[發明專利]電熱耦合化學氧化方法和裝置

在審

• 申請號: 202010105297.3
• 申請日: 2020-02-20
• 公開（公告）號: CN111282983A
• 公開（公告）日: 2020-06-16
• 發明（設計）人: 周廣東;劉爽;牛靜;張景鑫;金增偉;黃海;楊勇;王海東;殷曉東;張程
• 申請（專利權）人: 中科鼎實環境工程有限公司
• 主分類號: B09C1/08
• 分類號: B09C1/08;B09C1/00
• 代理公司: 北京科龍寰宇知識產權代理有限責任公司 11139
• 代理人: 李林

本發明提供一種電熱耦合化學氧化方法和裝置，所述裝置包括氧化劑配制和注入單元、監測控制單元和電力調節單元，所述氧化劑配制和注入單元能夠向污染土壤注入氧化劑；所述監測控制單元能夠檢測污染土壤中的電導率和氧化還原電位變化情況；所述電力調節單元包括隔離調壓器、整流器和切換開關，隔離調壓器的輸入端與交流電源相連，輸出端通過切換開關選擇與污染土壤中的電極直接連接，或者選擇通過整流器與所述電極相連，從而向所述電極傳送交流電或直流電。本發明先通直流電，使氧化劑定向遷移，然后通交流電，使氧化劑在交流電場加熱作用下發生活化，如此高效地對污染土壤進行氧化處理。

技術領域

本發明涉及土壤修復技術領域。

背景技術

原位化學氧化技術是一種適合處理源區域的高效原位修復技術，通過向土壤或地下水污染區域注入氧化劑，氧化劑與污染物接觸發生氧化作用，使污染物轉化為無毒或相對毒性較小的物質，具有經濟性好、修復見效快、效果顯著等特點。但對于低滲透性地層，存在氧化劑傳質性差的問題，由于氧化劑傳輸和擴散受到土壤的滲透性影響，無法實現氧化劑與污染物的充分接觸，導致原位化學氧化效果差。

過硫酸鈉是一種新型的氧化劑，具有氧化能力強(E⁰＝2.01V)、處理污染物種類多、pH適應范圍廣、穩定性強、溶解度高、經濟成本低、安全性高等優點，特別是經過活化后，可形成硫酸根自由基(E⁰＝2.5～3.1V)，氧化能力進一步提高，可增加處理污染物的種類和加快反應速率，減少氧化劑用量。因而，基于過硫酸鈉的高級氧化技術在有機污染場地修復工程中被逐漸廣泛應用。

過硫酸鈉可通過加熱活化，或者通過添加活化劑的方式進行活化，比如鐵活化(Fe²⁺/Fe⁰⁺)、強氧化劑活化(H₂O₂)和堿活化(NaOH)等，但后者存在活化劑與過硫酸鹽比例難控(活化劑添加過多，活化劑會與生成的硫酸根自由基反應，造成自由基不必要的消耗；活化劑添加過少，氧化劑不能被充分活化)、活化效率低(1個過硫酸根離子只能產生一個硫酸根自由基)、環境友好性差(堿活化需pH10)等問題。相比而言，熱活化是一種更加高效的環境友好性活化方式。過硫酸鹽中O-O鍵的鍵能為140kJ/mol，加熱(50℃時)輸入的能量會導致O-O鍵的斷裂產生硫酸鹽自由基，過硫酸鹽熱活化的溫度為50℃左右。由于活化產生的自由基，穩定性差，存在時間短(4s左右)的問題，對于氧化劑熱活化而言，最佳的活化時間是氧化劑傳輸到污染區域后，再進行氧化劑的熱活化，從而達到提高氧化劑活化效率，降低氧化劑用量的目的。

因此，原位化學氧化技術的關鍵是實現氧化劑的均勻遷移分散技術以及高效加熱活化技術。

發明內容

為了解決原位化學氧化技術低滲透地層傳質性差，以及氧化劑活化效率低的問題，本發明提供了一種電熱耦合化學氧化方法和裝置。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種電熱耦合化學氧化裝置，其特征在于：包括氧化劑配制和注入單元、監測控制單元和電力調節單元，其中：

所述氧化劑配制和注入單元能夠向污染土壤注入氧化劑；

所述監測控制單元能夠檢測污染土壤中的電導率和氧化還原電位變化情況；

所述電力調節單元包括隔離調壓器、整流器和切換開關，隔離調壓器的輸入端與交流電源相連，輸出端通過切換開關選擇與污染土壤中的電極直接連接，或者選擇通過整流器與所述電極相連，從而向所述電極傳送交流電或直流電。

所述的電熱耦合化學氧化裝置，其中：所述電極以基本單元為正三角形的方式布置，并形成電極矩陣；

當電極與直流電相接時，電極矩陣內具有多個正六邊形單元，其中，每個正六邊形單元的六個頂點均為負極，正六變形單元的中心位置的電極為正極；剩余的落單電極以正負極交錯相鄰的方式布置；