CN104384179B - 一种原位修复土壤中重金属污染物的装置及其修复方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于原位修复受重金属污染土壤技术领域，特别涉及一种原位修复土壤中重金属污染物的方法及装置。本发明装置由电动力修复***、重金属回收***、电极液循环再利用***三个部分组成。本发明使用原位修复土壤中重金属污染物的修复方法及其装置，有利于提高重金属污染物在土壤中的溶解度，并降低其粘附土壤的能力。与传统电动力修复方法相比，有提高重金属离子在土壤中迁移速率的优势，从而减少修复时间。
Description
技术领域
本发明属于原位修复受重金属污染土壤技术领域，特别涉及一种原位修复土壤中重金属污染物的方法及装置。
背景技术
目前，对应用螯合剂进行土壤中重金属污染修复的研究，一方面集中在螯合剂对重金属的化学提取率或诱导植物提取率；另一方面主要关注螯合剂的残留与迁移以及可能造成的土壤和地下水的二次污染问题。有机螯合剂能与土壤中重金属络合形成可溶性有机金属络合物，从而可以提高重金属的可利用率和迁移率，因此，螯合剂被广泛应用于重金属污染土壤的土壤淋洗修复和诱导植物修复中，已有相关专利将螯合剂应用于修复土壤，但是没有专利把螯合剂用作电动力修复方法的电极液。[S,S]-乙二胺二琥珀酸(简写为[S,S]-EDDS)是容易被生物降解的一种强金属螯合剂，近年来受到广泛关注。本发明用螯合剂[S,S]乙二胺二琥珀酸([S,S]-EDDS])作为电动力的电极液，大大增加了重金属污染物的溶解度，降低了重金属污染物粘附在土壤中的量，有效降低电动力方法处理重金属污染物的时间。同时，土壤中剩余的[S,S]-EDDS可以被土壤中微生物分解，对土壤没有二次污染。
发明内容
为了克服以往技术中的不足，本发明提供了一种原位修复土壤中重金属污染物的方法及装置。
一种原位修复土壤中重金属污染物的装置，由电动力修复***、重金属回收***、电极液循环再利用***三个部分组成；电动力修复***包括阳极室、阴极室、阳极、阴极、电源变压器、阳极液存储箱、阴极液存储箱、阳极液传输泵、阴极液传输泵、阳极监测器、阴极监测器；重金属回收***通过阳极回收管路、阴极回收管路分别与电动力修复***的阳极室、阴极室相连，重金属回收***由阳极回收管路、阴极回收管路、阳极传出泵、阴极传出泵、阳极重金属回收处理装置、阴极重金属回收处理装置组成；电极液循环再利用***通过回流管路将阳极重金属回收处理装置与阴极液存储箱相连；
所述电动力修复***中，阳极室与阴极室设置于地下，阳极和阴极分别***阳极室与阴极室；电源变压器的正极与阳极相连，电源变压器的负极与阴极相连；阳极液存储箱中的阳极电极液通过阳极液传输泵送至阳极室，阴极液存储箱中的阴极电极液通过阴极液传输泵送至阴极室；阳极室和阴极室分别设置阳极监测器和阴极监测器；
所述重金属回收***中，阳极室与阳极传出泵相连、阳极回收管路、阳极重金属回收处理装置相连；所述阴极室与阴极传出泵、阴极回收管路、阴极重金属回收处理装置相连；阳极室和阴极室的连接位置及连接关系相同；
所述电极液循环再利用***中，阳极重金属回收处理装置回收的电极液经处理后经回流管路回流至阴极液存储箱。
一种原位修复土壤中重金属污染物的方法，其具体步骤如下：
（1）开启电动力修复***，调配阳极电极液和阴极电极液：使用硝酸钠(NaNO3)作为阳极电极液，浓度为0.01mol/L~0.05mol/L；使用[S,S]-乙二胺二琥珀酸三钠(Na3-[S,S]-EDDS)作为阴极电极液，浓度为0.1mol/L~1mol/L；
（2）将调配好的阳极电极液与阴极电极液分别注入电极液储存箱中，打开阳极液传输泵、阴极液传输泵将阳极电极液与阴极电极液分别注入阳极室和阴极室；用pH调节液将阴极电极液pH值调节在8.0~9.0，将阳极电极液pH值调节在6.5~7.5，所述阴极与阳极使用的pH调节液分别是是质量分数为1%的NaOH溶液和质量分数为1%的HNO3溶液；
（3）开启电源变压器对阳极和阴极进行供电，在污染区域形成直流电场，在直流电场的作用下，Na3-[S,S]-EDDS分解为([S,S]-EDDS)3-和Na+，其中，([S,S]-EDDS)3-在电场的作用下进入到被重金属污染的土壤中并且与重金属形成溶解性较高的[金属-EDDS]n-离子，[金属-EDDS]-离子在直流电场的作用下继续向阳极移动；[金属-EDDS]n-离子最后富集在阳极区，没有与([S,S]-EDDS)3-发生螯合反应的重金属离子会在直流电场的作用下富集到阴极区；
（4）当阳极监测器和阴极监测器监测到电极液呈饱和状态时，停止电动力修复***工作，开启重金属回收***，使用阳极传出泵与阴极传出泵分别将阳极室的阳极电极液与阴极室的阴极电极液抽出送至相应的重金属回收处理装置进行处理；
（5）关闭重金属回收***，开启电动力修复***，使用阳极液传输泵与阴极液传输泵分别向阳极室与阴极室灌注新的阳极电极液和阴极电极液，重复以上第（1）至第（4）步的步骤；
（6）阳极重金属回收处理装置回收的电极液经处理后经回流管路回流至阴极液存储箱；
（7）当重金属回收处理装置中重金属浓度达到处理目标浓度后，原位修复土壤中重金属污染物的装置停止运行。
为了减少电动力修复时间，增强电动力修复效果，本方法采用阴、阳电极间隔排列的方法将阴极电极和阳极电极布置在被重金属污染的土壤区域。具体布置方式如图2所示。
本发明的优点在于:
1、在电动力的基础上加入了金属螯合剂[S,S]-EDDS，有利于提高重金属污染物在土壤中溶解度，并降低其粘附土壤的能力。与传统电动力修复方法相比，有提高重金属离子在土壤中迁移速率的优势，从而减少修复时间；
2、直接将螯合剂[S,S]-EDDS加入到了阴极液中，不需要增加其他的加药设备以及注入井，设备方便紧凑，简单易行；
3、本发明适用于多种条件的地质情况，对污染土壤二次污染较小。[S,S]-EDDS具有较强的生物可降解性，处理完成后，剩余在土壤中的[S,S]-EDDS可以在土壤中微生物的降解作用下得到分解，不会对土壤造成长久污染，较为环保。
附图说明
结合附图说明本发明的内容，图1为本发明的装置结构示意图，图2为污染土壤区域电极布置示意图。
图中标号:101、201-阳极液存储箱、阴极液存储箱、201、202-阳极液传输泵、阴极液传输泵、301、302-阳极传出泵、阴极传出泵、4-电源变压器、5-阳极、6-阴极、7-阳极室、8-阴极室、901、902-阳极监测器、阴极监测器、1001、1002-阳极重金属回收处理装置、阴极重金属回收处理装置、11-阳极回收管路、12-阴极回收管路、13-被重金属污染的土壤区域、14-回流管路。
具体实施方式
本发明提供了一种[S,S]-EDDS强化电动力修复土壤中重金属污染物的方法及装置，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
具体装置布置如图1所示。
实例中采用的直流电流电压为20V，螯合剂采用Na3-[S,S]-EDDS(C10H13N2Na3O8)，浓度为0.625mol/L，电极采用铂金材料电极，主要需要处理的重金属为铅，土壤中铅含量约为8.0×10-4mol/L。实例的主要操作步骤如下:
1、配制0.625mol/L的Na3-[S,S]-EDDS溶液，并且将其装入阴极液储存箱(201)中，配制0.01mol/L的NaNO3溶液，并且将其装入阳极液储存箱(101)中；
2、打开阳极液传输泵(201)、阴极液传输泵(202)，向阳极室(7)和阴极室(8)内分别通入阳极液、阴极液；电极液装满阳极室(7)和阴极室(8)后，用质量分数为1%的NaOH溶液和质量分数为1%的HNO3溶液调节电极液pH值，使阴极液的pH值调节到8.0，使阳极液的pH值调节到7.0；
3、开启电源变压器(4)阳极(5)和阴极(6)进行供电，处理土壤中的重金属铅污染物。当阳极监测器和阴极监测器监测到电极液呈饱和状态时，停止电动力修复***工作，开启重金属回收***，将阳极室与阴极室的阳极电极液和阴极电极液分别抽出送至阳极重金属回收装置(1001)和阴极重金属回收装置(1002)中；
4、关闭重金属回收***，开启电动力修复***，使阳极液传输泵(201)与阴极液传输泵(202)分别向阳极室(7)与阴极室(8)灌注新的阳极电极液和阴极电极液，重复以上第一至第三步的步骤；
5、阳极重金属回收处理装置回收的电极液经处理后经回流管路(14)回流至阴极液存储箱(201)；
6、当电动力处理时间累积达到480小时后，停止通电，结束土壤修复过程；
7、处理结束后，土壤中的重金属铅含量约为7×10-5mol/L，结果显示本方法处理土壤中重金属铅污染的效果可达91%。
Claims (3)
1.一种原位修复土壤中重金属污染物的装置，其特征在于：该装置由电动力修复***、重金属回收***、电极液循环再利用***三个部分组成；电动力修复***包括阳极室、阴极室、阳极、阴极、电源变压器、阳极液存储箱、阴极液存储箱、阳极液传输泵、阴极液传输泵、阳极监测器、阴极监测器；重金属回收***通过阳极回收管路、阴极回收管路分别与电动力修复***的阳极室、阴极室相连，重金属回收***由阳极回收管路、阴极回收管路、阳极传出泵、阴极传出泵、阳极重金属回收处理装置、阴极重金属回收处理装置组成；电极液循环再利用***通过回流管路将阳极重金属回收处理装置与阴极液存储箱相连；
所述电动力修复***中，阳极室与阴极室设置于地下，阳极和阴极分别***阳极室与阴极室；电源变压器的正极与阳极相连，电源变压器的负极与阴极相连；阳极液存储箱中的阳极电极液通过阳极液传输泵送至阳极室，阴极液存储箱中的阴极电极液通过阴极液传输泵送至阴极室；阳极室和阴极室分别设置阳极监测器和阴极监测器；
所述重金属回收***中，阳极室与阳极传出泵相连、阳极回收管路、阳极重金属回收处理装置相连；所述阴极室与阴极传出泵、阴极回收管路、阴极重金属回收处理装置相连；阳极室和阴极室的连接位置及连接关系相同；
所述电极液循环再利用***中，阳极重金属回收处理装置回收的电极液经处理后经回流管路回流至阴极液存储箱。
2.一种应用如权利要求1所述的一种原位修复土壤中重金属污染物的装置的修复方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）开启电动力修复***，调配阳极电极液和阴极电极液：使用硝酸钠(NaNO3)作为阳极电极液，浓度为0.01mol/L~0.05mol/L；使用[S,S]-乙二胺二琥珀酸三钠(Na3-[S,S]-EDDS)作为阴极电极液，浓度为0.1mol/L~1mol/L；
（2）将调配好的阳极电极液与阴极电极液分别注入电极液储存箱中，打开阳极液传输泵、阴极液传输泵将阳极电极液与阴极电极液分别注入阳极室和阴极室；用pH调节液将阴极电极液pH值调节在8.0~9.0，将阳极电极液pH值调节在6.5~7.5，所述阴极与阳极使用的pH调节液分别是质量分数为1%的NaOH溶液和质量分数为1%的HNO3溶液；
（3）开启电源变压器对阳极和阴极进行供电，在污染区域形成直流电场，在直流电场的作用下，Na3-[S,S]-EDDS分解为([S,S]-EDDS)3-和Na+，其中，([S,S]-EDDS)3-在电场的作用下进入到被重金属污染土壤中并且与重金属形成溶解性较高的[金属-EDDS]n-离子，[金属-EDDS]n-离子在直流电场的作用下继续向阳极移动；[金属-EDDS]n-离子最后富集在阳极区，没有与([S,S]-EDDS)3-发生螯合反应的重金属离子会在直流电场的作用下富集到阴极区；
（4）当阳极监测器和阴极监测器监测到电极液呈饱和状态时，停止电动力修复***工作，开启重金属回收***，使用阳极传出泵与阴极传出泵分别将阳极室的阳极电极液与阴极室的阴极电极液抽出送至相应的重金属回收处理装置进行处理；
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（7）当重金属回收处理装置中重金属浓度达到处理目标浓度后，原位修复土壤中重金属污染物的装置停止运行。
3.如权利要求2所述的修复方法，其特征在于，为了减少电动力修复时间，增强电动力修复效果，采用阴、阳电极间隔排列的方法将阴极电极和阳极电极布置在被重金属污染的土壤区域。
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