CN103170500B

CN103170500B - 一种土壤或污泥中重金属和有机污染物的电动去除装置

Info

Publication number: CN103170500B
Application number: CN201310078361.3A
Authority: CN
Inventors: 付融冰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2013-03-12
Filing date: 2013-03-12
Publication date: 2014-11-12
Anticipated expiration: 2033-03-12
Also published as: CN103170500A

Abstract

本发明提供一种土壤或污泥中重金属和有机污染物的电动去除装置，包括：旋转滚筒，其上覆盖有导电材料，导电材料外面包覆有反应材料层；齿轮，其设置成环绕所述旋转滚筒；外侧闭环铰链履带，其由导电材料制成，并通过啮合在所述齿轮上而闭环运转；闭环输送履带，其用来输送土壤或污泥，并穿过所述外侧闭环铰链履带与所述旋转滚筒之间的缝隙而被压紧在所述旋转滚筒上。所述装置操作简单、去除效率高，能快捷有效地同时去除受污染土壤或污泥中的重金属和/或有机污染物。

Description

一种土壤或污泥中重金属和有机污染物的电动去除装置

技术领域

本发明涉及一种从土壤或污泥中去除有害物质的装置，特别地涉及一种土壤或污泥中重金属和有机污染物的电动去除装置，属于土壤修复和污泥无害化处理领域。

背景技术

我国在长期的工业化过程中积累了较为严重的土壤污染。部分地区土壤污染严重，在重污染企业或工业密集区、工矿开采区及周边地区、城市和城郊地区出现了土壤重污染区和高风险区；土壤污染类型多样，呈现出新老污染物并存、无机有机复合污染的局面例。近年来，在快速的城镇化进程中，大量工厂企业的关停并转和城市的退二进三，众多搬迁企业留下了大量遗留污染场地，其中富集了大量的有害重金属和有机污染物。又由于农药的大量长期使用和残留，导致大面积农田土壤受到农药污染；再如油田勘探、石油开采、油品储运和加油站泄露等，造成了土壤石油烃类污染......严重的土壤污染对地下水、农产品质量、生态环境和人体健康都构成了明显的威胁。而我国在土壤治理和修复方面才刚刚起步，对实用性强的土壤污染修复技术需求极为迫切。

迄今为止，传统污染土壤的修复技术主要有稳定/固化技术、高级氧化法、高温热解法、化学淋洗法、植物修复法、微生物修复法、气相抽提法等。

稳定/固化技术是将一些化学物质加入到污染土壤中，通过化学反应实现重金属的稳定和固化，其虽然降低了重金属的浸出毒性，但无法减少土壤中的污染物尤其是重金属的总量，不能从根本上解决问题。

高级氧化法是向受污染土壤中加入氧化剂，从而将其中的有机污染物氧化成无害的小分子化合物和无机盐，但容易对土壤的理化性质造成严重的不利影响。

高温热解法即热处理技术，是通过向土壤中通入热蒸汽或用射频、电加热等方法来加热土壤，从而使土壤中的污染物分解成小分子或无害物质。缺点是耗能较大，对土壤的理化性质也有不利影响

化学淋洗法是指借助于能促进土壤环境中污染物溶解或迁移作用的溶剂，把污染物从土壤颗粒上淋洗出来，随后分离出的污水进行处理，从而完成土壤的污染物去除。该方法操作较为简单，但是只对特定的土壤和污染物有效，适用范围小，洗脱效率低。

植物修复法是指利用植物的生理活动吸收或降解土壤中的污染物或使这些污染物变为无害的方法，主要包括植物提取、植物稳定、植物挥发、植物降解、根际滤除等，同时某些植物还能对土壤中的重金属实现一定程度的富集作用。但该方法成本较低，操作简单，但效率过低，耗时过于漫长。

微生物修复法主要是通过利用营养和其他化学品来激活微生物，使它们保持代谢活动的良好状态，能够快速分解和破坏污染物。但该方法需要不断向土壤中添加生物制剂，而且微生物在土壤中的传质效果不好，该法成本较高，修复周期长，同时只能改变重金属的形态而不能降解重金属。

土壤气相抽提法是通过向污染土壤中引入清洁空气产生驱动力，从而利用土壤固相、液相和气相之间的浓度梯度，将土壤中的污染物转化为蒸气形式而加以去除。该法适用于高挥发性有机污染土壤的修复，如汽油、苯和四氯乙烯等污染的土壤，不适用于不挥发性的有机污染物的去除；该技术去除效率较低、周期较长(可长达数年)等。

除大量的污染土壤外，工业污泥和污水处理厂污泥数量巨大，含有大量的重金属和水分。而随着我国城镇化进程的加速和污水集中处理率的提高，我国污水厂污泥年产量与日俱增，据不完全统计，截至2010年底，我国的污水处理厂年产约2100万吨含水80％污泥，而且今后污泥年产量还会加速增长。污泥的无害化是污泥处理处置的重要原则，然而，污泥中含有的重金属是污泥资源化和减量化的主要限制和影响因素。

重金属的污染危害严重而且持久，含有重金属的污泥施用于土壤之后，会增加土壤中重金属的含量，对人类、动物、植物和土壤生态***都存在着潜在的严重危害。基于此考虑，在将污泥应用于农林业之前，必须对其进行适当处理，以降低重金属的浸出性及生物有效性，减弱污泥中重金属的不利影响。污泥中重金属的固化技术主要涉及有水泥固化法、石灰固化法、热塑固化法、玻璃化技术、自胶结固化技术等，但这些方法存在如下缺陷：(1)只是改变了重金属的形态，而没有改变重金属的总量；(2)较大程度地改变了污泥的结构，使污泥硬化或增容，限制了后续的资源化利用；(3)部分固化法费用昂贵，操作复杂，难以推广应用。为了克服这些缺陷，人们研发了多种处理污泥中重金属的技术，例如：

CN1061012A公开了一种清除污水/污泥中重金属的方法，是将污泥与催化剂氧化剂、再生氧化剂及酸进行混合，形成活性泥浆，然后分离。

CN1273946A公开了分解污泥中有害化学物质和重金属的方法，是利用环糊精和天然微生物混合液来进行处理，其中天然微生物在分解消化环糊精的同时，可氧化环糊精所粘附的重金属离子。

WO0109045A公开了使用化学生物复合方法来净化城市污泥的方法，将污泥与酸性沥滤液混合，以使得污泥的pH值足够低并足以溶解大部分重金属，然后施加氧化还原电位以实现固-液分离。

CN1436734A公开了一种重金属污泥的结晶处理方法，主要使用电化学氧化还原以及结晶原理，将重金属污泥通过溶提、浓缩、结晶等步骤，实现重金属结晶体的回收和利用。

CN1544366A公开了一种处理污泥重金属的方法，是采用硫化物和石灰作为固定剂，实现重金属的稳定化，降低了其浸出率。

CN1631940A公开了用于重金属污泥的高分子重金属螯合剂，使用该螯合剂可使得污泥中的重金属实现稳定化。

WO2005035149A公开了一种从污泥中分离重金属的方法，是将包含重金属的污泥供给给反应槽的阴极区中，在还原性气氛和强酸或强碱氛围气体的存在下，使重金属溶出并电解析在阴极表面上。

CN101265007A公开了采用电动修复技术去除城市污泥中重金属的方法，其中使用聚环氧琥珀酸作为络合剂来增强重金属的电迁移能力，对重金属的去除率达到60％以上。

CN102701551A公开了一种工业污泥处理方法，是向污泥中加入非导体分散剂进行调理，然后高温烘烤，粉碎研磨，通过风和静电进行重金属分离。

CN102408177A公开了一种用于污泥资源化的生物复合酶，通过该生物酶处理污泥后，经脱水、与腐殖土混合造粒、干化后得到复合土壤，该土壤可将重金属固化。

CN102503059A公开了去除污泥中重金属的方法，是利用反复冻融的预处理工艺来强化阴极液回流的电动处理过程，从而提高重金属的去除效率。

CN102583916A公开了去除污泥中重金属的方法，包括用柠檬酸和双氧水浸提重金属、微波加热、固液分离、加氢氧化钠沉淀析出重金属，其中的柠檬酸溶液可循环使用。

王旌等人(王旌，付融冰，罗启仕，张长波，许延营，“亚铁盐对城市污泥中重金属的稳定化作用研究”，《环境科学》，31卷第4期，p.210-214，2010年4月)中公开了联合使用亚铁盐和氢氧化钙，可实现污泥中重金属的良好稳定化，同时可保持适当的pH值。

大量研究表明，单质零价铁(以下有时也简称为Fe)是一种化学还原性很强的还原剂，能与许多重金属发生反应，已用于重金属污染地下水的修复。

已有多篇现有技术公开了铁可用于重金属污染土壤的修复。

CN102039306A中公开了使用铁丝来处理金属Cu污染土壤的方法，从而可取得稳定化治理，具有效果好、成本低等优点。

WO2004007379A公开了用于原位修复受卤代烃污染的土壤和/或地下水的载体催化剂，它包含有零价铁。

CN101011703A公开了加速土壤中有机污染物还原降解转化的方法，其利用了零价铁单质的强还原性。

CN1899717A公开了将电动力与铁PRB联合处理重金属污染土壤的方法，在电极和土壤之间安装铁PRB，利用电动力将土壤中的重金属迁移富集到水体，再用铁PRB再将其从水体中去除。

CN1623699A公开了一种去除红壤中铜污染的复合强化方法，在两端电极处设置电解池，采用pH自动控制***来控制阴极处理池的酸度维持在合适的pH值范围。

综上所述，虽然迄今为止，人们已开发出了多种去除污染土壤或污泥中重金属和有机污染物的方法，但这些方法也存在一定程度的不足，如操作繁琐、处理周期长、耗能大、费用高、难以推广等等，尤其是仍缺乏同时去除其中的重金属和有机污染物的有效、操作简便的技术手段。因此，在目前我国污染土壤面积巨大、城市污泥产生量日益增多的现实形势下，如何同时去除其中的大量重金属和有机污染物，是实现土壤修复和污泥无害化处理的重要前提，也是环境界深为关注的重大难题。

基于上述，为了同时去除污染土壤或污泥中的重金属和有机污染物，开发一种灵活、快捷的处理设备和/或装置，是土壤修复领域和污泥无害化、资源化领域的迫切需求。

发明内容

考虑到上述现有技术的缺陷与不足，本申请发明人从实际应用出发，经过大量创造性的深入研究后，研发出一种操作便捷、运行高效的去除受污染土壤和污泥中重金属和有机污染物的装置，通过该装置中多种结构元件和/或部件的创新性设计、协同运作，能够快捷有效地同时去除受污染土壤或污泥中的重金属和/或有机污染物。该装置适应性广，对于绝大部分有害重金属和有机污染物均有着很强的去除能力，对有害物质的去除效率、处理周期等综合性能指标均优于所有的现有已知装置。

本发明的所述装置是一种对土壤和/或污泥实现原位或异位连续式快速去除的设备，通过该装置的使用，可以有效地去除土壤或污泥中的重金属和/或有机物，同时可以实现快速脱水。

本发明的土壤或污泥中重金属和有机污染物的所述电动去除装置，包括：

旋转滚筒，其上覆盖有导电材料，导电材料外面包覆有反应材料层；

齿轮，其设置成环绕所述旋转滚筒；

外侧闭环铰链履带，其由导电材料制成，并通过啮合在所述齿轮上而闭环运转；

闭环输送履带，其用来输送土壤和/或污泥，并穿过所述外侧闭环铰链履带与所述旋转滚筒之间的缝隙而被压紧在所述旋转滚筒上。

在本发明的土壤或污泥中重金属和有机污染物的所述电动去除装置中，所述旋转滚筒的材质并没有特别的限定，示例性地可为不锈钢、硬质塑料等，其可为现有技术中已知的任何滚筒。所述旋转滚筒与所述闭环输送履带有着相同的运转方向，并可由所述闭环输送履带的运转而被带动旋转，而当需要调节速度以适应重金属和有机污染物的去除要求时，则可由与其相连的驱动电机进行独立驱动。所述旋转滚筒的横切面(即筒口的圆)的内径和外径并没有特别的限定，例如可根据土壤和/或污泥的待处理量的大小而进行合适的选择，例如可在宽范围内进行选择，示例性地，其外径可为50-200cm，该范围包括了其中的任何子区间，示例性地如70-180cm、90-160cm或110-130cm，并包括了其中的任何具体点值，示例性地为50cm、60cm、70cm、80cm、90cm、100cm、110cm、120cm、130cm、140cm、150cm、160cm、170cm、180cm、190cm或200cm；其长度可匹配于传送土壤和/或污泥的所述闭环输送履带的宽度，其筒壁厚度(即外径与内径的差值)并没有特别的限定，只要其具有足以承受运转压力和具有足够长的工作期限即可。

在本发明的土壤或污泥中重金属和有机污染物的所述电动去除装置中，所述旋转滚筒上的导电材料并没有特别的限定，只要其能够导电即可，例如可为导电金属，如铁、铜等，而为了降低成本计优选为铁，为了进行维修和/后更换的需要，例如当长时间使用而磨损严重后，该导电材料可进行拆卸，以便更换新的该导电材料；所述导电材料外面包覆的所述反应材料层的功能是用来去除土壤和/或污泥中的重金属或有机污染物。

所述反应材料层由活性金属和活性材料组成，其中可根据待处理土壤或污泥中的重金属与有机污染物的含量多少而合适地选择活性金属与活性材料的比例，例如活性金属与活性材料的质量比可为1∶0.1-5，例如可1∶0.1、1∶0.2、1∶0.3、1∶0.4、1∶0.5、1∶1、1∶1.5、1∶2、1∶2.5、1∶3、1∶3.5、1∶4、1∶4.5或1∶5，或者活性金属的量为活性材料所能负载的最大量。

可根据实际情况而合适地选择所述反应材料层的厚度，例如可为1-50mm，非限定性地可例举1mm、5mm、10mm、15mm、20mm、25mm、30mm、35mm、40mm、45mm或50mm。但应该理解，所述反应材料层厚度并不局限于此，完全可以根据土壤或污泥中污染物的量而进行合适地增大或缩小，以及配合电压梯度的大小而进行适当改变。

所述活性金属选自如下(1)-(9)中的任意一组：(1)零价铁(即铁，有时也表达为Fe)；(2)由铁氧化物与铁组成的混合物；(3)由铁氢氧化物与铁组成的混合物；(4)由铁氧化物、铁氢氧化物和铁组成的混合物；(5)由铁与其它金属组成的双金属混合物；(6)由铁与其它多种金属组成的多金属混合物；(7)由铁氧化物、铁和其它金属组成的混合物；(8)由铁氢氧化物、铁和其它金属组成的混合物；(9)由铁氧化物、铁氢氧化物、铁和其它金属组成的混合物物。

上述(1)-(9)中的所有这些活性金属的物理形态均为粉末形式，例如非限定性地可为纳米级或微米级，又如其粒度可为10目-500目，该范围包括了其中的任何子区间，如50-450目、100-400目、150-350目或200-300目，也包括了其中的任何具体点值，如10目、50目、100目、150目、200目、250目、300目、350目、400目、450目或500目。

在本发明中，除非另有规定，所述“铁氧化物”既可指一种铁氧化物，也可以是铁的多种氧化物的混合物，所述铁氧化物例如可为FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄中的任意一种或多种。

在本发明中，除非另有规定，所述“铁氢氧化物”既可指一种铁氢氧化物，也可以是铁的多种氢氧化物的混合物，所述铁氢氧化物可例举如Fe(OH)₂或Fe(OH)₃。

在本发明中，所述“铁或与其它金属的双金属混合物”是指单质铁与另种单质金属组成的混合物，所述“铁与多种金属组成的多金属混合物”是指单质铁与多种单质金属所组成的混合物。例如，所述双金属混合物可为Ni/Fe、Pb/Fe、Cu/Fe、Ti/Fe、Pt/Fe、Ru/Fe、Ag/Fe、Mg/Fe、Pd/Fe等，所述多金属混合物可为Ni、Pb、Cu、Ti、Pt、Ru、Ag、Mg、Pd等中的任何二种或多种与Fe的混合物。除非另有规定，在本申请中自始至终，“/”表示并列而非或的关系，例如以“Ni/Fe”为例，其含义是Ni和Fe。

所述活性材料并没有特别的限定，只要其具有吸附性能(如化学吸附、物理吸附、离子交换吸附等)即可，从而可将将重金属离子吸附、交换、固定并与活性金属发生如还原、催化、吸附或共沉淀等反应从而得到去除。例如所述活性材料可为粘土矿物、硅藻土、活性炭、吸附树脂中的任意一种或多种的组合，所述粘土矿物例如可以例举各种沸石、蛭石、活性炭、凹凸棒石、坡缕石、海泡石、高岭石、蒙脱土、活性白土、膨润土、斑脱土、浮石、伊利石、水铝英石、蛇纹石、叶蜡石、滑石、皂石、云母、绿泥石等中的任意一种或多种的组合，其中沸石包括了所有的沸石，如丝光沸石、斜发沸石、方沸石、菱沸石、钙沸石、片沸石、钠沸石、辉沸石等。所述吸附树脂可为具有吸附性能的任何树脂，如D101大孔吸附树脂、D101B大孔吸附树脂、XDA-1大孔吸附树脂、XDA-1B大孔吸附树脂、H-10树脂、H-20树脂、H-30树脂、H-40树脂、H-50树脂、H-60树脂、CH-90树脂等中的任意一种或多种的组合。

所述活性材料的粒度并没有特别的限定，只要为粉末即可，例如粒度可为10目-500目，该范围包括了其中的任何子区间，如50-450目、100-400目、150-350目或200-300目，也包括了其中的任何具体点值，如10目、50目、100目、150目、200目、250目、300目、350目、400目、450目或500目。

在本发明的土壤或污泥中重金属和有机污染物的所述电动去除装置中，所述齿轮环绕在所述旋转滚筒周围，根据滚筒外径的大小可合适地选择所述齿轮的数量和大小，例如其可为6-10个，其在所述滚筒外侧的布置可等距离间隔排列，以使得啮合于其上的所述外侧闭环铰链履带能够相适应于所述滚筒的外圆周弧度，进而使得所述外侧闭环铰链履带与所述滚筒间保持有等距离宽度的缝隙以供带有污泥层的所述闭环输送履带穿过并被紧密压紧在所述滚筒上。

在本发明的土壤或污泥中重金属和有机污染物的所述电动去除装置中，所述外侧闭环铰链履带与所述齿轮紧密啮合，其最大可以包覆整个所述旋转滚筒的外周面积，但优选包覆所述旋转滚筒外周面积的60％-85％，例如可为60％、65％、70％、75％、80％或85％。所述外侧闭环铰链履带与所述旋转滚筒间保持有等距离宽度的缝隙，该缝隙可供带有污泥层的所述闭环输送履带穿过并被紧密压紧在所述旋转滚筒上。所述外侧闭环铰链履带由导电材料制成，如铁、不锈钢、铜等，但基于成本和耐腐蚀性能等方面考虑，而优选为不锈钢。

在本发明的土壤或污泥中重金属和有机污染物的所述电动去除装置中，所述闭环输送履带多孔、透水且能将土壤或污泥负载于其上，当其运行至容纳有土壤或污泥的土壤或污泥调节室时，粘稠状土壤或污泥随着履带的运行而向上移动，期间大部分水分透过履带上的小孔漏下而将脱水后的土壤或污泥保留在履带上。该履带继续向上运动，当到达其运行轨迹的最大高度上时，由一个靠近所述旋转滚筒的主动轴或从动轴带动而改变运行方向，随后进入到所述外侧闭环铰链履带与所述旋转滚筒之间的缝隙中，并被压紧在所述旋转滚筒上，所述最大高度为以所述滚筒的中心轴计算，高于所述中心轴0.3-1r的任一处，其中r为所述滚筒的外径，例如可高于所述滚筒中心轴0.3r、0.4r、0.5r、0.6r、0.7r、0.8r、0.9r或1r，优选为所述旋转滚筒的最高圆弧点处(即所述滚筒的最高点处)，即高于中心轴1r处。当该履带进入缝隙中时，即其处于所述外侧闭环铰链履带和所述旋转滚筒之间，随着继续绕着滚筒运转，土壤或污泥中的水分被脱出，同时对所述旋转滚筒和所述外侧闭环铰链履带通电，以施加电压，例如电压梯度可为0.5-10V/cm，非限定性地可为0.5V/cm、1V/cm、1.5V/cm、2V/cm、2.5V/cm、3V/cm、3.5V/cm、4V/cm、4.5V/cm、5V/cm、5.5V/cm、6V/cm、6.5V/cm、7V/cm、7.5V/cm、8V/cm、8.5V/cm、9V/cm、9.5V/cm或10V/cm，使得所述滚筒为阴极而所述外侧闭环铰链履带为阳极，并在滚筒和外侧闭环铰链履带之间形成了均匀电场，在该电场的作用下，位于所述闭环输送履带表面上的土壤层或污泥层中的阳离子型重金属向阴极滚筒迁移。而对于在土壤或污泥中呈阴离子存在的重金属(如三价铬)，则可调换滚筒与铰链履带的极性，即使所述滚筒为阳极而所述外侧闭环铰链履带为阴极，如此阴离子重金属仍然向滚筒表面迁移。由于阴极和阳极之间的距离很小，这些重金属能够容易、快捷地到达所述滚筒表面，从而被滚筒表面的反应材料层中的活性材料所吸附并随之与活性金属发生反应(如还原、催化、吸附或共沉淀等)而得以去除或转化，经过如此处理，大大降低了土壤或污泥中的重金属含量。而当处理被有机物污染的土壤或污泥时，由于土壤或污泥中的水分在电渗析的作用下是从阳极向阴极移动，有机污染物也随之移动到作为阴极的所述旋转滚筒上，而滚筒外层的反应材料层中的活性金属对有机污染物具有很高的去除作用，可通过多种化学反应如脱卤加氢、催化降解、氧化、还原等作用去除有机物。由此可见，由于所述反应材料层中同时具有吸附功能和反应功能，从而能够同时去除土壤或污泥中的重金属离子和有机污染物。

当继续向前运行，使土壤或污泥随所述闭环输送履带旋转出所述滚筒与所述外侧闭环铰链履带之间的缝隙时，可由另个主动轴或从动轴改变其运行方向，例如水平运行至另个主动轴或从动轴，在该轴附近处由刮除装置如刮泥板将其上的土壤层或污泥层刮落，并收集在泥斗中。然后通过数个从动轴(或其中一个为主动轴，剩余几个为从动轴)连续改变其运行方向，使其再次进入到容纳有土壤或污泥的土壤或污泥调节室中，从而完成一个操作循环。

在该运行过程中，相对于所述旋转滚筒而言，所述闭环输送履带先后两次改变了运行方向，第一次是在最大高度处由主动轴或从动轴引入到缝隙中，第二次是穿出所述缝隙后由主动轴或从动轴改变方向而离开所述滚筒。因此，啮合所述外侧闭环铰链履带的所述齿轮的两端的两个齿轮应分别低于所述最大高度处的主动轴或从动轴和使得闭环输送履带改变方向而离开所述滚筒处的主动轴或从动轴。

在本发明的土壤或污泥中重金属和有机污染物的所述电动去除装置中，为了使负载有脱水土壤或污泥的所述闭环输送履带更容易地进入所述缝隙中，优选在在进入前用整泥板对履带上的土壤或污泥进行整理，例如可根据具体需要而整理成5mm-20mm厚度的规整泥层，然后进入所述缝隙中。

在本发明的土壤或污泥中重金属和有机污染物的所述电动去除装置中，所述整泥板和刮泥板的材料并没有特别的限定，例如可为聚酯塑料、聚氨酯塑料、不锈钢等，只要其能够将污泥进行规整和刮落即可，并可根据所述闭环输送履带的宽度而合适地选择其宽度，以便能够对所有的土壤层或污泥层进行规整和刮落。

在本发明的土壤或污泥中重金属和有机污染物的所述电动去除装置中，还可将所述旋转滚筒部分、多个从动轴和/或主动轴等放置于外罩之中，从而简洁其外形，并避免雨天等恶劣天气对整泥等操作产生不良影响，以及保护滚筒表面的反应材料层免于剐碰、摩擦等意外情况。

如上所述，本发明提供了一种新颖的、可高效去除土壤或污泥中重金属和有机污染物的电动去除装置，该装置具有启动迅速、操作方便、综合能耗较低、方便移动处理等优异特点，能够在一套装置中同时实现脱水、去除重金属和有机污染物的双重功能，解决了现有技术中脱水和重金属/有机污染物单独分开处理的缺陷，同时可根据阴极、阳极之间的电压的灵活调节而对重金属/有机污染物有着很高的去除效率，非常适用于重金属/有机物污染土壤或污泥的连续式快速处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的所述方法使用的装置，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍，但显而易见的，下面描述的附图仅仅是本发明方法和/或装置的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在无须付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得与其类似的改进型附图。

图1示例性图解了本发明去除土壤或污泥中重金属和有机污染物的所述装置的构成示意图。

其中，各个数字编号和/或代号与本发明所述装置的元件/部件的对应关系如下：

1.土壤或污泥调节室 2.闭环输送履带 3.主动轴

4.从动轴 5.闭环铰链履带 6.旋转滚筒

7.齿轮 8.刮泥板 9.整泥板

10.反应材料层 11.从动轴 12.外罩

具体实施方式

如下参考附图，对本发明的去除土壤或污泥中重金属和有机污染物的所述电动装置进行进一步地详细说明和/或阐述，但应该理解，这只是对本发明的装置及其操作方法做出的示例性描述，其意图是用来解释/阐述本发明的所述装置及其实施方法，而非用来限定和/或限制本发明，更非将本发明的保护范围局限于此。

参考图1，本发明的所述电动装置包括土壤或污泥调节室闭1、闭环输送履带2、主动轴3、从动轴4或11、闭环铰链履带5、旋转滚筒6、齿轮7、刮泥板8，以及任选地还包括整泥板9和外罩12。在所述旋转滚筒6的导电材料层(未示出)上，包覆有反应材料层10。

如图1所示，闭环输送履带2由主动轴3和多个从动轴4带动而实现顺时针闭环运行，当然，也可将主动轴3替换为从动轴，同时将多个从动轴4中的任何一个替换为主动轴，主动轴的具体选择并无严格的限定，只要其能够带动整个闭环输送履带2实现运转即可。

参考图1，本发明所述装置的操作原理和运行流程为：将受污染土壤加入到土壤或污泥调节室1中并加入水使其成为土壤泥浆，或者必要时加入酸或其它增效剂(如常用的金属解脱剂Na₂SO₃、表面活性剂、络合剂等)以便增强重金属或有机物从土壤颗粒上的脱附，所述酸可为有机酸或无机酸，非限定性的可例举盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸、次氯酸、磺酸、甲磺酸等，其浓度并未有特别的限定，可根据欲达到的脱附程度而进行合适的选择，例如以质量百分比浓度计可为10-70％，或者直接将含水污泥加入到该污泥调节室1中。然后开动与主动轴相连的驱动机械如驱动电机，带动闭环输送履带2以顺时针方向运转，从而将粘稠泥浆或污泥从土壤或污泥调节室1中抽提向上，在向上运行的过程中，水分从闭环输送履带2的滤孔中漏出，漏出的水可通过另外的收集器(未示出)进行收集，或直接导回至土壤或污泥调节室1中以将后续所加入土壤调成泥浆。当闭环输送履带2运行至接近最高点的从动轴11之前，由整泥板9对闭环输送履带2上的泥层进行整理。而当闭环输送履带2运行至最高点的从动轴11时，由从动轴11改变运行方向而进入由六个齿轮7(仅标注出了一个编号“7”，最右端的一个由于靠近从动轴11而未画出)所啮合的闭环铰链履带5与旋转滚筒6之间的缝隙中，通过调节齿轮7与滚筒6之间的缝隙大小(例如通过合适地调节齿轮7与滚筒6表面之间的距离而实现)而使得闭环输送履带2被闭环铰链履带5压紧在旋转滚筒6上。滚筒6可由闭环输送履带2的带动而同方向转动，或由另外的驱动电机(未示出)单独驱动。由于对闭环铰链履带5和旋转滚筒6中的导电材料施加了不同的电极性，而使得闭环铰链履带5为阳极和旋转滚筒6为阴极，在两者之间产生了均匀电场，从而闭环输送履带2的泥层中的阳离子重金属在电场作用下，由阳极向阴极方向迁移。由于阴极和阳极之间的距离很小，这些重金属能够容易、快捷地到达旋转滚筒6的表面，从而被滚筒表面的反应材料层10所吸附并与活性金属进行反应而得以无害化，经过如此处理，大大降低了土壤或污泥中的重金属含量。而当处理被有机物污染的土壤或污泥时，由于土壤或污泥中的水分在电渗析的作用下是从阳极向阴极移动，有机污染物也随之移动到作为阴极的旋转滚筒6上，而旋转滚筒6外层的反应材料层中的活性金属对有机污染物具有很高的去除作用。随着闭环输送履带2的继续运行，其从第一个齿轮处开始进行重金属和/或有机污染物的脱除，直至到达最后一个齿轮处结束，通过调节阳极、阴极之间的电压大小和闭环输送履带2的运转速度，可使其到底最后一个齿轮处时便可满足重金属和/或有机污染物去除标准。从最后一个齿轮处的缝隙中穿出后，闭环输送履带2随之改变运行方向，离开旋转滚筒6，在主动轴3下方处由刮泥板8进行刮泥，将去除了重金属和有机污染物的泥层从闭环输送履带2上刮落，进入泥斗(未示出)中收集，并进行后续处理。刮除了泥层后的闭环输送履带2又经过多个从动轴4的方向调节后，再次进入到土壤或污泥调节室1中，至此完成一个循环操作。

当待去除的重金属离子为阴离子(如三价铬离子)时，则通过改变通电的极性而使得闭环铰链履带5为阴极和旋转滚筒6为阳极，如此仍使得为阴离子的重金属向旋转滚筒6方向迁移，从而实现其去除。

通过向土壤或污泥调节室1中连续加入受污染土壤或含水污泥，可实现该装置的连续运转。当旋转滚筒6上的反应材料层10磨损严重或者固定重金属达到饱和时，则可以进行更换，从而保持高效的去除效率和良好的操作连续性。

通过使用本发明的所述装置，可产生如下积极效果：

(1)能同时去除重金属和有机污染物：通过在旋转滚筒上包覆导电材料而产生了均匀电场，通过电渗析和电迁移的作用驱动重金属，通过电渗析的作用驱动有机物到电极上，同时通过在导电材料上包覆反应材料层，而创造性地实现了对重金属离子和有机污染物的快速、高效去除。

(2)具有较高的去除效果和效率：滚筒与内封闭履带之间的距离较小，污染物迁移的距离很短，极容易到达电极表面，去除效率大为提高。

(3)具有便捷的工程化操作性：整套装置的各个部件集成简约，可实现模块化生产，并可装配成移动式装置，具有快速的装载和装配能力，可在处理现场快速实现整体组装，具有灵活的工程可操作性。由于该方法的实施不需要任何土建配合，所以可灵活使用于各类土壤处理现场的连续处理。

下面结合具体实例对本发明作进一步说明，但应该理解，这些实施例仅用于例举之用，而绝非用来限制和意图限制本发明的应用范围和实施方式，更非将本发明的保护范围局限于此。

反应材料层的制备

反应材料层1：蒙脱土负载纳米级零价铁活性材料

以Fe³⁺溶液(如FeCl₃、Fe(NO₃)₃或Fe₂(SO₄)₃中的任意一种或多种)浸渍蒙脱土，使蒙脱土上所有的阳离子交换位置都被Fe³⁺所饱和，然后使用NaHB₄还原剂进行还原，从而在蒙脱土层间将Fe³⁺还原成零价铁。经此处理得到了蒙脱土负载纳米级零价铁的活性材料，将该活性材料附着在旋转滚筒的导电材料的外层，厚度为3.5cm，并用一层或数层致密的透水密封布包封压实。

反应材料层2：由蛭石、浮石、Fe₂O₃、Fe组成的活性材料

将粒度均为200目的蛭石和浮石，与粒度均为350目的Fe₂O₃和铁粉进行均匀混合，蛭石和浮石的总质量等于Fe₂O₃和铁粉的总质量，即(蛭石+浮石)/(Fe₂O₃+铁粉)＝1，而蛭石与浮石以及Fe₂O₃与铁粉的质量比也均为1∶1。

混合均匀后，将该活性材料附着在旋转滚筒的导电材料的外层，厚度为3cm，并用一层或数层致密的透水密封布包封压实。

反应材料层3：由活性炭、Ni/Cu/Fe、凹凸棒石、D101大孔吸附树脂组成的活性材料

将粒度均为400目的活性炭粉末、凹凸棒石和D101大孔吸附树脂，与粒度均为300目的多金属混合物Ni/Cu/Fe进行均匀混合，其中活性炭、凹凸棒石、D101大孔吸附树脂的质量比为1∶1∶1，且它们的总质量与这三种金属的总质量之比为3∶1，以及Ni、Cu、Fe的质量比为1∶1∶3。

混合均匀后，将该活性材料附着在旋转滚筒的导电材料的外层，厚度为 3cm，并用一层或数层致密的透水密封布包封压实。

反应材料层4：由高岭石、Mg/Fe、Fe(OH)₃组成的活性材料

将粒度为150目的高岭石、Mg、Fe、Fe(OH)₃进行均匀混合，其中Mg、Fe、Fe(OH)₃的粒度均为100目，且高岭石的质量与Mg、Fe、Fe(OH)₃的总质量之比为1∶1，以及Mg、Fe、Fe(OH)₃的质量比为2∶1∶1。

混合均匀后，将该活性材料附着在旋转滚筒的导电材料的外层，厚度为4cm，并用一层或数层致密的透水密封布包封压实。

反应材料层5：由丝光沸石、CH-90树脂、Ag/Fe、Fe(OH)₃、Fe₃O₄组成的活性材料

将粒度为500目的丝光沸石、粒度为200目的CH-90树脂、Fe(OH)₃、Fe、Ag、Fe₃O₄进行均匀混合，其中Fe(OH)₃、Fe、Ag、Fe₃O₄的粒度均为150目，且丝光沸石与CH-90树脂的总质量与Fe(OH)₃、Fe、Ag、Fe₃O₄的总质量之比为4∶1，以及丝光沸石与CH-90树脂的质量比为1∶1，Fe(OH)₃、Fe、Ag、Fe₃O₄的质量比为2∶2∶2∶1。

混合均匀后，将该活性材料附着在旋转滚筒的导电材料的外层，厚度为3.5cm，并用一层或数层致密的透水密封布包封压实。

实施例1：土壤中六价铬阳离子的去除

使用本发明的所述装置，对六价铬阳离子污染土壤进行处理，土壤中六价铬的含量为352mg/kg。其中，在为阳极闭环铰链履带和为阴极的旋转滚筒之间施加电压，电压梯度为2.0V/cm。

分别使用上述反应材料层1-5进行去除处理，收集刮落后的土壤并进行完全干燥，然后测量其中的六价铬离子含量，结果示于下表1中。

表1.处理前后六价铬离子的含量变化

由此可见，经过本发明所述装置处理后，对重金属六价铬的去除率非常高，有效地实现了重金属的高效去除。

实施例2：城市污泥中重金属的去除

污水处理厂处理的城市污水中大量是工业废水，处理工业废水得到的污泥中重金属含量较高。取该厂质量含水率为80％的城市污泥放入调节室中，加入质量浓度为10％的稀盐酸调节至pH值为3.0。分别使用上述活性材料1-5，以及阳极和阴极之间的电压梯度为3V/cm来进行处理，具体结果见下表2。

表2.处理前后重金属含量变化(含量单位均为mg·kg^-1)

由此可见，经过本发明所述装置处理后，几种重金属的去除率较高，可以达到污泥农用的标准。

实施例3：有机物污染土壤中TCE的去除

某化工厂生产三氯乙烯(TCE)产品，造成了场地土壤污染，含量为116.3mg/kg。取该污染土壤，采用本发明的装置对污染土壤进行处理，其中反应材料层为上述活性材料1-5，阳极和阴极之间的电压梯度为10V/cm，操作方法是将该污染土壤与水混合，使其成为以质量百分比计含水为76％的土壤泥浆，结果示于下表3中。

表3.处理前后TCE的含量变化

由此可见，经过本发明所述装置处理后，实现了对有机污染物TCE的高效去除。

实施例4：有机物污染土壤中五氯酚的去除

某化工厂场址土壤中含有五氯酚，含量为67mg/kg。采用本发明的装置对污染土壤进行处理，其中反应材料层为上述活性材料1-5，阳极和阴极之间的电压梯度为7V/cm，操作方法是将该污染土壤与水混合，使其成为以质量百分比计含水为80％的土壤泥浆，结果示于下表4中。

表4.处理前后五氯酚的含量变化

由此可见，经过本发明所述装置处理后，实现了对有机污染物五氯酚的高效去除。

实施例5：农药污染土壤DDT的去除

取某农药厂场址污染土壤，污染物为DDT(2，2-双(4-氯苯基)-1，1，1-三氯乙烷)，含量为283mg/kg。采用本发明的装置对污染土壤进行处理，其中反应材料层为上述活性材料1-5，阳极和阴极之间的电压梯度为6V/cm，操作方法是将该污染土壤与水混合，使其成为以质量百分比计含水为76％的土壤泥浆，结果示于下表4中。

表5.处理前后DDT的含量变化

由此可见，经过本发明所述装置处理后，实现了对有机污染物DDT的高效去除。

综上所述，本发明的所述装置可有效应用于土壤或污泥中有机污染物和/或重金属离子的去除修复，是一种设计新颖、去除效率高、操作简便的环境修复和污染治理装置。

尽管为了举例和描述之目的，而介绍了本发明的上述实施方式和附图所示结构及处理过程。但这些并非是详尽的描述，也不能将本发明的范围局限于此。对本领域技术人员来说，可对本发明的上述实施方式做出多种修改和变化，而这些所有的修改和/或变化都包括在如本发明的权利要求所限定的范围之内，并不脱离如所述权利要求所限定的本发明的范围和精神。

Claims

1.一种土壤或污泥中重金属和有机污染物的电动去除装置，包括：

齿轮，其设置成环绕所述旋转滚筒；

闭环输送履带，其用来输送土壤或污泥，并穿过所述外侧闭环铰链履带与所述旋转滚筒之间的缝隙而被压紧在所述旋转滚筒上；

所述反应材料层由活性金属和活性材料组成；

所述活性金属选自如下(1)-(8)中的任意一组：(1)由铁氧化物与铁组成的混合物；(2)由铁氢氧化物与铁组成的混合物；(3)由铁氧化物、铁氢氧化物和铁组成的混合物；(4)由铁与其它金属组成的双金属混合物；(5)由铁与其它多种金属组成的多金属混合物；(6)由铁氧化物、铁和其它金属组成的混合物；(7)由铁氢氧化物、铁和其它金属组成的混合物；(8)由铁氧化物、铁氢氧化物、铁和其它金属组成的混合物；

所述活性材料为粘土矿物、硅藻土、活性炭、吸附树脂中的任意一种或多种的组合。

2.如权利要求1所述的电动去除装置，其特征在于：还包括在所述闭环输送履带进入所述缝隙前，用来整理所述闭环输送履带上的土壤或污泥的整泥板。

3.如权利要求1所述的电动去除装置，其特征在于：还包括当所述闭环输送履带旋转出所述缝隙后，用来刮落其上的土壤层或污泥层的刮泥板。

4.如权利要求3所述的电动去除装置，其特征在于：所述活性金属和所述活性材料的粒度均为10-500目。

5.如权利要求1所述的电动去除装置，其特征在于：所述活性金属与活性材料的质量比为1:0.1-5，或活性金属的量为活性材料所能负载的最大量。

6.如权利要求1所述的电动去除装置，其特征在于：所述铁氧化物选自为FeO、Fe₂O₃、Fe₃O₄中的一种或多种，所述铁氢氧化物选自Fe(OH)₂或Fe(OH)₃，所述双金属混合物选自Ni/Fe、Pb/Fe、Cu/Fe、Ti/Fe、Pt/Fe、Ru/Fe、Ag/Fe、Mg/Fe或Pd/Fe，所述多金属混合物为Ni、Pb、Cu、Ti、Pt、Ru、Ag、Mg、Pd中的任何二种或多种与Fe的混合物。

7.如权利要求1-6任一项所述的电动去除装置，其特征在于：对所述旋转滚筒和所述外侧闭环铰链履带通电时，两者之间的电压梯度为0.5-10V/cm。