施加电压的设备接收关于地下水流速的信息并将阳极-阴极电流或电压差调整至接收的信息。
从阳极和阴极电迁移入土壤中的营养物的量与通过电极的电流累积量成正比。生物降解污染物所需的营养物的量从这些污染物浓度的实验室测量和从流过筛网的地下水量的现场测量来计算。在实验室试验中，对于所需营养物混合物的每种组分可以估计每法拉第的效率。因此，在电动生物筛网的情况中需要通过一对电极(阳极和阴极)的电流最小。另外，与地下水流动相关的临界场强对于保证营养物通过筛网穿过整个地下水流宽度是重要的。
在此情况下，布置所述设备，使之实现至少所述临界场强和至少所需的最小电流。如果当实现临界场强时有足够的电流流过，阳极-阴极电压保持在实现该场强所需的电平或者略高。如果当实现临界场强时流过的电流不足，阳极-阴极电压上升至导致足够电流的电平，其在实现临界场强所需的电平之上。
通常，对于指定的土壤，需要第一或者第二种类型的阳极阴极电压控制，以至于可以布置所述设备相应地进行一种形式的控制。在某些土壤中，可能发生交叉(cross-over)，以至于出现临界地下水流速，在此流速之上需要一种类型的阳极阴极电压控制，而在此流速之下需要另一种类型的阳极阴极电压控制。在此情况下，对所述设备进行编程以选择适当类型的控制，举例来说，如果电流低于所需电平，可以通过提供最小阳极-阴极电压并调整电压至更高电平。
原理上，可以使用图3的设备。在此情况下，控制电路39控制参考电流源37，从而根据关于地下水流速的信息调节平均电流。
控制电路39使用内存(未单独显示)，其中已经编入了确定将作为地下水流速的函数施加的所需阳极-阴极电压和/或电流的信息。所需的电压相应于临界场强(或者通常略高于该场强)，对于所处理的特定土壤和污染物，该临界场强已有预测，并且基本上相应于图5。所需的电流相应于针对所处理的特定土壤和污染物所预测的传输足够的营养物所需的电流(或者通常略高的电流)。可以使用任何表示方法来表示对地下水流速的依赖。
如前所述布置控制电路39以设定时间平均的阳极-阴极电压或者由其激活电流调整至测定的流速所需的电平，该电平使用来自内存的信息来确定。可选地，可以布置控制电路39来激活或无效电流调整，当平均阳极-阴极电压低于测量的地下水流速所需的电平时使电流调整无效，然后调整电压，而在平均电流低于测量的地下水流速所需的电平时则激活电流调整。
可以理解调节不必是即时的。通常平均地下水流速是非常小的(每年在1-100米的量级)，以至于只要在数周或数月的时间尺度内平均电压和电流处于平均临界电压和电流之上即可。类似地，可以理解可以使用一个或多个探测电极以允许与阳极和/或阴极处的电阻变化无关地调整土壤中的场强。
电植物修复处理(electro phytoremidiation processing)植物提取适用于扩散的污染物情况，这种情况例如可以是污染物(例如如来自空气中的重金属)的沉积的结果。反复播种快速生长的植物，例如油菜(rape)或草。生长的植物收集一部分重金属。通过收割这些植物(例如大约每三个月)除去重金属。因为由于植物根系有限的影响范围，除去大量的污染物通常需要很多次播种/收割周期，所以植物提取是费劲的并且耗时的。
可以通过将植物提取与电动处理结合来提高效率。由此移动金属并允许其迁移通过包含植物根系的土壤，从而实现根系影响范围的扩大。因此，电场提高了植物修复的效率。
因为污染物不必移向电极，所以在此情况下可以有利地使用比较简单的电极结构。举例来说，可以使用包在膨润土中的阳极和阴极而不用液体循环系统。为了使污染物通过植物根区或在植物根区附近移动，可以施加DC电压。但是，当阳极和阴极没有循环系统时，有电极堵塞的危险。因为膨润土具有在阳极接收质子并且在阴极接收氢氧根的缓冲能力，所以在电极周围使用膨润土可以延长发生堵塞的时间间隔。可以使用其它具有相似缓冲性质的材料。但是即使在此情况下也会发生堵塞。
通过有规律地改变电流的极性可以防止堵塞。对所述极性改变的频率的选择需要权衡(trade-off)。较高的频率降低了堵塞的危险，但是也缩短了污染物传输的距离，因而降低了效率。另一方面，低的频率又是以增加堵塞危险为代价来提高效率。
可以基于污染物的迁移率和施加的电场强度来确定转换极性的适当时刻。优选地，基于从上次极性转换开始通过电极的电荷，即电流的积分来确定转换极性的时刻。使用土壤样品，优选考虑电极周围材料(膨润土)的pH缓冲容量，确定可以通过而无堵塞危险的安全电荷。一旦达到该电荷就反转极性。已经发现如此将pH保持在有利的值，尤其是在电极的附近。
在植物提取处理期间，向阳极和阴极施加电压的设备接收关于电流的信息并且积分电流以选择极性反转的时间。原理上，可以使用图3的设备，其中电流控制器34包含开关。根据所选的极性，控制电路39指令电流控制器34中的开关仅在电源的第一接线端相对第二接线端是正的时，或者当电源的第一接线端相对第二接线端是负的时，导通电流。可以激活具有控制电路39的电流控制回路，但是这不是必需的。
控制电路39从传感器33，35接收关于阳极和/或阴极电流的信息(如果控制阳极电流，不需要来自阳极电流传感器35的传感器信息)。控制电路39存储编程的电荷阈值并且积分电流直至任何一个电极达到电荷阈值。如果这样，控制电路改变所选的极性。实际上，根据环境，典型地在半天到几天后改变极性。
原理上，可以对于多个电极分别单独测量累积的电荷，当任何一个测量的电荷达到阈值水平时反转整个阵列的极性。因此，可以解决土壤中的局部变化。可选地，在假定地下条件均匀的情况下，可以使用单个阳极或阴极的累积电荷，或者一组阳极或阴极的组合电荷来触发极性反转。
实际上，已经发现结合例如本文所述的电动技术和电植物修复是有利的。这种过程可以适当地使用电极来进行，电极优选基本上水平地布置，间距几米(具体地说大约2至20米，其中将电极(例如不锈钢、ebonexTM、涂敷的钛)任选布置在外壳中，所述外壳任选具备湿气(moist)或者其它具有离子缓冲能力的导电材料(例如膨润土)。为了保证土壤和电极之间的良好接触并且对阳极处产生的质子和阴极处产生的氢氧根提供某种缓冲能力，优选使用导电材料。
优选通过监控一部分土壤材料上的电势(使用如上所述的一个或多个探测电极)来调节电极间的电压，从而实现所需的场强。在权衡利弊(trade-off)的基础上选择所需的场强。植物的根部仅能以特定的速率吸收污染物。如果电场太高，一部分污染物将在能被吸收之前从根部移走。因此，浪费电能。如果电场太小，污染物在电场的影响下被更新之前就被耗尽了，使得必须进行多次收割。选择高的场强以使得在电场的影响下污染物的供应速率基本上与植物根部可能的最大吸收速度匹配。从关于植物的信息和污染物迁移率的实验室测量来计算所需的电场。用于该目的的计算方法在本领域通常是公知的。
基于污染物的迁移率，将电极间所需的电压差设置为计算的值。
电植物净化处理的重要优点是与其中仅由电动净化组成的处理相比需要低的电能。特别是电植物净化可以非常适用于基于可持续能源(例如风能或太阳能)进行操作的系统。因此，这种过程在不能获得常规能量的(远程)区域中是非常令人感兴趣的。
土壤加热处理土壤材料的加热有助于在生物转化和化学氧化技术中加速净化。通过电土壤加热直接加热是非常适合的，即使在渗透不良的土壤材料的情况中。可以使用AC和DC电流。使用DC电流允许添加剂(例如各种营养物的氧化剂)，特别是带电的添加剂在整个土壤材料中电迁移。已经发现通过根据本发明方法的土壤加热非常适合于从土壤材料中促进来自介质，特别是水或空气中的污染物的分解。
对于仅仅加热，AC电压是优选的。已经发现电极处的电解远低于在DC电压下的情况或者甚至是完全没有电解。即便是使用电极液体，也可以非常适合地进行加热而不用电极液体的再循环。优选的电极材料选自铁、钢和石墨。优选的形状选自管状、棒状、条状和电缆状。
优选地，特别是在金属电极的情况中，将电极布置在夹持器(holder)中以避免电极与土壤直接接触。因此，避免了或者至少降低了例如粘土材料或碳酸盐的矿物在电极上的沉积。适当的持器包括陶瓷过滤器和塑料过滤器，其中为了允许充分的电导而将电极与石墨颗粒放置在一起。
可以根据条件选择电极的尺寸和结构。技术人员会知道怎样适当地选择。举例来说，可以垂直、水平或者与土壤成一定程度地布置电极。能量可以来自主电路或者发电机。在AC电压的情况中，可以以12相(phase)、6相、3相、1相或者其它方式供电。尤其在三角或六方设置的电极结构下已经实现了良好的结果。
通常，因为高的电流密度，电极附近的加热往往是最高的。为了防止电极附近干燥或者甚至是沸腾，调整通过每个电极或者至少通过大量电极的电流。
在加热期间，向电极施加电压的设备调整电流，例如从而在土壤中平均达到指定的温度或者至多达到指定的温度，举例来说这与土壤中PVC导管是相容的。
原理上，可以使用图3的设备。当在加热期间使用AC电场时，来自电源30的完整电压周期可能通过电流控制器34。通过选择其中将电流导向连接38的电源30的周期的部分或者半周期来调整平均电流。因为优选使用AC电流，所以优选通过相同数量的正和负周期，例如通过使来自电源30的AC信号的所选全部周期通过。
优选地，布置电流控制器34来选择所述周期，以至于存在至少一分钟不通过电流的时间间隔。已经发现这样促进了从电极释放蒸汽泡，降低了电极的电阻。
同针对电动处理所述描述的电极堵塞一样，可以检测到并且抵消电极附近的沸腾。
任选地，在电极附近供应水以调整电极附近的湿度。当在电极附近检测到沸腾时，控制电路可以激活水的供应。另一个防止干燥的措施是在电极周围供应水以抵消水的损失并且在电极周围使用像膨润土的材料。
电加热可以与污染物的原位化学氧化相结合。上升的温度通常导致氧化速率的加速或者有助于起动反应，例如如果使用过氧化物。在土壤的温度升高至约35-45℃范围内的方法中已经实现了非常好的结果。
现在应当理解图3所示的设备可以用于各种不同形式的原位土壤处理。优选将该设备安装在例如ISO标准尺寸容器形式的密闭装置中，该装置可以被放入需要处理的陆地区域中，并且与已经插入土壤中并且留在那里运行了数月或数年以根据任何所选的方法处理土壤的电极(包括阴极和阳极)连接。
对于不同形式的处理不需要单独的不同设备。根据所选方法，使用不同形式的控制，并且必须将不同的信息编入控制电路39中。控制电路39可以包含进行所有所述形式处理的程序，当设备激活时通过外部命令选择特定的形式，或者当设备激活时可以加载适当的程序。
但是，应当理解可以使用DC电源代替AC电源。在此情况下，可以通过调整该DC电源与阳极和/或阴极连接的工作周期来调整平均电流或电压。可以通过使输出连接与DC电源对易来实现极性的反转。
权利要求
1.一种土壤材料的原位电修复方法，该方法包括-在陆地区域的各位置处的土壤中布置多个电极；-通过所述电极供应电流；-获得表示从各电极表面到土壤中的通路的电阻的信息；-检测所述电阻是否增加；-响应所述检测，临时将至少通过特定电极的电流降低至阶跃降低的水平，其中所述特定电极处于检测到电阻增加的通路中。
2.根据权利要求1的方法，其中在第一组电极和第二组电极之间施加电压差，所述监控包括测量总电阻信息，该总电阻信息表示从第一组的各电极到一个或多个相邻的第二组电极的电阻，使用所述总电阻信息用于检测电阻增加，所述方法包括至少部分消除土壤电阻率对所述检测的影响。
3.根据权利要求2的方法，其包括-在距所述电极一定距离处的土壤中布置至少一个附加电极；-测量电压降信息，所述电压降信息表示沿从所述附加电极开始穿过土壤的通路的电压降；-使用所述电压降信息至少部分消除土壤电阻率在所述检测时对总电阻信息的影响。
4.根据权利要求1的方法，其包括-在土壤中布置多个附加电极，每个附加电极与对应电极成一定的距离，但是比其它电极阳极所述电极中的任何一个更接近所述对应电极；-测量从每个附加电极至其对应电极的电压降；-根据所测量的电压降确定表示电阻的信息。
5.根据权利要求1的方法，其中对于各电极或者各电极次组单独获得表示从各电极的表面到土壤中的通路的电阻的信息；响应于在从特定电极或电极次组的通路中检测到的电阻的增加，只降低特定电极或电极组中的电流。
6.根据权利要求1的方法，其中所述电极包括在土壤中彼此交替布置的阳极和阴极，所述方法包括-在阴极表面周围循环包含酸和/或另一种络合剂的液体；-获得所述表示从各个阴极表面到土壤中的通路的电阻的信息；-响应所述检测，临时将至少通过特定阴极的电流降低至阶跃降低的水平，其中所述特定阴极处于检测到电阻增加的通路中。
7.根据权利要求6的方法，其中以预定的时间间隔降低所述电流。
8.根据权利要求7的方法，其中所述预定的时间间隔的持续时间介于5分钟和2小时之间。
9.根据权利要求6的方法，其中将流向所述特定阴极的电流基本上降为零。
10.根据权利要求6的方法，其中降低通过位于与所述特定阴极最近处的特定阳极的电流，从而降低通过所述特定阴极的电流。
11.根据权利要求6的方法，其中在不降低时，控制通过单个阳极和/或阴极的电流以维持调整的平均水平，而与土壤电阻率无关。
12.根据权利要求11的方法，其中所设定的水平基本上等于平衡水平，在该平衡水平下由电流形成氢氧根的速率与通过来自循环液体的酸除去氢氧根的速率保持平衡。
13.根据权利要求11的方法，其中所述降低的水平基本上低于所述平衡水平。
14.一种在有地下水流的陆地区域中原位电修复土壤材料的方法，所述方法包括-在陆地区域的各个位置处的土壤中布置多个第一和第二电极，所述第一和第二电极沿在地下水流方向的横向延伸的线交替布置；-驱动第一和第二电极间的电压差；-测量关于地下水流速的流速信息；-响应测定的流速的降低和增加分别降低和增加电压差，从而维持足够的电压差以将基本上所有的污染物吸引到第一或第二电极上。
15.根据权利要求14的方法，其包括-对于所测定的流速确定土壤中电场的设置值；-在土壤中提供至少一个探测电极；-从所述探测电极测量电压降；-调整电压差，使所述电压降相应于所述电场的设置值。
16.一种在有地下水流的陆地区域中原位电修复土壤材料的方法，所述方法包括-在陆地区域的各个位置处的土壤中布置多个第一和第二电极，所述第一和第二电极沿在地下水流方向的横向延伸的线交替布置；-沿所述线布置一个或多个营养物渗透过滤器；-调整第一和第二电极间的电流；-测量关于地下水流速的流速信息；-响应测定的流速的降低和增加分别降低和增加所述电流电平，从而维持足够的电流以将预定浓度的营养物散布到地下水流中。
17.根据权利要求16的方法，其包括限制所述电极间的电场至高于根据地下水流速所选择的水平。
18.一种原位电修复土壤材料的方法，所述方法包括-在陆地区域的各个位置处的土壤中布置多个电极；-在该陆地区域中反复播种和收割植物；-在播种和收割之间通过所述电极供应电流；-反复反转所述电极间电流的极性；-在极性反转后，测量表示流过各电极的累积电荷的信息；-当所测量的累积电荷达到预定的阈值时，根据累积电荷选择反转极性的时间点。
19.一种原位电修复土壤材料的方法，所述方法包括-在陆地区域的各个位置处的土壤中布置多个电极；-通过所述电极供应电流；-通过调整向电极输送电流的工作周期来调整在土壤中耗散的功率，所述工作周期包括至少30秒的不供应电流的期间。
20.一种实施土壤材料的原位电修复的系统，所述系统包括-在陆地区域的各个位置处的土壤中的多个电极；-为了通过所述电极供应电流而连接的电源；-控制电路，其经布置以监控表示从各电极表面到土壤中的通路的电阻的信息，检测电阻的增加，并且作为对电阻增加的响应，临时将来自电源且至少通过处于检测到电阻增加的通路中的特定电极的电流降低至阶跃降低的水平。
21.根据权利要求20的系统，其中将所述电源的相对极分别与第一组和第二组电极相连，所述系统包括与所述电源和对应电极之间的各连接相连的传感器，布置所述传感器以向控制电路提供表示各电流-电压比的信息，每个所述电流-电压比为通过第一组的对应电极的电流和第一组的对应电极与第二组的一个或多个电极之间的电压差之间的比值，所述控制电路从所述对应电极的电流-电压比导出表示每个电极电阻的信息。
22.根据权利要求21的系统，其中布置所述控制电路以在检测到电阻增加时至少部分消除土壤电阻率对表示各电流-电压比的信息的影响。
23.根据权利要求22的系统，其包括-在距离所述电极一定距离处的土壤中的至少一个附加电极，该附加电极与所述控制电路相连；-布置所述控制电路以获得表示沿从所述附加电极开始的通路通过土壤的电压降的电压降信息，并且在检测到电阻增加时使用该电压降信息至少部分消除土壤电阻率对表示各电流-电压比的信息的影响。
24.根据权利要求20的系统，其包括-土壤中的多个附加电极，每个附加电极与对应电极成一定的距离，但是比其它电极阳极所述电极中的任何一个更接近所述对应电极，所述附加电极与所述控制电路相连；-布置所述控制电路以从表示从所述附加电极至其对应电极的电压降信息获得表示电阻的信息。
25.根据权利要求20的系统，其中对于各个所述电极单独监控表示从对应电极的表面到土壤中的通路的电阻的信息；响应于所述电阻增加，选择性地将通过处于单独检测到电阻增加的通路中的特定电极的电流降低至阶跃降低的水平。
26.根据权利要求20的系统，其中所述电极包括在土壤中彼此交替布置的阳极和阴极，所述系统包括-液体循环子系统，该系统经布置以在阴极表面周围循环包含酸和/或其它络合剂的液体；-控制电路，该电路监控表示从各阴极表面到土壤中的通路的电阻的信息，并且响应于所述电阻增加，临时将至少通过处于检测到电阻增加的通路中的特定阴极的电流降低至阶跃降低的水平。
27.根据权利要求26的系统，其中以预定的时间间隔降低所述电流。
28.根据权利要求27的系统，其中所述预定的时间间隔的持续时间介于5分钟和2小时之间。
29.根据权利要求26的系统，其中将流向所述特定阴极的电流基本上降为零。
30.根据权利要求26的系统，其中阶跃降低通过位于与所述特定阴极最近处的特定阳极的电流，从而降低通过该特定阴极的电流。
31.根据权利要求6的系统，其中在电流不降低时，控制通过单个阳极和/或阴极的电流以维持调整的平均水平，而与土壤电阻率无关。
32.根据权利要求31的系统，其中所设定的水平基本上等于平衡水平，在该平衡水平下由电流形成氢氧根的速率与通过来自循环液体的酸除去氢氧根的速率保持平衡。
33.根据权利要求32的系统，其中所述阶跃降低的水平基本上低于所述平衡水平。
34.一种在有地下水流的陆地区域中原位电修复土壤材料的系统，所述系统包括-在陆地区域的各个位置处的土壤中布置的多个第一和第二电极，所述第一和第二电极沿在地下水流方向的横向延伸的线交替布置；-为了在所述第一和第二电极之间施加电压差而连接的电压源；-测量关于地下水流速的信息的传感器；-包含使地下水流速与电场值相关的编程信息的控制电路，所述控制电路经布置以根据所述编程信息设置取决于地下水流速信息的电压差水平。
35.根据权利要求34的系统，其包括附加电极，该附加电极用来测量从该附加电极通过土壤的电压降信息，所述控制电路经布置以调整所述电压差，从而使所述电压降与所述编程信息所要求的电场相应。
36.一种在有地下水流的陆地区域中原位电修复土壤材料的系统，所述系统包括-在陆地区域的各个位置处的土壤中布置的多个第一和第二电极，所述第一和第二电极沿在地下水流方向的横向延伸的线交替布置；-为了从各第一电极向第二电极供应调整的电流而连接的电压源；-用于测量关于地下水流速的信息的传感器；-包含使地下水流速与电流电平相关的编程信息的控制电路，所述控制电路经布置以根据所述编程信息设置取决于地下水流速信息的来自第一电极的电流的水平。
37.根据权利要求36的方法，其中所述控制电路经布置以控制电流调整，从而限制土壤中电极之间电场强度的下限。
38.一种原位电修复土壤材料的系统，所述系统包括-在陆地区域的各个位置处的土壤中的多个电极；-经布置以通过所述电极供应电流的电压源；-用来设置所述电极间电流的极性的极性设置电路；-控制电路，其经布置以监控表示在极性反转后通过各电极的累积电荷的信息，并选择控制极性设置电路反转极性的时间点，所述时间点根据所述累积电荷来选择，在该时间点时所述累积电荷达到预定阈值。
39.一种原位电修复土壤材料的系统，所述系统包括-在陆地区域的各个位置处的土壤中的多个电极；-用来通过所述电极供应电流的电源；-功率调整电路，其通过调节从电源向所述电极输送电流的工作周期来调整土壤中耗散功率，所述工作周期包含至少30秒的不供应电流的期间。
40.一种用于控制供应给已经插在陆地区域中的第一和第二电极的电流和/或电压以原位电修复土壤材料的设备，所述设备包括-用于第一和第二电极的连接；-连在所述第一和第二电极之间的电源；-控制电路，其经布置以监控表示从各电极表面到土壤中的通路的电阻的信息，检测电阻的增加，并作为对所述检测的响应，临时将来自电源且至少通过处于检测到电阻增加的通路中的特定电极的电流降低至阶跃降低的水平。
41.一种用于控制供应给已经插在陆地区域中的第一和第二电极的电流和/或电压以原位电修复土壤材料的设备，所述设备包含-用于第一和第二电极的连接；-具有第一和第二接线端的电源；-连在第一接线端和各第一电极或第一电极次组之间的开关电路，所述第二电极与所述第二接线端相连；-电流调整电路，其经布置以通过调节所述开关电路将第一接线端导电连接至各第一电极或第一电极次组的工作周期来控制通过各所述电极的平均电流。
42.根据权利要求41的设备，其包括控制电路，该控制电路经布置以监控表示从各电极表面到土壤中的通路的电阻的信息，检测电阻的增加，并作为对所述检测的响应，临时将来自电源且至少通过处于检测到电阻增加的通路中的特定的第一或第二电极的电流降低至阶跃降低的水平。
43.根据权利要求40的设备，其包括连在所述第二接线端和各第二连接或第二连接次组之间的另外的开关电路，所述控制电路经布置以通过使所述第二接线端和特定的第二电极之间的特定的另外的开关电路不导通，而降低来自所述电源且通过所述特定电极的电流。
44.根据权利要求40的设备，其中所述控制电路经布置以通过缩短所述第一连接中的一个或多个连接的工作周期而降低来自电源且通过特定的第一或第二电极的电流。
45.根据权利要求40的设备，其中所述控制电路经布置以从所述特定的第一或第二电极与一个或多个第二或第一电极之间的平均电压来确定表示电阻的信息。
46.根据权利要求40的设备，其包含与第二连接的次组中的各个连接相连的电流传感器，用于测量表示通过第二连接次组的各个连接的电流大小的电流信息，所述电流传感器具有与所述控制电路相连的输出端，所述控制电路经布置以使用关于电流信息和所述特定的第一或第二电极与一个或多个第二或第一电极之间的平均电压的信息，来确定表示电阻的信息。
47.根据权利要求40的设备，其包含用于附加电极的连接，所述控制电路经布置以使用关于第一和第二电极之间的总电阻的信息来确定表示电阻的信息，并使用来自所述附加电极的电压降信息来基本上消除土壤电阻率对所述检测的影响。
48.根据权利要求40的设备，其中所述控制电路具有用来连接用于地下水流速信息的传感器的输入端，所述控制电路包含用来存储编程信息的存储器，所述编程信息将地下水流速和电压差值相关联，所述控制电路可以转换成这样一种模式，其中设置电流调整电路以提供根据地下水流速信息选择的依据编程信息与水流速相关联的电流。
49.根据权利要求40的设备，其中所述控制电路具有用来连接用于地下水流速信息的传感器的输入端，所述控制电路包含用来存储编程信息的存储器，所述编程信息将地下水流速和电压差值相关联，所述控制电路可以切换成使电流调整电路失效的模式，所述控制电路控制工作周期以实现根据地下水流速信息选择的依据编程信息与水流速相关联的电压。
50.根据权利要求40的设备，其中所述电源是AC电源，所述控制电路可以切换成使电流调整电路失效的模式，所述控制电路经布置以使所述开关电路仅通过来自所选极性的AC电源的电流，所述控制电路在根据通过电极的电荷累积量选择的时间点反转极性。
全文摘要
在土壤的原位电修复期间，使用由位于土壤中的电极(10，12)产生的电场除去通过土壤的污染物、络合剂、化学试剂和/或营养物，或者加热土壤。通过对电极(10，12)上的电压和/或通过电极的电流的控制来防止电极堵塞问题，降低不必要的功耗和/或防止沸腾。一方面(电动修复和电加热)，如果由从电极到土壤中的电阻的增加，检测到发生了堵塞和/或沸腾，临时阶跃降低通过所选电极(10，12)的电流。优选地，使用土壤中的探测电极(14a，14b)除去土壤电阻率变化对所述检测的影响。另一方面(电动(生物)栅栏/筛网(screen))，根据测量的地下水流速变化改变电压或电流，以至于所述方法在最小的功耗下保持有效。再另一方面(电动植物修复)，通过测量累积电流来定时电流的极性反转。
文档编号B09C1/10GK1909983SQ200380111029
公开日2007年2月7日 申请日期2003年12月4日 优先权日2003年12月4日
发明者维伯瑞恩·波尔 申请人:苹果花许可有限公司