CN103286121A - 一种用于电动修复污染土壤的二维非均匀电场实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用电动修复污染土壤的二维非均匀电场实验装置的污染土壤电动修复方法，所述装置包括土样槽、气体测量装置、液体循环与测量装置、电极控制***和数据采集***。土样槽包括槽体、顶盖、底盖和螺栓；顶盖和底盖上设有中心螺母和位于该螺母周围并中心对称呈环形的多个其它螺母，上下螺母之间设有电极；顶盖均匀分布有多个探针；气体测量装置为刻度管；液体循环与测量装置包括连接管、总分流管、蠕动泵和液体测量装置；电极控制***与电极相连；数据采集***与探针相连。通过使用该装置及合适工艺参数，非常有利于污染物的去除、节约能耗且***稳定性高，是具有试验价值和应用前景的一种方法。

Description

一种用于电动修复污染土壤的二维非均匀电场实验方法

技术领域

本发明涉及一种用于污染物净化和处理的方法，特别地涉及一种用于电动修复污染土壤的二维非均匀电场实验方法，属于环境保护和污染防治与治理领域。

背景技术

随着我国工业化进程的持续，以及农业生产中农药的大剂量、大范围、长期限的使用，从而积累了较为严重的土壤污染，例如，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。与此同时，土壤污染的类型也呈现多样化、复杂化的趋势，例如，很多地区存在新老污染物并存、无机有机复合污染的严峻局面。

土壤污染对生态环境、饮用水源、农产品质量以及人体健康等都有着明显的威胁，有鉴于此，世界各国对于污染土壤的预防、治理、无害化处理等进行了大量的深入研究，力图找到快捷、低能耗、高费效比的污染土壤处理方法。而与西方发达国家相比，我国在土壤治理和修复方面才刚刚起步，对实用性强、简单有效的土壤污染修复技术和新型装置有着迫切的需求。

目前，传统污染土壤的修复技术主要有高级氧化法、稳定/固化技术、化学淋洗法、高温热解法、植物修复法、微生物修复法、气相抽提法等。但这些方法均存在诸多缺点，如高级氧化法容易对土壤的理化性质造成严重的不利影响；稳定/固化技术只是实现了重金属的稳定和固化，无法从根本上减少污染土壤中的重金属总量；化学淋洗法只对特定土壤和污染物有效，适用范围较小，且洗脱效率低；高温热解法的耗能较大，对土壤的理化性质也有不利影响；植物修复法虽然成本较低，操作简单，但效率过低，耗时过于漫长；微生物修复法的成本较高，修复周期长；土壤气相抽提法适用于高挥发性有机物如汽油、苯和四氯乙烯等污染土壤的修复，且除效率较低、周期较长。

凡此种种，导致了上述方法的应用范围和应用价值均受到了一定的限制，无法大范围推广。近些年来，污染土壤的电动修复法日益得到重视，科学家对其进行了广泛深入的研究，研发出了多种电动修复方法和相应装置。

CN1695834A公开了一种重金属污染土壤的电动力学修复方法。所述方法采用离子交换膜将阴极与受试土样分隔开，并用多孔陶瓷置于离子交换膜和土壤之间防治离子交换膜堵塞，利用电极自身产生的H⁺和OH^-，并借助离子交换膜的阻隔作用，控制电动力学修复过程中土壤的pH值，加速污染物的溶出和迁移。

CN201454977U公开了一种电动力吸附复合修复重金属污染土壤装置。所述装置包括采用石墨制成电极，电极包括阳极和阴极，阳极置于阳极区，阴极置于阴极区，由阳极区至阴极区，依次设置防止重金属离子扩散的隔板、吸附重金属的多孔吸附材料活性炭、需处理的重金属污染土壤、吸附重金属的多孔吸附材料活性炭和防止污染重金属离子扩散的隔板，为了防止阴极区域pH的上升和阳极区域pH的下降，而采用切换电极极性的方法。

CN1899717B公开了一种电动力和铁可渗透反应格栅联合修复重金属污染土壤的工艺。所述工艺是在土壤两侧安装石墨电极，两电极和待处理土壤间安放铁墙，接通电源，在电场作用下将金属阴离子迁移到阳极附近，而金属阳离子迁移到阴极附近，当重金属穿过铁墙时与之发生反应而得以吸附、还原和沉淀。

CN202356398U公开了去除土壤中重金属和有机污染物的电动修复装置。所述装置包括电动修复柱、电极、电解池、电解液处理池、酸度计和直流电源，通过pH自动控制***，保证了结果之间的可比性，提高了控制精确度，能提高污染土壤中污染物的去除效果。

CN102500610A公开了一种电动力学联合滴灌修复重金属污染土壤的方法。所述方法是在污染土壤两端安装正负电极，并在正负电极和污染土壤之间放置吸附剂，在吸附剂附近土壤的上方设置滴灌装置，将电解液、缓冲液或络合剂等滴加到两侧土壤中，对电极进行周期性切换，从而将重金属通过电动迁移作用而被吸附剂所吸附，从而降低土壤中重金属的浓度。

CN102806228A公开一种污染土壤异位电动修复装置及方法。所述装置包括土壤承载***、电极***和电极工作液喷淋***，在工作时，电极***的上电极和下电极所带电荷相反。

CN102896143A公开了一种电动表面活性剂联合修复污染土壤实验装置。所述装置包括装有污染土壤和非污染土壤的主体，在主体内对应污染土壤的两侧部分竖直装有两个平行的电极室多孔挡板，两个多孔挡板与主体内侧表面形成两个电极室，在电极室内各装有电极，通过对电极施加电流，可以提高污染土壤的处理效果。

CN202667240U公开了一种基于高压静电的石油污染土壤修复装置。所述装置包括高压电源、高压静电土壤处理部分、高压静电吸尘部分、绝缘部分，所述高压静电土壤处理部分包括电极，通过在电极间加压而形成放电，可将污染土壤中的石油烃类加以分解，分解生成的有毒物质由高压静电吸尘部分所吸附。该装置主要用于石油生产及运输行业所造成的污染土壤的修复。

如上所述，虽然人们研发了多种电动修复装置和方法，但均存在一些缺点，例如：1.多使用板状材料做电极。2.正负电极分布在污染土壤的两侧而导致污染物呈直线移动，很可能进入土壤的封闭空隙而无法迁移到电极端。3.无法测量实验过程中的电渗析流和气体产生速率等重要参数。4.只能形成均匀稳定的均匀电场，无法自由切换正负电极或者切换繁琐，导致能耗高，且***运行不稳定。

基于这些原因，目前在污染土壤治理领域，对于新型、效果良好、高去除效果的污染土壤修复装置和方法仍存有强烈需求，也是目前土壤修复领域的一个研究重点和热点。

发明内容

鉴于上述技术的缺陷与不足，本发明人从实际应用出发，对电动修复污染土壤的装置进行了大量的深入研究，在付出了创造性劳动后，研发出一种电动修复污染土壤的装置和使用该装置的方法，该装置可在实验过程中持续向土壤中加入添加剂或增效剂，如络合剂、螯合剂、表面活性剂、酸碱盐溶液、缓冲溶液、微生物等来促进污染物在土壤中的解吸附、降解或各种化学反应过程，更重要的是通过电极控制***对排列的电极进行控制，从而产生了非均匀电场，可使得土壤中的污染物如重金属等发生非直线二维迁移，并且通过蠕动泵的使用能够中和各个电极的pH、降低能耗，同时方便测量实验过程中的电渗析流、气体、电压等重要参数，有助于分析电动力修复机理，具有良好的应用前景和价值，在各种指标上要优于目前所有的类似装置和方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法，其特征在于：所述装置包括土样槽、气体测量装置、液体循环与测量装置、电极控制***和数据采集***；

所述土样槽包括槽体、顶盖、底盖，以及用于固定槽体、顶盖、底盖的螺栓；所述顶盖和底盖的相对应位置上设有多个螺母，其中一个螺母位于中心位置，其余螺母位于该中心螺母的周围，并以所述中心螺母为对称中心而呈环形或规则分布；在相对应的所述上下螺母之间设置有电极，即中央电极和多个环状电极；所述顶盖上还均匀分布有伸入到所述土样槽内部的多个探针；

所述气体测量装置为与各个电极上端相连的刻度管；

所述液体循环与测量装置包括与中央电极下端相连的连接管、由与环状电极下端相连的分流管汇合而成的总分流管、与所述连接管和总分流管相连的蠕动泵、分别与连接管末端和总分流管末端相连的液体测量装置；

所述电极控制***与各个电极相连；

所述数据采集***与各个探针相连；

其中，在该方法中，采用如下(1)-(4)任一种的通电方式进行电动修复：

(1).以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，在每个连接上，定时改变电极极性，在切换至下一个连接前多次改变电极极性，直至完成一次完整通电，如此重复进行完成土壤电动修复；

(2).以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，在每个连接上，自始至终不改变电极极性，通电一定时间后，切换至下一个连接次序，完成一次完整通电后，改变电极极性进行下一次完整通电，如此重复进行完成土壤电动修复；

(3).以“A+mB”为循环单元的方式进行通电：

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电；

B：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极进行顺次连接通电，在每个连接上，定时改变电极极性，在切换至下一个连接前多次改变电极极性，直至完成一次完整通电；

其中m为整数，且1≤m≤4；

(4).以“A+nC”为循环单元的方式进行通电：

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电；

C：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，在每个连接上，自始至终不改变电极极性，通电一定时间后，切换至下一个连接次序，直至完成一次完整通电；

其中n为整数，且2≤n≤4，以及完成一次C通电后切换至下一个C完整通电时，改变电极极性。

在本申请中，除非另有规定，“完整通电”的含义是指通电连接再次回到初始的中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极的位置时，也即完成一个圆周循环。

在本发明的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法中，所述土样槽的槽体的三维形状并没有特别的限定，例如可为圆柱形、长方体形、正方体形等。其体积并没有特别的限定，可根据土壤处理量、实际操作情况而进行合适的选择。其材质也没有特别的限定，只要其具有一定强度、绝缘并能承受操作时的压力即可，非限定性地例如可为聚酯材料、钢化玻璃、PVC等。

在本发明的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法中，所述顶盖和底盖分别位于所述槽体的上部和下部，并能完全覆盖所述槽体，从而与槽体构成一个密闭容积空间以装入待处理污染土壤。所述顶盖和底盖的材质并没有特别的限定，只要其具有一定强度、绝缘并能承受操作时的压力即可，非限定性地例如可为聚酯材料、钢化玻璃、PVC等。

在本发明的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法中，所述槽体、顶盖和底盖通过螺栓而固定在一起，即在所述槽体、顶盖和底盖的叠合处，螺栓自上而下顺次穿过顶盖、槽体和底盖；或者所述顶盖和底盖大于槽体的水平截面面积，即顶盖和底盖的边缘伸出槽体之外，螺栓自上而下穿过顶盖和底盖的所伸出的边缘部分，从而将槽体紧紧“夹”住，实现这三者的固定。通过上述固定，可形成一个容纳待处理污染土壤的密闭空间。优选地，为了更好地进行密封，在所述顶盖和槽体之间，以及所述底盖和槽体之间设置有其密封作用的密封圈。非限定性地，所述密封圈材质可为任何的已知密封材料，如可为各种密封橡胶，非限定性地列举丁腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶或丙烯酸酯橡胶等。

在本发明的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法中，所述顶盖和底盖在相对应位置上设有多个螺母，其中一个螺母位于所述顶盖和底盖的中心位置，其余螺母位于该中心螺母的周围，并以所述中心螺母为对称中心而呈环形分布。在顶盖和底盖的相对应上下螺母之间设置有电极，即上下两个中心位置处的为中央电极，其余螺母位置处的多个电极构成环状电极。

在本发明的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法中，所述环状电极的数量并没有特别的限定，可根据所述槽体水平切面的面积大小而进行合适的选择和/或确定，从而以中央电极的中心位置呈现分布均匀的对称排列，例如以到中央电极的距离计，所述环状电极可仅为一圈环绕中央电极，还可为多圈环绕中央电极，例如为2-4圈。此处的“圈”并非特指圆圈的形式，也包括了与土样槽边缘等距排列的形式。

在本发明的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法中，作为一种优选的实施方式，所述电极(除非另有规定，当以“所述电极”、“各个电极”使用时，意指所述中央电极和环状电极，下同)均为中空形式。更优选地，为中空形式的所述电极在电极管壁上设置有小孔以供液体流入与流出，例如这些小孔可均匀分布，孔径可为0.5mm-5mm，例如可为0.5mm、1mm、2mm、3mm、4mm或5mm。

在本发明的所述电动修复污染土壤的二维非均匀电场实验装置中，作为一种优选的实施方式，所述电极外周设有防漏装置，以防止土壤颗粒进入到中空电极中而影响电极的正常运作并流失。所述防漏装置并没有特别的限定，只要能够阻止土壤颗粒进入电极中即可，例如可为滤纸、滤布或滤网。

在本发明的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法中，所述顶盖上还均匀分布有伸入到所述土样槽内部的多个探针，简而言之，即在顶盖上开有均匀分布的小孔以***探针，然后可拧紧探针实现固定。所述探针的长度为并没有特别的限定，只要其能够伸入到土壤中且不接触到底盖即可，例如其可以为电极长度的1/3-2/3。设置所述探针的目的在于测量待处理土壤的二维电压分布，从而完成数据采集，确定所施加的电压梯度等参数，为操作的顺利进行和结果测定等提供最直接的数据显示。所述探针的类型并没有特别的限定，只要其能够测量土壤中产生的电压即可，可为任何已知的电压探针。

在本发明的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法中，所述气体测量装置是与各个电极上端相连的刻度管，该刻度管上部设置有可开启或封闭的开口，当封闭时，可通过液面的下降而确定气体的体积。当不测量气体体积时，则处于开启状态，保持液面处压强为环境压力。

在本发明的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法中，所述液体循环与测量装置包括与中央电极下端相连的连接管、由与环状电极下端相连的分流管汇合而成的总分流管、与所述连接管和总分流管相连的蠕动泵、与连接管末端和分流管末端相连的液体测量装置。

其中，所述连接管的一端与中央电极下端相连，另一端连接所述液体测量装置。所述分流管连接所有的环状电极下端，并汇合成一根总分流管。所述蠕动泵与连接管和总分流管相连，蠕动泵并没有特别的限定，只要其能够将液体测量装置中的液体进行循环回流即可，可使用任何已知的蠕动泵。通过使用蠕动泵并根据需要选择其蠕动方向，而可将来自阳极或阴极的液体分别回流到阴极或阳极中，从而可中和pH值，避免了因为pH值的过高或过低而导致的污染物在酸性/碱性条件下的沉淀。

其中，所述连接管和总分流管的末端均连接一个三通管，所述三通管通过其中的一条通路将来自电极的液体流入到所述液体测量装置中，而另一条通路则与大气相通。

其中，从电极中流出的液体可部分通过所述蠕动泵而回流至电极中，以实现pH值的中和，而剩余部分可进入液体测量装置排出，以达到去除污染物、修复土壤的目的，回流至电极的量可根据所中和的程度而进行合适的选择。

在本发明的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法中，所述电极控制***与各个电极相连。通过所述电极控制***，可控制和切换中央电极和所有环状电极的极性等，从而对土壤施加非均匀电场，实现控制污染物的移动过程和模式，便于研究污染物的迁移和去除机理，从而实现良好的测量和污染物去除。

其中，在该方法中，可采用上述通电方式(1)进行电动修复，优选地，方式(1)如下：

(1).以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，每个连接上的通电时间为t小时，在每个连接上以通电时开始计，通电t1小时后改变电极极性，继续通电t2小时直至设定时间t，然后切换至下一个通电连接，直至完成一次完整通电，如此重复进行完成土壤电动修复。

其中，在该方法中，可采用上述通电方式(2)进行电动修复，优选地，所述通电方式(2)如下：

(2).以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，在每个连接上不改变电极极性，且通电时间达到t3小时后，切换至下一个通电连接，直至完成一次完整通电，然后改变电极极性进行下一个每个通电连接时间为t4小时的完整通电，如此重复进行每个通电连接上通电时间为t3和t4的完整通电，直至完成土壤电动修复。

其中，在该方法中，可采用上述通电方式(3)进行电动修复，优选地，所述通电方式(3)如下：

(3).以“A+mB”为循环单元的方式进行通电：

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电；

B：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，每个连接上的通电时间为t小时，在每个连接上以通电开始时计，通电t1小时后改变电极极性，继续通电t2小时直至设定时间t，然后切换至下一个通电连接，直至完成一次完整通电；

其中m为整数，且1≤m≤4；例如m可为1、2、3或4。

其中，在该方法中，可采用上述通电方式(4)进行电动修复，优选地，所述通电方式(4)如下：

(4).以“A+nC”为循环单元的方式进行通电：

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电；

C：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，在每个连接上不改变电极极性，且通电时间达到t3小时后，切换至下一个通电连接，直至完成一次完整通电，然后改变电极极性进行下一个每个通电连接时间为t4小时的完整通电，如此重复进行每个通电连接上通电时间为t3和t4的完整通电，直至完成土壤电动修复；

其中n为整数，且2≤n≤4，以及完成一次C通电后切换至下一个C完整通电时，改变电极极性；例如n可为2、3或4。

针对上述方式(1)或方式B：其中的所述“t”为2-8小时，如2小时、3小时、4小时、5小时、6小时、7小时或8小时；“t1”为1-7.5小时，例如为1小时、2小时、3小时、4小时、5小时、6小时或7小时；“t2”为0.5-4小时，如0.5小时、1小时、1.5小时、2小时、2.5小时、3小时、3.5小时或4小时，条件是t1+t2=t。

针对上述方式(2)或方式C：所述“t3”为1-4小时，例如为1小时、2小时、3小时或4小时，期间不改变电极极性。通电时间达到设定值t3小时后，切换下一个连接次序，继续通电t3小时，直至完成一个完整通电，即在该完整通电期间，中央电极和两侧环状电极的极性始终不改变。直至完成一个完整的通电循环后，方进行电极切换，并开始下一个完整通电，在该“下一个完整通电”中，每个通电连接上的通电时间为t4小时，所述“t4”为0.5-1小时，例如可为0.5小时或1小时，完成一个完整通电后，再次进行每个通电连接为t3小时的完整通电，然后再进行每个通电连接为t4的完整通电，如此反复进行t3+t4的重复循环，直至完成土壤处理。

针对上述方式(3)：所述“A+mB”方式是指以“A+mB”作为循环单元进行通电，其含义是首先以方式A进行同时通电一定时间如4-12小时，然后以方式B进行通电，完成一次完整通电后，再次进行方式B通电，直至以方式B通电达到m次后，方再次以方式A进行通电，然后再次进行m次的方式B通电…如此循环往复，直至完成对土壤的电动污染处理。

针对上述方式(4)：所述“A+nC”方式是指以“A+nC”作为循环单元进行通电，其含义是首先以方式A进行同时通电一定时间如4-12小时，然后以方式C进行通电，完成一次完整通电(即通电连接再次回到初始的中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极的位置时，也即完成一个圆周循环)后，再次进行方式C通电，直至以方式C通电达到n次后，方再次以方式A进行通电，然后再次进行n次的方式B通电…如此循环往复，直至完成对土壤的电动污染处理，其中每以方式C完成一次完整循环通电后，改变中央电极和环状电极的极性。

更具体地，简而言之，上述方式(1)即为方式B的循环，上述方式(2)即为方式C的循环。

以图4为例，对于上述(1)、(2)、B或C的通电方式，可采用图中所示的逆时针“1-2-3-4”的通电连接次序，首先对连接次序“1”进行通电，然后切换至连接次序“2”，即对中央电极和以水平轴为基线分别为45°和225°的两个环状电极通电，然后再对连接次序“3”和“4”进行通电，从而完成一个完整循环，并随后进入下个“1-2-3-4”的通电循环；当然，也可采用顺时针“1-4-3-2”的通电顺序。该通电次序和定时切换包括上述提及的两种方式(1)或(2)。

以方式A为例：以中央电极为阴极，所有环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电4-12小时。

以方式B为例：例如当通电连接次序为“1”时，即对中央电极和水平面上的两个环状电极进行通电，在通电连接上，总通电时间为t小时，t为2-8小时例如6小时，自开始通电时计，当通电t1小时例如4小时时，改变电极极性[即调换中央电极和环状电极的极性]，继续通电t2小时例如2小时，达到t1的总通电时间如6小时；然后将通电次序切换至下一个次序“2”，继续进行相同方式的通电时间和定时切换，以此类推，按照“1-2-3-4”的通电连接次序进行通电。当一直以此方式B进行循环通电时，即为优选方式(1)的通电方式。

以方式C为例：所述通电时间为1-4小时，例如当通电连接次序为“1”时，即对中央电极和水平面上的两个环状电极进行通电，通电时间为t3小时如2小时，期间不改变电极极性。通电时间达到设定值后，切换至次序“2”，即对中央电极和以水平轴为基线分别为45°和225°的两个环状电极通电，继续通电t3小时如2小时。以此类推，按照“1-2-3-4”的通电连接次序进行通电，完成一个完整循环。然后进行电极切换，并进行下一个“1-2-3-4”的完整通电，在该下一个完整通电中，每个通电连接上的通电时间为t4小时如0.5或1小时，完成一个完整通电后，再次进行每个通电连接为t3小时的完整通电，然后再进行每个通电连接为t4的完整通电，如此反复进行t3+t4的重复循环，直至完成土壤处理。当以方式C进行循环通电时，即为优选方式(2)的通电方式。

通过如此新颖的通电次序和电极切换，可有利地控制电极附近土壤pH值的急剧上升或下降，稳定了***的性能，同时极大地提高了污染物的去除率和去除效率。

其中，为了所述电极控制***的顺利运转，将其连接直流电源以得到不同电压梯度的电力来源。

在本发明的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法中，作为一种优选的实施方式，所述电极控制***和中央电极之间设置有电流表，以显示所施加的电流数据，其通常为1mA-1000mA，例如可为1mA、5mA、10mA、50mA、100mA、200mA、300mA、400mA、500mA、600mA、700mA、800mA、900mA或1000mA。。

在本发明的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法中，所述数据采集***与各个探针相连。通过所述数据采集***，可采集所有探针测量到的二维电压数据，从而为操作者选择和/或改变电压提供直接的数据资料，一般而言，在所有的通电方式中，所施加的电压应为使得土壤中的电压梯度为0.1V/cm-5V/cm，例如可为0.1V/cm、0.5V/cm、1V/cm、2V/cm、3V/cm、4V/cm或5V/cm。

在本发明的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法中，可在实验过程中持续向土壤中加入现有技术中已知的任何添加剂或增效剂，如络合剂、螯合剂、表面活性剂、共溶剂、氧化/还原剂、酸碱盐溶液、缓冲溶液、微生物等中的一种或多种来促进污染物如重金属、有机污染物等在土壤中的解吸附、降解或各种化学反应过程。该加入可通过连接管和总分流管的末端，即三通口进行，并可根据污染物去除情况而随时补加。作为一种示例性例举，例如可加入柠檬酸、乙酸、乳酸、EDTA(乙二胺四乙酸)、NTA(氮川三乙酸)、DTPA(二乙基三胺五乙酸)、EGTA(乙二醇二***二胺四乙酸)、有机膦酸盐、环糊精类、乙醇、丁胺、次氯酸钠、双氧水、偏亚硫酸氢钠、碘盐、盐酸或其盐、硝酸或其盐、磷酸或其盐、硫酸或其盐、氢氧化钠、氨或铵盐、有机物降解菌或其菌群、各种有机废水等中的一种或多种的组合。

该加入可手动进行，例如可手动加入所需要的添加剂或增效剂，但作为一种优选的实施方式，所述二维非均匀电场实验装置还包括液体加入装置，所述液体加入装置可实现所需添加剂或增效剂的加入，例如可为带有刻度的容器如移液管、滴定管等。

本发明方法的有益效果在于：

1.利用设置方式新颖的中央电极和环状电极，而向土壤中施加非均匀电场，使污染物做非直线形二维迁移，防止了其进入封闭型孔隙中，并能更好地模拟实际修复状况，通过探针测定土壤中的二维电压分布，可方便地确定电压梯度分布。

2.利用蠕动泵将来自电极的液体进行回流，可以中和电极的酸性/碱性，防止污染物在高pH值或低pH值下发生沉淀，更有利于污染物的去除。

3.尤其是通过电极控制***可切换不同的电极极性，且因电极布置方式的创新性改变，强化污染物与土壤溶液的接触和反应，并中和电极附近的酸碱性，从而节约了能耗，维持***稳定性。

如上所述，本发明提供了一种新颖的、可去除土壤中污染物(如重金属或有机污染物)或向土壤中添加添加剂以增强污染物去除的电动修复装置，所述装置具有多种优异特点，非常适宜于污染土壤的修复处理。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的所述装置和方法，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍，但显而易见地，下面描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不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是本发明所述装置的结构示意图。

图2是本发明所述装置的为圆柱形土样槽的俯视图。

图3是本发明所述装置的土样制备示意图。

图4是本发明所述装置的位于圆柱形土样槽中的电极控制次序示意图。

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.槽体           2.顶盖          3.底盖

4.中央电极       5.环状电极      6.探针

7.密封圈         8.螺栓          9.液体测量装置

10.蠕动泵        11.气体测量装置 12.数据采集***

13.电极控制***  14.直流电源     15.螺母

16.分流管        17.连接管       18.固缩顶板

19.固缩槽        20.液体加入装置

具体实施方式

如下参考附图，对本发明的所述装置和方法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式，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，本发明的所述装置包括土样槽、气体测量装置11、液体循环与测量装置、电极控制***13和数据采集***12。其中，所述土样槽包括槽体1、顶盖2、底盖3，以及用于固定槽体1、顶盖2、底盖3的螺栓8，为了增强密封性能，在顶盖2与槽体1之间和底盖3与槽体1之间均设有密封圈7。

所述顶盖2和底盖3的相对应位置上设有多个螺母(未示出)，其中一个螺母位于中心位置，其余螺母位于该中心螺母的周围，并以所述中心螺母为对称中心而呈环形分布。相对应的所述上下螺母之间设有电极，即中央电极4和多个环状电极5，电极为中空形式，且电极管壁上设有均匀分布的多个小孔，电极安装时在其周围设有防漏装置(未示出)，例如滤纸、滤布或滤网等。顶盖2上还均匀分布有伸入到所述土样槽内部的多个探针6。

所述气体测量装置11为与电极上端相连的刻度管。

所述液体循环与测量装置包括与中央电极5下端相连的连接管17、与环状电极5下端相连的分流管16、位于连接管之间的蠕动泵10、与连接管17的末端和分流管16的末端相连的液体测量装置。

所述电极控制***13与各个电极相连，并由直流电源14供电运行。在所述电极控制***13和中央电极4之间设置有电流表，从而可检测土壤中的电流大小。

所述数据采集***12与各个探针6相连，从而可实时检测土壤中的电压分布梯度。

本发明的所述装置还可包括液体加入装置20，其可将添加剂、增效剂或微生物等加入到连接管或总分流管末端的三通中，从而通过电极4和5及蠕动泵的回流而进入到土壤中，在非均匀电场作用下实现污染物的高效去除。

参考图2，该图为本发明所述装置的土样槽的俯视图。所述槽体水平切面为圆形，其上为顶盖，并通过多个螺栓8进行固定。中心位置为中央电极4，围绕该中心位置而对称分布有多个环状电极5，顶盖上插有多个均匀分布的探针6。为了增强密封性能，在顶盖和槽体之间设置有密封圈7。

参考图3，该图是本发明所述装置的土样制备示意图。当制备污染土壤的土样时，将土样槽倒置，所述顶盖2作为土样制备时的底板，将所有电极的螺母拧松，并将探针6拧开。在槽体1的上方放置与槽体内径相同的固缩槽19，固缩槽19上方放置比所述固缩槽19内径略小的固缩板18，例如比所述固缩槽19内径小1-5mm，从而可紧密地进入到所述固缩槽19内部中，并压紧所倒入的污染泥浆，所述固缩板18上具有多个小孔以排出供压紧时溢出的水。

在土样制备时，将泥浆缓慢倒入到所述槽体1中，混合均匀，然后在泥浆上面铺设滤网或滤布，然后放置固缩板17，施加外力向下按压固缩板17，从而对泥浆进行固结压缩。在压缩过程中，泥浆中的水可从电极孔隙、探针孔处的缝隙以及固缩板18上的小孔上流出。

当压缩结束，完成固结后，取走固缩槽19和固缩板18，并除去所放置的滤网或滤布，以及根据土样槽的容积而合适地去除多余的土壤(当不多余时，则无须除去)。然后放上所述底盖3，拧紧螺栓8和探针6，并拧紧电极的螺母。然后将土样槽翻转，从而完成了土样制备。

参考图4，该图是本发明所述装置的电极控制次序示意图。该图示例性地给出了一种如上述方式(1)或(2)或B或C的电极控制次序，通过电极控制***的控制，可实现对中央电极和环状电极的定时通电与断电，以及极性上的转换。例如，可采用图中所示的逆时针“1-2-3-4”的通电连接次序，也可采用顺时针“1-4-3-2”的通电顺序。通过该通电连接次序及电极极性控制方式，便可对污染土壤施加非均匀电场，非常有利于污染物的脱除，并能节约能量消耗。

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。

实施例1：对于重金属Cd的脱除测试

参考图3的土样制备方法，制备了Cd含量为300mg/kg的测试土样，所述土样槽尺寸为14cm(长)×14cm(宽)×5cm(高)，其中在为横截面的正方形的内切圆之中心处为中央电极，***规则排列一圈环状电极，这些环状电极以中央电极为对称中心而均匀排列，且与土样槽边缘距离为1cm。

所述电极为中空的形式，并在电极管壁上设置有孔径为3mm的小孔。所述电极外周设有滤布，以防止土壤进入到中空电极中。所述土样槽的顶盖与槽体之间、底盖与槽体之间均设有丁腈橡胶密封圈，以保持良好的密封性能，为了测量不同位置处的电压来确定电压梯度，所述土样槽的顶盖上插有多根探针，其长度为2/3。

以如下方式“A+B”进行循环通电：

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电4小时；

B：以中央电极为圆心，逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极进行顺次连接通电，在每个连接上通电2小时，通电期间每1小时改变一次电极极性，即在切换至下一个连接前改变电极极性2次，直至完成一次完整通电。

完成一个“A+B”后，再次进行下一个“A+B”…直至完成整个土壤通电修复处理。

该电动修复处理共通电处理510小时，其中0-160小时的通电电压为24V、160-190小时的通电电压为20V、190-204小时的通电电压为15V、204-260小时的通电电压为12V、260-510小时的通电电压为24V。其中虽然这些通电时间存在着重合的端点值，但并不影响技术方案的顺利实施和正常理解，例如以160小时为例，当通电开始至恰好到达160小时的期间通电电压为24V，而达到160小时时，立即改变电压为20V。其余重合端点值具有相同含义。

在通电过程中，通过液体加入装置，在总分流管末端的三通口向环状电极中加入柠檬酸和乙酸的混合水溶液，其中柠檬酸浓度为3g/L和乙酸浓度为5.5g/L，通过连接管末端的三通口向中央电极中加入柠檬酸和乙酸的混合水溶液，其中柠檬酸浓度为3g/L和乙酸浓度为6.1g/L，这两种混合水溶液的的pH为2.0。当正常运行时，通过蠕动泵而中和阳极和阴极的pH值，使之保持在3-5之间，以使得不在阳极或阴极附近产生重金属沉淀，同时，通过将剩余的电极流出液体进入液体测量装置排出，以达到去除Cd离子修复土壤的目的。

当运行完毕后，测量土样中的平均Cd离子含量，发现其浓度由开始时的300mg/kg降低至10mg/kg，脱除率为96.67%。

实施例2：对于重金属Cd的脱除测试

除以如下方式通电外，以与实施例1的相同而实施了实施例2。

以如下方式“A+2B”进行循环通电：

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电12小时；

B：以中央电极为圆心，逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极进行顺次连接通电，在每个连接上通电1.5小时，通电期间每0.5小时改变一次电极极性，即在切换至下一个连接前改变电极极性3次，直至完成一次完整通电。

当运行完毕后，测量土样中的平均Cd离子含量，发现其浓度由开始时的300mg/kg降低至12.5mg/kg，脱除率为95.83%。

实施例3：对于重金属Cd的脱除测试

除以如下方式通电外，以与实施例1的相同而实施了实施例3。

以如下方式“A+4B”进行循环通电：

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电12小时；

B：以中央电极为圆心，逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极进行顺次连接通电，在每个连接上通电1小时，通电期间每0.5小时改变一次电极极性，即在切换至下一个连接前改变电极极性2次，直至完成一次完整通电。

当运行完毕后，测量土样中的平均Cd离子含量，发现其浓度由开始时的300mg/kg降低至13mg/kg，脱除率为95.67%。

实施例4：对于重金属Cd的脱除测试

除按照如下的通电方式外，以与实施例1的相同方式进行了本实施例操作。

以如下方式“A+2C”进行循环通电：

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电4小时；

C：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，在每个连接上，自始至终不改变电极极性，通电1小时后，切换至下一个连接次序，直至完成一次完整通电。

当运行完毕后，测量土样中的平均Cd离子含量，发现其浓度由开始时的300mg/kg降低至20.1mg/kg，脱除率为93.33%。

实施例5：对于重金属Cd的脱除测试

除按照如下的通电方式外，以与实施例1的相同方式进行了本实施例操作。

以如下方式“A+3C”进行循环通电：

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电8小时；

C：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，在每个连接上，自始至终不改变电极极性，通电3小时后，切换至下一个连接次序，直至完成一次完整通电。

当运行完毕后，测量土样中的平均Cd离子含量，发现其浓度由开始时的300mg/kg降低至22.9mg/kg，脱除率为92.37%。

实施例6：对于重金属Cd的脱除测试

除按照如下的通电方式外，以与实施例1的相同方式进行了本实施例操作。

以如下方式“A+4C”进行循环通电：

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电12小时；

C：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，在每个连接上，自始至终不改变电极极性，通电4小时后，切换至下一个连接次序，直至完成一次完整通电。

当运行完毕后，测量土样中的平均Cd离子含量，发现其浓度由开始时的300mg/kg降低至21.4mg/kg，脱除率为92.87%。

实施例7-9：对于重金属Cd的脱除测试

除分别按照如下的通电方式外，分别以与实施例1的相同方式而实施里实施例7-9。

以如下方式(1)进行循环通电：

实施例7的通电方式(1)：以中央电极为圆心，逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极进行顺次连接通电，在每个连接上通电2小时，通电期间先以中央电极为阴极，环状电极为阳极通电1.5小时，然后改变一次电极极性通电0.5小时，即以中央电极为阴极，环状电极为阳极通电。切换至下一个连接以同样的方式进行通电2小时，直至完成一次完整通电，如此重复循环，直至完成土壤处理。

实施例8的通电方式(1)：以中央电极为圆心，逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极进行顺次连接通电，在每个连接上通电4小时，通电期间先以中央电极为阴极，环状电极为阳极通电3小时，然后改变一次电极极性通电1小时，即以中央电极为阳极，环状电极为阴极通电。切换至下一个连接以同样的方式进行通电4小时，直至完成一次完整通电，如此重复循环，直至完成土壤处理。

实施例9的通电方式(1)：以中央电极为圆心，逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极进行顺次连接通电，在每个连接上通电8小时，通电期间先以中央电极为阴极，环状电极为阳极通电6小时，然后改变一次电极极性通电2小时，即以中央电极为阳极，环状电极为阴极通电。切换至下一个连接以同样的方式进行通电8小时，直至完成一次完整通电，如此重复循环，直至完成土壤处理。

当运行完毕后，分别测量实施例7-9土样中的平均Cd离子含量，发现Cd脱除率为90.1%-91.4%。

实施例10-12：对于重金属Cd的脱除测试

除分别按照如下的通电方式外，分别以与实施例1的相同方式而实施里实施例10-12。

以如下方式(2)进行循环通电：

实施例10的通电方式(2)：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接。先以中央电极为阴极，环状电极为阳极在每个连接上通电1小时，自始至终不改变电极极性，达到1小时后切换至下一个连接次序，完成一个完整通电后，改变电极极性进行下一个完整通电循环，即以中央电极为阳极，环状电极为阴极在每个连接上通电0.5小时。如此循环往复，直至达到510小时的通电总时间，完成最终的土壤电动修复处理。

实施例11的通电方式(2)：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接。先以中央电极为阴极，环状电极为阳极在每个连接上通电2.5小时，自始至终不改变电极极性，达到2.5小时后切换至下一个连接次序，完成一个完整通电后，改变电极极性进行下一个完整通电循环，即以中央电极为阳极，环状电极为阴极在每个连接上通电0.5小时。如此循环往复，直至达到510小时的通电总时间，完成最终的土壤电动修复处理。

实施例12的通电方式(2)：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接。先以中央电极为阴极，环状电极为阳极在每个连接上通电4小时，自始至终不改变电极极性，达到4小时后切换至下一个连接次序，完成一个完整通电后，改变电极极性进行下一个完整通电循环，即以中央电极为阳极，环状电极为阴极在每个连接上通电1小时。如此循环往复，直至达到510小时的通电总时间，完成最终的土壤电动修复处理。

当运行完毕后，分别测量实施例10-12土样中的平均Cd离子含量，发现Cd脱除率为90.1%-91.2%。

实施例13：对于重金属Zn的脱除测试

除将重金属替换为Zn离子外，以与实施例1同样的方法进行测试。

当运行完毕后，测量土样中的平均Zn离子含量，发现其浓度由开始时的300mg/kg降低至12mg/kg，脱除率为96.00%。

实施例14：对于石油的降解脱除测试

参考图3的土样制备方法，使用实施例1的相同装置，制备了石油含量为50g/kg的测试土样。

以如下“A+2B”方式进行循环通电：

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电4小时；

B：以中央电极为圆心，逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极进行顺次连接通电，在每个连接上通电2小时，通电期间每0.5小时改变一次电极极性，即在切换至下一个连接前改变电极极性4次，直至完成一次完整通电。

完成一个“A+B”后，再次进行下一个“A+B”…直至完成整个土壤通电修复处理。其中通电电压为24V，共通电900小时。

通电过程中，分别通过总分流管和连接管末端的三通口向环状电极中加入石油降解菌群和公知的任何营养溶液，例如该营养溶液可为NH₄NO₃和KH₂PO₄的混合水溶液，两者的浓度均为0.1mol/L，该混合物的pH为7.0，当正常运行时，通过蠕动泵而中和阳极和阴极的pH值，使之控制在6-7之间。

当运行完毕后，测量土样中的平均石油含量，发现其浓度由开始时的50g/kg降低至17g/kg，脱除率为66.70%。

实施例15：对于石油的降解脱除测试

除按照如下的通电方式外，以与实施例14的相同方式进行了本实施例操作。

以如下方式“A+2C”进行循环通电：

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电4小时；

C：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，在每个连接上，自始至终不改变电极极性，通电1小时后，切换至下一个连接次序，直至完成一次完整通电。

当运行完毕后，测量土样中的平均石油含量，发现其浓度由开始时的50g/kg降低至14g/kg，脱除率为72.00%。

实施例16：对于石油的降解脱除测试

除按照如下的通电方式外，以与实施例14的相同方式进行了本实施例操作。

按照方式(1)进行通电：以中央电极为圆心，逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极进行顺次连接通电，在每个连接上通电2小时，通电期间每0.5小时改变一次电极极性，即在切换至下一个连接前改变电极极性4次，直至完成一次完整通电。如此循环往复，直至达到900小时的通电总时间，完成最终的土壤电动修复处理。

当运行完毕后，测量土样中的平均石油含量，发现其浓度由开始时的50g/kg降低至15g/kg，脱除率为70.00%。

实施例17：对于石油的降解脱除测试

除按照如下的通电方式外，以与实施例14的相同方式进行了本实施例操作。

按照方式(2)进行通电：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，在每个连接上通电2小时，自始至终不改变电极极性，达到2小时后切换至下一个连接次序，完成一个完整通电后，改变电极极性进行下一个完整通电循环，如此循环往复，直至达到900小时的通电总时间，完成最终的土壤电动修复处理。

当运行完毕后，测量土样中的平均石油含量，发现其浓度由开始时的50g/kg降低至9.15g/kg，脱除率为81.7%。

对比例1：对于重金属Cd的脱除测试

参考图3的土样制备方法，制备了Cd含量为282mg/kg的测试土样，所述土样槽尺寸为14cm(长)×14cm(宽)×5cm(高)，在横截面的正方形的相对两侧各设置3根相同于本发明电极的电极，两侧的相对应电极相距12cm，即每根电极距离土样槽边缘为1cm。

所述电极为中空的形式，并在电极管壁上设置有孔径为3mm的小孔。所述电极外周设有滤布，以防止土壤进入到中空电极中。所述土样槽的顶盖与槽体之间、底盖与槽体之间均设有丁腈橡胶密封圈，以保持良好的密封性能，为了测量不同位置处的电压来确定电压梯度，所述土样槽的顶盖上插有多根探针，其长度为电极的2/3。

对两侧电极进行通电，共通电处理510小时，其中0-160小时的通电电压为24V、160-190小时的通电电压为20V、190-204小时的通电电压为15V、204-260小时的通电电压为12V、260-510小时的通电电压为24V。

在通电过程中，通过液体加入装置，在连接一侧电极的总分流管末端的三通口向该侧电极中加入柠檬酸和乙酸的混合水溶液，其中柠檬酸浓度为3g/L和乙酸浓度为5.5g/L。在连接另侧电极的连接管末端的三通口向该另侧电极中加入柠檬酸和乙酸的混合水溶液，其中柠檬酸浓度为3g/L和乙酸浓度为6.1g/L，这两种混合水溶液的的pH为2.0。当正常运行时，通过连接总分流管和连接管的蠕动泵而中和阳极和阴极的pH值，使之保持在3-5之间，以使得不在阳极或阴极附近产生重金属沉淀，同时，通过将剩余的电极流出液体进入液体测量装置排出，以达到去除Cd离子修复土壤的目的。当运行完毕后，测量土样中的平均Cd离子含量，发现其浓度由开始时的282mg/kg降低至43.15mg/kg，脱除率为84.7%。

对比例2：对于重金属Cd的脱除测试

以中央电极为阴极，环状电极为阳极同时通电510小时，即除不穿插方式B通电外，以与实施例1的相同方式进行了重金属Cd脱除测试。

当运行完毕后，测量土样中的平均Cd离子含量，发现其浓度由开始时的300mg/kg降低至38.93mg/kg，脱除率为87.02%。

对比例3：对于石油的降解脱除测试

除将中央电极和多个环状电极替换为两块平行布置的电极板、通过人工方式调节阳极和阴极的pH值使之控制在6-7之间，以及对两块电极板每隔2小时改变一次电极极性外，以与实施例14的相同方式进行操作，测试置对于石油的降解脱除效果。

当运行完毕后，测量土样中的平均石油含量，发现其浓度由开始时的50g/kg降低至20.48g/kg，脱除率仅为59.04%。

对比例4：对于石油的降解脱除测试

除自始至终并不改变中央电极和环状电极的极性外(即中央电极一直为阳极、环状电极一直为阴极，或者中央电极一直为阴极、环状电极一直为阳极)，以与实施例14的相同方式进行操作，测试置对于石油的降解脱除效果。

当运行完毕后，测量土样中的平均石油含量，发现其浓度由开始时的50g/kg降低至24.26g/kg，脱除率仅为51.48%。

由上述所有实施例和对比例可以显而易见地看出，当采用本发明的装置和土壤修复方法时，其对重金属和有机污染物有着良好的去除率，其中就通电方式的不同而产生的重金属去除效果而言，“A+mB”>“A+nC”>“(1)或(2)”，而当去除有机污染物时，则“(2)”去除率最高，“A+mB”最低。

但无论是对于重金属还是有机污染物，本发明的方法均要显著地优于任何现有技术的去除率，这证明了本发明装置比现有技术中的类似装置有着更为优异的污染物脱除效果，而当采用本发明的相同装置和相同方法时，污染物脱除效果得到了进一步的、意想不到的提高与改善，这进一步证明了本发明装置和方法对于电动修复污染土壤的优异效果和良好的应用前景。

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 (10)

1.一种使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法，其特征在于：所述装置包括土样槽、气体测量装置、液体循环与测量装置、电极控制***和数据采集***； 

所述土样槽包括槽体、顶盖、底盖，以及用于固定槽体、顶盖、底盖的螺栓；所述顶盖和底盖的相对应位置上设有多个螺母，其中一个螺母位于中心位置，其余螺母位于该中心螺母的周围，并以所述中心螺母为对称中心而呈环形或规则分布；在相对应的所述上下螺母之间设置有电极，即中央电极和多个环状电极；所述顶盖上还均匀分布有伸入到所述土样槽内部的多个探针； 

所述气体测量装置为与各个电极上端相连的刻度管； 

所述液体循环与测量装置包括与中央电极下端相连的连接管、由与环状电极下端相连的分流管汇合而成的总分流管、与所述连接管和总分流管相连的蠕动泵、分别与连接管末端和总分流管末端相连的液体测量装置； 

所述电极控制***与各个电极相连； 

所述数据采集***与各个探针相连； 

其中，在该方法中，采用如下(1)-(4)任一种的通电方式进行电动修复： 

(1).以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，在每个连接上，定时改变电极极性，在切换至下一个连接前多次改变电极极性，直至完成一次完整通电，如此重复进行完成土壤电动修复； 

(2).以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，在每个连接上，自始至终不改变电极极性，通电一定时间后，切换至下一个连接次序，完成一次完整通电后，改变电极极性进行下一次完整通电，如此重复进行完成土壤电动修复； 

(3).以“A+mB”为循环单元的方式进行通电： 

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电； 

B：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极进行顺次连接通电，在每个连接上，定时改变电极极性，在切换至下一个连接前多次改变电极极性，直至完成一次完整通电； 

其中m为整数，且1≤m≤4； 

(4).以“A+nC”为循环单元的方式进行通电： 

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电； 

C：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，在每个连接上，自始至终不改变电极极性，通电一定时间后，切换至下一个连接次序，直至完成一次完整通电； 

其中n为整数，且2≤n≤4，以及完成一次C通电后切换至下一个C完整通电时，改变电极极性。 

2.如权利要求1所述的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法，其特征在于：采用通电方式(1)进行电动修复，所述通电方式(1)如下： 

(1).以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，每个连接上的通电时间为t小时，在每个连接上以通电开始时计，通电t1小时后改变电极极性，继续通电t2小时直至设定时间t，然后切换至下一个通电连接，直至完成一次完整通电，如此重复进行完成土壤电动修复； 

其中，所述“t”为2-8小时，“t1”为1-7.5小时，“t2”为0.5-4小时。 

3.如权利要求1所述的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法，其特征在于：采用通电方式(2)进行电动修复，所述通电方式(2)如下： 

(2).以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，在每个连接上不改变电极极性，且通电时间达到t3小时后，切换至下一个通电连接，直至完成一次完整通电，然后改变电极极性进行下一个每个通电连接时间为t4小时的完整通电，如此重复进行每个通电连接上通电时间为t3和t4的完整通电，直至完成土壤电动修复； 

其中，所述“t3”为1-4小时，所述“t4”为0.5-1小时。 

4.如权利要求1所述的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法，其特征在于：采用通电方式(3)进行电动修复，所 述通电方式(3)如下： 

(3).以“A+mB”为循环单元的方式进行通电： 

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电； 

B：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，每个连接上的通电时间为t小时，在每个连接上以通电时开始计，通电t1小时后改变电极极性，继续通电t2小时直至设定时间t，然后切换至下一个通电连接，直至完成一次完整通电； 

其中，m为整数，且1≤m≤4；所述“t”为2-8小时，“t1”为1-7.5小时，“t2”为0.5-4小时。 

5.如权利要求1所述的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法，其特征在于：采用通电方式(4)进行电动修复，所述通电方式(4)如下： 

(4).以“A+nC”为循环单元的方式进行通电： 

A：以中央电极为阴极，环状电极为阳极而同时对阳极和阴极进行通电； 

C：以中央电极为圆心，顺时针或逆时针方向对中央电极和与之成同一条直线的两侧对称分布的环状电极通电连接，在每个连接上不改变电极极性，且通电时间达到t3小时后，切换至下一个通电连接，直至完成一次完整通电，然后改变电极极性进行下一个每个通电连接时间为t4小时的完整通电，如此重复进行每个通电连接上通电时间为t3和t4的完整通电，直至完成土壤电动修复； 

其中，n为整数，且2≤n≤4，以及完成一次C通电后切换至下一个C完整通电时，改变电极极性；所述“t3”为1-4小时，所述“t4”为0.5-1小时。 

6.如权利要求1-5任一项所述的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法，其特征在于：在所述通电方式A中，通电时间为4-12小时。 

7.如权利要求1-6任一项所述的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法，其特征在于：所述的顶盖与槽体之间、底盖与槽体之间均设有密封圈。 

8.如权利要求1-7任一项所述的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法，其特征在于：所述密封圈是丁腈橡胶、氟橡胶、硅橡胶或丙烯酸酯橡胶。 

9.如权利要求1-8任一项所述的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法，其特征在于：所述探针的长度为电极长度的1/3-2/3。 

10.如权利要求1-9所述的使用二维非均匀电场实验装置修复污染土壤的实验方法，其特征在于：所述装置还包括液体加入装置，通过该装置向土壤中加入络合剂、螯合剂、表面活性剂、酸碱盐溶液、缓冲溶液或微生物中的一种或多种。 

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