本發(fā)明涉及土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于電動土工布的土壤重金屬電促淋洗去除裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，土壤污染問題日益凸顯，對人民群眾的生命健康造成嚴(yán)重威脅，亟需對受重金屬污染的土壤進行修復(fù)和治理?；瘜W(xué)淋洗法是一種高效的重金屬污染土壤修復(fù)方法，但對低滲透性的土壤去除效果不佳，且原位化學(xué)淋洗還面臨淋洗液不易排出的問題。電動修復(fù)是指在污染土壤中通入低壓直流電，污染物在電場作用下通過電遷移和電滲析作用從土壤中遷移出來的過程，是一種綠色、高效的新型原位修復(fù)技術(shù)，對于低滲透性土壤尤為適用。淋洗和電動修復(fù)技術(shù)如果能有效結(jié)合使用，可發(fā)揮各自的優(yōu)勢和協(xié)同作用。

關(guān)于淋洗和電動力學(xué)技術(shù)，目前已有兩者結(jié)合使用進行重金屬污染土壤修復(fù)治理的方法。發(fā)明專利“一種重金屬污染土壤的淋洗電動聯(lián)合修復(fù)裝置和方法”(申請?zhí)枺?01510298674.9)提供了一種針對重金屬污染土壤的異位修復(fù)(ex-situ)方法，該方法有3個關(guān)鍵步驟：將重金屬污染土壤挖出并調(diào)節(jié)pH、將土壤放入淋洗槽中進行淋洗攪拌及固液分離，將淋洗后的土壤轉(zhuǎn)入電動修復(fù)室進行電動處理。該方法屬于土壤異位修復(fù)方法，淋洗和電動修復(fù)在不同的裝置中先后獨立開展，未能發(fā)揮淋洗和電動修復(fù)技術(shù)之間的耦合作用。

實用新型專利“采用電動方法強化處理重金屬污染土壤的淋洗裝置”(專利號：201320357655.5)提供了一種電動修復(fù)技術(shù)與淋洗技術(shù)聯(lián)用的異位修復(fù)(ex-situ)裝置。淋洗和電動修復(fù)在同一裝置中進行。該裝置為圓形結(jié)構(gòu)，外圈為陽極，圓中心為陰極，重金屬從陽極向陰極遷移，淋洗液通過管道從裝置上方的管道流入。該裝置的設(shè)計不利于淋洗液在土壤中的傳質(zhì)擴散，以及淋洗液從土壤中的快速排出，同時將淋洗之后含重金屬的淋洗廢液不經(jīng)處理直接回用，帶來了新的污染。

發(fā)明專利“一種持久性有機污染土壤電動力強化淋洗原位修復(fù)裝置”(申請?zhí)枺?01310055513.8)采用鐵和碳分別作為陽極和陰極，在污染土壤中設(shè)置注射井和抽提井，對持久性有機物污染土壤進行電動強化淋洗處理。該裝置為原位修復(fù)(in-situ)，對于土壤中持久性有機污染物處理效果較好，對于土壤重金屬由于未解決陰極堿化造成重金屬在陰極附近土壤中的遇堿沉淀問題，以致去除效果不佳。

現(xiàn)有的污染土壤電動力學(xué)強化淋洗修復(fù)方法主要存在如下問題：(1)難以有效促使淋洗液從土壤中盡快排出，并避免電阻極化及濃差極化現(xiàn)象，提高電促淋洗對重金屬的去除率；(2)土壤難以避免地出現(xiàn)陽極酸化和陰極堿化，許多研究通過滴加酸堿緩沖劑控制電解液pH值，但這些化學(xué)藥劑的使用對環(huán)境存在潛在危害；(3)原位修復(fù)(in-situ)方法對現(xiàn)場的安裝操作便捷度要求較高，而如何方便快捷地進行電極的現(xiàn)場安裝和使用成為制約因素之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明提出了一種基于電動土工布的土壤重金屬電促淋洗去除裝置及方法，以提升化學(xué)淋洗的作用效果，促進淋洗液的排出，同時有效避免電動修復(fù)過程中土壤酸堿化的問題，且可方便快捷地進行電極的現(xiàn)場安裝和使用。

一種基于電動土工布的土壤重金屬電促淋洗去除裝置，包括水泵、電解液儲液池、重金屬吸附裝置、在重金屬污染土壤中平行間隔埋設(shè)的多個EKG電極以及排水通道，排水通道設(shè)于重金屬污染土壤側(cè)邊且與EKG電極連通，EKG電極中設(shè)有導(dǎo)水槽，水泵、電解液儲液池、重金屬吸附裝置依次通過管道連接，水泵的輸出端通過管道與EKG電極的導(dǎo)水槽的一端連通，導(dǎo)水槽的另一端與排水通道連通，排水通道通過管道與重金屬吸附裝置連接。

進一步的，所述EKG電極包括中空網(wǎng)架、包覆中空網(wǎng)架的電動土工布、設(shè)于電動土工布兩端的電解液進口和電解液出口，電動土工布包覆中空網(wǎng)架后形成所述導(dǎo)水槽，導(dǎo)水槽的兩端分別設(shè)有電解液進口和電解液出口，水泵的輸出端通過管道與EKG電極的電解液進口連接，EKG電極的電解液出口與排水通道連通，排水通道通過管道與重金屬吸附裝置連接。

一種原位土壤重金屬電促淋洗去除方法，所述方法包括如下步驟：

1)土壤中淋洗液的施加：向重金屬污染土壤中施加淋洗劑，將淋洗劑與土壤翻耕混勻，得到含水率為40％-60％的土壤；

2)電動土工布電極材料EKG的布設(shè)：在重金屬污染土壤中平行間隔埋設(shè)兼具導(dǎo)水和導(dǎo)電特性的EKG電極,EKG電極作為電動力學(xué)的陽極和陰極材料，EKG電極中設(shè)有導(dǎo)水槽，水泵的輸出端通過管道與EKG電極的導(dǎo)水槽的一端連通，導(dǎo)水槽的另一端與排水通道連通，排水通道設(shè)于重金屬污染土壤側(cè)邊且與EKG電極連通，排水通道通過管道與重金屬吸附裝置連接，通過水泵向EKG電極中導(dǎo)入清潔水，靜置12-36h至滲透平衡；

3)通電：采用切換電極-循環(huán)沖洗聯(lián)合技術(shù)，EKG電極在0.2-4V/cm的電勢梯度下通電5-10天，每天通電8-12h，重金屬污染土壤中的重金屬通過淋洗解吸到土壤溶液中，帶正電的重金屬通過電遷移作用向陰極遷移，同時也在電滲析作用下隨著孔隙水向陰極遷移，并在陰極材料電動土工布中富集，富集的重金屬通過電解液的循環(huán)沖洗作用遷移出土壤；

4)淋洗劑處理和循環(huán)利用：沖洗出來的電解液通過溢流進入排水通道，陽極和陰極分別產(chǎn)生的酸性和堿性電解液在排水通道(5)中混合后發(fā)生中和，然后流入重金屬吸附裝置中進行重金屬的處理，處理后的淋洗液存儲于電解液儲液池中，并通過水泵的抽取作用循環(huán)回用于沖洗電極。

進一步的，所述EKG電極包括中空網(wǎng)架、包覆中空網(wǎng)架的電動土工布、設(shè)于電動土工布兩端的電解液進口和電解液出口，電動土工布包覆中空網(wǎng)架后形成所述導(dǎo)水槽，導(dǎo)水槽的兩端分別設(shè)有電解液進口和電解液出口，水泵的輸出端通過管道與EKG電極的電解液進口連接，EKG電極的電解液出口與排水通道連通，排水通道通過管道與重金屬吸附裝置連接。

進一步的，所述淋洗劑為酸、鹽、螯合劑、表面活性劑中的一種。

進一步的，所述酸為有機酸或無機酸，所述鹽為FeCl₃，所述螯合劑為EDTA，所述表面活性劑為十二烷基硫酸鈉。

本發(fā)明具有如下優(yōu)點：

(1)本發(fā)明采用具有導(dǎo)電和導(dǎo)水雙重特性的電動土工布材料EKG作為陽極和陰極材料，即可有效導(dǎo)電，又可有效導(dǎo)水以快速排出陰極富集的淋洗液；

(2)電動土工布中空電解液體積容量較小，用泵容易控制電解液流動的速度和污染物的清洗速度，有利于避免電阻極化現(xiàn)象及濃差極化現(xiàn)象，提高電動去除率；

(3)由于電動土工布EKG具有安裝方便、成本低、便于切換電極和電解液清洗的優(yōu)點，所以電動土工布材料能很好的應(yīng)用于切換電極-循環(huán)沖洗聯(lián)合技術(shù)，解決現(xiàn)場出現(xiàn)的土壤酸堿化和重金屬淋洗液不易排出的問題，并且無需加入酸堿中和劑和緩沖溶液控制土壤pH，不對污染土壤造成潛在的環(huán)境污染，具有綠色環(huán)保的特點。

附圖說明

圖1是本發(fā)明基于電動土工布的土壤重金屬電促淋洗去除裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明中EKG電極的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、2、3—EKG電極，4—重金屬污染土壤，5—排水通道，6—水泵，7—電解液儲液池，8—重金屬吸附裝置，9—中空網(wǎng)架，10—電動土工布，11—電解液進口，12—電解液出口。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明中的附圖，對本發(fā)明中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述。

圖1所示為本發(fā)明基于電動土工布的土壤重金屬電促淋洗去除裝置其中一個實施例的結(jié)構(gòu)示意圖，所述基于電動土工布的土壤重金屬電促淋洗去除裝置包括水泵6、電解液儲液池7、重金屬吸附裝置8、在重金屬污染土壤4中平行間隔埋設(shè)的多個EKG電極(1、2、3)以及與EKG電極(1、2、3)連通的設(shè)于重金屬污染土壤4側(cè)邊的排水通道5。

請一并參考圖2，所述EKG電極(1、2、3)包括中空網(wǎng)架9、包覆中空網(wǎng)架9的電動土工布10、設(shè)于電動土工布10兩端的電解液進口11和電解液出口12，所述中空網(wǎng)架9可為長方體狀體，由金屬材料或其他具有支撐力度的材料制成即可，電動土工布10包覆中空網(wǎng)架9后形成一個密閉長形孔道，即導(dǎo)水槽，便于電解液迅速通過電動土工布10由電動土工合成材料(Electrokinetic Geosynthetics，EKG)制成。

水泵6、電解液儲液池7、重金屬吸附裝置8依次通過管道連接，水泵6的輸出端通過管道與EKG電極(1、2、3)的電解液進口11連接，EKG電極(1、2、3)的電解液出口12與排水通道5連通，排水通道5通過管道與重金屬吸附裝置8連接。

重金屬吸附裝置8可以采用小型生態(tài)溝渠，在溝渠內(nèi)填充可有效吸附重金屬的基質(zhì)材料，如生物炭等，并種植對重金屬具有累積作用的濕地植物，如黃花鳶尾、再力花、菖蒲等。

本發(fā)明基于電動土工布的土壤重金屬電促淋洗去除裝置的工作原理為：

首先，向重金屬污染土壤4中施加淋洗劑，所述淋洗劑可為酸(如有機酸、無機酸)、鹽(如FeCl₃)、螯合劑(如EDTA)、表面活性劑(如SDS)中的一種，然后將淋洗劑與土壤用翻耕機混勻，使土壤中的重金屬通過淋洗解吸到土壤溶液中；由于在土壤中平行間隔埋設(shè)有兼具導(dǎo)水和導(dǎo)電特性的電動土工布10，其可作為電動力學(xué)的陽極和陰極材料；在0.2-4V/cm的電勢梯度下采用間歇通電方式，使土壤中帶正電的重金屬通過電遷移作用向陰極遷移，同時也在電滲析作用下隨著孔隙水向陰極遷移，并在陰極材料電動土工布中富集，水泵6開啟，將電解液儲液池7中的電解液泵入EKG電極(1、2、3)內(nèi)，這樣在電動土工布10內(nèi)部富集的重金屬通過電解液的循環(huán)沖洗作用遷移出土壤；沖洗出來的電解液通過溢流進入排水通道5，陽極和陰極分別產(chǎn)生的酸性和堿性電解液在排水通道5中混合后發(fā)生中和，并流入重金屬吸附裝置8中進行重金屬的處理，處理后的淋洗液進入電解液儲液池7，循環(huán)回用于沖洗電極。

本發(fā)明基于電動土工布材料EKG具有導(dǎo)水和導(dǎo)電的特性，結(jié)合電解液混合和電極極性切換，不但能促進淋洗效果，又可有效導(dǎo)水以快速排出陰極富集的淋洗液，還能有效避免電動修復(fù)過程中土壤酸堿化的問題。此外，EKG還具有安裝方便、成本低、耐腐蝕的特性，很好地解決了電極的現(xiàn)場安裝和使用等問題。

本發(fā)明實施例還提供一種基于上述裝置的原位土壤重金屬電促淋洗去除方法，包括以下步驟：

(1)土壤中淋洗液的施加：向重金屬污染土壤4中施加淋洗劑，所述淋洗劑可為酸(如有機酸、無機酸)、鹽(如FeCl₃)、螯合劑(如EDTA)、表面活性劑(SDS，即十二烷基硫酸鈉)中的一種，將淋洗劑與土壤翻耕混勻，得到含水率為40％-60％的土壤；

(2)電動土工布電極材料EKG的布設(shè)：在重金屬污染土壤中4中平行間隔埋設(shè)兼具導(dǎo)水和導(dǎo)電特性的EKG電極(1、2、3),所述EKG電極(1、2、3)包括中空網(wǎng)架9、包覆中空網(wǎng)架9的電動土工布10、設(shè)于電動土工布10兩端的電解液進口11和電解液出口12，其中電動土工布10由電動土工合成材料(Electrokinetic Geosynthetics，EKG)制成，作為電動力學(xué)的陽極和陰極材料，通過水泵6向EKG電極(1、2、3)中導(dǎo)入清潔水(可來自周邊溝渠)，靜置12-36h至滲透平衡；

(3)通電：采用切換電極-循環(huán)沖洗聯(lián)合技術(shù)，在0.2-4V/cm的電勢梯度下通電5-10天，每天通電8-12h，重金屬污染土壤4中的重金屬通過淋洗解吸到土壤溶液中，帶正電的重金屬通過電遷移作用向陰極遷移，同時也在電滲析作用下隨著孔隙水向陰極遷移，并在陰極材料電動土工布中富集，富集的重金屬通過電解液的循環(huán)沖洗作用遷移出土壤，達到污染物和土壤分離的目的；

(4)淋洗劑處理和循環(huán)利用：沖洗出來的電解液通過溢流進入排水通道5，陽極和陰極分別產(chǎn)生的酸性和堿性電解液在排水通道5中混合后發(fā)生中和，然后流入重金屬吸附裝置8中進行重金屬的處理，處理后的淋洗液存儲于電解液儲液池7中，并通過水泵6的抽取作用循環(huán)回用于沖洗電極。

采用定期切換電極-循環(huán)沖洗方式，定期切換陰極和陽極，可以避免陽極和陰極分別發(fā)生土壤酸化和堿化，同時循環(huán)沖洗吸附在電動土工布材料導(dǎo)水槽上的重金屬，可使其盡快遷移出土壤。

以重金屬Cd污染農(nóng)田土壤為對象，本實施例采用基于電動土工布(EKG)的土壤重金屬電促淋洗方法進行污染土壤的處理，方法如下：

(1)加FeCl₃淋洗液：向土壤中加FeCl₃淋洗液，得到含水率為50％左右的土壤；

(2)插入電極材料：在農(nóng)田土壤中平行間隔埋設(shè)EKG電極，作為電動力學(xué)的陽極和陰極材料，向電動土工布材料中導(dǎo)入周邊溝渠的清潔水，靜置12-36h至滲透平衡；

(3)通電：采用切換電極-循環(huán)沖洗聯(lián)合技術(shù)，在1.5V/cm的電勢梯度下間接通電5天，每天通電8h，使農(nóng)田土壤中的Cd通過淋洗解吸到土壤溶液中，并在電場的作用下向陰極富集，然后在電解液循環(huán)沖洗的作用下遷移出土壤。

(4)淋洗劑循環(huán)利用：沖洗出來的電解液通過溢流進入排水通道，再由排水通道依次進入重金屬吸附裝置和電解液儲液池，電解液儲液中的淋洗液循環(huán)回用于沖洗電解液。

以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何屬于本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護范圍為準(zhǔn)。