專利名稱：一種圓筒式布置電極電動(dòng)力修復(fù)裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)保設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種圓筒式布置電極電動(dòng)力修復(fù)裝置和方法。
背景技術(shù)：
近年來大量的制藥廠、化工廠、冶煉廠、機(jī)械設(shè)備廠進(jìn)行了搬遷，留下大量的受重金屬污染的場(chǎng)地，這些土地對(duì)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(cái)力對(duì)受重金屬污染的土壤進(jìn)行修復(fù)。這對(duì)目前的種過是亟待解決的問題。目前針對(duì)重金屬污染的土壤的修復(fù)方法有固定穩(wěn)定化、電動(dòng)力修復(fù)等。對(duì)國內(nèi)已經(jīng)實(shí)施修復(fù)的場(chǎng)地的統(tǒng)計(jì)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，固定穩(wěn)定化得到了應(yīng)用，但是現(xiàn)在的固定穩(wěn)定化技術(shù)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(fēng)險(xiǎn)；而·電動(dòng)力修復(fù)技術(shù)是將金屬離子驅(qū)動(dòng)并向吸附介質(zhì)移動(dòng)，最終金屬離子被吸附介質(zhì)所吸附，從而達(dá)到修復(fù)的目的。在電動(dòng)力修復(fù)方面，首先得弄清楚影響電動(dòng)力運(yùn)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(dòng)力學(xué)法修復(fù)土壤環(huán)境重金屬污染的研究進(jìn)展[J].環(huán)境污染與防治，2004，05:341-344+365-316.)針對(duì)電動(dòng)力修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了研究和展望，他們發(fā)現(xiàn)在運(yùn)用電動(dòng)力修復(fù)時(shí)，主要存在以下幾種問題(I)靠近電動(dòng)力修復(fù)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(xué)者針對(duì)電動(dòng)力修復(fù)技術(shù)在實(shí)際運(yùn)用中存在的問題，展開了一系列的研究，例如陳學(xué)軍(陳學(xué)軍.陽極逼近電動(dòng)力學(xué)法(AA — EK)去除土壤中重金屬的研究[D].上海交通大學(xué)，2006.)針對(duì)陰極堿性不斷增大等因素，提出將陰極固定，隨著處理時(shí)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(fù)效率。陽極逼近實(shí)驗(yàn)中，由于每過一天陽極向陰極逼近3. 6cm,電壓也相應(yīng)下調(diào)3. 6V，所以隨著處理時(shí)間的持續(xù)電流逐漸下降，但是由于電動(dòng)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(chǎng)地運(yùn)用性不強(qiáng)，在修復(fù)場(chǎng)地?zé)o法逐步逼近。因此，這一方法存在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)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(jìn)方案，如申請(qǐng)?zhí)枮?01010104638. I的中國專利申請(qǐng)公開了一種去除土壤中氟污染物的電動(dòng)學(xué)法，它主要是通過在陽極與污染土壤之間設(shè)置陰離子交換膜，阻止陽極產(chǎn)生的H+進(jìn)入電解槽從而避免使污染土壤的酸性增強(qiáng)，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(fù)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(jìn)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(dòng)力學(xué)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(fù)造價(jià)相當(dāng)高。目前我國的電動(dòng)修復(fù)技術(shù)在場(chǎng)地還沒得到實(shí)際的運(yùn)用，大都因?yàn)樾迯?fù)成本過高，或者難以在場(chǎng)地實(shí)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(dòng)力修復(fù)裝置和方法。一種圓筒式布置電極電動(dòng)力修復(fù)裝置，所述的裝置結(jié)構(gòu)如下所述的修復(fù)裝置包括電極液儲(chǔ)存箱、電極液閥門、電極室、電極、電極液流量計(jì)、力口液泵閥門、加液泵、吸附層和外接直流電源；電極液儲(chǔ)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(jì)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(dǎo)線和外接直流電源相連；所述的電極室和電極至少為兩個(gè)，在每?jī)蓚€(gè)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(gè)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(gè)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(gè)相鄰圓環(huán)上的圓弧狀電極室依次錯(cuò)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(qiáng)的介質(zhì)。一種使用上述的圓筒式布置電極電動(dòng)力修復(fù)裝置對(duì)污染場(chǎng)地進(jìn)行修復(fù)的方法，包括如下步驟(I)對(duì)待處理的污染場(chǎng)地進(jìn)行場(chǎng)地調(diào)查，獲取污染場(chǎng)地的面積、水文地質(zhì)條件，污染物種類、物理化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，從而確定污染情況；(2)對(duì)待處理的污染場(chǎng)地進(jìn)行增濕作業(yè)，使待處理的污染場(chǎng)地土壤的含水率控制的209Γ50%之間；當(dāng)增濕需求量小時(shí)，可人工作業(yè)，需求量大時(shí)，安裝管道和泵進(jìn)行機(jī)械增濕；(3)在待處理的污染場(chǎng)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(chǎng)地的污染情況，在待處理的污染場(chǎng)地地面下布置至少兩個(gè)電極室和電極，在每?jī)蓚€(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(gè)相鄰圓環(huán)上的圓弧狀電極室依次錯(cuò)開排列；(4)將步驟(3)安裝好的每個(gè)電極通過導(dǎo)線和外接直流電源相連；將每個(gè)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(chǔ)存箱，依次打開電極液閥門、加液泵閥門和加液泵；待各個(gè)電極室均充滿電極液后，打開直流電源開關(guān)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(chǎng)地的電場(chǎng)強(qiáng)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(dāng)距離其最近的吸附層附近的pH達(dá)到1(Γ12時(shí)變換該電極的極性；如此反復(fù)變換電極，直至待處理的污染場(chǎng)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(dá)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(dòng)力修復(fù)裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，工程造價(jià)低，使用范圍廣，不受場(chǎng)地限制。本發(fā)明提出的一種利用圓筒式布置電極電動(dòng)力修復(fù)裝置修復(fù)污染場(chǎng)地的方法，適合處理各種重金屬污染物，去除率可高達(dá)75%以上；與傳統(tǒng)的電動(dòng)力修復(fù)技術(shù)相比，適用范圍更為廣泛，且具有高效、節(jié)能、快速等特點(diǎn)；對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)率可達(dá)80°/Γ90% ;在運(yùn)行過程中僅需向電極室補(bǔ)充電極液和向電極提供電能，因此，運(yùn)行管理費(fèi)用節(jié)約25 35%。



圖I為本發(fā)明實(shí)施例I的圓筒式布置電極電動(dòng)力修復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例I的圓筒式電極平面布置示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明實(shí)施例I :一種圓筒式布置電極電動(dòng)力修復(fù)裝置，如圖I和圖2所示，電極液儲(chǔ)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(jì)5和加液泵閥門6 ;加液泵7通過管道分別與第一個(gè)電極室31、第二個(gè)電極室32和第三個(gè)電極室33相連；所述的第一個(gè)電極室31、第二個(gè)電極室32和第三個(gè)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(gè)電極41位于第一個(gè)電極室31內(nèi)，第二個(gè)電極42位于第二個(gè)電極室32內(nèi)，第三個(gè)電極43位于第三個(gè)電極室33內(nèi)，每個(gè)電極均分別通過導(dǎo)線和外接直流電源9相連；其中，第二個(gè)電極42、第二個(gè)電極室32為位于同一圓上的多段分割的圓弧狀；第一個(gè)吸附層81靠近第一個(gè)電極室31，二者之間的間距為第一個(gè)電極室31和第二個(gè)電極室32之間距離的1/4 ;第二個(gè)吸附層82靠近第二個(gè)電極室32，二者之間的間距為第二個(gè)電極室32和第三個(gè)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(dòng)力修復(fù)裝置對(duì)污染場(chǎng)地進(jìn)行修復(fù)的方法，步驟如下(I)待處理的污染場(chǎng)地的具體情況如下污染場(chǎng)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(duì)待處理的污染場(chǎng)地進(jìn)行增濕作業(yè)，使待處理的污染場(chǎng)地土壤的含水率控制的209Γ50%之間；當(dāng)增濕需求量小時(shí)，可人工作業(yè)，需求量大時(shí)，安裝管道和泵進(jìn)行機(jī)械增濕；(3)在待處理的污染場(chǎng)地安裝電極室和電極根據(jù)待處理的污染場(chǎng)地的實(shí)際情況，在待處理的污染場(chǎng)地地面下布置3個(gè)電極室和3個(gè)電極；其中，第一個(gè)電極41位于第一個(gè)電極室31內(nèi)，第二個(gè)電極42位于第二個(gè)電極室32內(nèi)，第三個(gè)電極43位于第三個(gè)電極室33內(nèi)，每個(gè)電極均分別通過導(dǎo)線和外接直流電源9相連；所述的第一個(gè)電極室31、第二個(gè)電極室32和第三個(gè)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(gè)電極42、第二個(gè)電極室32均為位于同一圓上的多段分割的圓弧狀；第一個(gè)吸附層81靠近第一個(gè)電極室31，二者之間的間距為第一個(gè)電極室31和第二個(gè)電極室32之間距離的1/4 ;第二個(gè)吸附層82靠近第二個(gè)電極室32，二者之間的間距為第二個(gè)電極室32和第三個(gè)電極室33之間距離的1/4 ;其中，第一個(gè)電極室31位于待處理的污染場(chǎng)地被污染最嚴(yán)重的地區(qū)；(4)將步驟(3)安裝好的每個(gè)電極通過導(dǎo)線和外接直流電源9相連；將每個(gè)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(chǔ)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(gè)電極室均充滿電極液后，打開直流電源開關(guān)給電極通電，使待處理的污染場(chǎng)地的電場(chǎng)強(qiáng)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(dāng)距離其最近的吸附層附近的PH達(dá)到1(Γ12時(shí)變換該電極的極性；如此反復(fù)變換電極，直至待處理的污染場(chǎng)地里的重金屬離子都被吸附到吸附層上的吸附材料上，當(dāng)吸附層的吸附材料達(dá)到吸附飽和時(shí)，更換吸附材料就可以將重金屬從土壤中去除，從而達(dá)到去除重金屬的目的。
權(quán)利要求
1.一種圓筒式布置電極電動(dòng)力修復(fù)裝置，包括電極液儲(chǔ)存箱、加液泵、電極室和電極、吸附層；其特征在于，電極液儲(chǔ)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(dǎo)線和外接直流電源相連，每個(gè)電極室內(nèi)有一個(gè)電極；所述的電極室和電極至少為兩個(gè)，在每?jī)蓚€(gè)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(quán)利要求I所述的裝置，其特征在于，電極液儲(chǔ)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(jì)和加液泵閥門。
3.根據(jù)權(quán)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(gè)共同的圓心，吸附層靠近內(nèi)側(cè)的電極室的距離為兩個(gè)相鄰的電極室之間距離的1 /4。
4.根據(jù)權(quán)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(gè)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(gè)相鄰圓環(huán)上的圓弧狀電極和電極室依次錯(cuò)開排列。
5.根據(jù)權(quán)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(dòng)力修復(fù)裝置對(duì)污染場(chǎng)地進(jìn)行修復(fù)的方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)對(duì)待處理的污染場(chǎng)地進(jìn)行場(chǎng)地調(diào)查，獲取污染場(chǎng)地的面積、水文地質(zhì)條件，污染物種類、物理化學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，從而確定污染情況； (2)對(duì)待處理的污染場(chǎng)地進(jìn)行增濕作業(yè)，使待處理的污染場(chǎng)地土壤的含水率控制的20% 50%之間； (3)在待處理的污染場(chǎng)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(chǎng)地的污染情況，在待處理的污染場(chǎng)地地面下布置至少兩個(gè)電極室和電極，在每?jī)蓚€(gè)相鄰的電極室之間布置吸附層； (4)將步驟(3)安裝好的每個(gè)電極通過導(dǎo)線和外接直流電源相連；將每個(gè)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(chǔ)存箱，依次打開電極液閥門、加液泵閥門和加液泵；待各個(gè)電極室均充滿電極液后，打開直流電源開關(guān)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(dāng)距離其最近的吸附層附近的PH達(dá)到1(Γ12時(shí)變換該電極的極性；如此反復(fù)變換電極，直至待處理的污染場(chǎng)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(dá)到去除重金屬的目的。
7.根據(jù)權(quán)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(gè)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(gè)相鄰的電極室之間距離的1/4。
8.根據(jù)權(quán)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(gè)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(gè)相鄰圓環(huán)上的圓弧狀電極室依次錯(cuò)開排列。
9.根據(jù)權(quán)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(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，待處理的污染場(chǎng)地的電場(chǎng)強(qiáng)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(dòng)力修復(fù)裝置和方法，屬于環(huán)保設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的裝置由電極液儲(chǔ)存箱、電極液閥門、至少兩個(gè)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(jì)、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(duì)待處理的污染場(chǎng)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(chǎng)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(dá)到去除重金屬的目的。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，工程造價(jià)低，使用范圍廣；本發(fā)明提供的方法具有經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能、快速等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)B09C1/00GK102941217SQ201210461490
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月15日
發(fā)明者何理, 楊琦, 張一梅, 盧宏瑋 申請(qǐng)人:華北電力大學(xué)