专利名称：一种新型电动注入营养盐工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于环境保护技术领域，具体涉及采用电动修复技术对有机物污染土壤进 行生物修复的技术领域。
背景技术：
土壤是人类赖以生存、发展的根本，也是人类生态环境的重要组成部分。土壤污染 大致可分为重金属污染、农药和有机物污染、放射性污染、病原菌污染等多种类型。其中， 土壤的有机污染作为影响土壤环境的主要污染物已成为国际上关注的热点，有毒、有害的 有机化合物在环境中不断积累，到一定时间或一定条件下有可能给整个生态系统带来灾难 性的后果。与传统的物理化学修复污染土壤方法相比，微生物修复技术由于具有环境友好， 成本低，以及可以使有机污染物矿化为水和二氧化碳，不产生二次污染等优点，一直备受学 术界的青睐。微生物降解有六个基本要素能源，碳源，营养物质，电子受体，适合的微生物 以及适宜的环境条件。在现场微生物修复过程中，由于这些要素不能有效满足，导致在某些 场合下，特别是修复工程的后期，污染物降解效率低下，因此限制微生物现场修复效率的一 个重要限制因素就是不能活性微生物提供最佳条件，其中最主要是不能给微生物提供足够 的营养物质，因此，向修复场址均勻提供营养物质是有机污染场址生物修复中的一个重要 环节。传统的引入方法通过用泵抽提流经反应区域的地下水，从而使营养物质在水力梯度 作用下进入反应区域，这种方法存在一些问题，首先费用较高，其次水力作用不足可能会导 致某处富含营养物质，而使微生物大量生长，形成生物垢，而生物垢会阻塞流路而降低传导 率，从而不利于体系的运行，位于其他区域的污染物不能得到有效降解。因此，怎样将营养 物质均勻的引入反应区域成为了成功的原位生物修复的主要瓶颈之一。电动修复(electrokinetic remediation)是近10年发展起来的新型原位修复技 术，其优点在于特别适用于低渗透性土壤(由于水力传导性问题，其它传统技术的应用受 到限制)的修复；比起其它的传统修复技术成本要少的多；修复时间短；对土壤性质和生态 破坏较小，被称为绿色修复技术。因此，该方法一经提出，就引起广泛关注，作为重金属和有 机污染物污染土壤的修复技术在实验室内被研究开发，显示出良好的应用前景，成为土壤 修复一项重要新兴技术。将电动修复应用到原位生物修复的过程中，与传统的引入方法相 比不仅能降低修复费用，而且还能避免产生在引入营养物质过程中形成生物垢及降低传导 率等问题。但是，在电动修复过程中也存在一些问题在电动修复过程中土壤的PH易发生 剧烈变化，形成酸性迁移带和碱性迁移带，影响微生物的活性；地下污染区往往缺乏微生物 代谢活动需要氮、磷等营养物，电动技术可以为生物修复输送营养物质，但是其在土壤污 染区的输送分布并不均勻，影响生物修复的效果。2009年，孙红文等首次将电极切换和俩极电解液混合循环在电动修复中联合运 用，基本解决了电动修复过程中土壤PH易发生酸碱变化和原位生物修复有机污染物污染 场址营养盐缺乏及不均勻等问题，为原位生物修复有机污染物污染土壤提供有利条件，推进了电动修复和原位生物修复的研究。
发明内容
本发明的目的是解决原位生物修复有机污染物污染场址营养盐缺乏及不均勻而 引起修复效率低下的问题，提供一种新型应用电动注入营养盐工艺的运行模式和参数，为 原位生物修复有机污染物污染土壤提供有利条件，有效提高了生物修复的效率。本发明的技术主要有以下几个方面(1)设计并制作符合本发明目的的电动装置；(2)装置安装好后进行试验，根据试验结果，当试验的电压梯度为lV/cm，电解液 为试验用水自来水的自然中性PH(7. 3)，循环电解液时的流速为800ml/h时，能很好的控制 土壤中PH值在7. 0 7. 8之间，基本解决了在电动修复过程中pH易发生剧烈变化，形成酸 性迁移带和碱性迁移带的问题；(3)电动注入营养盐，测定电动装置中土壤中营养盐的分布情况，根据营养盐的分 布变化确定出电极切换最佳时间为12h。(4)将试验确定的电极切换时间和循环电解液流速等参数应用到电动装置上进 行电动注入营养盐试验，试验的参数为电压梯度为lV/cm，电解液为营养盐溶液(含2g/ LNH4N03、KH2P04，pH值为7. ；3)，循环电解液的流速为800ml/h，电极切换时间为12h，试验的结 果表明在此条件下能很好的解决了电动修复中PH易变化和注入营养盐分布不均勻问题， 能有效提高生物修复的效率。
图1为电动装置运行示意图；图2为铵根离子迁移分布图；图3为硝酸根迁移分布图；图4为pH值变化示意图。
具体实施例方式为了对本发明有明确的理解。现结合实施例对本发明作进一步说明。第一步自行设计并制作电动装置参照国内外相关研究，根据发明过程中具体的实验要求和预备实验的结论，自行 设计实验所需的电动装置，并进行加工制造。第二步确定循环电解液的流速安装制作的电动装置并进行试验，试验的电压梯度为lV/cm，电解液为自来水，其 PH为7. 3，调节循环泵的转速，测定电动装置中土壤的pH变换。试验结果表明，当循环电解 液的流速为0ml/h，即不循环时，电动装置中土样的pH值变化剧烈，试验运行2d后，靠近阳 极的土样PH值降到3以下，靠近阴极的土样pH值升高到10以上；而当循环电解液的流速 为800ml/h时，运行2d后，却能很好的控制电动装置中的土壤pH值在7. O 7. 8之间。第三步确定电极切换的时间间隔采用单向电极运行方式，试验的电压梯度为lV/cm，电解液为营养盐溶液(含2g/LNH4N03、KH2P04，pH值为7. 3)，循环电解液的流速为800ml/h，取在电动装置中阳极到阴极均 勻分布的5个土样，测定铵根和硝酸根在装置土壤中的分布，试验运行48h，每他取次样。 根据试验结果发现，在试验运行1 后，铵根离子从阳极向阴极迁移已越过土壤中间位置， 而硝酸根离子从阴极向阳极迁移已迁移到距阳极1/5处，根据营养盐的迁移速度和特点选 择电极切换的时间为12h。第四步电动注入营养盐试验这种新型电动注入营养盐工艺解决了电动修复过程中土壤pH易发生酸碱变换以 及电动注入营养物质中存在营养物质在土壤中分布不均勻等问题，具体试验如下试验采用周期性变换电场方向的运行方式，电极切换时间为12h，电压梯度为IV/ cm,电解液为营养盐溶液(含2g/LNH4N03、KH2P04，pH值为7.幻，循环电解液的流速为800ml/ h，取在电动装置中阳极到阴极均勻分布的5个土样，测定铵根和硝酸根在装置土壤中的分 布以及土样中PH的变换，试验运行48h，每乩取次样。试验结束时，铵根离子在5个取样点土样中的浓度分别为43. 4,58. 8,40. 9、 69. 0,84. 4mg/k,详细数据如图2所示；硝酸根离子在5个取样点土样中的浓度分别为 74. 6,57. 3,41. 7,62. 8,88. 2mg/kg,详细数据如图3所示；5个取样点土样中pH值分别为 7. 5,7. 4,7. 4,7. 4,7. 4，详细数据如图4所示。试验结果表明电动注入营养盐时在此试验参数下，能够很好的控制电动装置土壤 中PH的变化和使营养盐更均勻的分布，为原位生物修复有机污染物污染土壤提供了有利 条件，能有效提高生物修复的效率。
权利要求
1.一种新型电动注入营养盐工艺，此工艺的特征主要包括在电动注入营养盐过程中电 解液的使用方式、电极的运行方式，以及一些试验参数，如电压梯度、循环电解液流速、电极 切换间隔时间等。
2.根据权利要求1所述的在电动注入营养盐过程中，其特征在于(1)俩极电解液混合循环使用，避免了两级电解液流速的微弱差异，引起长期运行过程 中，两个电极区域产生很大差异的问题，并且保证了电场中的土壤PH均勻，解决了电动修 复过程中土壤PH易发生酸碱变化的问题。(2)采用间隔变换电极方向的运行方式，可以解决电动注入营养盐分布不均勻问题，为 原位生物修复有机污染物污染土壤提供了有利条件。(3)在电压梯度为lV/cm，循环电解液的流速为800ml/h时，能很好的控制电动装置土 壤中PH的变化。(4)在电压梯度为lV/cm，电解液为营养盐溶液(含2g/LNH4N03、KH2PO4,pH值为7. 3)， 循环电解液的流速为800ml/h时，电极切换间隔时间为12h，在此条件下能使营养盐在土壤 中能更均勻的分布，为原位生物修复有机污染物污染土壤提供有利条件，有效提高了生物 修复的效率。
全文摘要
本发明公开了一种新型电动注入营养盐工艺，解决了原位生物修复有机污染物污染场址营养盐缺乏及不均匀而引起修复效率低下的问题。本工艺是将电极切换和俩极电解液混合循环在电动修复中联合运用，当电压梯度为1V/cm，电解液为营养盐溶液(含2g/LNH4NO3、KH2PO4，pH值为7.3)时，采用周期性变换电场方向的运行方式，电极切换时间为12h，循环电解液的流速为800ml/h进行电动注入试验。试验结果表明这种新型电动注入营养盐工艺能够很好的控制电动装置土壤中pH的变化和使营养盐更均匀的分布，解决电动修复过程中土壤pH易发生酸碱变化和原位生物修复有机污染物污染场址营养盐缺乏及不均匀等问题，为原位生物修复有机污染物污染土壤提供了有利条件，能有效提高生物修复的效率。
文档编号B09C1/08GK102049411SQ200910071160
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月5日 优先权日2009年11月5日
发明者孙红文, 王翠苹, 许伟, 闫朝霞 申请人:南开大学