专利名称：组合式电极的制作方法
技术领域：
组合式电极技术领域[0001]本实用新型涉及一种应用于从土壤中或者从泥状粉状堆积物中原位脱除可溶性 重金属离子的组合式电极。
背景技术：
[0002]当今，环境污染问题日益严重，被重金属污染的耕地越来越多，从土壤中有效 清除污染重金属离子就成为土壤生态修复的关键问题。对被重金属污染的土壤进行电动 力学原位修复，是国内外近十多年才发展起来的一种成本较低、对环境二次损害最小的 土壤原位修复方法。[0003]目前人类工业及生活活动以及环境修复活动中所排出的大量泥状及粉状物料堆 积如山，占用了不少耕地。而且，这些废料大都含有大量可溶性重金属离子，因此在露 天堆放过程中，大量重金属离子被溶出而污染土壤和地下水乃至地面水，造成严重的生 态污染；而欲对这些泥状或粉状物料进行大规模减量化式的资源化利用时，也因为重金 属含量超标而限制了其利用范围。因此，为保护环境和对这些废弃物进行资源化利用， 从其中脱除重金属离子成为首当其冲的重要技术措施。这类泥状及粉状废弃物包括各种 工业泥质或粉质废料，污水处理厂剩余活性污泥，以及水体修复过程中大规模清理而出 的底泥等等。然而，迄今为止，从如上物料中脱除重金属离子，总是将该物料部分挖出 并运输至专门的设备中进行脱除处理(可称为异位处理)；而直接在物料堆上进行原地脱 除处理(可称原位处理)的方法未见公开报道。[0004]目前，从大规模堆积的泥质或粉状物料中脱除可溶性重金属离子的方法主要是 异位脱除处理方法，而且大都效果不佳或对环境造成二次污染，属淘汰之列。重金属离 子污染土壤的原位修复，目前对环境二次污染最小且具有真正实用价值的方法有两类， 即生物修复方法和电动力学修复方法。[0005]1生物原位修复方法[0006]该法的原理是或者在土壤上种植特殊植物，利用植物吸收可溶性重金属离 子，或者用特殊微生物制剂液体浸汲物料，让可溶性重金属离子被细菌吸收或吸附，最 后又对植物或者细菌浸出液进行焚烧或化学处理，从中回收重金属。这种方法虽很有应 用前景，但是其处理进程缓慢，难以在短时间达到清除重金属离子的目的。[0007]2直流电动力学原位修复方法[0008]污染土壤的电动力学原位修复方法，是国内外近十多年才出现的一种新方法。 该法的一般原理是在土壤被液体介质浸汲，重金属离子已经溶入介质液体中的条件 下，在物料堆中一定距离的两端分别建立阳电极液室和阴电极液室，并插入阳电极和阴 电极，用外部恒定直流电源正负极通过阳电极和阴电极向物料中施加电场力，使得土壤 内部发生导电离子的电迁移和电渗等电化学作用，最后将可溶性重金属离子由土壤内部 驱至阴电极室液内，从而达到将可溶性重金属离子从土壤中去除的目的。这种方法最大 的优点是修复速度比生物原位修复快得多，效率较高而且对环境不产生二次污染。基于如上优点，土壤电动力学修复将会发展为一类今后应用会日益广泛的绿色技术。[0009]但是，目前已有的这种重金属污染土壤的直流电动力学修复方法，存在处理效 率较低能耗较大的缺点，这一缺点使之目前尚难获得广泛的实际应用，因而亟待改善。 究其原因，是因为在恒稳直流电源驱动的条件下，其电动力在物料或土壤中所形成的 离子迁移作用和电渗作用脱除可溶性重金属离子时，电极会逐渐产生“活化极化”、“电阻极化”以及“浓差极化”三种极化现象。而电极的极化现象将使整个系统呈现出 越来越大的导电阻力，致使同样大小的电场力迁移可溶性重金属离子的效率越来越低； 而要保证维持一定的效率，就必须提高所施加的直流电压以增大电场力，于是造成电能 的耗费增大。不仅如此，这种以提高直流电源电压来造成更大的电位梯度以克服电极极 化现象造成的电压降的措施，不仅增加了电耗而且收效甚微，而且还会加速改变土壤的 PH值，产生大量OH—离子，使可溶性重金属离子形成不可溶氢氧化物或盐类，反而更降 低了重金属离子的脱除率，其结果造成一种恶性循环。然而，对于直接从土壤中(或者 从其他泥状粉状物料堆中)原位脱除可溶性重金属离子而言，电能消耗的增大就意味着 处理成本的大幅度增高，直接影响到了该方法应用的经济可行性。所以，解决电极极化 问题是降低该方法处理成本和大幅度提高该方法处理效率的关键问题。[0010]脉冲电动力学原位脱除可溶性重金属离子的方法可以针对性地消除电极极化现 象，脉冲电动力学原位脱除可溶性重金属离子的方法中电极的布置方式有两种，一是在 土壤中或者物料堆上直接开挖沟槽作为阴电极室和阳电极室，二是在土壤中或物料堆上 插入组合式电极。发明内容[0011]本实用新型的目的是为脉冲电动力学原位脱除可溶性重金属离子的方法提供一 种在土壤中或物料堆上直接插入的组合式电极，以提高脉冲电动力学原位脱除可溶性重 金属离子的方法的效率。[0012]本实用新型的技术解决方案是组合式电极由电极室和电极构成，电极室上部 设有螺旋上端盖，电极室底部设有圆锥形螺旋下端盖，螺旋下端盖(底部是钉入锥，电 极安装在电极室的中部，分别固定在螺旋上端盖和螺旋下端盖上，电极上设有密封绝缘 盖和电极进线柱。[0013]电极室是由孔管状外壳围成的空间，孔管状外壳与螺旋上端盖和螺旋下端盖用 螺纹连接，孔管状外壳内壁设有过滤膜，过滤膜用孔管状支架安装在孔管状外壳上。在 电极室内设有电导传感器、电极室液注入/抽取管，电导传感器和电极室液注入/抽取管 固定在螺旋上端盖上。[0014]本实用新型的有益效果是本组合式电极具有结构简单、安装方便、安全可靠 的优点，有助于脉冲电动力学原位脱除可溶性重金属离子效率的提高
[0015]图1为组合式电极的构造示意图[0016]图2为图1的俯视图[0017]具体实施方式
[0018]组合式电极是由不锈钢柱状或管状电极3和由孔管状外壳7所包围空间形成的电 极室8的组合体。在电极室8内中上部设置有电极室液注入/抽取管道11和电极室液电 导传感器12、底部设置有电极钉入锥10。[0019]组合式电极部件装配结构以不锈钢柱状或管状电极3、过滤膜6安装用孔管状支 架5、过滤膜6、孔管状外壳7、及兼作电极3和电导传感器12及电极室液注入/抽取管 道11以及过滤膜安装孔管状支架5的安装定位上骨架的上螺旋端盖4、以及底部呈圆锥型 的钉入锥10、并兼作电极3及过滤膜6安装孔管状支架5的安装定位下骨架的不锈钢下螺 旋端盖9按图5组装而成；其上螺旋端盖4、下螺旋端盖9与孔管状外壳7之间以螺纹连 接，三者共同构成组合式电极的封闭和保护层。[0020]组合式电极的过滤膜6、孔管状支架5、孔管状外壳7、上螺旋端盖4既可以用不 锈钢材质制造，也可以用高强度耐腐蚀耐磨蚀绝缘工程塑料制造。[0021]组合式电极，当上螺旋端盖4用不锈钢制造时，其上的电极定位安装孔与电极3 之间必须加装绝缘击穿电压大于2000V的绝缘环。[0022]组合式电极，不锈钢柱状或管状电极3的上密封绝缘盖2和下定位绝缘盖13由 高强度绝缘工程塑料制造，且绝缘击穿电压必须大于2000V。[0023]组合式电极，其过滤膜6的材质既可选用高强度耐腐蚀透水布料也可选用透水 薄毛毯，过滤膜剪裁及安装方式，既可将布料或薄毯剪裁成与过滤膜6的孔管状支架5的 直径和长度相当的长方形料，然后将之卷贴于孔管状支架5的外壁，以形成封闭筒状过 滤膜，或者直接使用已经事先按相应尺寸加工好的封闭筒状过滤膜。[0024]组合式电极各部件的作用说明如下[0025](1)组合式电极的上螺旋端盖4和下螺旋端盖9与多孔管状外壳7不仅起封闭保 护组合电极作用，而且三者为其他所有部件的组合装配提供了安装定位骨架。[0026](2)组合式电极中，过滤膜6的作用是阻挡固体物悬浮颗粒进入电极室而只让水 及可溶性离子进入电极室，从而保证电极室及电极的清洁和正常工作。[0027](3)组合式电极中，不锈钢螺旋下端盖9与钉入锥10实质上是一个一体化加工的 整体；钉入锥10的作用是可以直接轻巧地往土地上或者物料堆上插入并且可即插即用。[0028](4)由于具有电极室液注入/抽取管道11，可以方便地完成注入电解液或者将饱 和阴极室液抽出的操作，从而为阴极室液电解还原提纯回收其中的重金属的工作创造了 方便条件；[0029](5)由于具有在线监测电导传感器12，可以连续监测并显示重金属离子的脱除 情况以及时调整各种工艺参数，从而使脱除工艺更加优化。[0030]组合式电极直径一般在10-30mm，组合式电极外直径一般在30_100mm，长度 一般在0.5-30M，可做成若干尺寸系列，视插入点的污染土壤深度或者物料堆积高度而 恰当选用。权利要求1.组合式电极，由电极室(8)和电极(3)构成，其特征是电极室(8)上部设有螺旋 上端盖(4)，电极室(8)底部设有圆锥形螺旋下端盖(9)，螺旋下端盖(9)底部是钉入锥 (10)，电极(3)安装在电极室(8)的中部，分别固定在螺旋上端盖(4)和螺旋下端盖(9) 上，电极(3)上设有密封绝缘盖(2)和电极进线柱(1)。
2.如权利要求1所述的组合式电极，其特征是电极室(8)是由孔管状外壳(7)围成的 空间，孔管状外壳(7)与螺旋上端盖(4)和螺旋下端盖(9)用螺纹连接，孔管状外壳(7) 内壁设有过滤膜(6)，过滤膜(6)用孔管状支架(5)安装在孔管状外壳(7)上。
3.如权利要求1所述的组合式电极，其特征是在电极室(8)内设有电导传感器(12)、 电极室液注入/抽取管(11)，电导传感器(12)和电极室液注入/抽取管(11)固定在螺旋 上端盖⑷上。
专利摘要本实用新型涉及一种应用于从土壤中或者从泥状粉状堆积物中原位脱除可溶性重金属离子的组合式电极。组合式电极是由不锈钢柱状或管状电极3和由孔管状外壳7所包围空间形成的电极室8的组合体。在电极室8内中上部设置有电极室液注入/抽取管道11和电极室液电导传感器12、底部设置有电极钉入锥10。本组合式电极具有结构简单、安装方便、安全可靠的优点，有助于脉冲电动力学原位脱除可溶性重金属离子效率的提高。
文档编号B09C1/08GK201799448SQ201020161280
公开日2011年4月20日 申请日期2010年4月9日 优先权日2010年4月9日
发明者张智良, 查振林, 罗亚田, 董有 申请人:中钢武汉安环院华安设计工程有限公司, 中钢集团武汉安全环保研究院有限公司, 武汉理工大学