CN110508606B - 一种受污染土壤的修复装置和修复方法 - Google Patents

一种受污染土壤的修复装置和修复方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种受污染土壤的修复装置和修复方法。修复装置包括依次连接的电源、处理池和水泵；处理池为上方开口的圆柱体，处理池的中心处沿圆柱体径向设有第一导电装置，其包括一竖直设置的第一电极棒和依次围设在其***的固定板和第一网络绝缘塑胶板；处理池的圆周池壁上沿竖直方向设有一第二导电装置，其包括一竖直设置的电极板，其为圆柱体，其内侧围设有第二网络绝缘塑胶板；第一电极棒和电极板分别与电源的负极、正极连接，或者按需进行正、负极切换；水泵的前端分别通过管道与第一导电装置和第二导电装置连接，用于将经过处理池后的电解水抽出并送往下一工段。所述修复装置适用于各种土壤的重金属、有机污染物和油污治理。

Description

一种受污染土壤的修复装置和修复方法
技术领域
本发明涉及一种受污染土壤的修复装置和修复方法。
背景技术
随着重金属铬被广泛地应用于冶金、电镀、鞣革、油漆、化工媒触剂等生产工业，铬对土壤的污染也越来越严重，铬由于具有很强的致癌性，因此其污染土壤的修复已经成为研究焦点。在土壤中，铬的存在形态十分复杂。主要以Cr(III)、Cr(VI)存在。Cr(III)通常以氢氧化物形式存在，迁移性较低，Cr(VI)以Cr2072、H2Cr04、HCr04 -、Cr04 2-形态存在，易迁移。通常认为Cr(III)毒性低于Cr(VI)，但是Cr(III)也具有一定的生物毒性及生物可利用性，而且环境条件变化时，Cr(III)也可被氧化到Cr(VI)，危害土壤环境。因此具有潜在风险。
多环芳烃是一类持久性有机污染物，具有较高致癌、致畸、致突变性，对生态环境安全和人类健康造成较大的威胁，因此大多数国家将其列为优先控制污染物。微生物修复多环芳烃污染土壤有很多优势，但是也存在着目标污染物、特效微生物及其营养物质在土壤中活动性低下，无论从宏观上还是从微观上都不能充分接触的问题，限制了修复效率。
电动修复法作为一项新兴的受污染土壤修复技术，在重金属和有机污染物修复方面都被证明是一种有效的技术。电动修复应用于铬污染土壤的修复时，目前的研究主要集中在Cr(VI)的去除效率及其影响因素上，而对Cr(III)去除研究较少。在有机污染物的修复中，主要用于具有一定极性的有机物的修复，而对于菲等非极性物质的研究较少。
发明内容
本发明旨在解决的技术问题在于克服现有的土壤修复技术中对Cr(III)、多环芳烃等有机污染物、油污的研究较少的缺陷，而提供了一种受污染土壤的修复装置和修复方法。本发明提供的电动修复装置可以提高在重金属、有机污染物与油污处理的能力，适用于各种土壤中的重金属收集、有机污染物治理和油染物治理。
本发明提供了一种受污染土壤的修复装置，其包括依次连接的一电源、一处理池和一水泵；
所述处理池为上方开口的圆柱体结构，所述处理池的中心处沿圆柱体结构的径向设有一第一导电装置，所述第一导电装置包括一竖直设置的第一电极棒和依次围设在所述第一电极棒***的固定板和第一网络绝缘塑胶板，所述第一网络绝缘塑胶板上开设有若干个圆形通孔，所述第一网络绝缘塑胶板的外侧面上还贴设有过滤膜；所述处理池的圆周池壁上沿竖直方向设有一第二导电装置，所述第二导电装置包括一竖直设置的电极板，所述电极板为圆柱体结构，所述电极板的内侧围设有第二网络绝缘塑胶板，所述第二网络绝缘塑胶板上开设有若干个圆形通孔，所述第二网络绝缘塑胶板的一侧面与所述电极板直接接触，另一侧面上贴设有过滤膜；
所述第一电极棒和所述电极板分别与所述电源的负极、正极连接，或者进行正、负极切换；所述水泵的前端分别通过管道与所述第一导电装置和所述第二导电装置连接，用于将所述处理池得到的电解水抽出。
较佳地，所述水泵的后端还与一重金属回收***和一水池连接，或者与一二次处理装置连接。所述重金属回收***用于处理受重金属污染的土壤。所述二次处理装置用于处理受有机污染物和油污污染的土壤。
较佳地，所述重金属回收***中分布有重金属吸附纤维，用于吸附处理水中的重金属离子。
较佳地，所述固定板为一空心柱形结构的固定支撑架，其由上下端的圆环和垂直连接上下圆环的立柱组成。
较佳地，所述过滤膜为无纺布。
较佳地，所述处理池的池壁和池底上贴设有绝缘防水布。
较佳地，所述电极板由上下端的圆环形导电环和垂直连接上下圆形导电环的第二电极棒组成。
较佳地，在使用本修复装置时，由于受污染土壤中还加入了大量的电解水，因此所述第一电极棒和所述电极板均浸在电解水中，所述水泵在与所述第一导电装置连接时，用于连接的管道伸入所述第一电极棒和所述固定板之间的空隙内，所述水泵在与所述第二导电装置连接时，用于连接的管道伸入所述第二电极棒处的空隙内。
较佳地，在使用时，受污染土壤分布在所述第一导电装置与所述第二导电装置之间，即所述处理池的底部。
本发明还提供了一种受污染土壤的修复方法，所述受污染土壤为受重金属污染的土壤，所述修复方法采用如上所述的修复装置进行，具体步骤包括：
(1)将受污染土壤导入处理池中，再向处理池中灌入氧化性电解水，至浸没受污染土壤、所述第一导电装置和所述第二导电装置；然后，将电压从0.1V/cm增加至5V/cm使所述电源通电，所述第一电极棒和所述电极板分别与所述电源的负极、正极连接，进行修复处理；所述氧化性电解水的pH值为1-5，所述氧化性电解水的氧化还原电位为600-1200mV；
(2)断电，将所述第一导电装置处的电解水抽出，泵入所述重金属回收***；
(3)再向所述处理池中加入所述氧化性电解水至浸没受污染土壤、所述高度第一导电装置和所述第二导电装置；
(4)切换所述电源的正、负极，重复步骤(1)～(3)的操作；(5)重复步骤(1)～(4)的操作，直至受污染土壤中的重金属浓度达标，将土壤移出，即可。
其中，所述的受污染土壤较佳地为含有重金属污染物Cr(III)的土壤。本修复方法的机理在于将Cr(III)变成更活泼的Cr(VI)，再进行吸附处理。
在土壤中加入的酸性电解水，因电解水的水分子丛聚较小，非常容易渗透进入土壤中，即便是粘土，小的水分子带着电解中的正负离子穿过土壤颗粒间，推动重金属正离子往电极的负极运动。
步骤(1)中，通电后重金属正离子往电极的负极运动而富集于负极附近的水中。
本发明中，每一次断电距离上一次通电的时间间隔较佳地为2-50小时，每一次通电的时间较佳地为2小时；切换所述电源的正、负极的次数共6次。
步骤(4)中，切换电极能提高电极片寿命。
本发明还提供了一种受污染土壤的修复方法，所述受污染土壤为受有机污染物和/或油污污染的土壤，所述修复方法采用如上所述的修复装置进行，具体步骤包括：
(1)将受污染土壤导入所述处理池中，再向所述处理池中灌入中性电解水，至浸没受污染土壤、所述高度第一导电装置和所述第二导电装置；然后，将电压从1V/cm增加至50V/cm使所述电源通电，所述第一电极棒和所述电极板分别与所述电源的负极、正极连接，进行修复处理；所述中性电解水的pH值为5-9，所述中性电解水的氧化还原电位为-200～+200mV；
(2)断电，将所述第一导电装置和所述第二导电装置处的电解水抽出；
(3)再向所述处理池中加入水或所述中性电解水至浸没受污染土壤、所述高度第一导电装置和所述第二导电装置；
(4)切换所述电源的正、负极，重复步骤(1)～(3)的操作；
(5)重复步骤(1)～(4)的操作，直至受污染土壤中的有机污染物与油污浓度达标，将土壤移出，即可。
其中，所述的受污染土壤中的有机污染物与油污为本领域常规物质，例如，苯、甲苯、乙苯、间二甲苯、邻二甲苯、对二甲苯、总石油碳氢化合物(C6～C9，C10～C40)、甲基第三丁基醚、萘等。
步骤(1)中，所述中性电解水的氧化还原电位(ORP)较佳地为100mV。其中，中性电解水中富含OH-、O-等强氧化性自由基，对于有机污染物与油污有强氧化分解作用，以及***中对有机污染物与油污有电解作用，使得有机污染物与油污得以迅速分解电离，可提高处理速度与效率。
在土壤中的电解水，因电解水的水分子丛聚较小，非常容易渗透进入土壤中，即便是粘土，小的水分子带着电解中的自由基穿过土壤颗粒间，受有机污染物与油污污染的土壤得以被快速强氧化分解，同时也由于***中的电解作用，使得有机污染物与油污得以迅速分解电离。
本发明中，每一次断电距离上一次通电的时间间隔较佳地为2-50小时，每一次通电的时间较佳地为2小时；切换所述电源的正、负极的次数较佳地为15次。
步骤(4)中，切换电极能提高电极片寿命。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明的积极进步效果在于：
本发明提供的电动修复装置可以提高在重金属、有机污染物与油污处理的能力，适用于各种土壤中的重金属收集、有机污染物治理和油染物治理。本发明的优势还在于：
(1)不使用任何化学物料，污染治理过程完全无二次污染。
(2)治理省成本，每吨受污染土壤的处理费用不超过600元人民币。
(3)设备费用低，几乎无耗材。
(4)本设备应用弹性大，方便搬运、安装与操作。
(5)不同的治理目标，适用范围广泛。
附图说明
图1为本发明实施例1的土壤修复装置的结构示意图；
图2为本发明实施例1的第一导电结构的结构示意图；
图3为本发明实施例1的第一导电结构的纵切面结构示意图；
图4为本发明实施例1的第二导电结构的结构示意图；
图5为本发明实施例1的第二导电结构的纵切面结构示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
本实施例的处理对象为受重金属Cr(III)污染的土壤。本实施例提供的受污染土壤的修复装置如图1～5所示，其包括依次连接的一电源1、一处理池、一水泵4、一重金属回收***5和一水池6；所述处理池为上方开口的圆柱体结构，所述处理池的中心处沿圆柱体结构的径向设有一第一导电装置2，所述第一导电装置2包括一竖直设置的第一电极棒201和依次围设在所述第一电极棒201***的固定板202和第一网络绝缘塑胶板203，所述第一网络绝缘塑胶板203上开设有若干个圆形通孔，所述第一网络绝缘塑胶板203的外侧面上还贴设有过滤膜204；所述固定板202为一空心柱形结构的固定支撑架，其由上下端的圆环和垂直连接上下圆环的立柱组成。
所述处理池的圆周池壁上沿竖直方向设有一第二导电装置3，所述第二导电装置3包括一竖直设置的电极板，所述电极板为圆柱体结构，所述电极板的内侧围设有第二网络绝缘塑胶板303，所述第二网络绝缘塑胶板303上开设有若干个圆形通孔，所述第二网络绝缘塑胶板303的一侧面与所述电极板直接接触，另一侧面上贴设有过滤膜305。
所述第一电极棒201和所述电极板分别与所述电源1的负极、正极连接，或者按需进行正、负极切换；所述水泵4的前端分别通过管道与所述第一导电装置2和所述第二导电装置3连接，用于将经过所述处理池后的电解水抽出并送往下一工段。
所述过滤膜305为无纺布。所述处理池的池壁上贴设有绝缘防水布304。所述电极板由上下端的圆环形导电环302和垂直连接上下圆形导电环302的第二电极棒301组成。
在使用本修复装置时，由于受污染土壤中还加入了大量的电解水，因此所述第一电极棒201和所述电极板均浸在电解水中，所述水泵4在与所述第一导电装置2连接时，用于连接的管道伸入所述第一电极棒201和所述固定板202之间的空隙内，所述水泵4在与所述第二导电装置3连接时，用于连接的管道伸入所述第二电极棒301附近的空隙内。
所述的重金属回收***5中分布有重金属吸附纤维，用于吸附处理水中的重金属离子。在使用时，受污染土壤分布在所述第一导电装置2与所述第二导电装置3之间，即所述处理池的底部。
本实施例提供的受污染土壤的修复方法的具体步骤包括：
(1)将受污染土壤导入处理池中，再向处理池中灌入氧化性电解水，使得氧化性电解水的高度高于土壤高度，并浸没第一导电装置2和第二导电装置3；然后，以0.1V/cm至5V/cm的电压梯度使修复装置的电源1通电，所述第一电极棒201和所述电极板分别与所述电源1的负极、正极连接，进行修复处理；所述的氧化性电解水的pH值为2，所述氧化性电解水的氧化还原电位ORP为1000mV；
(2)断电，将所述第一导电装置2处的电解水抽出，泵入所述重金属回收***5；
(3)再次加入氧化性电解水至高于土壤高度，并浸没第一导电装置2和第二导电装置3；
(4)切换电源1的正、负极，然后重复步骤(1)～(3)的操作；
(5)重复步骤(1)～(4)的操作，直至受污染土壤中的重金属浓度达标，将土壤移出，即可。
本实施例中，每一次断电距离上一次通电的时间间隔为5小时，每一次通电的时间为2小时。
采用本实施例的处理方法处理受重金属污染的土壤，处理前Cr(III)的浓度为2.6mg/m3，经过6次正负极切换后，处理后Cr(III)的浓度为0.1mg/m3，对Cr(III)的脱除效率为96.1％。
而且使用本发明的装置治理受污染土壤时，治理成本非常低，每吨受污染土壤的处理费用不超过500元人民币。
实施例2
本实施例的处理对象为受有机污染物苯污染的土壤。本实施例所采用的修复装置与实施例1基本相同，不同之处仅在于：水泵的后端与一二次处理装置连接。
本实施例中受污染土壤的修复方法，具体步骤包括：
(1)将受污染土壤导入处理池中，再向处理池中灌入中性电解水，使得中性电解水至浸没受污染土壤、所述第一导电装置和所述第二导电装置；然后，以1V/cm到50V/cm的电压梯度使修复装置的电源通电，所述第一电极棒和所述电极板分别与所述电源的负极、正极连接，进行修复处理；所述中性电解水的pH值为6.5，所述中性电解水的氧化还原电位(ORP)为100mV；
(2)断电，将所述第一导电装置和所述第二导电装置处的电解水抽出，导入二次处理装置中，单独处理；
(3)再次加入水或中性电解水至设定高度；
(4)切换电源的正、负极，然后重复步骤(1)～(3)的操作；
(5)重复步骤(1)～(4)的操作，直至受污染土壤中的有机污染物与油污浓度达标，将土壤移出，即可。
本实施例中，每一次通电的时间为2小时，每一次断电距离上一次通电的时间间隔为24小时。
采用本实施例的处理方法处理受苯污染的土壤，处理前苯的浓度为15mg/m3，经过15次的正、负极切换后，处理后苯的浓度为0.1mg/m3，对苯的脱除效率为99.3％。
而且使用本发明的装置治理受污染土壤时，治理成本非常低，每吨受污染土壤的处理费用不超过600元人民币。
实施例3
本实施例的处理对象为某加油站处的受有机污染物和油污污染的土壤。本实施例所采用的修复装置与实施例1基本相同，不同之处仅在于：水泵的后端与一二次处理装置连接，测试方法与实施例2相同，得到的处理结果如下表1所示，其中ND表示未检出，或者说浓度低于仪器的检出限。
表1实施例3的处理结果对比
Figure BDA0001667689210000091
可见，经本实施例处理后，所有的污染物种类均能实现达标排放。
实施例4
本实施例的修复装置、测试方法和参数条件均同实施例1，不同之处仅在于：所述氧化性电解水的pH值为1，氧化还原电位为600mV。本实施例也能得到与实施例1类似的修复效果。
实施例5
本实施例的修复装置、测试方法和参数条件均同实施例1，不同之处仅在于：所述氧化性电解水的pH值为5，所述氧化性电解水的氧化还原电位为1200mV。本实施例也能得到与实施例1类似的修复效果。
实施例6
本实施例的修复装置、测试方法和参数条件均同实施例2，不同之处仅在于：所述氧化性电解水的pH值为5，所述氧化性电解水的氧化还原电位为-200mV。本实施例也能得到与实施例2类似的修复效果。
实施例7
本实施例的修复装置、测试方法和参数条件均同实施例2，不同之处仅在于：所述氧化性电解水的pH值为9，所述氧化性电解水的氧化还原电位为200mV。本实施例也能得到与实施例2类似的修复效果。

Claims (14)

1.一种受污染土壤的修复方法，其特征在于，所述受污染土壤为受重金属污染的土壤，所述修复方法采用修复装置进行，所述修复装置包括：
依次连接的一电源、一处理池和一水泵；
所述处理池用于容纳受污染的土壤和氧化性电解水，所述处理池为上方开口的圆柱体结构，所述处理池的中心处沿圆柱体结构的径向设有一第一导电装置，所述第一导电装置包括一竖直设置的第一电极棒和依次围设在所述第一电极棒***的固定板和第一网络绝缘塑胶板，所述第一网络绝缘塑胶板上开设有若干个圆形通孔，所述第一网络绝缘塑胶板的外侧面上还贴设有过滤膜；所述处理池的圆周池壁上沿竖直方向设有一第二导电装置，所述第二导电装置包括一竖直设置的电极板，所述电极板为圆柱体结构，所述电极板的内侧围设有第二网络绝缘塑胶板，所述第二网络绝缘塑胶板上开设有若干个圆形通孔，所述第二网络绝缘塑胶板的一侧面与所述电极板直接接触，另一侧面上贴设有过滤膜；
所述第一电极棒和所述电极板分别与所述电源的负极、正极连接，或者进行正、负极切换；所述水泵的前端分别通过管道与所述第一导电装置和所述第二导电装置连接，用于将所述处理池得到的电解水抽出；
具体步骤包括：
(1)将受污染土壤导入所述处理池中，再向所述处理池中灌入氧化性电解水，至浸没受污染土壤、所述第一导电装置和所述第二导电装置；然后，将电压从0.1V/cm增加至5V/cm使所述电源通电，所述第一电极棒和所述电极板分别与所述电源的负极、正极连接，进行修复处理；所述氧化性电解水的pH值为1-5，所述氧化性电解水的氧化还原电位为600-1200mV；
(2)断电，将所述第一导电装置处的电解水抽出；
(3)再向所述处理池中加入所述氧化性电解水至浸没受污染土壤、所述第一导电装置和所述第二导电装置；
(4)切换所述电源的正、负极，重复步骤(1)～(3)的操作；
(5)重复步骤(1)～(4)的操作，直至受污染土壤中的重金属浓度达标，将土壤移出，即可。
2.如权利要求1所述的修复方法，其特征在于，每一次断电距离上一次通电的时间间隔为2-50小时，每一次通电的时间为2小时；切换所述电源的正、负极的次数共6次。
3.如权利要求1所述的修复方法，其特征在于，所述水泵的后端还与一重金属回收***和一水池连接，或者与一二次处理装置连接。
4.如权利要求3所述的修复方法，其特征在于，所述重金属回收***中分布有重金属吸附纤维。
5.如权利要求1所述的修复方法，其特征在于，所述固定板为一空心柱形结构的固定支撑架，所述固定支撑架由上下端的圆环和垂直连接上下圆环的立柱组成。
6.如权利要求1所述的修复方法，其特征在于，所述过滤膜为无纺布；所述处理池的池壁和池底上贴设有绝缘防水布。
7.如权利要求1所述的修复方法，其特征在于，所述电极板由上下端的圆环形导电环和垂直连接上下圆形导电环的第二电极棒组成；所述水泵在与所述第一导电装置连接时，用于连接的管道伸入所述第一电极棒和所述固定板之间的空隙内，所述水泵在与所述第二导电装置连接时，用于连接的管道伸入所述第二电极棒处的空隙内。
8.一种受污染土壤的修复方法，其特征在于，所述受污染土壤为受有机污染物和/或油污污染的土壤，所述修复方法采用修复装置进行，
所述修复装置包括：
依次连接的一电源、一处理池和一水泵；
所述处理池用于容纳受污染的土壤和氧化性电解水，所述处理池为上方开口的圆柱体结构，所述处理池的中心处沿圆柱体结构的径向设有一第一导电装置，所述第一导电装置包括一竖直设置的第一电极棒和依次围设在所述第一电极棒***的固定板和第一网络绝缘塑胶板，所述第一网络绝缘塑胶板上开设有若干个圆形通孔，所述第一网络绝缘塑胶板的外侧面上还贴设有过滤膜；所述处理池的圆周池壁上沿竖直方向设有一第二导电装置，所述第二导电装置包括一竖直设置的电极板，所述电极板为圆柱体结构，所述电极板的内侧围设有第二网络绝缘塑胶板，所述第二网络绝缘塑胶板上开设有若干个圆形通孔，所述第二网络绝缘塑胶板的一侧面与所述电极板直接接触，另一侧面上贴设有过滤膜；
所述第一电极棒和所述电极板分别与所述电源的负极、正极连接，或者进行正、负极切换；所述水泵的前端分别通过管道与所述第一导电装置和所述第二导电装置连接，用于将所述处理池得到的电解水抽出；
具体步骤包括：
(1)将受污染土壤导入所述处理池中，再向所述处理池中灌入中性电解水，至浸没受污染土壤、所述第一导电装置和所述第二导电装置；然后，将电压从1V/cm增加至50V/cm使所述电源通电，所述第一电极棒和所述电极板分别与所述电源的负极、正极连接，进行修复处理；所述中性电解水的pH值为5-9，所述中性电解水的氧化还原电位为-200～+200mV；
(2)断电，将所述第一导电装置和所述第二导电装置处的电解水抽出；
(3)再向所述处理池中加入水或所述中性电解水至浸没受污染土壤、所述第一导电装置和所述第二导电装置；
(4)切换所述电源的正、负极，重复步骤(1)～(3)的操作；
(5)重复步骤(1)～(4)的操作，直至受污染土壤中的有机污染物与油污浓度达标，将土壤移出，即可。
9.如权利要求8所述的修复方法，其特征在于，步骤(1)中，所述中性电解水的氧化还原电位为100mV；每一次断电距离上一次通电的时间间隔为2-50小时，每一次通电的时间为2小时；切换所述电源的正、负极的次数共15次。
10.如权利要求8所述的修复方法，其特征在于，所述水泵的后端还与一重金属回收***和一水池连接，或者与一二次处理装置连接。
11.如权利要求10所述的修复方法，其特征在于，所述重金属回收***中分布有重金属吸附纤维。
12.如权利要求8所述的修复方法，其特征在于，所述固定板为一空心柱形结构的固定支撑架，所述固定支撑架由上下端的圆环和垂直连接上下圆环的立柱组成。
13.如权利要求8所述的修复方法，其特征在于，所述过滤膜为无纺布；所述处理池的池壁和池底上贴设有绝缘防水布。
14.如权利要求8所述的修复方法，其特征在于，所述电极板由上下端的圆环形导电环和垂直连接上下圆形导电环的第二电极棒组成；所述水泵在与所述第一导电装置连接时，用于连接的管道伸入所述第一电极棒和所述固定板之间的空隙内，所述水泵在与所述第二导电装置连接时，用于连接的管道伸入所述第二电极棒处的空隙内。
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