加载固结及电动协同修复重金属污染土的装置的制作方法

本实用新型涉及污染土修复技术领域，尤其是一种加载固结及电动协同修复重金属污染土的装置。

背景技术：

目前，复合污染土壤的修复技术主要有微生物修复、电动修复等，其中，电动力学修复具有使用范围广泛、成本低廉等优点，并已经成功应用于重金属污染土壤的原位修复中。但是在污染土电动修复实验中，由于被修复土壤处于高含水率的泥浆状态，造成修复土的强度等力学特性的测量十分困难。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种加载固结及电动协同修复重金属污染土的装置，将电动修复和竖向加载相结合，从而满足测定力学强度和变形的要求，同时也可以固结供试土体。

本实用新型所采用的技术方案如下：

一种加载固结及电动协同修复重金属污染土的装置，包括加载框架，其结构为：包括四根钢钢立柱，四根钢钢立柱之间沿竖直方向间隔安装有相互平行的上承载板和下承载板；所述下承载板上表面通过角钢固定装置安装有修复槽，修复槽内部两侧各通过一块隔板分隔出阳极室、阴极室，修复槽内两块隔板之间为放置供试土壤的区域，两块隔板上分别设有小孔，阳极室和阴极室内分别安装有阳极板和阴极板；修复槽前侧壁面中部沿水平方向设有一排电压测孔和一排孔压测孔，阳极室、阴极室的侧壁上还安装有溢流口；所述上承载板中心开有圆孔，圆孔内通过轴承装置安装有一根传力轴，传力轴底端铰接有一块伸入修复槽内的压力板，传力轴上端安装有砝码托盘，其上叠放有若干砝码，砝码托盘和上承载板之间连有位移计；加载框架底部设有安装在钢钢立柱底部的水平调节装置。

作为上述技术方案的进一步改进：

两块隔板上分别设有开孔率为25％，直径为5mm的小孔，并且每块隔板的两侧壁上均贴有阻挡土壤颗粒通过的滤纸。

修复槽及压力板均采用有机玻璃材质，修复槽内部尺寸为400mm×200mm×200mm，阳极室、阴极室内部的尺寸均为50mm×200mm×200mm，修复槽壁厚为10mm，隔板厚度为5mm。

阳极室和阴极室内盛有电解液，阳极板和阴极板采用不锈钢材料，并通过铜导线和直流电源及电流表串联成回路。

相邻两电压测孔之间的间距相等，相邻两孔压测孔之间的间距相等。

所述轴承装置采用的轴承为圆柱轴承。

角钢固定装置包括四个角钢，四个角钢分别将修复槽底部四个角箍紧，相邻两个角钢之间通过对拉螺栓固定连接。

传力轴底端呈半球状结构，压力板上表面中心开有与所述半球状结构配合的凹槽。

修复槽的侧壁上竖直标有0-150mm的刻度线。

一种加载固结及电动协同修复重金属离子污染土的测定方法，具体包括以下步骤：

第一步：配置重金属污染土：配置含有Cu2+离子的重金属溶液，选用无重金属离子污染的高岭土，人工拌和配置成Cu2+离子含量为1500mg/kg、含水率为65％的Cu2+离子污染土；将配置好的污染土分层填放至修复槽内两块隔板之间放置供试土壤的区域内，挤压密实去除气泡；

第二步：在阳极室内添加阳极电解液：0.1mol/l的KCL溶液，在阴极室13内添加阴极电解液：0.1mol/L的柠檬酸溶液，将整个系统静置陈化24h；之后用铜导线22将阳极板、阴极板、直流电源和电流表串联成回路，通电5天，其中电压梯度恒定设定为1V/cm；

第三步：采用荷载分级加压方式在砝码托盘上加砝码，并按照12.5kPa、15kPa、20kPa、25kPa、30kPa依次设置荷载；每级荷载加压后污染土高度变化每小时达到0.01mm时，作为稳定标准，即可进行下一级荷载加压；

第四步：在第三步荷载分级加压过程中，定时测量污染土试样的Ph值；通过电压测孔测量全程的电压降；通过孔压测孔测量测孔的孔压变化；通过位移计测量污染土的沉降量；通过电流表记录电流变化；搜集从电压测孔及孔压测孔中排出的水并测量；

第五步：试验结束后，关闭直流电源，撤掉荷载砝码，将修复污染土沿水平方向平均分为五段，分别测定每段污染土中Cu2+离子去除率、pH值；

第六步：将第五步中划分的各段污染土通过直剪试验分别测定其抗剪强度，得出Cu2+离子去除率与抗剪强度之间的关系。

本实用新型的有益效果如下：

本实用新型提供了一种解决修复过后土体由于含水率太高而不能取样测定强度和变形的装置，本实用新型结构紧凑、合理，操作方便，电动修复的全程中给土体施加竖向荷载，在水平电场驱动力和竖向荷载压力的协同作用下，达到同时去除土中重金属离子和土体沉降固结的目的，修复后土壤满足测定力学强度和变形的要求，同时，本实用新型还具有以下优点：

本实用新型压力板和修复槽均为有机玻璃材质，避免对实验的导电造成影响；

本实用新型阳极室、阴极室与土壤防止放置区域之间的隔板上贴有滤纸，防止土壤颗粒进入阴、阳极室中；本实用新型的溢流口方便阴、阳极室多余的溶液排出；

修复槽侧壁上标有刻度，被加载的土体的下沉量可以直接从刻度读出，也可根据位移计来测定；

本实用新型传力轴和压力板之间为半球形的接触，上承载板通过圆柱轴承对传力轴的方向调节起到竖直导向作用，保证压力的竖直传递；

本实用新型加载框架的下承载板上通过角钢固定装置安装修复槽，防止加载过程中槽体发生偏移；上承载板上安装竖向加载装置，上、下承载板通过钢立柱支撑固定，提高了支撑结构的稳定性和支撑强度；

本实用新型的水平调节装置保证修复槽和加载装置保持水平，有利于污染土中水份的纵向析出。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中：1、传力轴；2、砝码；3、砝码托盘；4、轴承装置；5、位移计；6、下承载板；7、圆柱轴承；8、压力板；9、溢流口；10、阳极板；11、阳极室；12、阴极板；13、阴极室；14、角钢固定装置；15、修复槽；16、孔压测孔；17、电压测孔；18、钢立柱；19、水平调节装置；20、直流电源；21、电流表；22、铜导线；23、上承载板；24、隔板。

具体实施方式

下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，本实施例的加载固结及电动协同修复重金属污染土的装置，包括加载框架，其结构为：包括四根钢钢立柱18，四根钢钢立柱18之间沿竖直方向间隔安装有相互平行的上承载板23和下承载板6；下承载板6上表面通过角钢固定装置14安装有修复槽15，修复槽15内部两侧各通过一块隔板24分隔出阳极室11、阴极室13，修复槽15内两块隔板24之间为放置供试土壤的区域，两块隔板24上分别设有小孔，阳极室11和阴极室13内分别安装有阳极板10和阴极板12；修复槽15前侧壁面中部沿水平方向设有一排电压测孔17和一排孔压测孔16，阳极室11、阴极室13的侧壁上还安装有溢流口9；上承载板23中心开有圆孔，圆孔内通过轴承装置4安装有一根传力轴1，传力轴1底端铰接有一块伸入修复槽15内的压力板8，传力轴1上端安装有砝码托盘3，其上叠放有若干砝码2，砝码托盘3和上承载板23之间连有位移计5；加载框架底部设有安装在钢钢立柱18底部的水平调节装置19。

两块隔板24上分别设有开孔率为25％，直径为5mm的小孔，并且每块隔板24的两侧壁上均贴有阻挡土壤颗粒通过的滤纸。

修复槽15及压力板8均采用有机玻璃材质，修复槽15内部尺寸为400mm×200mm×200mm，阳极室11、阴极室13内部的尺寸均为50mm×200mm×200mm，修复槽15壁厚为10mm，隔板24厚度为5mm。

阳极室11和阴极室13内盛有电解液，阳极板10和阴极板12采用不锈钢材料，并通过铜导线22和直流电源20及电流表21串联成回路。

相邻两电压测孔17之间的间距相等，相邻两孔压测孔16之间的间距相等。

轴承装置4采用的轴承为圆柱轴承7。

角钢固定装置14包括四个角钢，四个角钢分别将修复槽15底部四个角箍紧，相邻两个角钢之间通过对拉螺栓固定连接。

传力轴1底端呈半球状结构，压力板8上表面中心开有与半球状结构配合的凹槽。

修复槽15的侧壁上竖直标有0-150mm的刻度线。

钢立柱18最底部的水平调节装置，包括调节旋钮以及水平尺，可通过调节旋钮及观察水平尺中气泡的位置来判断是否水平。

实施例一：本实施例的一种加载固结及电动协同修复重金属离子污染土的测定方法：包括以下步骤：

(1)配置模拟重金属污染的土壤：配置含有铜离子的重金属溶液，人工配置Cu²⁺离子的污染土，选用没有重金属离子污染的高岭土，人工拌和配置成Cu²⁺离子含量为1500mg/kg、含水率为65％的铜离子污染土；将配置好的污染土分层填放至修复槽15内，挤压密实去除气泡；

(2)阳极室11内的阳极电解液为0.1mol/l的KCL溶液，阴极室13内的阴极电解液为0.1mol/L的柠檬酸溶液，通电之前将整个系统静置陈化24h；

用铜导线22将阳极板10、阴极板12、直流电源20和电流表21串联起来，电压梯度恒定设定为1V/cm,通电5天；

(3)在砝码托盘3上加砝码2，采用分级荷载加压，并按照12.5kPa、15kPa、20kPa、25kPa、30kPa依次递增；每级施加压力后污染土高度变化每小时达到0.01mm时，作为稳定标准，即可进行下一级荷载施加；

(4)定时测量污染土试样的Ph值，通过电压测孔17测量全程的电压降，通过孔压测孔16测量测孔的孔压变化，通过位移计5的读数读出污染土的沉降量，搜集从电压测孔17及孔压测孔16中排出的水并测量；

(5)试验结束后，关闭电源，撤掉荷载，对试验数据进行测定分析：修复槽15内的污染土的竖直沉降量为71.3mm，水平方向上无体积变化，将修复槽中15的污染土沿水平方向平均分为五段(每段6cm长)，分别测定每段污染土中重金属离子的去除率：靠近阳极室11的第一段和第二段污染土的Cu²⁺离子去除率分别为91.2％与85.7％，第三段的Cu²⁺离子去除率为74.3％，靠近阴极室13的第四和第五段污染土的去除率分别为69.9％和58.7％，总体去除率为72.5％，通过电动修复可以将绝大部分的Cu²⁺离子从污染土中排出。同时各段土体的pH变化范围不大，土壤整体呈酸性。pH值从阳极室11到阴极室13呈现逐渐增大的趋势，pH值的范围是2.7-7.1，靠近阴极室13的第五段污染土pH值最高；整个实验过程中，电流呈现开始时10h左右先上升，而后慢慢下降最后稳定的趋势，整个实验的电流范围为120mA-65mA。

(6)将修复后的各段污染土通过直剪试验分别测定其抗剪强度，与修复前的泥浆状态相比，抗剪强度有很大的提高，其中，重金属离子去除率与抗剪强度的提高之间呈正相关，靠近阳极室11的抗剪强度要高于靠近阴极室13的抗剪强度。从第一段到第五段的污染土抗剪强度分别为：127.3kPa、110.8kPa、107.3kPa、95.3kPa、89.6kPa。

实施例二：本实施例的一种加载固结及电动协同修复重金属离子污染土的测定方法：包括以下步骤：

(1)配置模拟重金属污染的土壤：配置含有铜离子的重金属溶液，人工配置Cu²⁺离子的污染土，选用没有重金属离子污染的高岭土，人工拌和配置成Cu²⁺离子含量为1500mg/kg、含水率为65％的铜离子污染土；将配置好的污染土分层填放至修复槽15内，挤压密实去除气泡；

(2)阳极室11内的阳极电解液为0.1mol/l的KCL溶液，阴极室13内的阴极电解液为0.1mol/L的柠檬酸溶液，通电之前将整个系统静置陈化24h；

用铜导线22将阳极板10、阴极板12、直流电源20和电流表21串联起来，电压梯度恒定设定为1.5V/cm,通电5天；

(3)在砝码托盘3上加砝码2，采用分级荷载加压，并按照12.5kPa、15kPa、20kPa、25kPa、30kPa依次递增；每级施加压力后污染土高度变化每小时达到0.01mm时，作为稳定标准，即可进行下一级荷载施加；

(4)定时测量污染土试样的Ph值，通过电压测孔17测量全程的电压降，通过孔压测孔16测量测孔的孔压变化，通过位移计5的读数读出污染土的沉降量，搜集从电压测孔17及孔压测孔16中排出的水并测量；

(5)试验结束后，关闭电源，撤掉荷载，对试验数据进行测定分析：修复槽15内的污染土的竖直沉降量为74.7mm，水平方向上无体积变化，将修复槽中15的污染土沿水平方向平均分为五段(每段6cm长)，分别测定每段污染土中重金属离子的去除率：靠近阳极室11的第一段和第二段污染土的Cu2+离子去除率分别为97.2％与90.5％，第三段的Cu2+离子去除率为80.4％，靠近阴极室13的第四和第五段污染土的去除率分别为77.5％和70.6％，总体去除率为85.2％，通过电动修复可以将绝大部分的Cu2+离子从污染土中排出。同时各段土体的pH变化范围不大，土壤整体呈酸性。pH值从阳极室11到阴极室13呈现逐渐增大的趋势，pH值的范围是2.2-6.7，靠近阴极室13的第五段污染土pH值最高；

整个实验过程中，电流呈现开始时10h左右先上升，而后慢慢下降最后稳定的趋势，整个实验的电流范围为158mA～88mA。

(6)将修复后的各段污染土通过直剪试验分别测定其抗剪强度，与修复前的泥浆状态相比，抗剪强度有很大的提高，其中，重金属离子去除率与抗剪强度的提高之间呈正相关，靠近阳极室11的抗剪强度要高于靠近阴极室13的抗剪强度。从第一段到第五段的污染土抗剪强度分别为：138.5kPa、114.38kPa、109.7kPa、98.6kPa、98.1kPa。

本实用新型的修复槽15被角钢箍住，防止在加载时的侧向压力将有机玻璃挤压变形，在电动修复的过程中，可以通过电压测孔17来实时测量实验全程的电压降，同时土体还受到加载固结作用，通过孔压测孔16来实时测定孔压的变化，位移计5也能实时反映出压缩量的大小；

本实用新型通过上述修复及测定过程，本实用新型通过上述实施过程，极大的降低了污染土的重金属含量和含水率，同时为污染土电动修复实验中的试验用土提供了新的制备和测定方法。

以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，本实用新型所限定的范围参见权利要求，在本实用新型的保护范围之内，可以作任何形式的修改。