重金属污染土壤的电动修复方法及其装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及重金属污染土壤的电动修复方法及其装置，本发明提供一种重金属污染土壤的电动修复装置，所述装置包括前处理系统、直流稳压电源、电动电极等、主控制系统及后处理系统，其中，主控制系统连接并控制所述前处理系统、直流稳压电源和后处理系统；直流稳压电源为电动电极提供电源。电动土壤修复技术可实现重金属污染土壤的原位修复，不产生二次污染，处理成本较低。解决了常规土壤修复技术设备投资高、处理成本高、易造成二次污染等难题。
【专利说明】重金属污染土壤的电动修复方法及其装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及重金属污染土壤的电动修复方法及其装置。
【背景技术】
[0002]土壤污染在很长一段时间内没有受到应有关注。目前由于各种污染物弓I起的土壤污染问题相当严重。土壤受到污染后，含污染物质浓度较高的污染表土容易在风力和水力作用下分别进入到大气和水体中，导致大气污染、地表水和地下水污染以及生态系统退化等其它次生生态环境问题。重金属污染土壤面广量多，其中大中城市郊区蔬菜的重金属污染尤为严重。据国家环境保护总局发布的2000年中国环境状况公报上的数据显示:对30万hm2基本农田保护区土壤有害重金属抽样监测，其中3.6万hm2 土壤重金属超标，超标率达12.1%。重金属污染的土地，所生产的农产品大多会对人体造成重大的伤害，如镉过多的稻田中会生产出“镉米”，人吃了“镉米”以后会引发“痛痛病”。因此发展高效环境修复技术已经成为中国环境领域重要而迫切的任务。
[0003]土壤和地下水的修复技术从操作原理上可分为物理修复、化学修复以及生物修复三大类；从操作方式可以分为异位修复和原位修复两种。其中常见的有客土法、热处理法、固定/稳定化法、化学修复法、生物修复法、植物修复法和化学淋洗法等等，但是这几种方法都有一定的适用范围限制，例如，客土法工程量比较大，易产生二次污染，对土壤及生态环境破坏大；热处理法设备投资及处理成本高；生物修复法中微生物在土壤中的移动性差，易受污染物的毒性效应抑制，并且微生物/酶制剂会带来次生污染；植物修复法中超积累植物对污染物的吸收和积累极为缓慢，修复往往需要几个生长季节；淋洗法对土壤要求较高，土壤必须有较高的渗透能力，并且淋洗剂土壤截留会带来二次污染。
[0004]近10年发展的绿色修复技术一电动修复弥补了这些方法的不足，并且已经成功地应用于实际土壤中重金属污染的治理，显示出巨大的应用前景，成为土壤修复的重要发展方向。电动修复的基本原理是将电极对插入污染土壤中，在电极对上施加直流电后电极对之间形成直流电场。利用土壤孔隙中的地下水或者外加电解质溶液作为导电介质，电场条件下带电离子向相应的电极区迁移，同时，土壤孔隙中的溶液通过电渗向阴极迁移，污染物主要通过电迁移和电渗方式离开处理区，从而达到修复的目的。
【发明内容】
[0005]电动土壤修复技术可实现重金属污染土壤的原位修复，不产生二次污染，处理成本较低。解决了常规土壤修复技术设备投资高、处理成本高、易造成二次污染等难题。
[0006]本发明提供一种重金属污染土壤的电动修复装置，所述装置包括前处理系统、直流稳压电源、电动电极等、主控制系统及后处理系统，其中，主控制系统连接并控制所述前处理系统、直流稳压电源和后处理系统；直流稳压电源为电动电极提供电源。前处理系统:根据土壤前期检测情况，向土壤添加相关的药剂(络合剂或表面活性剂，根据检测结果按需要添加)或电解质，以改善土壤阴阳离子结构，便于后期电解处理；直流稳压电源:提供稳定的低压直流电，作为土壤修复系统动力；电动电极:阳极采用石墨电极，阴极采用阳离子选择性膜电极，便于电解产生的酸向土壤中的扩散，使土壤形成电渗系统，便于介质中物质的迁移，同时阻止阴极产生的碱向土壤的扩散；后处理系统:土壤电解修复完成后，对系统电极区的土壤采用离子交换萃取或电沉积的方法去除，完成整个土壤重金属的修复。
[0007]所述电动电极采用阳极采用石墨电极，阴极采用阳离子选择性膜。
[0008]进一步地，本发明提供一种重金属污染土壤的电动修复方法，污染土壤经过检测及分级，进入前处理系统进行预先处理，然后将电动电极对插入污染土壤中，在电极对上施加直流电后电极对之间形成直流电场，利用土壤孔隙中的地下水或者外加电解质溶液作为导电介质，电场条件下带电离子向相应的电极区迁移，同时，土壤孔隙中的溶液通过电渗向阳极迁移，污染物主要通过电迁移和电渗方式离开处理区，从而达到修复的目的。
[0009]本发明关键技术在于可实现重金属污染土壤的原位修复，直流电源控制及电极。电极采用阳极采用石墨电极，阴极采用不锈钢电极。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]通过参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例，本发明的以上和其它方面及优点将变得更加易于清楚，在附图中:
[0011]图1为本发明的重金属污染土壤的电动修复方法及其装置的处理工艺流程。【具体实施方式】
[0012]在下文中，现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了各种实施例。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，且不应该解释为局限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底和完全的，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。
[0013]在下文中，将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。
[0014]电动修复金属污染土壤技术的原理如下:类似于电池，利用插入介质(土壤)中的两个电极在污染介质两端加上低压直流电场，再低强度直流电的作用下，水溶的或者吸附在土壤颗粒表层的污染物根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运动；同时阳极附近的酸开始向土壤的毛细孔移动，打破污染物与介质的结合键。同时，大量的水以电渗析方式在介质中流动，土壤等介质毛细孔中的液体被带到阳极附近，重金属离子向阴极迁移，在电场作用下，可以将溶解到介质溶液中的污染物吸收至土壤表层得以去除。通过电化学和电动力学的复合作用，土壤中的带电颗粒在电场内定向移动，土壤污染物在电极附近富集或者被收集会回收。污染物的去除包括电迁移、电渗析、电泳和酸性迁移等4种电动力学过程。
[0015]参考附图1，本发明提供一种重金属污染土壤的电动修复装置，所述装置包括前处理系统、直流稳压电源、电动电极等、主控制系统及后处理系统，其中，主控制系统连接并控制所述前处理系统、直流稳压电源和后处理系统；直流稳压电源为电动电极提供电源。前处理系统:根据土壤前期检测情况，向土壤添加相关的药剂(络合剂或表面活性剂，根据检测结果按需要添加)或电解质，以改善土壤阴阳离子结构，便于后期电解处理；直流稳压电源:提供稳定的低压直流电，作为土壤修复系统动力；电动电极:阳极采用石墨电极，阴极采用阳离子选择性膜电极，便于电解产生的酸向土壤中的扩散，使土壤形成电渗系统，便于介质中物质的迁移，同时阻止阴极产生的碱向土壤的扩散；后处理系统:土壤电解修复完成后，对系统电极区的土壤采用离子交换萃取或电沉积的方法去除，完成整个土壤重金属的修复。
[0016]所述电动电极阳极采用石墨电极，阴极采用阳离子选择性膜电极。
[0017]进一步地，本发明提供一种重金属污染土壤的电动修复方法，污染土壤经过检测及分级，进入前处理系统进行预先处理，然后将电动电极对插入污染土壤中，在电极对上施加直流电后电极对之间形成直流电场，利用土壤孔隙中的地下水或者外加电解质溶液作为导电介质，电场条件下带电离子向相应的电极区迁移，同时，土壤孔隙中的溶液通过电渗向阴极迁移，污染物主要通过电迁移和电渗方式离开处理区，从而达到修复的目的。
[0018]本发明关键技术在于可实现重金属污染土壤的原位修复，直流电源控制及电极。电极采用阳极采用石墨电极，阴极采用不锈钢电极。
[0019]以上所述仅为本发明的实施例而已，并不用于限制本发明。本发明可以有各种合适的更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.重金属污染土壤的电动修复装置，其特征在于: 所述装置包括前处理系统、直流稳压电源、电动电极等、主控制系统及后处理系统，其中，主控制系统连接并控制所述前处理系统、直流稳压电源和后处理系统；直流稳压电源为电动电极提供电源； 前处理系统:根据土壤前期检测情况，向土壤添加相关的药剂，如络合剂或表面活性齐U，根据检测结果按需要添加，或电解质，以改善土壤阴阳离子结构，便于后期电解处理；直流稳压电源:提供稳定的低压直流电，作为土壤修复系统动力；后处理系统:土壤电解修复完成后，对系统电极区的土壤采用离子交换萃取或电沉积的方法去除，完成整个土壤重金属的修复。
2.如权利要求1所述的重金属污染土壤的电动修复装置，其特征在于: 所述电动电极采用阳极采用石墨电极，阴极采用阳离子选择性膜。
3.一种根据权利要求1或2所述的重金属污染土壤的电动修复装置进行修复的方法，其特征在于:污染土壤经过检测及分级，进入前处理系统进行预先处理，然后将电动电极对插入污染土壤中，在电极对上施加直流电后电极对之间形成直流电场，利用土壤孔隙中的地下水或者外加电解质溶液作为导电介质，电场条件下带电离子向相应的电极区迁移，同时，土壤孔隙中的溶液通过电渗向阴极迁移，污染物主要通过电迁移和电渗方式离开处理区，从而达到修复的目的。
【文档编号】B09C1/00GK103736718SQ201310742688
【公开日】2014年4月23日 申请日期:2013年12月27日 优先权日:2013年12月27日
【发明者】贾保军, 杨伟, 黄兴宇 申请人:河南理工大学