[發明專利]一種縱深分層處理重金屬污染土壤的系統及方法

有效

• 申請號: 202110010505.6
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112845559B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 解寧;由長福
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B09C1/02
• 分類號: B09C1/02;B09C1/00;B09C1/08
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張建綱

本發明公開了一種縱深分層處理重金屬污染土壤的系統及方法，包括電極組、添加劑噴淋和收集系統，以及吸附劑環。電極組包括至少一組電極裝置，電極裝置包括陽極和陰極，以及連接陽極和陰極的電源。陽極包括陽極絕緣段和陽極電極段，陰極包括陰極絕緣段和陰極電極段。陰極選用空心管狀結構時，陰極作為集液管；陰極選用實心結構時，集液管設置在陰極與吸附環之間。將重金屬污染土壤場地縱深分層分為淋洗處理區和電動處理區，使得陽極絕緣段與陰極絕緣段位于淋洗處理區的深度范圍，陽極電極段與陰極電極段位于電動處理區的深度范圍。本發明能夠有效提高重金屬脫除效率，還具有電耗低、處理成本低、可處理深度較大的土壤等優點。

技術領域

本發明涉及一種縱深分層處理重金屬污染土壤的系統及方法，屬于環境保護技術領域。

背景技術

隨著經濟的快速發展，土壤環境污染問題日益凸顯。土壤重金屬污染是指由于人類的活動，密度在5.0以上的金屬元素在土壤中過量沉積，致使土壤重金屬含量明顯高于其自然背景值，并造成生態破壞和環境質量惡化的現象。中國首次土壤普查顯示，在調查的土壤點位中，有近30％的工業廢棄地和工業園區存在鉛、砷、鎘、鉻、汞、鋅、銅等重金屬超標。與有機污染物不同，大多數重金屬不受微生物和化學降解的影響，能夠在土壤中長期積累。土壤中的重金屬還能夠經過水、植物等介質進入到食物鏈從而威脅到人類健康。

目前，針對土壤重金屬污染的修復技術主要有：植物修復、原位化學淋洗、異位化學淋洗、土壤性能改良、固化修復技術、物理分離修復技術、玻璃化修復、熱力學修復、熱解析修復、電動修復、換土修復等。電動修復技術作為新型、綠色的土壤修復技術在土壤重金屬修復方面顯示出了高效性。電動修復技術可以用于修復其他傳統土壤修復技術很難進行處理的低滲透性土壤。

電動修復技術是通過對污染土壤施加電場，使污染物在電場作用下通過電遷移和電滲析發生定向遷移，將其富集到電極附近再進行集中處理從而實現污染土壤樣品的減污或清潔。電遷移指溶液中離子在外加電場作用下沿著電場線朝相反電極的移動，如金屬陽離子會向陰極遷移。電滲析是孔隙流體在電場作用下相對于固定土體向電極運動的現象。電滲流攜帶著溶解、懸浮在土壤溶液中的重金屬向陰極移動。

在電場作用下，土壤溶液在電極處發生電解反應。陰、陽極分別產生的OH^-和H⁺導致陰極pH值升高、陽極pH值降低。在電動處理期間，重金屬在陰極聚集并最終沉淀，堵塞土壤孔隙并阻礙修復過程的進行。對于具有高酸緩沖性能的土壤，短時間內陽極pH不會降低，如果僅用陽極電極產生的H⁺來促進重金屬的溶解和解吸，修復過程將進展非常緩慢。在電動修復過程中，電壓梯度保持不變時，隨著處理深度的增加，電極進入土壤深度越大，回路電流越高。過高的電流會產生焦耳熱加熱土壤和電解液，增加修復過程能耗。因此，開發高效、簡便、可處理深度較大的重金屬污染土壤的電動修復方法具有重要的實際意義。

發明內容

本發明旨在提供一種縱深分層處理重金屬污染土壤的系統及方法，通過添加劑溶液淋洗、吸附劑吸附和修復電場的聯合使用，將重金屬污染場地分為淋洗層和電動修復層分層處理，同時將電極分為絕緣段與電極段，能夠高效的實現重金屬污染土壤的修復。

本發明通過以下技術方案實現：

一種電極裝置，能夠用于重金屬污染土壤的修復電場，包括電源，以及分別與電源相連的陽極和陰極，所述陽極包括陽極絕緣段和陽極電極段，所述陽極絕緣段內埋設導電材料，能夠連接所述電源與陽極電極段形成導電通路；所述陰極包括陰極絕緣段和陰極電極段，所述陰極絕緣段內埋設導電材料，能夠連通所述電源與陰極電極段形成導電通路。