一种水体底泥原位电动处理装置及处理方法与流程

文档序号:25543807发布日期:2021-06-18 20:41
一种水体底泥原位电动处理装置及处理方法与流程

本发明涉及水环境治理技术流域,尤其是一种水体底泥原位电动处理装置及处理方法。



背景技术:

污染物通过大气沉降、水土流失、废水排放、雨水淋溶与冲刷等多种方式进入水体,造成有害物质在底泥中不断累积富集,其沉淀下来的污染物大多数超过了标准,其中重金属的污染情况最为严重,底泥重金属如铬、铅、锌、铜等超标会对生态环境和人类健康造成的巨大的影响。除此之外,底泥中的重金属不稳定,当发生水体扰动、水质变化等情况时,底泥沉积的重金属重新释放到水体,引起水体二次污染。

目前,底泥重金属污染的处理方法主要有两种,一是通过改变土壤中重金属的存在形态,通过降低其活性来控制重金属污染;第二种是从根源消除重金属的污染,即将重金属从土壤中分离出来。底泥重金属去除方法包括吸附法、化学溶液清洗法、生物淋滤法、超临界萃取技术等方法。近年来电动修复技术修复作为一种新兴的修复技术,由于具有无需添加任何药剂,不会造成二次污染,重金属可回收利用等特点备受人们广泛关注。电动修复技术作为一种新型修复技术,具有所用化学试剂少、高效、对环境扰动较小等优点。

中国专利《一种去除污染底泥中黑臭污染物的原位电动修复方法》(申请号:201811453353.1)公开了一种底泥污染物的原位电动修复方法,通过切换正负极转换器使得两个电极轮流做阳极,去除底泥中的致黑臭污染物,以电极作为电子受体,耗能少。但该专利存在仪器制造复杂、设备安装繁琐、维修管理不便等缺点。中国专利《一种基于电动力学原理的黑臭水体底泥修复系统》(申请号:202010696239.2)公开了一种黑臭水体底泥的电动力学修复系统,可以减轻底泥酸化和沉积物产生的、抑制底泥温度的升高;减少底泥净化过程中消耗的功率,提高污染物的去除效率。但此项专利的应用前景不具有规模性。



技术实现要素:

本发明要解决的技术问题是:为克服上述专利存在的缺陷,本发明提供一种操作简单、投资较少的水体底泥原位电动处理装置,对重金属污染的水体底泥进行净化处理。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:

一种水体底泥原位电动处理装置,所述的水体底泥原位电动处理装置为船体结构,包括浮力舱1、设备舱2、操作舱3,以及支撑杆4、发电系统5、操作移动平板6、直流电源7、阳极电解器8、阴极电解器9、锚杆10、隔水幕布11、水泵和水管;

所述浮力舱1位于船体结构两端的底部,为船体结构提供浮力,浮力舱1为密封式结构。

所述设备舱2位于船体结构的两端,且处于浮力舱1的上部,设备舱2中放置使用的部分装置设备。

所述操作舱3位于船体结构的中部,为镂空结构。

所述支撑杆4为圆柱体结构,垂直安装在浮力舱1的侧壁上。

所述发电系统5包括固定装置5-1、风力发电装置5-2、光伏发电装置5-3和变压箱5-4;所述固定装置5-1安置在支撑杆4的上方。风力发电装置5-2、变压箱5-4和光伏发电装置5-3依次排列在固定装置5-1上,风力发电装置5-2和光伏发电装置5-3的电线并联到变压箱5-4,变压箱5-4内装有控制器、逆变器和蓄电池,经过控制器和逆变器作用,风力发电装置5-2和光伏发电装置5-3的电力为蓄电池充电。蓄电池通过电缆与水体底泥原位电动处理装置的用电设备连接。

所述操作移动平板6呈十字形平铺在操作舱3的上部,操作移动平板6的两端搭设在操作舱3的舱壁上,操作移动平板6提供操作平台。

所述直流电源7连接蓄电池。

所述阳极电解器8分为三部分,中上部为多段不锈钢柱叠摞组成的阳极圆柱形伸缩杆8-1,下端为圆柱形阳极电解插筒8-2,底端为阳极圆锥形固定插头8-3。

所述阳极圆柱形伸缩杆8-1的不锈钢柱之间通过连接螺栓8-4连接;每段不锈钢柱内均设有连接螺栓8-4,所述连接螺栓8-4一端具有外螺纹、另一端设有内螺纹。所述阳极圆柱形伸缩杆8-1最下端底部有沿伸缩杆周向均匀布置的圆形孔洞,孔洞内侧焊有若干螺帽。

所述圆柱形阳极电解插筒8-2与阳极圆柱形伸缩杆8-1为同心圆布置。圆柱形阳极电解插筒8-2直径为阳极圆柱形伸缩杆8-1直径的2~4倍。圆柱形阳极电解插筒8-2外壁上有沿筒壁方向向上延伸的阳极不锈钢环形插片8-5,阳极不锈钢环形插片8-5上有与阳极圆柱形伸缩杆8-1孔洞相对应的孔洞,两者通过螺丝链接,便于拆卸。圆柱形阳极电解插筒8-2中心处安置有圆柱形的阳极8-6,阳极8-6采用石墨材料制成,阳极8-6连接直流电源7的正极。圆柱形阳极电解插筒8-2外壁上设有若干菱形镂空结构,便于电解反应。

所述阳极电解器8最下端为阳极圆锥形固定插头8-3,阳极圆锥形固定插头8-3便于把阳极电解器8-2插入底泥中。

所述阳极电解器8设有4个。

所述阴极电解器8分为三部分,中上部为多段不锈钢柱叠摞组成的阴极圆柱形伸缩杆9-1,下端为圆柱形阴极电解插筒9-2,底为阴极圆锥形固定插头9-3。

所述阴极圆柱形伸缩杆9-1的不锈钢柱之间通过连接螺栓8-4连接;每段不锈钢柱内均设有连接螺栓8-4,所述连接螺栓8-4一端具有外螺纹、另一端设有内螺纹。所述阴极圆柱形伸缩杆9-1最下端底部有沿伸缩杆周向均匀布置的圆形孔洞,孔洞内侧焊有若干螺帽。

所述圆柱形阴极电解插筒9-2与阴极圆柱形伸缩杆9-1为同心圆布置。圆柱形阴极电解插筒9-2直径为阴极圆柱形伸缩杆9-1直径的2~4倍。圆柱形阴极电解插筒9-2有阴极电解内筒9-4和阴极电解外筒9-5。阴极电解内筒9-4有沿筒壁方向向上延伸的阴极不锈钢环形插片9-7,阴极不锈钢环形插片9-7上有与阴极圆柱形伸缩杆9-1孔洞相对应的孔洞,两者通过螺丝链接,便于拆卸。阴极电解内筒9-4中心处安置有石墨或不锈钢材料制成的圆柱形的阴极9-6,阴极9-6连接直流电源7的负极。阴极电解外筒9-5的内壁内衬有无纺棉布,将改性吸附碳填充在无纺棉布围成的圆柱形空间内。阴极电解外筒9-5与阴极电解内筒9-4为密闭结构,阴极电解内筒9-4和阴极电解外筒9-5筒壁上设有若干菱形镂空结构,便于电解反应。阴极电解外筒9-5外壁上设有可开闭的环形推拉门9-8,便于安置和清理改性吸附碳。

所述阴极电解器9最下端为阴极圆锥形固定插头9-3,阴极圆锥形固定插头9-3便于把阴极电解器插入底泥中。

所述阴极电解器9设有1个。

所述锚杆10设在设备舱2的四个角落,共有四根,每根锚杆10由不锈钢柱10-1和四棱锥10-2两部分组成,所述不锈钢柱10-1为4~6段结构组成,每段结构设有连接螺栓8-4,所述连接螺栓8-4一端具有外螺纹、另一端开有内螺纹。最下端的结构相邻两侧面分别焊有三个挂环6-1。不锈钢柱下方焊接有四棱锥10-2,四棱锥10-2结构便于把锚杆10插入底泥中。

所述隔水幕布11绕着锚杆10围成封闭状四面体形,隔水幕布11中内置有由上至下层层分布的钢圈11-1,层与层之间的钢圈11-1通过细钢丝11-2连接,位于隔水幕布11最上部的钢圈上焊接有多个挂钩11-3,每个挂钩11-3分别挂在操作舱3四周的舱壁上。隔水幕布11最下部的钢圈11-1上焊接有多个挂钩11-3,每个挂钩11-3分别挂入锚杆10上设置的挂环6-1上。

所述水泵安装在设备舱2内,水管与水泵相连,水泵工作时通过水管,将锚杆10和隔水幕布11围绕的四面体空间里的水抽干。

进一步地,所述改性吸附碳的制作过程为:

(1)将小麦秆洗净干燥、粉碎、经50~100目过筛后,浸入质量浓度为2~10%的氢氧化钠水溶液中反应80~100分钟,小麦秆与氢氧化钠水溶液固液比为10~80g/ml;

(2)在步骤(1)反应物中加入质量浓度为90~95%的环氧氯丙烷水溶液,小麦秆与环氧氯丙烷水溶液的固液比为10~80g/ml,反应18~24小时后,抽滤,得1号固体样品;

(3)将1号固体样品浸入质量浓度为10~15%的氢氧化钾水溶液,再加入质量浓度为85~95%的二硫化碳水溶液,1号固体样品与氢氧化钾水溶液、二硫化碳水溶液的固液比均为10~80g/ml,辅以微波处理,反应40~60分钟后,抽滤,得2号固体样品;

(4)将2号固体样品浸入质量浓度为10~15%的硫酸镁水溶液,2号固体样品与硫酸镁水溶液的固液比为10~80g/ml,继续反应15分钟,抽滤,用硫酸镁和乙醇的混合液作为洗涤液洗涤至ph7.0~7.5,其中硫酸镁的质量浓度为5%,乙醇的纯度为95~100v/v%,得3号固体样品;

(5)将3号固体样品在40~70℃烘干,即得到改性吸附碳。

进一步地,所述的支撑杆4的长度为1.5~2m,直径为5~20cm。

进一步地,所述支撑杆4采用硬塑料、金属、木料或竹竿制成。

进一步地,所述固定装置5-1由金属制成。

进一步地,所述操作移动平板6采用木板、钢板或硬塑料板制成。

进一步地,所述直流电源7为恒压式直流电源,电场强度设定为3v/cm。

进一步地,所述阳极圆柱形伸缩杆8-1、阴极圆柱形伸缩杆9-1的不锈钢柱均为4-6段。

进一步地,所述阳极电解器8、阴极电解器9均用不锈钢材料制成。

进一步地,所述不锈钢柱10-1外径为5~20cm。

进一步地,所述隔水幕布11由防水胶布材质制成。

利用本发明的水体底泥原位电动处理装置进行底泥处理的方法为:

①水体底泥原位电动处理装置抛锚停留在待处理位置;

②将锚杆10沿操作舱四周的舱壁垂直插入河流底泥中,隔水幕布11在锚杆10的带动落下,围绕锚杆10形成密闭四面体形;

③把操作移动平板6搭设在操作舱3的舱壁上,提供操作空间,水泵将隔水幕布11围成的四面体内的水抽干;

④将阳极电解器8和阴极电解器9垂直插入底泥中,4个阳极电解器8组成长方形,阴极电解器9位于长方形中心处;

⑤接通直流电源7,直流电源7的电压梯度设定为3v/cm,在电场力的作用下,底泥中的重金属以电迁移的形式进行运动,带正电荷的重金属离子往阴极电解器9移动;

⑥通电修复一段时间后,断电,进行间歇通电操作,每次间断通电时间距上一次通电时间间隔4h;

⑦阴极电解器9中的改性吸附碳对迁移过来的重金属离子进行吸附,修复结束后拔出阴极电解器9,更换改性吸附碳,土壤和地下水中的重金属被去除;

⑧当底泥修复处理完毕之后,把锚杆10和隔水幕布11升起,放置在设备舱2内。

本发明的有益效果为:

(1)本发明的原位电动修复技术,采用间歇通电技术可以缩短通电时间、降低能耗。(2)多边形阳极的布置结构与单个阴极形成均匀电场。(3)利用改性吸附碳的高效吸附作用去除地下水中的重金属,投资少,运行管理方便,能有效避免二次污染。(4)本发明对水体底泥进行原位电动修复,对操作环境的要求较低,能取得较高的经济效益和生态效益。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的具体实施例的俯视图;

图2是a-a处纵剖面图;

图3是发电系统的结构示意图

图4是本发明的电极布置示意图;

图5是本发明的操作舱的俯视图

图6是本发明的阳极电解器的结构示意图;

图7是本发明的阴极电解器的结构示意图;

图8是本发明的连接螺栓的结构示意图;

图9是本发明的锚杆的结构示意图;

图10是本发明的锚杆的结构示意图;

图11是本发明的隔水幕布的结构示意图

图1~图11中:1.浮力舱,2.设备舱,3.操作舱,4.支撑杆,5.发电系统,5-1.固定装置,5-2.风力发电装置,5-3.光伏发电装置,5-4.变压箱,6.操作移动平板,6-1挂环,7.直流电源,8.阳极电解器,8-1.阳极圆柱形伸缩杆,8-2.圆柱形阳极电解插筒,8-3.阳极圆锥形固定插头,8-4.连接螺栓,8-5.阳极不锈钢环形插片,8-6.阳极,9.阴极电解器,9-1.阴极圆柱形伸缩杆,9-2.圆柱形阴极电解插筒,9-3.阴极圆锥形固定插头,9-4.阴极电解内筒,9-5.阴极电解外筒,9-6.阴极,9-7.阴极不锈钢环形插片,9-8.环形推拉门,10.锚杆,10-1.不锈钢柱,10-2.四棱锥,11.隔水幕布,11-1.钢圈,11-2.细钢丝,11-3.挂钩

具体实施方式

现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。

实施例如图1~图11所示,本发明为船体结构,包括浮力舱1、设备舱2和操作舱3。本发明还设置有支撑杆4、发电系统5、操作移动平板6、直流电源7、阳极电解器8、阴极电解器9、锚杆10、隔水幕布11、水泵和水管。

所述浮力舱1设置在船体结构两端的底部,为船体结构供浮力,浮力舱1为密封式结构。

所述设备舱2位于船体结构的两端和浮力舱1的上部,设备舱2中放置使用的部分装置设备。

所述操作舱3位于船体结构的中部,为镂空结构。

所述支撑杆4为圆柱体结构,垂直安装在浮力舱1的侧壁上,支撑杆4长度为1.5m、直径为10cm,所述支撑杆4采用金属制成。

所述发电系统5包括固定装置5-1、风力发电装置5-2、光伏发电装置5-3和变压箱5-4,所述固定装置5-1安置在支撑杆4上方,固定装置5-1由金属制成,风力发电装置5-2、变压箱5-4和光伏发电装置5-3依次排列在固定装置5-1上,风力发电装置5-2和光伏发电装置5-3的电线并联到变压箱5-4,变压箱5-4内装有控制器、逆变器和蓄电池,经过控制器和逆变器作用风力发电装置5-2和光伏发电装置5-3的电力为蓄电池充电。蓄电池通过电缆与水体底泥原位电动处理装置的用电设备连接。

所述操作移动平板6采用钢板板制成,操作移动平板呈十字形平铺在操作舱3的上部,操作移动平板6的两端搭设在舱壁上,操作移动平板提供操作平台。

所述直流电源7为恒压式直流电,直流电源7连接蓄电池,电场强度设定为3v/cm。

所述阳极电解器8分为三部分,中上部为多段不锈钢柱叠摞组成的阳极圆柱形伸缩杆8-1,下端为圆柱形阳极电解插筒8-2,底端为阳极圆锥形固定插头8-3。

所述阳极圆柱形伸缩杆8-1由多段不锈钢柱组成,阳极圆柱形伸缩杆8-1由四段不锈钢柱通过连接螺栓8-4连接组成,每段不锈钢柱内设有连接螺栓8-4,所述连接螺栓8-4一端具有外螺纹、另一端设有内螺纹。所述阳极圆柱形伸缩杆8-1最下端底部有沿伸缩杆周向均匀布置的圆形孔洞,孔洞内侧焊有若干螺帽。

所述圆柱形阳极电解插筒8-2与阳极圆柱形伸缩杆8-1为同心圆布置,圆柱形阳极电解插筒8-2直径约为阳极圆柱形伸缩杆8-1直径的两倍。圆柱形阳极电解插筒8-2外壁上有沿筒壁方向向上延伸的阳极不锈钢环形插片8-5,阳极不锈钢环形插片8-5上有与阳极圆柱形伸缩杆8-1孔洞相对应的孔洞,两者通过螺丝链接,便于拆卸。圆柱形阳极电解插筒8-2中心处安置有圆柱形阳极8-6,阳极8-6采用石墨材料制成,阳极8-6连接直流电源7的正极。圆柱形阳极电解插筒8-2外壁上设有若干菱形镂空结构,便于电解反应。

阳极电解器8最下端焊有阳极圆锥形固定插头8-3,阳极圆锥形固定插头8-3便于把阳极电解器8插入底泥中。

所述阳极电解器8用不锈钢材料制成,阳极电解器8设有4个。

所述阴极电解器9分为三部分,中上部为多段不锈钢柱叠摞组成的阴极圆柱形伸缩杆9-1,下端为圆柱形阴极电解插筒9-2,底端为阴极圆锥形固定插头9-3。

所述阴极圆柱形伸缩杆9-1由多段不锈钢柱组成,阴极圆柱形伸缩杆9-1由四段不锈钢柱通过连接螺栓8-4连接组成,每段不锈钢柱内设有连接螺栓8-4,所述连接螺栓8-4一端具有外螺纹、另一端设有内螺纹。所述阴极圆柱形伸缩杆9-1最下端底部有沿伸缩杆周向均匀布置的圆形孔洞,孔洞内侧焊有若干螺帽。

所述圆柱形阴极电解插筒9-2与阴极圆柱形伸缩杆9-1为同心圆布置,圆柱形阴极电解插筒9-2直径约为阴极圆柱形伸缩杆9-1直径的两倍。圆柱形阴极电解插筒9-2有阴极电解内筒9-4和阴极电解外筒9-5。阴极电解内筒9-4有沿筒壁方向向上延伸的阴极不锈钢环形插片9-7,阴极不锈钢环形插片9-7上有与阴极圆柱形伸缩杆9-1孔洞相对应的孔洞,两者通过螺丝链接,便于拆卸。阴极电解内筒9-4中心处安置有石墨或不锈钢材料制成的圆柱形阴极9-6,阴极9-6连接直流电源7的负极。阴极电解外筒9-5的内壁内衬有无纺棉布,将改性吸附碳填充在无纺棉布围成的圆柱形空间内。所述阴极电解外筒9-5与阴极电解内筒9-4为密闭结构,阴极电解内筒9-4和阴极电解外筒9-5筒壁上设有若干菱形镂空结构,便于电解反应。阴极电解外筒9-5外壁上设有可开闭的环形推拉门9-8,便于安置和清理改性吸附碳。

阴极电解器9最下端焊有阴极圆锥形固定插头9-3,阴极圆锥形固定插头9-3便于把阴极电解器9插入底泥中。

所述阴极电解器9用不锈钢材料制成,阴极电解器9设有1个。

所述改性吸附碳的制作过程为:

(1)将小麦秆洗净干燥、粉碎、经80目过筛后,浸入质量浓度为6%的氢氧化钠水溶液中反应90分钟,小麦秆与氢氧化钠水溶液固液比为80g/ml;

⑵在步骤⑴反应物中加入质量浓度为90%的环氧氯丙烷水溶液,小麦秆与环氧氯丙烷水溶液的固液比为60g/ml,反应18小时后,抽滤,得1号固体样品;

(3)将1号固体样品浸入质量浓度为10%的氢氧化钾水溶液,再加入质量浓度为90%的二硫化碳水溶液,辅以微波处理,1号固体样品与氢氧化钾水溶液、二硫化碳水溶液的固液比均为60g/ml,辅以微波处理,反应45分钟后,抽滤,得2号固体样品;

(4)将2号固体样品浸入质量浓度为10%的硫酸镁水溶液,2号固体样品与硫酸镁水溶液的固液比为60g/ml,继续反15分钟,抽滤,用硫酸镁和乙醇的混合液作为洗涤液洗涤至ph7.0,其中硫酸镁的质量浓度为5%,乙醇的纯度为95v/v%,得3号固体样品;

(5)将3号固体样品在50℃烘干,即得到改性吸附碳。

所述锚杆10设在设备舱2四个角落,共有四根,每根锚杆10由不锈钢柱10-1和四棱锥10-2两部分组成,所述不锈钢柱10-1外径为15cm,不锈钢柱10-1为五段结构组成,每段钢柱设有连接螺栓8-4,所述连接螺栓8-4一端具有外螺纹、另一端开有内螺纹。最下端的不锈钢柱10-1相邻两个侧面分别焊有三个挂环6-1。不锈钢柱10-1下方焊接有四棱锥10-2,四棱锥10-2结构便于把锚杆10插入底泥中。

所述隔水幕布11由防水胶布材质制成,隔水幕布11绕着锚杆10围成封闭状四面体形,隔水幕布11中内置有由上至下层层分布的钢圈11-1,层与层之间的钢圈11-1通过细钢丝11-2连接,位于隔水幕布11最上部的钢圈11-1上焊接有多个挂钩11-3,挂钩11-3分别挂在操作舱3四周的舱壁上。隔水幕布11最下部的钢圈11-1上焊接有多个挂钩11-3,每个挂钩11-3分别挂入锚杆10上设置的挂环6-1上。

所述水泵安装在设备舱2内,水管与水泵相连,水泵工作时通过水管,将锚杆10和隔水幕布11围绕的四面体空间里的水抽干。

利用本发明的水体底泥原位电动处理装置进行底泥处理的方法为:

①水体底泥原位电动处理装置抛锚停留在待处理位置;

②将锚杆10沿操作舱3四周的舱壁垂直插入河流底泥中,隔水幕布11在锚杆10的带动下迅速落下,围绕锚杆10形成密闭四面体形;

③把操作移动平板6搭设在操作舱3的舱壁上,提供操作空间,水泵将隔水幕11布围成的四面体内的水抽干;

④将阳极电解器8和阴极电解器9垂直插入底泥中,4个阳极电解器8组成长方形,阴极电解器9位于长方形中心点处;

⑤接通直流电源7,直流电源7的电压梯度设定为3v/cm,在电场力的作用下,底泥中的重金属以电迁移的形式进行运动,带正电荷的重金属离子往阴极电解器9移动;

⑥通电修复一段时间后,断电,进行间歇通电操作,每次间断通电时间距上一次通电时间间隔4h;

⑦阴极电解器9中的改性吸附碳对迁移过来的重金属离子进行吸附,修复结束后拔出阴极电解器9,更换改性吸附碳,土壤和地下水中的重金属被去除;

⑧当底泥修复处理完毕之后,把锚杆10和隔水幕布11升起,放置在设备舱2内。

以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

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