專利名稱：一種圓筒式布置電極電動力修復裝置和方法
技術領域：
本發(fā)明屬于環(huán)保設備技術領域，特別涉及一種圓筒式布置電極電動力修復裝置和方法。
背景技術：
近年來大量的制藥廠、化工廠、冶煉廠、機械設備廠進行了搬遷，留下大量的受重金屬污染的場地，這些土地對周邊的生態(tài)、環(huán)境、人的健康構(gòu)成了極大的危害。因此國家需要投入大量的人力、物力、財力對受重金屬污染的土壤進行修復。這對目前的種過是亟待解決的問題。目前針對重金屬污染的土壤的修復方法有固定穩(wěn)定化、電動力修復等。對國內(nèi)已經(jīng)實施修復的場地的統(tǒng)計結(jié)果發(fā)現(xiàn)，固定穩(wěn)定化得到了應用，但是現(xiàn)在的固定穩(wěn)定化技術僅將離子轉(zhuǎn)化為化合物，但是轉(zhuǎn)化成的化合物有轉(zhuǎn)化為離子的可能性，因此存在著風險；而·電動力修復技術是將金屬離子驅(qū)動并向吸附介質(zhì)移動，最終金屬離子被吸附介質(zhì)所吸附，從而達到修復的目的。在電動力修復方面，首先得弄清楚影響電動力運用的的主要因素。金春姬等(金春姬，李鴻江，賈永剛，羅先香，郭秀軍.電動力學法修復土壤環(huán)境重金屬污染的研究進展[J].環(huán)境污染與防治，2004，05:341-344+365-316.)針對電動力修復技術進行了研究和展望，他們發(fā)現(xiàn)在運用電動力修復時，主要存在以下幾種問題(I)靠近電動力修復電極的土壤發(fā)生極化現(xiàn)象(即活化極化、電阻極化、濃差極化等);(2) 土壤的pH變化影響；(3) 土壤的溫度影響；(4) 土壤中雜質(zhì)的干擾。國內(nèi)的學者針對電動力修復技術在實際運用中存在的問題，展開了一系列的研究，例如陳學軍(陳學軍.陽極逼近電動力學法(AA — EK)去除土壤中重金屬的研究[D].上海交通大學，2006.)針對陰極堿性不斷增大等因素，提出將陰極固定，隨著處理時間的持續(xù)，陽極不斷向陰極側(cè)逼近，通過縮短氫離子的遷移距離以提高修復效率。陽極逼近實驗中，由于每過一天陽極向陰極逼近3. 6cm,電壓也相應下調(diào)3. 6V，所以隨著處理時間的持續(xù)電流逐漸下降，但是由于電動處理過程土壤中電阻的變化非線性，所以反映到電流的變化也不是線性變化，而且能耗僅為31. 52 kWh*m_3。雖然這一方法能有效去除土壤中的重金屬，但是其場地運用性不強，在修復場地無法逐步逼近。因此，這一方法存在現(xiàn)場運用的缺陷。為解決這一問題，國內(nèi)公司和科研單位研制出了不同的改進方案，如申請?zhí)枮?01010104638. I的中國專利申請公開了一種去除土壤中氟污染物的電動學法，它主要是通過在陽極與污染土壤之間設置陰離子交換膜，阻止陽極產(chǎn)生的H+進入電解槽從而避免使污染土壤的酸性增強，陽極室內(nèi)放置醋酸鈉溶液作為電解液，陰極室內(nèi)放置去離子水作為電解液，保持陰、陽極室液面的平行，修復過程中電解液不斷循環(huán)，使電解液攪拌均勻并帶走陰、陽極產(chǎn)生的H2和O2 ;陽、極室內(nèi)加入醋酸鈉溶液提供0H_中和陽極產(chǎn)生的H+，多余的0H_及陰極產(chǎn)生的0H_促進土壤中吸附態(tài)氟解吸成為自由氟離子，通過電遷移、電滲析等電動力學作用使土壤中氟化物得以去除。這一方法雖可以保持土壤的PH，但是需要投入大量的緩解溶液，修復造價相當高。目前我國的電動修復技術在場地還沒得到實際的運用，大都因為修復成本過高，或者難以在場地實施。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種圓筒式布置電極電動力修復裝置和方法。一種圓筒式布置電極電動力修復裝置，所述的裝置結(jié)構(gòu)如下所述的修復裝置包括電極液儲存箱、電極液閥門、電極室、電極、電極液流量計、力口液泵閥門、加液泵、吸附層和外接直流電源；電極液儲存箱通過管道與加液泵相連，在所述的管道上安裝有電極液閥門；在所述的加液泵上安裝有電極液流量計和加液泵閥門；加液泵通過管道與電極室相連；電極位 于所述的電極室內(nèi)，并通過導線和外接直流電源相連；所述的電極室和電極至少為兩個，在每兩個相鄰的電極室之間布置有吸附層；所述的吸附層最好靠近內(nèi)側(cè)的電極室，且二者之間的距離為兩個相鄰的電極室之間距離的1/4 ；除最外層和最內(nèi)層的電極和電極室構(gòu)成整個圓環(huán)外，其余的電極和電極室均可以為位于同一圓上的多段分割的圓弧狀，且位于任意兩個相鄰圓環(huán)上的圓弧狀電極室依次錯開排列；所述的吸附層中使用的吸附材料為活性炭、沸石、硅藻土、活性氧化鋁、吸附樹脂等吸附能力強的介質(zhì)。一種使用上述的圓筒式布置電極電動力修復裝置對污染場地進行修復的方法，包括如下步驟(I)對待處理的污染場地進行場地調(diào)查，獲取污染場地的面積、水文地質(zhì)條件，污染物種類、物理化學性質(zhì)數(shù)據(jù)，從而確定污染情況；(2)對待處理的污染場地進行增濕作業(yè)，使待處理的污染場地土壤的含水率控制的209Γ50%之間；當增濕需求量小時，可人工作業(yè)，需求量大時，安裝管道和泵進行機械增濕；(3)在待處理的污染場地安裝電極室和電極，根據(jù)經(jīng)過步驟(I)確定的待處理的污染場地的污染情況，在待處理的污染場地地面下布置至少兩個電極室和電極，在每兩個相鄰的電極室之間布置吸附層；其中，所有的電極和電極室均有一個共同的圓心，所述的吸附層最好靠近內(nèi)側(cè)的電極室，且二者之間的距離為兩個相鄰的電極室之間距離的1/4 ;除最外層和最內(nèi)層的電極和電極室構(gòu)成整個圓環(huán)外，其余的電極和電極室均可以為位于同一圓上的多段分割的圓弧狀，且位于任意兩個相鄰圓環(huán)上的圓弧狀電極室依次錯開排列；(4)將步驟(3)安裝好的每個電極通過導線和外接直流電源相連；將每個電極室通過管道和加液泵相連；(5)將配制好的電極液注入電極液儲存箱，依次打開電極液閥門、加液泵閥門和加液泵；待各個電極室均充滿電極液后，打開直流電源開關給所有的電極通電；其中，所述的電極液為O. 08、. lmol/L的NaAc或KAc溶液；待處理的污染場地的電場強度為O. 25 3V/cm ；(6)保持最外層的電極一直處于正電極狀態(tài)；其他各層電極的極性當距離其最近的吸附層附近的pH達到1(Γ12時變換該電極的極性；如此反復變換電極，直至待處理的污染場地里的重金屬離子都被吸附到吸附層上的吸附材料上，從而達到去除重金屬的目的。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明提出的圓筒式布置電極電動力修復裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工程造價低，使用范圍廣，不受場地限制。本發(fā)明提出的一種利用圓筒式布置電極電動力修復裝置修復污染場地的方法，適合處理各種重金屬污染物，去除率可高達75%以上；與傳統(tǒng)的電動力修復技術相比，適用范圍更為廣泛，且具有高效、節(jié)能、快速等特點；對重金屬污染土壤的修復率可達80°/Γ90% ;在運行過程中僅需向電極室補充電極液和向電極提供電能，因此，運行管理費用節(jié)約25 35%。



圖I為本發(fā)明實施例I的圓筒式布置電極電動力修復裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實施例I的圓筒式電極平面布置示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明做進一步說明實施例I :一種圓筒式布置電極電動力修復裝置，如圖I和圖2所示，電極液儲存箱I通過管道與加液泵7相連，在所述的管道上安裝有電極液閥門2 ;在加液泵7上安裝有電極液流量計5和加液泵閥門6 ;加液泵7通過管道分別與第一個電極室31、第二個電極室32和第三個電極室33相連；所述的第一個電極室31、第二個電極室32和第三個電極室33所在的圓環(huán)均為同心圓，且沿共同的圓心從內(nèi)向外依次排列；第一個電極41位于第一個電極室31內(nèi)，第二個電極42位于第二個電極室32內(nèi)，第三個電極43位于第三個電極室33內(nèi)，每個電極均分別通過導線和外接直流電源9相連；其中，第二個電極42、第二個電極室32為位于同一圓上的多段分割的圓弧狀；第一個吸附層81靠近第一個電極室31，二者之間的間距為第一個電極室31和第二個電極室32之間距離的1/4 ;第二個吸附層82靠近第二個電極室32，二者之間的間距為第二個電極室32和第三個電極室33之間距離的1/4。一種使用上述的圓筒式布置電極電動力修復裝置對污染場地進行修復的方法，步驟如下(I)待處理的污染場地的具體情況如下污染場地的面積200m2、土壤孔隙率為46. 7%，土壤的滲透系數(shù)5. 6 X 10_6，土壤含鉛量為O. 56g/Kg，土壤的飽和吸附量為91. 6mmol/Kg，飽和含水率為37. 55%，碳酸含量為4. 58% ；(2)對待處理的污染場地進行增濕作業(yè)，使待處理的污染場地土壤的含水率控制的209Γ50%之間；當增濕需求量小時，可人工作業(yè)，需求量大時，安裝管道和泵進行機械增濕；(3)在待處理的污染場地安裝電極室和電極根據(jù)待處理的污染場地的實際情況，在待處理的污染場地地面下布置3個電極室和3個電極；其中，第一個電極41位于第一個電極室31內(nèi)，第二個電極42位于第二個電極室32內(nèi)，第三個電極43位于第三個電極室33內(nèi)，每個電極均分別通過導線和外接直流電源9相連；所述的第一個電極室31、第二個電極室32和第三個電極室33所在的圓環(huán)均為同心圓，且沿共同的圓心從內(nèi)向外依次排列；第二個電極42、第二個電極室32均為位于同一圓上的多段分割的圓弧狀；第一個吸附層81靠近第一個電極室31，二者之間的間距為第一個電極室31和第二個電極室32之間距離的1/4 ;第二個吸附層82靠近第二個電極室32，二者之間的間距為第二個電極室32和第三個電極室33之間距離的1/4 ;其中，第一個電極室31位于待處理的污染場地被污染最嚴重的地區(qū)；(4)將步驟(3)安裝好的每個電極通過導線和外接直流電源9相連；將每個電極室通過管道和加液泵7相連；(5)將配制好的O. lmol/L的NaAc溶液注入電極液儲存箱1，依次打開電極液閥門2、加液泵閥門6和加液泵7;待各個電極室均充滿電極液后，打開直流電源開關給電極通電，使待處理的污染場地的電場強度為2V/cm ；(6)保持最外層的電極一直處于正電極狀態(tài)；其他各層電極的極性當距離其最近的吸附層附近的PH達到1(Γ12時變換該電極的極性；如此反復變換電極，直至待處理的污染場地里的重金屬離子都被吸附到吸附層上的吸附材料上，當吸附層的吸附材料達到吸附飽和時，更換吸附材料就可以將重金屬從土壤中去除，從而達到去除重金屬的目的。
權利要求
1.一種圓筒式布置電極電動力修復裝置，包括電極液儲存箱、加液泵、電極室和電極、吸附層；其特征在于，電極液儲存箱通過管道與加液泵相連；加液泵通過管道與電極室相連；電極位于所述的電極室內(nèi)，并通過導線和外接直流電源相連，每個電極室內(nèi)有一個電極；所述的電極室和電極至少為兩個，在每兩個相鄰的電極室之間布置有吸附層；所述的電極和電極室為圓環(huán)狀或弧形。
2.根據(jù)權利要求I所述的裝置，其特征在于，電極液儲存箱和加液泵相連的管道上安裝有電極液閥門；在加液泵上安裝有電極液流量計和加液泵閥門。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的裝置，其特征在于，所有的電極和電極室均有一個共同的圓心，吸附層靠近內(nèi)側(cè)的電極室的距離為兩個相鄰的電極室之間距離的1 /4。
4.根據(jù)權利要求3所述的裝置，其特征在于，除最外層和最內(nèi)層的電極和電極室構(gòu)成整個圓環(huán)外，其余的電極和電極室均為位于同一圓上的多段分割的圓弧狀，且位于任意兩個相鄰圓環(huán)上的圓弧狀電極和電極室依次錯開排列。
5.根據(jù)權利要求4所述的裝置，其特征在于，所述的吸附層中使用的吸附材料為活性炭、沸石、硅藻土、活性氧化鋁、吸附樹脂中的一種或多種。
6.一種使用圓筒式布置電極電動力修復裝置對污染場地進行修復的方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)對待處理的污染場地進行場地調(diào)查，獲取污染場地的面積、水文地質(zhì)條件，污染物種類、物理化學性質(zhì)數(shù)據(jù)，從而確定污染情況； (2)對待處理的污染場地進行增濕作業(yè)，使待處理的污染場地土壤的含水率控制的20% 50%之間； (3)在待處理的污染場地安裝電極室和電極，根據(jù)經(jīng)過步驟(I)確定的待處理的污染場地的污染情況，在待處理的污染場地地面下布置至少兩個電極室和電極，在每兩個相鄰的電極室之間布置吸附層； (4)將步驟(3)安裝好的每個電極通過導線和外接直流電源相連；將每個電極室通過管道和加液泵相連； (5)將配制好的電極液注入電極液儲存箱，依次打開電極液閥門、加液泵閥門和加液泵；待各個電極室均充滿電極液后，打開直流電源開關給所有的電極通電； (6)保持最外層的電極一直處于正電極狀態(tài)；其他各層電極的極性當距離其最近的吸附層附近的PH達到1(Γ12時變換該電極的極性；如此反復變換電極，直至待處理的污染場地里的重金屬離子都被吸附到吸附層上的吸附材料上，從而達到去除重金屬的目的。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其特征在于，所有的電極和電極室均有一個共同的圓心；所述的吸附層靠近內(nèi)側(cè)的電極室，且二者之間的距離為兩個相鄰的電極室之間距離的1/4。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的方法，其特征在于，除最外層和最內(nèi)層的電極和電極室構(gòu)成整個圓環(huán)外，其余的電極和電極室均為位于同一圓上的多段分割的圓弧狀，且位于任意兩個相鄰圓環(huán)上的圓弧狀電極室依次錯開排列。
9.根據(jù)權利要求8所述的方法，其特征在于，所述的電極液為O.08、. lmol/L的NaAc或KAc溶液。
10.根據(jù)權利要求9所述的方法，其特征在于，待處理的污染場地的電場強度為O.25 3V/cm。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種圓筒式布置電極電動力修復裝置和方法，屬于環(huán)保設備技術領域。本發(fā)明的裝置由電極液儲存箱、電極液閥門、至少兩個有共同圓心的圓環(huán)形或弧形電極室和電極、電極液流量計、加液泵閥門、加液泵、吸附層組成；電極位于電極室內(nèi)，且和外接直流電源相連；電極室和加液泵相連。所述的方法為通過對待處理的污染場地的污染情況，選擇合適的電極室數(shù)量，將電極室和電極埋入地下，通過加液泵將電極液注入電極室；給電極通電，從而使污染場地里面的重金屬離子被吸附到吸附層上的吸附材料上，從而達到去除重金屬的目的。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，工程造價低，使用范圍廣；本發(fā)明提供的方法具有經(jīng)濟、高效、節(jié)能、快速等優(yōu)點。
文檔編號B09C1/00GK102941217SQ201210461490
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月15日 優(yōu)先權日2012年11月15日
發(fā)明者何理, 楊琦, 張一梅, 盧宏瑋 申請人:華北電力大學