CN115055502B - 一种直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置和方法 - Google Patents
一种直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115055502B CN115055502B CN202210651343.9A CN202210651343A CN115055502B CN 115055502 B CN115055502 B CN 115055502B CN 202210651343 A CN202210651343 A CN 202210651343A CN 115055502 B CN115055502 B CN 115055502B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- soil
- leaching
- electric field
- alternating current
- direct current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000002689 soil Substances 0.000 title claims abstract description 211
- 238000002386 leaching Methods 0.000 title claims abstract description 122
- 230000005684 electric field Effects 0.000 title claims abstract description 76
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 27
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 19
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 title claims abstract description 19
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 claims abstract description 17
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 claims abstract description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 52
- 238000005507 spraying Methods 0.000 claims description 32
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 29
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 claims description 29
- 239000010439 graphite Substances 0.000 claims description 29
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 26
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 21
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 16
- JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L peroxydisulfate Chemical compound [O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O JRKICGRDRMAZLK-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 16
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 15
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 15
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 claims description 12
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 239000002699 waste material Substances 0.000 claims description 12
- 239000003480 eluent Substances 0.000 claims description 10
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 9
- CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L sodium persulfate Substances [Na+].[Na+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O CHQMHPLRPQMAMX-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 6
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000011491 glass wool Substances 0.000 claims description 4
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 claims description 4
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 claims description 4
- USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L potassium persulfate Chemical compound [K+].[K+].[O-]S(=O)(=O)OOS([O-])(=O)=O USHAGKDGDHPEEY-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 3
- LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 2-(2,4-difluorophenoxy)pyridin-3-amine Chemical compound NC1=CC=CN=C1OC1=CC=C(F)C=C1F LCPVQAHEFVXVKT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 claims description 2
- 150000004982 aromatic amines Chemical class 0.000 claims description 2
- 239000006184 cosolvent Substances 0.000 claims description 2
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000010963 304 stainless steel Substances 0.000 claims 1
- 229910000589 SAE 304 stainless steel Inorganic materials 0.000 claims 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 13
- 238000003795 desorption Methods 0.000 abstract description 12
- 230000008901 benefit Effects 0.000 abstract description 4
- 239000011148 porous material Substances 0.000 abstract description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 abstract description 4
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 abstract description 3
- 239000012530 fluid Substances 0.000 abstract description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008439 repair process Effects 0.000 abstract description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 abstract 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 8
- 230000009471 action Effects 0.000 description 4
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 4
- 230000005012 migration Effects 0.000 description 4
- 238000013508 migration Methods 0.000 description 4
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 4
- 239000011734 sodium Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 3
- 238000003900 soil pollution Methods 0.000 description 3
- ISPYQTSUDJAMAB-UHFFFAOYSA-N 2-chlorophenol Chemical compound OC1=CC=CC=C1Cl ISPYQTSUDJAMAB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 2
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 description 2
- 238000003487 electrochemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000000909 electrodialysis Methods 0.000 description 2
- 230000005520 electrodynamics Effects 0.000 description 2
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 2
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 239000007800 oxidant agent Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 2
- 239000000575 pesticide Substances 0.000 description 2
- 238000005067 remediation Methods 0.000 description 2
- 238000012216 screening Methods 0.000 description 2
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000002738 chelating agent Substances 0.000 description 1
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 1
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 1
- 239000007772 electrode material Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000003933 environmental pollution control Methods 0.000 description 1
- 238000011066 ex-situ storage Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000003337 fertilizer Substances 0.000 description 1
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 238000003973 irrigation Methods 0.000 description 1
- 230000002262 irrigation Effects 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 238000010525 oxidative degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003209 petroleum derivative Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000010865 sewage Substances 0.000 description 1
- 239000003802 soil pollutant Substances 0.000 description 1
- 238000005527 soil sampling Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
- B09C1/02—Extraction using liquids, e.g. washing, leaching, flotation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B09—DISPOSAL OF SOLID WASTE; RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C—RECLAMATION OF CONTAMINATED SOIL
- B09C1/00—Reclamation of contaminated soil
- B09C1/08—Reclamation of contaminated soil chemically
- B09C1/085—Reclamation of contaminated soil chemically electrochemically, e.g. by electrokinetics
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Soil Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
Abstract
本发明公开了一种直流‑交流耦合电场强化修复有机物污染土壤的装置及方法。本发明基于土壤/水/电极界面的电脱附***构建，通过反应器中施加二维正交的直流电场和交流电场(即在直流电场的垂直方向叠加一个交流电场)，实现有机物从土壤孔隙中的有效脱附。直流电场和交流电场耦合有助于打通土壤介质中天然存在的各种流体通路，促进土壤颗粒之间的相互作用，使淋洗剂扩散进入土壤孔隙中而充分发挥对污染物的解吸作用。本发明在有机物污染土壤修复的土柱淋洗装置中施加直流‑交流耦合电场，利用电场诱导的电动效应强化土壤中的传质过程，最终提高有机污染物脱附效率。本发明可以对土壤进行有效地修复，具有效率高，减少二次污染等优点。
Description
技术领域
本发明属于土壤污染修复方法技术领域，具体涉及直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置和方法。
背景技术
污水灌溉、农药化肥、工业排放等行为导致土壤污染日益严重，难降解有机物的污染控制是环境治理中的难点，主要包括有机农药、石油烃等。土壤污染危害人类健康和生态平衡，因此有必要寻找一种高效的方法来处理污染物。本研究目的是针对有机污染土壤的治理，通过构建直流-交流耦合电场强化淋洗过程，实现有机污染土壤的高效修复，为有机污染场地设计出经济高效的处理方法。
土壤淋洗技术是指将可促进土壤污染物溶解或迁移的淋洗液注入受污染土中，使其流经需治理的土层，从而将污染物从土壤中溶解、分离出来并进行处理的技术，再对含有污染物的冲洗液进行处理及回用，根据处理场地分为原位修复和异位修复。淋洗剂有无机淋洗剂、螯合剂、表面活性剂、氧化剂等。淋洗液选择过硫酸盐溶液，过硫酸盐是一类常见的氧化剂,而过硫酸盐的活化在环境污染治理领域已得到了非常广泛的发展。经活化后的过硫酸盐可产生强氧化性的硫酸根自由基,进而可以降解环境污染物。硫酸根自由基(SO4 -·)是具有较高氧化还原电位的自由基，因此硫酸根自由基被认为在理想的条件下可以氧化绝大多数的有机物。
针对土壤淋洗技术对土壤质地具有较高要求，轻质、砂质土修复效果较好，渗透性较差的粘质土壤修复效果较差。土壤均质性、渗透性差导致修复效率空间分布差异大。在土壤淋洗反应体系中引入电流，运用电动力学的电渗析、电泳及电子迁移等原理强化去除污染物。电动脱附技术具有有害物质少、脱附快速、不破坏原有土壤功能等优点。同时利用电场电化学反应以及电流热效应活化过硫酸盐溶液生成强氧化性的硫酸根自由基，与污染物接触并产生氧化作用，最终提高有机污染物降解效率。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置和方法。
本发明的技术方案如下:
本发明首先提供了一种直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置，包括土壤淋滤装置、带孔密封盖、控制***、喷淋***和收集装置；
所述土壤淋滤装置呈长方形，其内部作为反应区域，土壤淋滤装置内部上方设有铁电极棒，内部下方水平设有石墨电极棒；土壤淋滤装置的两面内壁上设有片状电极；土壤淋滤装置两侧壁不同高度上设置有若干取样口、铁电极连接口和石墨电极连接口；土壤淋滤装置底部设置多孔过滤板；其中，铁电极棒和石墨电极棒的两端分别安装在铁电极连接口和石墨电极连接口上从而实现与土壤淋滤装置的固定安装；
所述带孔密封盖设置在土壤淋滤装置顶部，带孔密封盖上设有片状电极接线口和喷淋口；
所述控制***包括用于给铁电极棒和石墨电极棒施加直流电的直流电源和用于给片状电极施加正弦交流电的交流电源；其中，同一时间内，直流电源给铁电极棒和石墨电极棒施加直流电，交流电源给正交方向上的片状电极施加正弦交流电；
所述喷淋***用于向土壤淋滤装置内供给土壤淋洗液；
所述收集装置用于收集淋洗下来的废液。
作为本发明的优选方案，所述的喷淋***由土壤淋洗液储罐、阀门一、喷淋管路和计量泵组成，所述喷淋管路的一端通过阀门一与土壤淋洗液储罐相连，喷淋管路另一端设有计量泵，该端管路穿过带孔密封盖上的喷淋口伸入土壤淋滤装置内；喷淋的药剂量可由计量泵控制。
作为本发明的优选方案，所述收集装置由渗滤管、阀门二、土壤淋洗废液储罐组成；所述渗滤管位于土壤淋滤装置的底部，阀门二设置在渗滤管上，土壤淋洗废液储罐设置在阀门二的出口下方。
作为本发明的优选方案，所述土壤淋洗液包含水、助溶剂、过硫酸盐溶液，提高土壤电导率和污染物在土壤的迁移并进行有机污染物的氧化降解。
作为本发明的优选方案，所述土壤淋洗液中的过硫酸盐包括过一硫酸钠、过二硫酸钠、过一硫酸钾、过二硫酸钾中的一种或几种。过硫酸盐溶液质量浓度为2.5％-25％。
作为本发明的优选方案，所述片状电极材料为片状的石墨电极、不锈钢电极、钛电极或DSA电极。片状电极可以保证施加电压后，土壤中的电场强度分布均匀，同时具有一定的电催化氧化作用和热效应，协同过硫酸盐降解污染物。
本发明还提供了一种应用所述装置的直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的方法，其包括如下步骤：
1)向土壤淋滤装置中加入有机物污染土壤，盖上带孔密封盖，通过喷淋***向污染土壤喷洒土壤淋洗液，计量泵控制加入淋洗液的速度；
2)加入淋洗液至土柱饱和，稳定平衡24h后，开始通电，施加恒定电压。利用控制***中的直流电源给铁电极棒和石墨电极棒施加直流电，交流电源给正交方向上的片状电极对施加正弦交流电；
3)每隔设定时间，在收集装置中采集淋洗废液，同时通过取样口在土壤淋滤装置内填充的土柱不同高度取样污染土壤，进行分析检测，至达到所设定的目标处理程度后，停止处理。
作为本发明的优选方案，步骤1)中，在将被污染的土壤加入土壤淋滤装置之前，被污染的土壤先通过粉碎机处理成土壤颗粒，所述的土壤颗粒直径规格小于2mm；
被污染的土壤加入土壤淋滤装置时，先在土壤淋滤装置底部垫2cm厚的石英砂，然后加一层定性滤纸、玻璃棉或者滤网防止颗粒渗漏，同时保证土柱及时排水；放置石墨电极棒，均匀装入被污染土壤至设定高度后，再加一层定性滤纸、玻璃棉或者滤网，上方放置铁电极棒，最后装填厚约lcm石英砂，保证均匀分配水量到土壤表面。
作为本发明的优选方案，步骤2)中所述的直流电场强度为1-5V/cm，所述的交流电场强度为1-5V/cm，所述的交流电频率为50Hz。
作为本发明的优选方案，所述有机物污染土壤为卤代烷烃类或芳香胺类污染土壤。
本发明在直流电场垂直方向叠加一个交流电场，交流电场类似于不断变化方向的直流电场，可以促进土壤中的各种物质在电动效应的作用下进行小尺度往复运动，利用交流电场的高频震荡作用改变土壤颗粒表面的双电层结构。利用直流电场和交流电场的叠加作用，运用电动力学的电渗析、电泳及电子迁移等原理强化土壤/有机物界面上的脱附。过硫酸盐可以被铁电极电化学活化生成硫酸根自由基，同时交流电场产生的热效应可以热活化过硫酸盐，随着淋洗液向下流动洗脱并氧化有机污染物，产生电场与淋洗的耦合效果。适用于难降解有机污染物的处理，去除效率高，处理时间短，操作简单。
与传统的淋洗设备相比，本发明利用直流电场和交流电场诱导的电动效应，可以改变各种物质在二维空间内的电动轨迹，强化土壤中的传质过程，最终提高难降解有机物污染土壤的脱附效率。周期性极性切换降低电场对土壤性状的影响，有利于保持良好的修复效果。在淋洗液中加入过硫酸盐活化生成硫酸根自由基，氧化有机物污染物，使其分解，在降低淋洗液用量的同时可以有效减少淋洗废液的污染。
附图说明
图1为直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置的示意图；
图2为土壤淋滤装置的结构示意图；
图3为带孔密封盖的结构示意图；
图中：土壤淋滤装置-1，带孔密封盖-2，控制***-3，喷淋***-4，收集装置-5，铁电极棒-6，石墨电极棒-7，片状电极-8，取样口-9，铁电极接线口-10，石墨电极接口-11，过滤板-12，片状电极接口-13，喷淋口-14，土壤淋洗液储罐-15，阀门一-16，喷淋管路-17，计量泵-18，渗滤管-19，阀门二-20，土壤淋洗废液储罐-21。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以使本领域地技术人员能够更好的理解本发明的优点和特征，从而对本发明的保护范围做出更为清楚的界定。本发明所描述的实例仅仅使本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。对于本领域地技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行同等替换。基于本发明中的实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
搭建如图1所示的直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置，所述直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置包括土壤淋滤装置1、带孔密封盖2，控制***3、喷淋***4和收集装置5。
如图1所示，土壤淋滤装置1的顶部和底部水平设有铁电极接线口10和石墨电极接线口11，两壁均贴靠有片状电极8，从而本发明在土壤淋滤装置1的竖直方向上可以施加直流电场，而在水平方向上可以施加交流电场，正交的两个电场优化了电场施加方式和电压梯度，实现有机物从土壤孔隙中的有效脱附。本发明可以保证施加电压后，土壤中的电场强度分布均匀。土壤淋滤装置1底部设置多孔过滤板12。
如图2所示，土壤淋滤装置1两侧壁不同高度上设置有若干取样口9、铁电极接线口10和石墨电极接线口11；其中，顶部和底部的铁电极棒6和石墨电极棒7的两端安装在铁电极接线口10和石墨电极接线口11上从而实现与土壤淋滤装置1的固定安装。取样口9用于土壤取样分析。如图3所示，带孔密封盖2上开有2个片状电极接线口13(用于片状电极的供电电线穿过)和若干个个喷淋口14(用于喷淋管路穿过)。
控制***3包括直流电源和交流电源，集成在一个箱体内。直流电源由交流直流转化器、直流稳压器和电压电流显示器组成，在铁电极棒6和石墨电极棒7上施加稳定的直流电，交流电源由变压器、交流稳压器和电压电流显示器组成，给片状电极8施加稳定的正弦交流电，交流电频率为50Hz。
喷淋***4包括土壤淋洗液储罐15，阀门一16，喷淋管路17和计量泵18，所述喷淋管路17一端与储罐相连，另一端穿过带孔密封盖上的喷淋口伸入土壤淋滤装置内。所述阀门一连接在与土壤淋洗液储罐相连的管路上，控制土壤淋洗液的喷淋。喷淋的药剂量可由计量泵控制。
收集装置5包括渗滤管19、阀门二20、土壤淋洗废液储罐21。所述渗滤管19和阀门二20位于土壤淋滤装置的底部，土壤淋洗废液储罐21设置在阀门二20的出口下方。
实施例1
采用上述的直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置，其中土壤淋滤装置1由透明有机玻璃制造，在其中预埋电极和外置电源连接；取氯酚污染土壤，去除大块碎石、根茎后，并用研钵和研磨器研磨，然后进行筛分以去除粗粒，土壤颗粒直径规格小于等于2mm。先在土壤淋滤装置底部垫2cm厚的石英砂，然后加一层定性滤纸防止颗粒渗漏，加入石墨电极棒，均匀装入被污染土壤至设定高度后，再加一层定性滤纸，上方放置铁电极棒，最后装填厚约lcm石英砂。土壤的pH在6～8范围内。以8g/L Na2S2O8溶液作为土壤淋洗液，液固比为10：1。
加入淋洗液至土柱饱和，稳定平衡24h后，开始通电，对土壤介质施加直流-交流耦合电场。其中，对铁电极棒和石墨电极棒构成的直流电场上施加电场强度为2V/cm的直流电，对片状电极构成的交流电场上施加电场频率为50Hz，峰值电压强度为2V/cm的正弦交流电，开始电动强化实验。土壤的pH在6～8范围内，修复12小时后，土壤淋滤装置中的污染物去除效率为77.9％。
实施例2
采用上述的直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置，其中土壤淋滤装置1由透明有机玻璃制造，在其中预埋电极和外置电源连接；取氯酚污染土壤，去除大块碎石、根茎后，并用研钵和研磨器研磨，然后进行筛分以去除粗粒，土壤颗粒直径规格小于等于2mm。先在土壤淋滤装置底部垫2cm厚的石英砂，然后加一层定性滤纸防止颗粒渗漏，加入石墨电极棒，均匀装入被污染土壤至设定高度后，再加一层定性滤纸，上方放置铁电极棒，最后装填厚约lcm石英砂。土壤的pH在6～8范围内。以8g/L Na2S2O8溶液作为土壤淋洗液，液固比为10：1。
加入淋洗液至土柱饱和，稳定平衡24h后，开始通电，对土壤介质施加直流-交流耦合电场。其中，对铁电极棒和石墨电极棒构成的直流电场施加电场强度为2V/cm的直流电，对片状电极构成的交流电场施加电场频率为50Hz，峰值电压强度为3V/cm的正弦交流电，开始电动强化实验。土壤的pH在6～8范围内，修复12小时后，土壤淋滤装置中的污染物去除效率为82.6％。
以下为反应器中不施加电场或施加交流电场但不施加直流电场的实验结果：
对比例1
采用上述的直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置，其中土壤淋滤装置1由透明有机玻璃制造，取氯酚污染土壤，去除大块碎石、根茎后，并用研钵和研磨器研磨，然后进行筛分以去除粗粒，土壤颗粒直径规格小于等于2mm。先在土壤淋滤装置底部垫2cm厚的石英砂，然后加一层定性滤纸防止颗粒渗漏。均匀装入被污染土壤至设定高度后，再加一层定性滤纸，最后装填厚约lcm石英砂。土壤的pH在6～8范围内。
以8g/L Na2S2O8溶液作为土壤淋洗液，液固比为10：1。不施加电场，淋洗之后，土壤的pH在6～8范围内，修复12小时后，土壤淋滤装置中的污染物脱附效率为63.4％。
对比例2
采用上述的直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置，其中土壤淋滤装置1由透明有机玻璃制造，取氯酚污染土壤，去除大块碎石、根茎后，并用研钵和研磨器研磨，然后进行筛分以去除粗粒，土壤颗粒直径规格小于等于2mm。先在土壤淋滤装置底部垫2cm厚的石英砂，然后加一层定性滤纸防止颗粒渗漏。均匀装入被污染土壤至设定高度后，再加一层定性滤纸，最后装填厚约lcm石英砂。土壤的pH在6～8范围内。以8g/L Na2S2O8溶液溶液作为土壤淋洗液，液固比为10：1。
加入淋洗液至土柱饱和，稳定平衡24h后，开始通电，对土壤介质施加交流电场。对片状电极构成的交流电场施加电场频率为50Hz，峰值电压强度为2V/cm的正弦交流电，开始电动强化实验。土壤的pH在6～8范围内，修复12小时后，土壤淋滤装置中的污染物脱附效率为71.5％。
本发明利用淋洗液在重力或外力作用下流过污染土壤，加上直流电场和交流电场的耦合所带来的物质短距离扰动提高土壤颗粒表面污染物的脱附效率。直流电场和交流电场耦合有助于打通土壤介质中天然存在的各种流体通路，促进土壤颗粒之间的相互作用，使淋洗剂扩散进入土壤孔隙中而充分发挥对污染物的解吸作用。在有机物污染土壤修复的土柱淋洗装置中施加直流-交流耦合电场，利用电场诱导的电动效应强化土壤中的传质过程，有助于有机污染物脱附。同时利用电场电化学反应以及电流热效应活化过硫酸盐溶液生成强氧化性的硫酸根自由基，最终提高有机污染物降解效率。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置，其特征在于：包括土壤淋滤装置(1)、带孔密封盖(2)、控制***(3)、喷淋***(4)和收集装置(5)；
所述土壤淋滤装置(1)呈长方形，其内部作为反应区域，土壤淋滤装置(1)内部上方设有铁电极棒(6)，内部下方水平设有石墨电极棒(7)；土壤淋滤装置(1)的两面内壁上设有片状电极(8)；土壤淋滤装置(1)两侧壁不同高度上设置有若干取样口(9)、铁电极连接口(10)和石墨电极连接口(11)；土壤淋滤装置(1)底部设置多孔过滤板(12)；其中，铁电极棒(6)和石墨电极棒(7)的两端分别安装在铁电极连接口(10)和石墨电极连接口(11)上从而实现与土壤淋滤装置(1)的固定安装；
所述带孔密封盖(2)设置在土壤淋滤装置顶部，带孔密封盖(2)上设有片状电极接线口(13)和喷淋口(14)；
所述控制***(3)包括用于给铁电极棒(6)和石墨电极棒(7)施加直流电的直流电源和用于给片状电极(8)施加正弦交流电的交流电源；其中，同一时间内，直流电源给铁电极棒(6)和石墨电极棒(7)施加直流电，交流电源给正交方向上的片状电极(8)施加正弦交流电；
所述喷淋***(4)用于向土壤淋滤装置内供给土壤淋洗液；所述土壤淋洗液包含水、助溶剂、过硫酸盐溶液，提高土壤电导率和污染物在土壤的迁移性同时氧化降解污染物；所述土壤淋洗液中的过硫酸盐包括过一硫酸钠、过二硫酸钠、过一硫酸钾、过二硫酸钾中的一种或几种，过硫酸盐溶液质量百分比浓度为2.5%-25%；
所述收集装置(5)用于收集淋洗下来的废液。
2.根据权利要求1所述的直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置，其特征在于，所述的喷淋***(4)由土壤淋洗液储罐(15)、阀门一(16)、喷淋管路(17)和计量泵(18)组成，所述喷淋管路(17)的一端通过阀门一(16)与土壤淋洗液储罐(15)相连，喷淋管路(17)另一端设有计量泵(18)，该端管路穿过带孔密封盖(2)上的喷淋口(14)伸入土壤淋滤装置(1)内；喷淋的药剂量可由计量泵(18)控制。
3.根据权利要求1所述的直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置，其特征在于，所述收集装置(5)由渗滤管(19)、阀门二(20)、土壤淋洗废液储罐(21)组成；所述渗滤管(19)位于土壤淋滤装置的底部，阀门二(20)设置在渗滤管(19)上，土壤淋洗废液储罐(21)设置在阀门二(20)的出口下方。
4.根据权利要求1所述的直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置，其特征在于，所述片状电极(8)材料为片状的石墨电极、304不锈钢电极、钛电极或DSA电极。
5.一种应用如权利要求1所述装置的直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)向土壤淋滤装置中加入有机物污染土壤，盖上带孔密封盖，通过喷淋***向污染土壤喷洒土壤淋洗液，计量泵控制加入淋洗液的速度；
2)加入淋洗液至土柱饱和，稳定平衡24h后，开始通电，施加恒定电压；利用控制***(3)中的直流电源给铁电极棒(6)和石墨电极棒(7)施加直流电，交流电源给正交方向上的片状电极对(8)施加正弦交流电；
3)每隔设定时间，在收集装置中采集淋洗废液，同时通过取样口(9)在土壤淋滤装置(1)内填充的土柱不同高度取样污染土壤，进行分析检测，至达到所设定的目标处理程度后，停止处理。
6.根据权利要求5所述的直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的方法，其特征在于，步骤1)中，在将被污染的土壤加入土壤淋滤装置之前，被污染的土壤先通过粉碎机处理成土壤颗粒，所述的土壤颗粒直径规格小于2mm；
被污染的土壤加入土壤淋滤装置时，先在土壤淋滤装置底部垫2cm厚的石英砂，然后加一层定性滤纸、玻璃棉或者滤网防止颗粒渗漏，同时保证土柱及时排水；放置石墨电极棒，均匀装入被污染土壤至设定高度后，再加一层定性滤纸、玻璃棉或者滤网，上方放置铁电极棒，最后装填厚约lcm石英砂，保证均匀分配水量到土壤表面。
7.根据权利要求5所述的直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的方法，其特征在于：步骤2)中所述直流电的电场强度为1-5V/cm，所述交流电的电场强度为1-5V/cm，所述的交流电频率为50 Hz。
8.根据权利要求5所述的交流电场强化淋洗修复有机物污染土壤的方法，其特征在于，所述有机物污染土壤为卤代烷烃类或芳香胺类污染土壤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210651343.9A CN115055502B (zh) | 2022-06-09 | 2022-06-09 | 一种直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置和方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210651343.9A CN115055502B (zh) | 2022-06-09 | 2022-06-09 | 一种直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置和方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115055502A CN115055502A (zh) | 2022-09-16 |
| CN115055502B true CN115055502B (zh) | 2024-03-19 |
Family
ID=83201366
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210651343.9A Active CN115055502B (zh) | 2022-06-09 | 2022-06-09 | 一种直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置和方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115055502B (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106269843A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-01-04 | 中建中环工程有限公司 | 一种重金属‑有机复合污染土壤的原位修复方法 |
| CN206083404U (zh) * | 2016-08-16 | 2017-04-12 | 国家地质实验测试中心 | 一种用于现场复合污染土壤修复的水平式ek‑prb装置 |
| CN206420686U (zh) * | 2016-12-17 | 2017-08-18 | 南华大学 | 一种土壤淋滤实验装置 |
| CN107570532A (zh) * | 2017-10-17 | 2018-01-12 | 陆隽鹤 | 一种电动扩散‑电加热耦合修复土壤有机污染的方法 |
| CN110193512A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-09-03 | 中电建路桥集团有限公司 | 二维交流电场强化微生物修复石油类有机物污染土壤的装置和方法 |
| CN110681686A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-01-14 | 彭秋霞 | 一种土壤修复全处理装置及其使用方法 |
| CN111054742A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-24 | 浙江大学 | 直流-交流耦合电场强化微生物修复石油类有机物污染土壤的装置和方法 |
| CN113083883A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-09 | 常州大学 | 一种污染场地保温原位修复***及方法 |
| CN113695375A (zh) * | 2020-05-22 | 2021-11-26 | 中国环境科学研究院 | 一种土壤污染修复的方法与装置 |
-
2022
- 2022-06-09 CN CN202210651343.9A patent/CN115055502B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN206083404U (zh) * | 2016-08-16 | 2017-04-12 | 国家地质实验测试中心 | 一种用于现场复合污染土壤修复的水平式ek‑prb装置 |
| CN106269843A (zh) * | 2016-11-02 | 2017-01-04 | 中建中环工程有限公司 | 一种重金属‑有机复合污染土壤的原位修复方法 |
| CN206420686U (zh) * | 2016-12-17 | 2017-08-18 | 南华大学 | 一种土壤淋滤实验装置 |
| CN107570532A (zh) * | 2017-10-17 | 2018-01-12 | 陆隽鹤 | 一种电动扩散‑电加热耦合修复土壤有机污染的方法 |
| CN110193512A (zh) * | 2019-05-21 | 2019-09-03 | 中电建路桥集团有限公司 | 二维交流电场强化微生物修复石油类有机物污染土壤的装置和方法 |
| CN110681686A (zh) * | 2019-11-01 | 2020-01-14 | 彭秋霞 | 一种土壤修复全处理装置及其使用方法 |
| CN111054742A (zh) * | 2019-12-30 | 2020-04-24 | 浙江大学 | 直流-交流耦合电场强化微生物修复石油类有机物污染土壤的装置和方法 |
| CN113695375A (zh) * | 2020-05-22 | 2021-11-26 | 中国环境科学研究院 | 一种土壤污染修复的方法与装置 |
| CN113083883A (zh) * | 2021-03-30 | 2021-07-09 | 常州大学 | 一种污染场地保温原位修复***及方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 有机污染土壤修复技术研究进展;陈婷;杨萍;;环境研究与监测(第01期);第78-82 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN115055502A (zh) | 2022-09-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Ho et al. | Integrated in situ soil remediation technology: the Lasagna process | |
| Reddy | Electrokinetic remediation of soils at complex contaminated sites: Technology status, challenges, and opportunities | |
| Puppala et al. | Enhanced electrokinetic remediation of high sorption capacity soil | |
| Xu et al. | Ion exchange membranes enhance the electrokinetic in situ chemical oxidation of PAH-contaminated soil | |
| CN102896143B (zh) | 电动表面活性剂联合修复污染土壤实验装置 | |
| Schultz | Electroosmosis technology for soil remediation: laboratory results, field trial, and economic modeling | |
| CN105855285B (zh) | 一种旋转迁移联合prb修复三氯乙烯污染土壤的装置和方法 | |
| CN104324937B (zh) | 一种用非均匀电动力学-过硫酸盐氧化联用法修复二氯苯污染土壤环境的方法 | |
| Wang et al. | Removal of heavy metals from kaolin using an upward electrokinetic soil remedial (UESR) technology | |
| CN102825063A (zh) | 一种有机污染土壤修复淋洗液的再生方法及循环修复装置 | |
| CN108746195A (zh) | 洗脱与氧化降解于一体的有机污染土壤的修复装置与方法 | |
| Cabrera-Guzman et al. | The use of electrokinetics for hazardous waste site remediation | |
| Li et al. | Conceptual design and experiments of electrochemistry-flushing technology for the remediation of historically Cr (Ⅵ)-contaminated soil | |
| Liu et al. | Low permeability zone remediation of trichloroethene via coupling electrokinetic migration with in situ electrochemical hydrodechlorination | |
| CN106513433B (zh) | 一种重金属污染土壤的电动修复翻转式装置 | |
| Kim et al. | Enhanced electrokinetic soil remediation for removal of organic contaminants | |
| Jadhao et al. | Roles of surfactant, oxidant and activator on enhanced electrokinetic-persulfate technique for the removal of hydrophobic organic compounds in soil: a review | |
| de Melo Henrique et al. | Enhancing electrokinetic soil flushing with air stripping for the treatment of soil polluted with phenol and o-chlorophenol | |
| CN115055502B (zh) | 一种直流-交流耦合电场强化淋洗修复有机物污染土壤的装置和方法 | |
| Abou-Shady et al. | Recent advances in electrokinetic methods for soil remediation. A critical review of selected data for the period 2021–2022 | |
| CN206305191U (zh) | 基于电动土工布的土壤重金属电促淋洗去除装置 | |
| CN110142287B (zh) | 一种持久性有机物污染土壤的氧化电位水淋洗修复方法 | |
| JP4718585B2 (ja) | 汚染土壌の処理方法 | |
| Yuan et al. | In situ removal of copper from sediments by a galvanic cell | |
| KR100767339B1 (ko) | 동전기를 이용한 불소 오염된 토양의 정화방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |