[發明專利]一種添加生物表面活性劑的電動力修復裝置及方法

有效

• 申請號: 201210585392.3
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103043768A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 何理;張嘉琪
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: C02F1/62
• 分類號: C02F1/62;C02F1/46;C02F3/34;C02F103/06
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

技術領域

本發明屬于重金屬污染地下水原位修復領域，特別涉及一種添加生物表面活性劑的電動力修復裝置及方法。

背景技術

根據官方發布的2011年200個城市地下水水質監測結果顯示，中國200個城市開展了地下水水質監測，在4727個水質監測點上，取樣測試分析結果表明，水質呈優良級的占全部監測點的11%；水質呈良好級的占29.3%；水質呈較好級的占4.7%；水質呈較差級的占40.3%；水質呈極差級的占14.7%，我國的地下水水質情況不容樂觀，地下水污染嚴重阻礙了我國經濟的發展，給人民的健康帶來了巨大的隱患，因此，發展經濟高效的修復技術成為當務之急。從修復技術研究與發展趨勢可以看出，電動力學修復技術以其經濟高效，成本相對低廉，應用簡單備受關注。

由于人類活動的影響，特別是城市生活污水及垃圾堆放、工業“三廢”等的排放，農業大量使用化肥、農藥等，導致地下水污染問題日益突出。污染嚴重區主要分布在大城市的中心地帶、城鎮周圍區，排污河道兩側，地表污染水體分布區及因霧水灌溉農田地區。上訴統計也顯示出，我國大、中城市淺層地下水不同程度上遭受污染，全國多數城市地下水水質呈下降趨勢，部分城市淺層地下水已不能直接飲用，由此造成的缺水城市和地區日益增多。本發明正是應對這一現象，對受污水體中的重金屬污染加以治理。

電動力修復是一門多學科交叉的研究領域，它是將電極插入受污染的地下水中，在電極上施加直流電后，兩電極之間形成直流電場，由于地下水中含有離子或顆粒物帶有電荷，電場條件下地下水產生電滲流和帶電離子的電遷移，多種遷移運動的疊加載著污染物離開處理區而富集于電極區，到達電極區的污染物一般通過電沉積或者離子交換萃取被去除，從而達到修復的目的。包括物理化學、環境化學、分析化學、土壤化學和電化學等。電動修復的原理可概括為?4?項：電遷移——帶電離子在電場的作用下發生定向移動，正電離子（金屬離子、銨離子、正電有機物等）向陰極遷移，負電離子（氯離子、氰離子、氟離子、硝酸根離子、負電有機物等）向陽極遷移；電滲流——土壤空隙帶負電雙電層，流體在電場作用下由陽極向陰極的流動；電泳——土壤中帶電顆粒和膠體粒子（細小土壤顆粒、腐殖質及微生物細胞等）在電場作用下的運動；擴散——擴散是利用離子濃度差，高濃度向低濃度方向的運動。其中，電遷移和電滲流是電動修復過程的主要機理，電泳和擴散的作用相對較小，一般不作研究。電動修復過程中最主要的電極反應如下（E₀為標準電極電位）：

陽極反應?2H₂O-4e^－→O₂↑+4H⁺，E₀=?－1.229?V

陰極反應?2H₂O+2e^－→H₂↑+2OH^－，E₀=?－0.828?V

由于電解反應，陽極產生氫離子，陰極產生氫氧根離子，陽極產生的氫離子有利于重金屬的活化，使其遷移至陰極而富集。

地下水中的重金屬離子經常以有機態存在于水中，因其具有較大的分子形態而往往粘附與土壤顆粒之上，從而大大的降低了地下水修復效率，近年來人們試著通過加入添加劑來增強修復效果，與傳統的化學添加劑相比，生物添加劑更加的綠色性且效果更好。

生物表面活性劑由極性的親水基團和非極性的親油基2部分組成，投加到水中后，如濃度極低，則生物表面活性劑分子均勻地分散在水溶液中，近似于理想溶液。此時如增大生物表面活性劑的投加量，部分生物表面活性劑分子將聚集在溶液的表面，形成疏水基向上、親水基向下伸向水中的定向吸附狀態；當濃度增大時，生物表面活性劑分子將覆蓋在溶液表面形成單分子層，生物表面活性劑濃度繼續增大，超過臨界膠束濃度（CMC）時，剩余的生物表面活性劑分子將在溶液內聚集，形成疏水基向內、親水基向外的膠團。

鼠李糖脂為例，它是一種優良的陰離子表面活性劑，在其濃度僅為0.005%時也可以將水的表面張力由72?mN/m降至27?mN/m。鼠李糖脂表面張力為30?mN/m，pH值6.5~6.7，CMC為0.003~0.04?g/L，較化學合成的表面活性劑要低，如SDS的CMC達到0.15?g/L。