一种电动修复锑污染土壤的工作液配方及应用的制作方法

本发明涉及土壤修复技术领域，尤其涉及一种电动修复锑污染土壤的工作液配方及应用。

背景技术：

锑不是一种自然丰富的元素，在底壳中的含量大概是0.2mg/kg，但是由于人类的活动导致环境中锑的浓度上升，在最近十几年中锑的全球通量至少增加10倍。研究收集的污染地区居民头发中的锑含量为15.9mg/kg，因此必须在矿区内开发和有效地实施清洁技术，去除土壤中的锑。

目前所拥有的处理锑污染土壤的技术主要是植物修复、微生物修复技术以及淋洗技术。植物修复的运行成本低、回收和处理富集重金属比较容易；但是耗时较长，只能针对浅层地下水、表层土壤和沉积物中的锑，超积累植物吸收锑的分子、生化、生理过程有待深入阐明，限制了植物修复的潜力发挥，食草动物地植物修复的取食行为使锑进入了食物链，植物修复的后期处置问题难以解决，外来的植物种类可能对当地的土壤、生物多样性产生不良影响。微生物修复技术虽然对环境影响小，不会带来二次污染；但是耗时长，条件苛刻，并非所有进入环境的污染物都能被生物利用，且特定的生物一般只能吸收、利用、降解、转化特定类型的化学物质。土壤淋洗技术可选用的清洗液的种类很多，且可以循环再生也可以通过多次注入地下水来去除剩余污染物质，但是处理不当会给地下水带来一定的污染，造成二次污染。

电动修复是将合适的阳极和阴极垂直地放置在地下并且施加低功率直流电场以去除土壤中的污染物，对被污染的土壤进行现场修复的一种技术。电动修复具有适用性广，能量效率高，容易自动化操作，对环境友好，成本低等优点。现已有电动修复土壤污染的成功案例，也有文献报到了关于土壤修复的各种强化技术。但是还没有关于使用电动修复技术修复锑污染土壤的报道和成功案例。

技术实现要素：

针对上述存在的问题，本发明旨在提供一种电动修复锑污染土壤的工作液配方及应用，具体的是提供一种原材料简单、处理效果好、修复速度快、操作简便的工作液配方，应用于电动修复锑污染土壤，提高锑污染土壤的修复效率50%~100%，加快修复速率。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种电动修复锑污染土壤的工作液配方，所述工作液配方包括阳极工作液以及阴极缓冲液，所述阳极工作液为磷酸二氢钾与氢氧化钾按照质量浓度1:1的比例配制成0.05~0.5mol/l的磷酸二氢钾-氢氧化钾水溶液，所述阴极缓冲液为醋酸钾和醋酸的质量浓度1~2:1~2的比例配制成0.2~0.8mol/l的醋酸钾-醋酸水溶液。

作为优选，所述阳极工作液的浓度范围为0.05~0.5mol/l。

作为优选，所述阴极缓冲液的浓度范围为0.2~0.8mol/l。

作为优选，所述磷酸二氢钾，其含量为≥99%；氢氧化钾，其含量为≥99%；醋酸钾，其含量为≥99%；醋酸，其浓度为36%~38%。

一种电动修复锑污染土壤的工作液配方的应用，包括以下步骤：

步骤1：收集待修复土壤，并将待修复土壤装进电动修复装置内的反应器中，并且采用铁板作为阳极板，采用钢板作为阴极板；

步骤2：在反应器的两侧分别设置阳极槽和阴极槽，阳极槽和阴极槽内分别装入阳极工作液以及阴极缓冲液；

步骤3：调节电流密度为1~15ma/cm²，极板面积与反应器的侧面面积比为1/2~1/4m²/m²，极板间距为15~25cm，采用直流电源间断性供电，2~4h供电之后断电2~4h，持续不断；

步骤4：每2h取样测工作液的ph，确保ph在4.5~9之间，72h后停止供电；

步骤5：将置换出来的五价锑在阳极工作液中被还原为三价锑，并与亚铁离子通过共沉淀或絮凝作用得到净化而去除。

作为优选，所述电动修复装置的反应器两端还均设置不锈钢网架，并在所述不锈钢网架内可拆卸设置滤纸，所述滤纸通过对接机构对接卡紧，所述不锈钢网架为一方形结构，包括中间格网槽以及设在所述中间格网槽两边的滤纸槽，在所述不锈钢网架的侧面开通有用于液体通过的贯通槽，所述贯通槽从所述不锈钢网架的一侧连通至另一侧。

作为优选，所述中间格网槽的底部开设锥形定位槽，并在所述中间格网槽内对应安装不锈钢格网。

作为优选，所述对接机构为两块相向设置的弹簧钢板，每块所述弹簧钢板顶部均固定在所述滤纸槽的内壁上，并且其下端为一体成型的倾斜对接部，两块所述弹簧钢板上的倾斜对接部之间形成用于安装滤纸的滤纸通道。

作为优选，在所述不锈钢网架上还设有用于对所述弹簧钢板进行锁紧的锁紧机构，所述锁紧机构横向设置在所述滤纸槽上，且包括锁紧螺栓以及焊接在锁紧螺栓端部的锁紧柱，所述锁紧柱端面为楔形结构，每个所述弹簧钢板的外侧面上均开有锁紧槽，所述楔形结构对应所述锁紧槽，通过调节锁紧螺栓来控制两块弹簧钢板相向运动，进一步实现对滤纸的夹紧操作。

作为优选，在所述楔形结构端面还固定有一层磁性板，在所述锁紧槽内紧固连接一磁性片，所述磁性板与所述磁性片相吸。

本发明的有益效果是：

首先：具有提高离子交换能力和较好的吸附能力，能够增加土壤中的锑的迁移能力，提高土壤中锑的去除率，提高去除率50%~100%；

其次：磷酸二氢钾-氢氧化钾溶液的使用使得土壤的磷含量增加，为土壤作为农田土提供优势；因为采用了醋酸钾-醋酸作为缓冲液，使得难溶性锑酸钠形成的概率减小，提高锑的去除率50%~100%，增加了电动修复工作效率的1.5倍到2倍。

附图说明

图1为本发明电动修复装置的示意图。

图2为本发明不锈钢网架的示意图。

图3为本发明不锈钢网架的主视示意图。

图4为图3中d部分的放大图。

图5为本发明不锈钢网架的侧面示意图。

图6为不锈钢格网的示意图。

其中：1-反应器，2-阳极槽，3-阴极槽，4-阳极板，5-阴极板，6-阳极工作液，7-阴极缓冲液，8-出气及检测孔，9-不锈钢网架，10-中间格网槽，101-锥形定位槽，11-滤纸槽，12-贯通槽，13-弹簧钢板，131-倾斜对接部，14-锁紧螺栓，15-锁紧柱，16-楔形结构，17-锁紧槽，18-污染土壤，19-直流电源，20-电流表，21-出气及检测孔，22-不锈钢格网，23-锥形卡接端。

具体实施方式

为了使本领域的普通技术人员能更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的描述。

一种电动修复锑污染土壤18的工作液配方及应用，所述工作液配方包括阳极工作液6以及阴极缓冲液7，所述阳极工作液6为磷酸二氢钾与氢氧化钾按照质量浓度1:1的比例配制成0.05~0.5mol/l的磷酸二氢钾-氢氧化钾水溶液，所述阴极缓冲液7为醋酸钾和醋酸的质量浓度1~2:1~2的比例配制成0.2~0.8mol/l的醋酸钾-醋酸水溶液；所述阳极工作液6的浓度范围为0.05~0.5mol/l，所述阴极缓冲液7的浓度范围为0.2~0.8mol/l；所述磷酸二氢钾，其含量为≥99%，含量具体指的是质量浓度；氢氧化钾，其含量为≥99%，含量具体指的是质量浓度；醋酸钾，其含量为≥99%，含量具体指的是质量浓度；醋酸，其浓度为36%~38%。

参照附图1-6所示，一种电动修复锑污染土壤18的工作液配方的应用，包括以下步骤：

步骤1：收集待修复土壤，并将待修复土壤装进电动修复装置内的反应器1中，并且采用铁板作为阳极板4，采用钢板作为阴极板5；

步骤2：在反应器1的两侧分别设置阳极槽2和阴极槽3，阳极槽2和阴极槽3内分别装入阳极工作液6以及阴极缓冲液7，在阳极槽2和阴极槽3上均设置出气及检测孔8；在实际电解操作中需要用到不锈钢格网22和滤纸，但是现有的不锈钢格网22的设置不可拆卸，安装不够方便，而且滤纸是直接放置在不锈钢格网22侧面，因滤纸较轻，在过滤过程中不容易很好的平铺开来，而且滤纸竖向设置时还容易折弯，进而失去过滤效果，进而会影响电解过程中工作液和缓冲液与土壤中的锑进行置换的效率和效果，因此，本发明对不锈钢格网22和滤纸的安装结构进行了改进；

所述电动修复装置的反应器1两端还均设置不锈钢网架9，并在所述不锈钢网架9内可拆卸设置滤纸，所述滤纸通过对接机构对接卡紧，所述不锈钢网架9为一方形结构，包括中间格网槽10以及设在所述中间格网槽10两边的滤纸槽11，在所述不锈钢网架9的侧面开通有用于液体通过的贯通槽12，所述贯通槽12从所述不锈钢网架9的一侧连通至另一侧，电解过程中将不锈钢格网22和滤纸安装好后，电解过程中的液体通过贯通槽12，而滤纸和不锈钢格网22是设置在贯通槽12内的；所述中间格网槽10的底部开设锥形定位槽101，并在所述中间格网槽10内对应安装不锈钢格网22，在安装不锈钢格网22时，不锈钢格网22底部设置锥形卡接端21，锥形卡接端21与中间格网槽10底部的柱形定位槽对应卡接，在中间格网槽10的两端还设置封闭端，避免液体外漏；

所述对接机构为两块相向设置的弹簧钢板13，每块所述弹簧钢板13顶部均固定在所述滤纸槽11的内壁上，并且其下端为一体成型的倾斜对接部131，两块所述弹簧钢板13上的倾斜对接部131之间形成用于安装滤纸的滤纸通道，在所述不锈钢网架9上还设有用于对所述弹簧钢板13进行锁紧的锁紧机构，所述锁紧机构横向设置在所述滤纸槽11上，且包括锁紧螺栓14以及焊接在锁紧螺栓14端部的锁紧柱15，所述锁紧柱15端面为楔形结构16，每个所述弹簧钢板13的外侧面上均开有锁紧槽17，所述楔形结构16对应所述锁紧槽17，通过调节锁紧螺栓14来控制两块弹簧钢板13相向运动，进一步实现对滤纸的夹紧操作；滤纸槽11的顶端开有小口，为了方便设置弹簧钢板13，弹簧钢板13可以通过铆钉等固定在滤纸槽11的内壁上，在滤纸槽11的两侧边分别相向开有螺纹孔，锁紧螺栓14设置在螺纹孔内，在操作过程中先将弹簧钢板13形成的滤纸通道开大，将滤纸竖向小心放置进去，滤纸在放进去之前先将滤纸的底部通过一方形槽上的槽孔卡住，滤纸的底部卡紧在方形槽内，然后打开滤纸槽11内两块弹簧钢板13的孔隙，将滤纸连带方形槽放入滤纸内，直至方形槽底部正好放入滤纸槽11底部，滤纸的高度要略高于滤纸槽11的高度，接着调节锁紧螺栓14，锁紧柱15端部的楔形结构16对应在弹簧钢板13侧面的锁紧槽17内，进而带动两个弹簧钢板13靠近夹紧滤纸的上端；

进一步的，在所述楔形结构16端面还固定有一层磁性板，在所述锁紧槽17内紧固连接一磁性片，所述磁性板与所述磁性片相吸；设置磁性板和磁吸片的目的也就是进一步的在张开两块弹簧钢板13之间的孔隙时可以通过锁紧槽17内的磁性片和磁性板的相吸作用，在锁紧螺栓14向外旋转的过程中带动弹簧钢板13向外运动，进而张开，待放入滤纸，这样操作不需要手动在两块弹簧钢板13之间操作，手动在中间操作会占据一部分滤纸槽11空间，不方便较快的放入滤纸，而通过上述结构的设置可以较快的放置滤纸并夹紧滤纸；

步骤3：调节电流密度为1~15ma/cm²，极板面积与反应器1的侧面面积比为1/2~1/4m²/m²，极板间距为15~25cm，采用直流电源19间断性供电，2~4h供电之后断电2~4h，持续不断；

步骤4：每2h取样测工作液的ph，确保ph在4.5~9之间，72h后停止供电；

步骤5：将置换出来的五价锑在阳极工作液6中被还原为三价锑，并与亚铁离子通过共沉淀或絮凝作用得到净化而去除。

在电动修复的装置中，设置铁板为阳板，钢板为阴板，将锑污染土壤18装进反应器1中，在反应器1的两端加上不锈钢网和滤纸，在外部接上阴极槽3和阳极槽2，分别在阴极槽3和阳极槽2的外端连接钢板和铁板，在两极之间接上电源和电流表20。在阳极槽2里添加磷酸二氢钾-氢氧化钾溶液；在阴极槽3里添加缓冲溶液；

在电动修复反应器1中，通过阴极的亚铁离子及磷酸根离子协同作用，将被磷酸根置换出来的或原有的游离态的锑，通过电迁移的方式进入到阳极工作液6中的五价锑还原为三价锑，与阳极电位电化学溶解之后产生的亚铁离子共沉淀或絮凝作用得到净化去除。

实施例1

配制1:1的0.05mol/l磷酸二氢钾-氢氧化钾溶液，1:1的0.2mol/l缓冲溶液。在电动修复反应装置中，铁板为阳极,钢板为阴极，采用直流电源进行规律性间断供电，电流密度为1ma/cm²，极板面积与反应器侧面面积比为1/2m²/m²，极板间距为15cm。阳极槽里添加0.05mol/l的磷酸二氢钾-氢氧化钾溶液，阴极槽里添加0.1mol/l的缓冲溶液，添加方式为一次性添加，每2h取一次样。接通直流电源，通电2h之后断电2h，持续72h之后终止供电，测得土壤中的锑的去除率达到30%。

实施例2

配制1:1的0.5mol/l磷酸二氢钾-氢氧化钾溶液，1:1的0.8mol/l缓冲溶液。在电动修复反应装置中，铁板为阳极,钢板为阴极，采用直流电源进行规律性间断供电，电流密度为1ma/cm²，极板面积与反应器侧面面积比为1/2m²/m²，极板间距为15cm。阳极槽里添加0.5mol/l的磷酸二氢钾-氢氧化钾溶液，阴极槽里添加0.8mol/l的缓冲溶液，添加方式为一次性添加，每2h取一次样。接通直流电源，通电2h之后断电2h，持续72h之后终止供电，测得土壤中的锑的去除率达到41%。

实施例3

配制1:1的0.5mol/l磷酸二氢钾-氢氧化钾溶液，1:1的0.8mol/l缓冲溶液。在电动修复反应装置中，铁板为阳极,钢板为阴极，采用直流电源进行规律性间断供电，，电流密度为15ma/cm²，极板面积与反应器侧面面积比为1/2m²/m²，极板间距为25cm。阳极槽里添加0.5mol/l的磷酸二氢钾-氢氧化钾溶液，阴极槽里添加0.8mol/l的缓冲溶液，添加方式为一次性添加，每2h取一次样。接通直流电源，通电4h之后断电4h，持续72h之后终止供电，测得土壤中的锑的去除率达到50.9%。

下表中为采用实施例1-3修复后土壤中锑的浓度以及原土中锑的浓度对照表。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。