本发明涉及环境岩土工程技术领域，具体是一种基于磁-电联合修复污染土壤的试验装置及试验方法。
背景技术
随着国民经济的飞速发展，各类废弃物产量迅速增大，土壤污染不断加剧。若不加强污染场地环境调查、评估与污染治理修复，土壤中残留的污染物会影响城市和人居环境，并通过接触、呼吸等暴露途径进入人体，危害人身健康。污染土壤修复工作利在当代，功在千秋。
目前国内外土壤修复技术均有各自的优势，但是单一的修复技术在修复效率和经济性上具有一定的局限性，将多种修复技术联合起来的联合修复装置和技术成为研究热点。
电动力学修复技术是将电极插入受污染的土壤，通过施加低压直流电形成电场，利用土壤孔隙中的水或者外加电解质溶液作为导电介质，使水溶性的和吸附在土壤颗粒表层的污染物，在电场产生的各种电动力学效应下，根据所带电荷的不同而向不同的电极方向运动，到达电极附近的污染物可以通过沉淀、电镀或者离子交换萃取等方法被去除，从而达到修复的目的。
虽然电动修复技术取得了很大的进展，但是仍有许多问题急需解决，例如提高电动修复效率、减小电动修复成本、减小对环境造成二次污染等，这就需要我们进一步系统的研究。
而磁处理技术作为一种新兴、高效的污染土壤处理方式，值得我们对其进行探究。磁处理技术的基本原理是利用外加磁场对土壤中污染物进行分离处理，并且不会对土壤本身造成污染。
整个处理过程较易屏蔽，不产生二次污染，具有处理效率高、经济实用、操作简单等特点，目前尚缺乏污染土壤磁-电联合修复的装置。
技术实现要素：
本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，提供一种基于磁-电联合修复污染土壤的试验装置及试验方法。
为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于磁-电联合修复污染土壤的试验装置，其特征在于，包括系统i和系统ii。
所述系统ii的整体为一个内中空的长方体。所述系统ii由左侧板、右侧板、前侧板、后侧板、底板、顶盖i和顶盖ii构成。
所述系统ii从左到右依次为左侧板、流通系统i、流通系统ii和右侧板。
所述流通系统i由两块多孔板i和阴离子选择膜构成。所述阴离子选择膜位于两块多孔板i之间。所述两块多孔板i和阴离子选择膜紧密压合在一起且四周密封。所述流通系统i的尺寸与系统ii的长方体内腔尺寸相契合。
所述流通系统ii由两块多孔板ii和阳离子选择膜构成。所述阳离子选择膜位于两块多孔板ii之间。所述两块多孔板ii和阳离子选择膜紧密压合在一起且四周密封。所述流通系统ii的尺寸与系统ii的长方体内腔尺寸相契合。
所述左侧板、流通系统i、前侧板、后侧板、底板和顶盖i构成的腔室为阳极室。
所述流通系统i、流通系统ii、前侧板、后侧板和底板构成的腔室为土壤室。
所述流通系统ii、右侧板、前侧板、后侧板、底板和顶盖ii构成的腔室为阴极室。
所述阳极室内安装有阳极板。所述阳极板与顶盖i的底面相连。所述阳极板与底板之间留有间隙。
所述阴极室内安装有阴极板。所述阴极板与顶盖ii的底面相连。所述阴极板与底板之间留有间隙。
所述顶盖i的形状和大小与阳极室的顶端敞口的形状和大小相契合。所述顶盖i将阳极室的顶端敞口封堵。所述顶盖i的端面上开有通孔i和通孔ii。所述通孔i连接电解液添加管。所述通孔ii连接通气管i。
所述顶盖ii的形状和大小与阴极室的顶端敞口的形状和大小相契合。所述顶盖ii将阴极室的顶端敞口封堵。所述顶盖ii的端面上开有通孔iii。所述通孔iii连接通气管ii。
所述土壤室的上方无顶盖封堵。
所述后侧板的外壁下端设有通孔iv。所述通孔iv连接电解液排放管。所述电解液排放管上设有阀门。
所述系统i为磁场发生区。所述磁场发生区由绝缘外壳和通电导线构成。
所述通电导线缠绕在系统ii的长方体外壁上。
所述绝缘外壳为上下两端敞口且内中空的长方体结构。所述绝缘外壳罩在系统ii和通电导线构成的整体的外壁上。所述绝缘外壳的内腔尺寸与系统ii和通电导线构成的整体尺寸相契合。
进一步，所述阳极板与顶盖i之间可拆卸。所述阴极板与顶盖ii之间可拆卸。
进一步，所述多孔板i和多孔板ii均为中间密布孔状结构的板形，所述多孔板i和多孔板ii的端面四周无小孔。
进一步，所述通电导线接通交流电源。所述阳极板和阴极板接通直流电源，并设置电流表。
进一步，所述绝缘外壳、左侧板、右侧板、前侧板、后侧板、顶盖i、顶盖ii、多孔板i和多孔板ii的材质包括有机玻璃。
进一步，所述顶盖i和顶盖ii的端面四周均包覆有橡胶密封圈。
一种基于磁-电联合修复污染土壤的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照设计尺寸制作系统ii中的阳极室、土壤室和阴极室，再将系统i中的通电导线缠绕在系统ii的外壁上，最后用绝缘外壳将通电导线罩住。
2)将顶盖i与阳极板连接在一起、顶盖ii与阴极板连接在一起。再将顶盖i与阳极板构成的整体结构放入阳极室内、顶盖ii与阴极板构成的整体结构放入阴极室内。
3)将土壤室的内壁上均匀涂抹凡士林后，再在土壤室与电极室连接处的内部处放上滤纸。
4)将调节好ph值和含水率的污染土壤均匀的放入土壤室内。所述土壤室内设有土壤高度刻度线。
5)利用压力泵，将电解液通过电解液添加管，泵入到阳极室中，流入土壤室和阴极室。所述电解液排放管上的阀门保持关闭状态。
6)将通电导线接通交流电源。所述阳极板和阴极板接通直流电源，并设置电流表。
7)打开两个电源，开始磁-电联合修复污染土壤，修复过程中，暂时关闭电源，从土壤室中一定深度处取出土样，检测修复效果。所述土壤室(4)的深度为h；取样深度分别为土壤室(4)的1/5h、1/2h、h深度处；
8)污染土壤修复效果达到标准后，修复完成，关闭电源，打开电解液排放管上的阀门，电解液由电解液排放管排出。
9)设计包括不同初始含水率、土壤初始ph值、电解时间、通电电压、磁场强度、辅助试剂在内的控制因素试验样本，重复步骤3)～8)开展磁-电化学修复试验，直至需要考虑的各影响因素试验完成。
10)对步骤9)中得到的各组实验数据进行记录整理，分析比较后，得到各影响因素对磁-电化学修复重金属污染土效率的影响规律，确定其最佳组合方式。
一种基于磁-电联合修复污染土壤的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照设计尺寸制作系统ii中的阳极室、土壤室和阴极室，再将系统i中的通电导线缠绕在系统ii的外壁上，最后用绝缘外壳将通电导线罩住。
2)将顶盖i与阳极板连接在一起、顶盖ii与阴极板连接在一起。再将顶盖i与阳极板构成的整体结构放入阳极室内、顶盖ii与阴极板构成的整体结构放入阴极室内。
3)重复步骤)1～2)，组装若干个试验装置同时进行后续试验。
所述试验装置的数量为x。试验中控制的单一影响因素的数量为m。每个单一影响因素具有n个梯度。x＝m×n。
4)将土壤室的内壁上均匀涂抹凡士林后，再在土壤室与电极室连接处的内部处放上滤纸。
5)将调节好ph值和含水率的污染土壤均匀的放入土壤室内。所述土壤室内设有土壤高度刻度线。
6)利用压力泵，将电解液通过电解液添加管，泵入到阳极室中，流入土壤室和阴极室。所述电解液排放管上的阀门保持关闭状态。
7)将通电导线接通交流电源。所述阳极板和阴极板接通直流电源，并设置电流表。
8)打开两个电源，开始磁-电联合修复污染土壤，修复过程中，暂时关闭电源，从土壤室中一定深度处分别取出土样，检测修复效果。所述土壤室(4)的深度为h；取样深度分别为土壤室(4)的1/5h、1/2h、h深度处；
9)污染土壤修复效果达到标准后，修复完成，关闭电源，打开电解液排放管上的阀门，电解液由电解液排放管排出。
10)设计包括不同初始含水率、土壤初始ph值、电解时间、通电电压、磁场强度、辅助试剂在内的控制因素试验样本，将若干个试验装置同时重复步骤3)～8)开展磁-电化学修复试验。
11)对步骤10)中得到的各组实验数据进行记录整理，分析比较后，得到各影响因素对磁-电化学修复重金属污染土效率的影响规律，确定其最佳组合方式。
进一步，在步骤7)之后，可采用间歇通电法进行试验。
本发明的技术效果是毋庸置疑的，本发明具有以下优点：
1)本发明中处理区的污染土壤在磁-电联合作用下，可实现快速高效修复污染土壤；
2)本发明中的阴、阳离子交换膜可以避免土壤内部产生ph跃变的问题，提高修复效率；
3)本发明中的电磁场可以通过控制电压强度，使土壤室产生垂直方向的高强磁场；
4)本发明中交流电产生的电磁场随时在变化，可使污染离子快速迁移至阴极板。
附图说明
图1为本发明装置的结构示意图；
图2为本发明装置内部的结构示意图；
图3为磁场发生区的结构示意图；
图4为阳极室的结构示意图；
图5为阴极室的结构示意图；
图6为多孔板的立面示意图；
图中：系统i1、磁场发生区101、绝缘外壳1011、通电导线1012、系统ii2、左侧板201、右侧板202、前侧板203、后侧板204、顶盖i206、顶盖ii207、流通系统i208、多孔板i2081、流通系统ii209、多孔板ii2091、阳极室3、阳极板301、阴极室5、阴极板501、电解液添加管6、通气管i701、通气管ii702、电解液排放管8、阀门801。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
实施例1：
如图1所示，一种基于磁-电联合修复污染土壤的试验装置，其特征在于，包括系统i1和系统ii2。
如图2所示，所述系统ii2的整体为一个内中空的长方体。所述系统ii2由左侧板201、右侧板202、前侧板203、后侧板204、底板205、顶盖i206和顶盖ii207构成。
所述系统ii2从左到右依次为左侧板201、流通系统i208、流通系统ii209和右侧板204。
所述流通系统i208由两块多孔板i2081和阴离子选择膜2082构成。所述阴离子选择膜2082位于两块多孔板i2081之间。所述两块多孔板i2081和阴离子选择膜2082紧密压合在一起且四周密封。所述流通系统i208的尺寸与系统ii2的长方体内腔尺寸相契合。
所述流通系统ii209由两块多孔板ii2091和阳离子选择膜2092构成。所述阳离子选择膜2092位于两块多孔板ii2091之间。所述两块多孔板ii2091和阳离子选择膜2092紧密压合在一起且四周密封。所述流通系统ii209的尺寸与系统ii2的长方体内腔尺寸相契合。
如图4所示，所述左侧板201、流通系统i208、前侧板203、后侧板204、底板205和顶盖i206构成的腔室为阳极室3。
所述流通系统i208、流通系统ii209、前侧板203、后侧板204和底板205构成的腔室为土壤室4。
如图5所示，所述流通系统ii209、右侧板204、前侧板203、后侧板204、底板205和顶盖ii207构成的腔室为阴极室5。
所述阳极室3内安装有阳极板301。所述阳极板301与顶盖i206的底面相连。所述阳极板301与底板205之间留有间隙。
所述阴极室5内安装有阴极板501。所述阴极板501与顶盖ii207的底面相连。所述阴极板501与底板205之间留有间隙。
所述顶盖i206的形状和大小与阳极室3的顶端敞口的形状和大小相契合。所述顶盖i206将阳极室3的顶端敞口封堵。所述顶盖i206的端面上开有通孔i2061和通孔ii2062。所述通孔i2061连接电解液添加管6。所述通孔ii2062连接通气管i701。
所述顶盖ii207的形状和大小与阴极室5的顶端敞口的形状和大小相契合。所述顶盖ii207将阴极室5的顶端敞口封堵。所述顶盖ii207的端面上开有通孔iii2071。所述通孔iii2071连接通气管ii702。
所述土壤室4的上方无顶盖封堵。
所述后侧板204的外壁下端设有通孔iv2041。所述通孔iv2041连接电解液排放管8。所述电解液排放管8上设有阀门801。
如图3所示，所述系统i1为磁场发生区101。所述磁场发生区101由绝缘外壳1011和通电导线1012构成。
所述通电导线1012缠绕在系统ii2的长方体外壁上。
所述绝缘外壳1011为上下两端敞口且内中空的长方体结构。所述绝缘外壳1011罩在系统ii2和通电导线1012构成的整体的外壁上。所述绝缘外壳1011的内腔尺寸与系统ii2和通电导线1012构成的整体尺寸相契合。
所述阳极板301与顶盖i206之间可拆卸。所述阴极板501与顶盖ii207之间可拆卸。
如图6所示，所述多孔板i2081和多孔板ii2091均为中间密布孔状结构的板形，所述多孔板i2081和多孔板ii2091的端面四周无小孔。
所述通电导线1012接通交流电源。所述阳极板301和阴极板501接通直流电源，并设置电流表。
所述绝缘外壳1011、左侧板201、右侧板202、前侧板203、后侧板204、顶盖i206、顶盖ii207、多孔板i2081和多孔板ii2091的材质包括有机玻璃。
所述顶盖i206和顶盖ii207的端面四周均包覆有橡胶密封圈。
实施例2：
一种基于磁-电联合修复污染土壤的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照设计尺寸制作系统ii2中的阳极室3、土壤室4和阴极室5，再将系统i1中的通电导线1012缠绕在系统ii2的外壁上，最后用绝缘外壳1011将通电导线1012罩住。
所述土壤室4的尺寸为15cm×9cm×9cm；
所述阳极室3和阴极室5的尺寸为2cm×9cm×11cm；
所述绝缘外壳1011的尺寸为21cm×9cm×11cm。
2)将顶盖i206与阳极板301连接在一起、顶盖ii207与阴极板501连接在一起。再将顶盖i206与阳极板301构成的整体结构放入阳极室3内、顶盖ii207与阴极板501构成的整体结构放入阴极室5内。
3)将土壤室4的内壁上均匀涂抹凡士林后，再在土壤室与电极室连接处的内部处放上滤纸。
4)将调节好ph值和含水率的污染土壤均匀的放入土壤室4内。所述土壤室4内设有土壤高度刻度线，静置24h。
5)利用压力泵，将电解液通过电解液添加管6，泵入到阳极室3中，流入土壤室4和阴极室5。所述电解液排放管8上的阀门801保持关闭状态。
6)将通电导线1012接通交流电源。所述阳极板301和阴极板501接通直流电源，并设置电流表。
7)打开两个电源，开始磁-电联合修复污染土壤，修复过程中，暂时关闭电源，从土壤室4中2cm、5cm、10cm深度处分别取出1g土样，检测修复效果。
8)污染土壤修复效果达到标准后，修复完成，关闭电源，打开电解液排放管8上的阀门801，电解液由电解液排放管8排出。
9)设计不同初始含水率、土壤初始ph值、电解时间、通电电压、磁场强度、辅助试剂等控制因素试验样本，重复步骤3)～8)开展磁-电化学修复试验，直至需要考虑的各影响因素试验完成。
10)对步骤9)中得到的各组实验数据进行记录整理，分析比较后，得到各影响因素对磁-电化学修复重金属污染土效率的影响规律，确定其最佳组合方式。
实施例3：
一种基于磁-电联合修复污染土壤的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照设计尺寸制作系统ii2中的阳极室3、土壤室4和阴极室5，再将系统i1中的通电导线1012缠绕在系统ii2的外壁上，最后用绝缘外壳1011将通电导线1012罩住。
所述土壤室4的尺寸为15cm×9cm×9cm；
所述阳极室3和阴极室5的尺寸为2cm×9cm×11cm；
所述绝缘外壳1011的尺寸为21cm×9cm×11cm。
2)将顶盖i206与阳极板301连接在一起、顶盖ii207与阴极板501连接在一起。再将顶盖i206与阳极板301构成的整体结构放入阳极室3内、顶盖ii207与阴极板501构成的整体结构放入阴极室5内。
3)重复步骤1)～2)，组装30个试验装置同时进行后续试验。
所述试验装置的数量为x。试验中控制的单一影响因素的数量为m。每个单一影响因素具有n个梯度。x＝m×n。
在本实施例中，选定的控制的单一影响因素的数量m＝6；
其中每个单一影响因素具有n＝5个梯度；
4)将土壤室4的内壁上均匀涂抹凡士林后，再在土壤室与电极室连接处的内部处放上滤纸。
5)将调节好ph值和含水率的污染土壤均匀的放入土壤室4内。所述土壤室4内设有土壤高度刻度线。
6)利用压力泵，将电解液通过电解液添加管6，泵入到阳极室3中，流入土壤室4和阴极室5。所述电解液排放管8上的阀门801保持关闭状态。
7)将通电导线1012接通交流电源。所述阳极板301和阴极板501接通直流电源，并设置电流表。
8)打开两个电源，开始磁-电联合修复污染土壤，修复过程中，暂时关闭电源，从土壤室4中2cm、5cm、10cm深度处分别取出1g土样，检测修复效果。
9)污染土壤修复效果达到标准后，修复完成，关闭电源，打开电解液排放管8上的阀门801，电解液由电解液排放管8排出。
10)设计不同初始含水率、土壤初始ph值、电解时间、通电电压、磁场强度、辅助试剂六个控制因素试验样本，将30个试验装置同时重复步骤3)～8)开展磁-电化学修复试验；
11)对步骤10中得到的各组实验数据进行记录整理，分析比较后，得到各影响因素对磁-电化学修复重金属污染土效率的影响规律，确定其最佳组合方式。
实施例4：
一种基于磁-电联合修复污染土壤的试验方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照设计尺寸制作系统ii2中的阳极室3、土壤室4和阴极室5，再将系统i1中的通电导线1012缠绕在系统ii2的外壁上，最后用绝缘外壳1011将通电导线1012罩住。
所述土壤室4的尺寸为15cm×9cm×9cm；
所述阳极室3和阴极室5的尺寸为2cm×9cm×11cm；
所述绝缘外壳1011的尺寸为21cm×9cm×11cm。
2)将顶盖i206与阳极板301连接在一起、顶盖ii207与阴极板501连接在一起。再将顶盖i206与阳极板301构成的整体结构放入阳极室3内、顶盖ii207与阴极板501构成的整体结构放入阴极室5内。
3)将土壤室4的内壁上均匀涂抹凡士林后，再在土壤室与电极室连接处的内部处放上滤纸。
4)将调节好ph值和含水率的污染土壤均匀的放入土壤室4内。所述土壤室4内设有土壤高度刻度线，静置24h。
5)利用压力泵，将电解液通过电解液添加管6，泵入到阳极室3中，流入土壤室4和阴极室5。所述电解液排放管8上的阀门801保持关闭状态。
6)将通电导线1012接通交流电源。所述阳极板301和阴极板501接通直流电源，并设置电流表。
7)打开两个电源，开始磁-电联合修复污染土壤，修复过程中，暂时关闭电源，从土壤室4中2cm、5cm、10cm深度处分别取出1g土样，检测修复效果。
8)采用间歇供电方式进行试验，通电12h、断电6h，通电24h、断电12h与通电48h、断电24小时，一共试验6天。
9)试验6天后，关闭电源，打开电解液排放管8上的阀门801，电解液由电解液排放管8排出。
10)对步骤8)中得到的各组实验数据进行记录整理，分析比较后，得到不同的间歇供电方式对重金属污染土效率的影响规律，确定其最佳组合方式。