專利名稱:一種電動強化的土壤原位淋洗修復裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種電動強化的土壤原位淋洗修復裝置和方法。
背景技術(shù):
由于農(nóng)業(yè)、工業(yè)的大力發(fā)展,人們大量的使用農(nóng)藥、化和其他工廠等排放了大量的污染物進入到土壤和地下水中。土壤和地下水是人類賴以生存的資源,其中的污染物也會通過食物鏈和飲用水源,進入到人體中。又因為土壤和地下水不像地表水一樣便于集中處理,因此對于土壤和地下水的處理,以原位處理為最佳。土壤固持金屬的機制可分為兩大類:一是以離子態(tài)吸附在土壤組分的表面;二是形成金屬化合物的沉淀?,F(xiàn)階段的土壤環(huán)境中很少存在著單一污染物,無機物和有機物的復合污染對人類的健康和生態(tài)的安全造成了一定的威脅,已經(jīng)引起人們的關(guān)注。土壤淋洗利用流體去除土壤污染物的過程,它可以是原位修復,也可以是異位修復;淋洗液可以是水、化學溶劑或其他可能把污染物從土壤中淋洗出的流體,甚至可能是氣體。土壤原位淋洗,不需要將污染土壤全部挖出運到異地處理,減少了運輸費用,也避免了挖掘和運輸過程中造成的污染物遷移。電動力修復基本原理是在被污染土壤兩端加上低壓直流電場形成電勢梯度,在電場電滲和電遷移的作用,將污染物(如重金屬或有機污染物)遷移到電極室,再進一步處理電極液從而使污染物最終得以去除。淋洗污染土壤的研究主要圍繞用表面活性劑溶液作為淋洗液而開展,表面活性劑能增加有機物的水溶性,提高了污染物的去除率。生物表面活性劑具有低成本,易降解,表面活性大的特點,作為一種生物代謝產(chǎn)物,不會對土壤造成二次污染,過剩的活性劑也減少淋洗后對土壤造成的營養(yǎng)流失。同時在實際淋洗過程中,還要注意一些技術(shù)條件,以使淋洗效果達到最佳,淋洗液的濃度、淋洗速度、淋洗液總量、環(huán)境溫度等。該技術(shù)為淋洗和電動力聯(lián)合處理技術(shù),因此需要綜合考慮兩種技術(shù),選擇雙方都合適的條件作為最終反應條件,如土壤pH等。此外,針對每種技術(shù)特有的技術(shù)要求也需注意。本發(fā)明的核心即為,結(jié)合多種修復技術(shù),并綜合考慮得到最佳的反應條件。
發(fā)明內(nèi)容
為了治理一種同時處理重金屬和有機物復合污染的土壤,本發(fā)明提出了一種電動強化的土壤原位淋洗修復裝置和方法。一種電動強化土壤原位淋洗修復裝置,所述裝置包括如下:直流電源I分別與陽極電極3-1和陰極電極3-2相連,陽極電極3-1置于陽極室2-1,陰極電 極3-2置于陰極室2-2 ;自動控制裝置12通過多通道蠕動泵11分別與陽極電極液抽提管6-1和陰極電極液抽提管6-2相連,陽極電極液抽提管6-1和陰極電極液抽提管6-2分別置于陽極室2-1和陰極室2-2 ;電極液儲罐13和電極液處理池14分別通過管道與第一自動控制裝置12相連;同時電極液處理池14通過管道和直列泵15與電極液儲罐13相連;陽極室電極液PH測定儀5-1和陰極室電極液pH測定儀5-2分別插入陽、陰極室,通過導線連入第一自動控制裝置12 ;在污染區(qū)域均勻安裝可滲透反應墻(Permeable ReactiveBarrier,PRB) 4,加熱管網(wǎng)7通過管道與換熱器8相連;淋洗液噴頭9均勻布置于污染區(qū)域上方,通過管道依次與單通道蠕動泵16、流量計17、定時控制裝置18和淋洗液儲罐19相連;酸堿調(diào)節(jié)液噴頭10均勻布置于污染區(qū)域上方,酸液儲罐21、堿液儲罐22分別通過管道與第二自動控制裝置24相連,再經(jīng)由單通道蠕動泵20連入酸堿調(diào)節(jié)液噴頭10 ;土壤pH測定儀23均勻布置于污染區(qū)域,通過導線與第二自動控制裝置24相連。利用上述裝置進行土壤修復的方法,具體步驟如下:(I)在污染區(qū)域兩端垂直于地下水總流方向安裝陽極室2-1和陰極室2-2,陽極室2-1安裝于污染區(qū)域地下水流上游,目的是在直流電源I開啟后使電場場強方向與地下水總流向一致;(2)在污染區(qū)域內(nèi)的兩電極室之間均勻安裝可滲透反應墻4 ;(3 )在污染區(qū)域縱向布置加熱管網(wǎng)7 ;調(diào)節(jié)土壤目標溫度至40-60 °C,在加熱管網(wǎng)7中灌注導熱油,在換熱器8處加熱使導熱油的油溫保持高于所需要調(diào)節(jié)的土壤的目標溫度
10-15。。;(4)將配置好的淋洗液通過淋洗液噴頭9噴淋到污染區(qū)域,所需淋洗液的總體積控制為土壤體積的6倍,設定淋洗液噴頭9速度為2mL/min ;(5)配制電極液,將電極液放入電極液儲罐13 ;在酸堿液儲罐21,22中添加相應的酸、堿液;
·
(6)由定時控制裝置18控制淋洗周期,依據(jù)現(xiàn)有污染物濃度和修復目標濃度,取以上兩種濃度的中間值作為中間濃度,根據(jù)現(xiàn)有污染物濃度、中間濃度和修復目標濃度,將淋洗周期分為三個等級,即隨著污染物濃度減小,淋洗周期分別設定為6小時、12小時和24小時;每個淋洗周期淋洗時間為5小時;(7)在污染區(qū)域布置土壤pH測定儀23,第二自動控制裝置24會控制酸液儲罐21和堿液儲罐22通過酸堿調(diào)節(jié)液噴頭10將酸或堿噴淋至土壤中,使電極土壤pH值保持在8-10之間;(8)陽極室電極液pH測定儀5-1和陰極室電極液pH測定儀5_2測定電極液的pH,考察電極液是否飽和,通過第一自動控制裝置12將飽和電極液通過陽極電極液抽提管6-1或陰極電極液抽提管6-2抽出注入電極液處理池14,后注入新的電極液,回收的電極液混合后,稍加處理即可重新作為電極液由單通道蠕動泵15運送至電極液儲罐13。步驟(3)中所述導熱油為烷基苯型合成導熱油。步驟(4)中所述淋洗液為生物表面活性劑,其為體積濃度1.5%的鼠李糖脂。步驟(4)中所述電極液為硫酸鈉和碳酸鈉混合溶液,其中鈉摩爾濃度為
0.025mol/L。步驟(5)中所述酸液為體積分數(shù)為5%的HCl溶液,堿液為質(zhì)量分數(shù)為1%的NaOH溶液。本發(fā)明的增益效果為:極室之間的污染區(qū)域安裝PRB,使得修復速度大大提高;污染區(qū)域安裝加熱裝置,大大增加了去除率,特別是在北方一些寒冷地區(qū),該技術(shù)使得去除效果大大增加;電動力強化淋洗技術(shù)可同時處理重金屬和有機物混合污染的土壤及地下水,PRB技術(shù)進一步結(jié)合使得修復速度也大大提升了 ;pH測定儀和自動控制裝置的聯(lián)合使用,大大減少了控制人員的需求量,電極液的循環(huán)使用也減少了經(jīng)濟費用;電動力和PRB技術(shù)的結(jié)合使用是該裝置能夠同時原位處理土壤和地下水中的重金屬和有機污染物。
圖1是本發(fā)明電動強化土壤原位淋洗修復裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;其中各標號分別代表:1-直流電源,2-1-陽極室,2-2-陰極室,3_1_陽極電極,3_2_陰極電極,4-PRB,
5-1-陽極室電極液pH測定儀,5-2-陰極室電極液pH測定儀,6-1-陽極電極液抽提管,
6-2-陰極電極液抽提管,7-加熱管網(wǎng),8-換熱器,9-淋洗液噴頭,10-酸堿調(diào)節(jié)液噴頭,
11-多通道蠕動泵,12-第一自動控制裝置,13-電極液儲罐,14-電極液處理池,15-直列泵,16-單通道蠕動泵,17-流量計,18-定時控制裝置,19-淋洗液儲罐,20-單通道蠕動泵,21-酸液儲罐,22-堿液儲罐,23- 土壤pH測定儀,24-第二自動控制裝置。
具體實施例方式實施例1利用圖1所示裝置進行電動強化土壤原位淋洗修復方法為:實驗用土采集自華北電力大學和北京農(nóng)學院校園中的20-40cm表層深土壤。用木棒碾細,再將土壤樣品置于60°C的馬弗爐中烘烤12h以烘干水分,用土壤振動機將所用土壤先過8目然后再過20目不銹鋼標準土壤篩。污染物以鉛和多氯聯(lián)苯為例,配置Pb濃度為500mg/L,多氯聯(lián)苯濃度為1000mg/L。將土樣放入30cmX IOcmX IOcm的有機玻璃箱中。機玻璃箱兩邊有水槽,通過蠕動泵人工模擬地下水流動狀況,保持入水水位高度為50cm,出水水位49cm。采用電動強化土壤原位淋洗修復方法如圖1所示裝置:直流電源I分別與陽極電極3-1和陰極電極3-2相連,陽極電極3-1置于陽極室2-1,陰極電極3-2置于陰極室2_2 ;自動控制裝置12通過多通道蠕動泵11分別與陽極電極液抽提管6-1和陰極電極液抽提管6-2相連,陽極電極液抽提管6-1和陰極電極液抽提管6-2分別置于陽極室2-1和陰極室2-2 ;電極液儲罐13和電極液處理池14分別通過管道與第一自動控制裝置12相連;同時電極液處理池14通過管道和直列泵15與電極液儲罐13相連;陽極室電極液pH測定儀5-1和陰極室電極液PH測定儀5-2分別插入陽、陰極室,通過導線連入第一自動控制裝置12;在污染區(qū)域均勻安裝可滲透反應墻(Permeable Reactive Barrier,PRB)4,加熱管網(wǎng)7通過管道與換熱器8相連;淋洗液噴頭9均勻布置于污染區(qū)域上方,通過管道依次與單通道蠕動泵16、流量計17、定時控制裝置18和淋洗液儲罐19相連;酸堿調(diào)節(jié)液噴頭10均勻布置于污染區(qū)域上方,酸液儲罐21、堿液儲罐22分別通過管道與第二自動控制裝置24相連,再經(jīng)由單通道蠕動泵20連入酸堿調(diào)節(jié)液噴頭10 ;土壤pH測定儀23均勻布置于污染區(qū)域,通過導線與第二自動控制裝置24相連。按照上述裝置的連接方式,在污染區(qū)域縱向安裝加熱管網(wǎng)7,為使土壤目標溫度保持在40-60°C,加熱管網(wǎng)導熱油保持在50-75°C(本處使用烷基苯型合成導熱油)。將配置好體積濃度1.5%的鼠李糖脂的淋洗液(生物表面活性劑)通過淋洗液噴頭9噴淋到污染區(qū)域,所需淋洗液的總體積控制為土壤體積的6倍,設定淋洗液噴頭9速度為2mL/min ;噴頭位置為有機玻璃箱縱向中心線的5cm、15cm、25cm處。配制電極液,組成為鈉摩爾濃度0.025mol/L的硫酸鈉和碳酸鈉混合溶液,注滿電極室和電極液儲罐。在污染區(qū)域布置土壤pH測定儀23,使電極土壤pH值保持在8-10之間,當pH值小于該范圍時,第二自動控制裝置24會控制將堿液儲罐22中的堿液通過酸堿調(diào)節(jié)液噴頭10噴淋至土壤中,中和至合適的pH范圍,反之則連通酸液儲罐21。在酸堿液儲罐21、22中添加相應的酸堿性溶液,酸液選用體積分數(shù)為5%的HCl溶液,堿液選用質(zhì)量分數(shù)為1%的NaOH溶液。由淋洗定時控制裝置18控制淋洗周期,每個淋洗周期淋洗時間為5小時,淋洗周期分別設定為6小時、12小時和24小時,每周期的運行次數(shù)分別為3次、3次和4次。陽、陰極電極室內(nèi)的電極液pH測定儀5-1,
5-2分別測定其電極液的pH,從而考察電極液是否飽和,連接自動控制裝置24,裝置自動控制將飽和電極液抽出注入電極液處理池14,后注入新的電極液,回收的電極液混合后,稍加處理即可重新作為電極液由單通道蠕動泵運送至電極液儲罐13。整個系統(tǒng)運行124小時后,土壤中鉛的 去除率達95%,多氣聯(lián)苯的去除率達99%。
權(quán)利要求
1.一種電動強化土壤原位淋洗修復裝置,其特征在于,所述裝置包括如下 直流電源(I)分別與陽極電極(3-1)和陰極電極(3-2)相連,陽極電極(3-1)置于陽極室(2-1),陰極電極(3-2)置于陰極室(2-2);自動控制裝置(12)通過多通道蠕動泵(11)分別與陽極電極液抽提管(6-1)和陰極電極液抽提管(6-2)相連,陽極電極液抽提管(6-1)和陰極電極液抽提管(6-2)分別置于陽極室(2-1)和陰極室(2-2);電極液儲罐(13)和電極液處理池(14)分別通過管道與第一自動控制裝置(12)相連;同時電極液處理池(14)通過管道和直列泵(15)與電極液儲罐(13)相連;陽極室電極液pH測定儀(5-1)和陰極室電極液PH測定儀(5-2)分別插入陽、陰極室,通過導線連入第一自動控制裝置(12);在污染區(qū)域均勻安裝可滲透反應墻(4),加熱管網(wǎng)(7)通過管道與換熱器(8)相連;淋洗液噴頭(9)均勻布置于污染區(qū)域上方,通過管道依次與單通道蠕動泵(16)、流量計(17)、定時控制裝置(18)和淋洗液儲罐(19)相連;酸堿調(diào)節(jié)液噴頭(10)均勻布置于污染區(qū)域上方,酸液儲罐(21)、堿液儲罐(22)分別通過管道與第二自動控制裝置(24)相連,再經(jīng)由單通道蠕動泵(20)連入酸堿調(diào)節(jié)液噴頭(10);土壤pH測定儀(23)均勻布置于污染區(qū)域,通過導線與第二自動控制裝置(24)相連。
2.利用權(quán)利要求I所述裝置進行土壤修復的方法,其特征在于,具體步驟如下 (1)在污染區(qū)域兩端垂直于地下水總流方向安裝陽極室(2-1)和陰極室(2-2),陽極室(2-1)安裝于污染區(qū)域地下水流上游,目的是在直流電源(I)開啟后使電場場強方向與地下水總流向一致; (2)在污染區(qū)域內(nèi)的兩電極室之間均勻安裝可滲透反應墻(4); (3 )在污染區(qū)域縱向布置加熱管網(wǎng)(7 );調(diào)節(jié)土壤目標溫度至40-60 °C,在加熱管網(wǎng)(7 )中灌注導熱油,在換熱器(8)處加熱使導熱油的油溫保持高于所需要調(diào)節(jié)的土壤的目標溫度 10-15。。; (4)將配置好的淋洗液通過淋洗液噴頭(9)噴淋到污染區(qū)域,所需淋洗液的總體積控制為土壤體積的6倍,設定淋洗液噴頭(9)速度為2mL/min ; (5)配制電極液,將電極液放入電極液儲罐(13);在酸堿液儲罐(21,22)中添加相應的酸、堿液; (6)由定時控制裝置(18)控制淋洗周期,依據(jù)現(xiàn)有污染物濃度和修復目標濃度,取以上兩種濃度的中間值作為中間濃度,根據(jù)現(xiàn)有污染物濃度、中間濃度和修復目標濃度,將淋洗周期分為三個等級,即隨著污染物濃度減小,淋洗周期分別設定為6小時、12小時和24小時;每個淋洗周期淋洗時間為5小時; (7 )在污染區(qū)域布置土壤pH測定儀(23 ),第二自動控制裝置(24)會控制酸液儲罐(21)和堿液儲罐(22)通過酸堿調(diào)節(jié)液噴頭(10)將酸或堿噴淋至土壤中,使電極土壤pH值保持在8-10之間; (8)陽極室電極液pH測定儀(5-1)和陰極室電極液pH測定儀(5-2)測定電極液的PH,考察電極液是否飽和,通過第一自動控制裝置(12)將飽和電極液通過陽極電極液抽提管(6-1)或陰極電極液抽提管(6-2)抽出注入電極液處理池(14),后注入新的電極液,回收的電極液混合后,稍加處理即可重新作為電極液由單通道蠕動泵(15)運送至電極液儲罐(13)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于,步驟(3)中所述導熱油為烷基苯型合成導熱油。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于,步驟(4)中所述淋洗液為生物表面活性齊U,其為體積濃度I. 5%的鼠李糖脂。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于,步驟(4)中所述電極液為硫酸鈉和碳酸鈉混合溶液,其中鈉摩爾濃度為O. 025mol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法,其特征在于,步驟(5)中所述酸液為體積分數(shù)為5%的HCl溶液,堿液為質(zhì)量分數(shù)為1%的NaOH溶液。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域的一種電動強化土壤原位淋洗修復裝置和方法。本發(fā)明裝置包括直流電源、電極室、電極、PRB、電極液pH測定儀、電極液抽提管、加熱管網(wǎng)、換熱器、淋洗液噴頭、酸堿調(diào)節(jié)液噴頭、多通道蠕動泵、自動控制儀、電極液儲罐、電極液處理池、直列泵、單通道蠕動泵、流量計、定時控制裝置、淋洗液儲罐、單通道蠕動泵、酸堿調(diào)節(jié)液儲罐、土壤pH測定儀。本發(fā)明通過電動力強化淋洗技術(shù);鋪設加熱管網(wǎng)優(yōu)化淋洗修復,安裝PRB加快修復速度;自動化系統(tǒng)和電極液循環(huán)系統(tǒng),增加的修復過程的自動化程度和資源重復利用率。使得修復過程速度更快,效果更好,花費更少。
文檔編號B09C1/08GK103252344SQ20131018638
公開日2013年8月21日 申請日期2013年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月20日
發(fā)明者何理, 張嘉琪, 孫士超, 盧宏瑋 申請人:華北電力大學