[發(fā)明專利]一種污染土壤異位電動(dòng)修復(fù)裝置及其方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210279476.4
• 申請(qǐng)日: 2012-08-08
• 公開（公告）號(hào): CN102806228A
• 公開（公告）日: 2012-12-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李東;譚雪瑩;范敏;牛媛媛;吳昕達(dá)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號(hào): B09C1/08
• 分類號(hào): B09C1/08
• 代理公司: 重慶大學(xué)專利中心 50201
• 代理人: 胡正順

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及污染土壤異位修復(fù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

當(dāng)工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢水和固體廢物進(jìn)入土壤時(shí)，會(huì)導(dǎo)致土壤的污染，對(duì)污染土壤進(jìn)行修復(fù)的方法主要有：（1）物理化學(xué)修復(fù)：物理分離修復(fù)、固化/穩(wěn)定化修復(fù)、蒸汽浸提修復(fù)、電動(dòng)修復(fù)、化學(xué)淋洗修復(fù)、溶劑浸提修復(fù)、高溫焚燒修復(fù)、氧化還原修復(fù)等；（2）生物修復(fù)：預(yù)備床法、土壤堆腐法、泥漿生物反應(yīng)器法、土地耕作法等。按照土壤是否要挖掘，這些技術(shù)可分為原位（in?situ）修復(fù)技術(shù)和異位（ex?situ）修復(fù)技術(shù)。原位修復(fù)技術(shù)又可分為原位處理技術(shù)和原位控制技術(shù)。原位處理技術(shù)是指通過物理、化學(xué)、生物等方法在原位將污染物從土壤中去除；而原位控制技術(shù)是指通過各種方法將污染物限制在原位的一定區(qū)域內(nèi)阻止其向外擴(kuò)散。異位修復(fù)技術(shù)是指將污染土壤從原來的位置挖出來在場(chǎng)地內(nèi)的某個(gè)地方或場(chǎng)地外某個(gè)地方進(jìn)行修復(fù)或控制填埋。

電動(dòng)修復(fù)技術(shù)是利用電化學(xué)原理，在污染土壤的兩端設(shè)置正、負(fù)電極和工作液，形成直流電場(chǎng)，在電場(chǎng)作用下，土壤中以離子態(tài)存在的重金屬污染物根據(jù)各自所帶電荷的不同而向兩電極遷移，最后進(jìn)入電極工作液中，實(shí)現(xiàn)將污染物從土壤中去除的目的。而不帶電荷的有機(jī)污染物隨土壤水向陰極遷移，最后進(jìn)入陰極工作液中，實(shí)現(xiàn)將污染物從土壤中去除的目的。電動(dòng)修復(fù)技術(shù)通常作為原位修復(fù)技術(shù)進(jìn)行使用。

當(dāng)采用電動(dòng)修復(fù)技術(shù)對(duì)污染土壤進(jìn)行原位修復(fù)時(shí)，通常會(huì)發(fā)生聚焦現(xiàn)象，即：目標(biāo)污染物在修復(fù)場(chǎng)地內(nèi)的某些區(qū)域或靠近電極的地方積聚，導(dǎo)致這些區(qū)域污染物濃度異常增高，可高達(dá)電動(dòng)修復(fù)前濃度的數(shù)倍。聚焦帶出現(xiàn)的位置與污染物濃度的初始分布情況并無直接關(guān)系，即：污染物初始濃度高的區(qū)域并不一定是聚焦帶出現(xiàn)的位置。聚焦的出現(xiàn)為場(chǎng)地修復(fù)后的驗(yàn)收工作帶來了巨大的困難。此外，污染物在聚焦帶內(nèi)的移動(dòng)速度遠(yuǎn)低于沒有出現(xiàn)聚焦帶的地方，這也導(dǎo)致整個(gè)場(chǎng)地電動(dòng)修復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)數(shù)倍、電耗也相應(yīng)增加數(shù)倍。電動(dòng)修復(fù)的研究至今已有近二十多年的歷史，實(shí)驗(yàn)室研究有大量成功案例，但極少見到工程實(shí)際應(yīng)用，聚焦現(xiàn)象導(dǎo)致的實(shí)地修復(fù)效果、費(fèi)用及時(shí)間的不可預(yù)見性是其主要原因之一。對(duì)于聚焦現(xiàn)象產(chǎn)生的機(jī)理鮮見專門的研究，一般認(rèn)為是由于金屬離子在遷移過程中與OH-離子或其他陰離子發(fā)生化學(xué)沉淀反應(yīng)的結(jié)果，但這無法解釋只要施加足夠高的電壓或通電時(shí)間足夠長(zhǎng)，聚焦帶依然可以緩慢定向移動(dòng)的現(xiàn)象（沉淀物是不會(huì)在電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)的）。本專利申請(qǐng)人經(jīng)過長(zhǎng)期的研究證明，電動(dòng)修復(fù)過程中聚焦帶的形成并不是一種化學(xué)反應(yīng)現(xiàn)象，而是由離子誘導(dǎo)電壓梯度阱效應(yīng)（Ion-induced?potential?gradient?well?trapping?effect）引起的一種物理聚焦現(xiàn)象，與土壤電導(dǎo)分布不均勻有關(guān)，簡(jiǎn)單講就是土壤中總離子濃度高的地方電阻低，導(dǎo)致該地方分壓低，其電壓梯度比周圍的低，污染物遷移到該處時(shí)移動(dòng)速度降低，出現(xiàn)“交通擁堵”，形成聚焦帶。

天然場(chǎng)地由于土壤理化性質(zhì)的不均勻性導(dǎo)致其土壤電導(dǎo)分布也不均勻，在場(chǎng)地上建設(shè)了工廠之后，由于建設(shè)和排污的影響，整個(gè)場(chǎng)地電導(dǎo)分布不均勻性進(jìn)一步加大，因此，在污染土壤原位電動(dòng)修復(fù)過程中，聚焦現(xiàn)象或輕或重地普遍存在。

此外，在電動(dòng)修復(fù)過程中，如果電極工作液控制不當(dāng)或修復(fù)時(shí)間過長(zhǎng)，電極附近土壤的電導(dǎo)也會(huì)升高，引起聚焦現(xiàn)象，因此，應(yīng)盡可能縮短電動(dòng)修復(fù)的時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是避免聚焦現(xiàn)象發(fā)生、縮短電動(dòng)修復(fù)時(shí)間，從而提高修復(fù)效果和降低修復(fù)費(fèi)用。

為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，?一種污染土壤異位電動(dòng)修復(fù)裝置，包括土壤承載系統(tǒng)、電極系統(tǒng)和電極工作液噴淋系統(tǒng)。所述土壤承載系統(tǒng)的底部多孔層Ⅰ。所述電極系統(tǒng)包括分別設(shè)置在土壤承載系統(tǒng)上下方的上電極和下電極，工作時(shí)，所述上、下電極所帶電荷相反。所述電極工作液噴淋系統(tǒng)包括安裝在所述土壤承載系統(tǒng)下方的若干噴淋嘴，工作時(shí)，所述噴淋嘴向上噴出工作液。

工作時(shí)，待處理土壤中的污染物為Pb²⁺、Cd²⁺等重金屬陽離子或有機(jī)污染物時(shí)，上電極為陽極，下電極為陰極；待處理土壤中的污染物為HCrO₄^-、?CrO₄^2-或Cr₂O₇^2-等重金屬陰離子時(shí)，上電極為陰極，下電極為陽極。目的是要讓污染物向下遷移（離子推流，或有機(jī)物電滲）。

本發(fā)明提供采用上述裝置進(jìn)行污染土壤異位電動(dòng)修復(fù)的方法，包括以下步驟：