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
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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。
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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 * |
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