土壤中非水相液體污染物的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種土壤中非水相液體污染物的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)及方法。該系統(tǒng)由電極井、導(dǎo)電電極、絕緣電極及電源控制系統(tǒng)構(gòu)成，還可以進(jìn)一步設(shè)置注入液混合裝置、注入泵、注入井及抽吸井。本發(fā)明針對(duì)土壤的非水相液體污染，通過施加非均勻變頻電場，輔以表面活性劑的增溶作用，對(duì)非水相污染物產(chǎn)生電滲、電泳和介電電泳效應(yīng)，作為污染物的遷移驅(qū)動(dòng)力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤中非水相液體污染物的遷移方向的改變和控制。以達(dá)到對(duì)土壤和地下水中非水相液體污染物的增溶，控制遷移，最終富集并去除的目的。此外本發(fā)明還可用于將非水相液體的污染范圍控制在特定的空間區(qū)域內(nèi)部或外部。
【專利說明】土壤中非水相液體污染物的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及土壤污染控制和修復(fù)技術(shù)，具體涉及一種土壤中非水相液體污染物的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，一些自然或人工合成物質(zhì)不斷進(jìn)入土壤表層和含水層，如垃圾填埋滲漏，油井開采等，造成土壤環(huán)境污染事故不斷發(fā)生。土壤化學(xué)污染物中，大部分具有“三致”效應(yīng)(致癌、致畸和致突變)，這些物質(zhì)對(duì)土壤、地下水、生物等介質(zhì)造成持久性污染，危及生態(tài)系統(tǒng)和人體健康。大部分有機(jī)物在水中的溶解度很小，通常稱這類污染物為非水相液體(non-aqueous phase liquids, NAPLs)。非水相液體與其接觸的水相遷移速度較慢，加之和地下水的不同流動(dòng)狀態(tài)，非水相液體在地下水中的含量通常低于其溶解度的10%，且在地下呈不規(guī)則分布，其遷移和擴(kuò)散過程也難以預(yù)測(cè)。目前較成熟的非水相液體污染修復(fù)技術(shù)主要包括抽出處理技術(shù)(pump-and-treat, PAT)、滲透性反應(yīng)墻技術(shù)(permeable reactive barrier, PRB)、注氣-氣提處理技術(shù)(air sparging/soil vaporextract1n)、生物修復(fù)技術(shù)(b1remediat1n)、表面活性劑增強(qiáng)修復(fù)技術(shù)(surfactantenhanced remediat1n)等。
[0003]表面活性劑增強(qiáng)修復(fù)技術(shù)中，表面活性劑可以通過增溶或增流兩種途徑提高污染物的去除率。由于加入了表面活性劑與水，非水相液體可以形成Winsor I型微乳液。在水-非水相液體混合物中加入的表面活性劑可顯著降低水-非水相液體的界面張力，且當(dāng)其濃度超過CMC (臨界膠束濃度)后，將形成膠束。親水型的表面活性劑易溶于水相中，形成Winsor I型微乳液體系,而親油型的表面活性劑則易溶于非水相液體中，形成Winsor II型微乳液體系。當(dāng)表面活性劑的親水、親油性相當(dāng)時(shí)，則形成雙連續(xù)相微乳液，即Winsor III型微乳液體系。對(duì)于Winsor I型微乳液體系，膠束中表面活性劑分子的親水端向外，親油端向內(nèi)，形成一個(gè)親油的膠束核微環(huán)境，從而將非水相液體增溶到膠束內(nèi)部，達(dá)到增溶的目的。通過該增溶方法，可極大地提高非水相液體在水中的表觀溶解度。而在Winsor III型微乳液體系中，水/非水相液體間形成超低界面張力，使得滯流非水相液體的毛細(xì)管力大大下降，極大地提高了非水相液體在地下介質(zhì)中的流動(dòng)性，從而達(dá)到增流的目的。
[0004]電動(dòng)力學(xué)修復(fù)主要應(yīng)用于以離子或帶電粒子的形式存在于地下水中的污染物去除。其方法為將電極插入處理區(qū)的兩端并通以低壓直流電場，在電極兩端富集并除去土壤中的污染物。施加電場的主要作用有:(1)電解產(chǎn)生的氫離子將土壤中結(jié)合態(tài)的污染物轉(zhuǎn)化為自由離子態(tài)，使其便于在電場中遷移。(2)提供污染物遷移的原動(dòng)力。電動(dòng)力學(xué)修復(fù)的機(jī)理包括:1.電泳:根據(jù)帶電粒子所帶電荷的正負(fù)分別向陰極和陽極遷移；2.電滲:土壤空隙流體在電場作用下由陽極向陰極的流動(dòng)。3.介電電泳:根據(jù)不帶電粒子的介電特性在非均勻電場內(nèi)的定向流動(dòng)。
[0005]一般而言，污染土壤或地下水中的非水相液體的溶解度極低，且不導(dǎo)電，因此無法通過電動(dòng)力學(xué)方法修復(fù)。表面活性劑增強(qiáng)修復(fù)技術(shù)雖然可以達(dá)到增溶增流的目的，但無法富集污染物或改變污染物流向，還會(huì)導(dǎo)致污染物加速擴(kuò)散，需要布置大量抽吸井以去除污染物，防止地下水二次污染，控制擴(kuò)散風(fēng)險(xiǎn)。因此，將表面活性劑與電動(dòng)力方法相結(jié)合的修復(fù)方法得到了本領(lǐng)域研究人員的重視。
[0006]CN102896143A公開了一種電動(dòng)表面活性劑聯(lián)合修復(fù)污染土壤實(shí)驗(yàn)裝置，該裝置在表面活性劑洗脫作用下使原本固著于污染土壤中的多氯聯(lián)苯進(jìn)入洗脫液中，含多氯聯(lián)苯洗脫液在重力的作用下向下部遷移。由于受電場產(chǎn)生的電滲、電泳等電動(dòng)效應(yīng)影響，驅(qū)動(dòng)含多氯聯(lián)苯洗脫液沿電場方向定向遷移，從而將污染物富集至電極區(qū)。
[0007]CN203253713U公開了一種用于電動(dòng)修復(fù)污染土壤的二維非均勻電場實(shí)驗(yàn)裝置，該二維非均勻電場實(shí)驗(yàn)裝置能夠很好地模擬污染土壤修復(fù)情況，便于實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)各種電動(dòng)力參數(shù)，并有利于污染物的去除、節(jié)約能耗且系統(tǒng)穩(wěn)定性高。
[0008]然而，上述專利前案的根本原理都是基于電泳和電滲，因此在不帶電污染物較多或地下水流速較大的情況下效果有限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種土壤中非水相液體污染物的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)及方法，通過施加非均勻變頻電場，在電泳和電滲的基礎(chǔ)上加強(qiáng)介電電泳作用，以實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤中非水相液體污染物的高效控制與修復(fù)。
[0010]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種土壤中非水相液體污染物的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)，包括至少兩個(gè)電極井、至少兩個(gè)導(dǎo)電電極、至少兩個(gè)絕緣電極以及電源控制系統(tǒng)；各電極安裝于電極井內(nèi)，導(dǎo)電電極直接與液體接觸，絕緣電極通過包裹的絕緣物質(zhì)與液體絕緣；且各電極與電源控制系統(tǒng)電相連，一支電極作為陰極或陽極與另一支或多支電極成對(duì)，并且導(dǎo)電電極與絕緣電極分別成對(duì)；對(duì)導(dǎo)電電極供電的是直流電，對(duì)絕緣電極供電的是交流電。
[0011]使用該電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)的方法為:對(duì)電極井內(nèi)的電極進(jìn)行供電，產(chǎn)生直流電場以及非均勻的變頻電場，促進(jìn)非水相液體污染物的定向遷移；根據(jù)修復(fù)計(jì)劃和監(jiān)測(cè)結(jié)果改變供電電極的位置及其供電方案，最終將富含非水相液體污染物富集至指定區(qū)域。
[0012]優(yōu)選地，該方法具體可以包括如下步驟:
a、根據(jù)現(xiàn)場土壤污染情況，水文地質(zhì)信息，軟件模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)修復(fù)方案，布置電極井，并安裝導(dǎo)電電極和絕緣電極，形成至少一對(duì)成對(duì)導(dǎo)電電極及至少一對(duì)成對(duì)絕緣電極；
b、在地面安裝電源控制系統(tǒng)；
d、根據(jù)修復(fù)方案，對(duì)導(dǎo)電電極供電；
e、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)絕緣電極供電，該步驟與步驟d同時(shí)進(jìn)行； 1、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，終止一切修復(fù)作業(yè)。
[0013]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括注入液混合裝置以及注入泵；該注入液混合裝置通過該注入泵與其中一個(gè)電極井連接，該與注入液混合裝置連接的電極井作為注入井，注入井內(nèi)安裝所述的導(dǎo)電電極。
[0014]優(yōu)選地，所述的注入井安裝于非水相污染物聚集區(qū)域。
[0015]優(yōu)選地，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括污水處理系統(tǒng)，該污水處理系統(tǒng)通過真空泵與其中一個(gè)電極井連接，該與污水處理系統(tǒng)連接的電極井作為抽吸井；該抽吸井內(nèi)安裝所述的導(dǎo)電電極。
[0016]優(yōu)選地，所述的抽吸井安裝于地下水流向的下游。
[0017]優(yōu)選地，所述的電極井內(nèi)安裝的電極部分或全部浸沒于液位以下。
[0018]使用上述電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)的方法為:通過注入井向地下注入含有表面活性劑的液體，促進(jìn)非水相液體污染物乳液的形成；對(duì)電極井內(nèi)的電極進(jìn)行供電，產(chǎn)生直流電場以及非均勻的變頻電場，促進(jìn)非水相液體污染物乳液的定向遷移；根據(jù)修復(fù)計(jì)劃和監(jiān)測(cè)結(jié)果改變供電電極的位置及其供電方案，注入液的配方和注入方案；最終將富含非水相液體污染物富集至指定區(qū)域。
[0019]優(yōu)選地，該方法具體可以包括如下步驟:
a、根據(jù)現(xiàn)場土壤污染情況，水文地質(zhì)信息，軟件模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)修復(fù)方案，布置初始抽吸井、電極井和注入井，并安裝導(dǎo)電電極和絕緣電極，形成至少一對(duì)成對(duì)導(dǎo)電電極及至少一對(duì)成對(duì)絕緣電極；
b、在地面安裝污水處理系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)、注入液混合裝置及注入泵；
C、針對(duì)現(xiàn)場土壤和污染物特性，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇合適的注入液成分和配比，調(diào)整到合適的PH值，粘度和溫度，加入注入液混合裝置，通過注入泵注入到注入井；
d、根據(jù)修復(fù)方案，對(duì)導(dǎo)電電極供電；
e、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)絕緣電極供電，該步驟與步驟d同時(shí)進(jìn)行；
f、當(dāng)注入井與抽吸井內(nèi)地下水水位差小于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)抽吸井進(jìn)行液體抽提作業(yè)；
g、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，當(dāng)注入井及周邊區(qū)域內(nèi)的非水相液體自由相濃度達(dá)到修復(fù)目標(biāo)后，逐漸降低注入液濃度和/或流量；
h、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，當(dāng)注入井及周邊區(qū)域內(nèi)的地下水中的非水相液體濃度達(dá)到修復(fù)目標(biāo)后，逐漸降低注入液的濃度直至使用清水，并且逐漸降低注入井和抽吸井內(nèi)的導(dǎo)電電極間的電壓梯度或電流密度和供電時(shí)間；
1、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，終止一切修復(fù)作業(yè)。
[0020]優(yōu)選地，通過電源控制系統(tǒng)設(shè)定成對(duì)導(dǎo)電電極之間的電壓梯度或電流密度；即在任何時(shí)刻，任何成對(duì)導(dǎo)電電極之間的電壓梯度被設(shè)定，使其電壓梯度在(T500V/m的范圍內(nèi)；或者，任何成對(duì)導(dǎo)電電極之間的電流密度被設(shè)定，使其電流密度在(T20mA/Cm2的范圍內(nèi)；并且，任何成對(duì)導(dǎo)電電極之間的電極極性可被反轉(zhuǎn)。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述電壓梯度或電流密度隨時(shí)間的變化是恒定的、漸變的、多平臺(tái)式的或脈沖式的，或者它們的組合形成的周期。
[0022]優(yōu)選地，通過電源控制系統(tǒng)設(shè)定成對(duì)絕緣電極之間的電壓梯度和交變頻率；即在任何時(shí)刻，任何成對(duì)絕緣電極之間的電壓梯度被設(shè)定，使其電壓梯度在(T5000V/m的范圍內(nèi)，并且交流電源頻率在1HflOMHz的范圍內(nèi)被設(shè)定。
[0023]優(yōu)選地，若在步驟h后抽吸井及周邊區(qū)域內(nèi)的出現(xiàn)非水相流體自由相且濃度下降緩慢，則需要進(jìn)行第二階段修復(fù)，即在抽吸井和注入井之間的地下水流向上，在污染濃度開始增高的位置，增設(shè)新的注入井或電極井，重復(fù)步驟a-1。
[0024]采用上述方案后，本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明結(jié)合了表面活性劑與電動(dòng)力修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，針對(duì)土壤的非水相液體污染，通過施加非均勻變頻電場，輔以表面活性劑的增溶作用，對(duì)非水相污染物產(chǎn)生電滲、電泳和介電電泳效應(yīng)，作為污染物的遷移驅(qū)動(dòng)力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤中非水相液體污染物的遷移方向的改變和控制，以達(dá)到對(duì)土壤和地下水中非水相液體污染物的增溶，控制遷移，最終富集并去除的目的。最終實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤中非水相液體污染物的高效控制與修復(fù)。其特點(diǎn)是在不改變地下水流向的情況下，實(shí)現(xiàn)非水相液體污染物增溶、乳化、加速遷移和富集。與傳統(tǒng)表面活性劑和電動(dòng)力修復(fù)方法相比，具有減少抽吸井?dāng)?shù)量、提高抽出液濃度、加快非帶電污染物遷移、控制污染擴(kuò)散的優(yōu)勢(shì)。此外，本發(fā)明還可用于需要將非水相液體污染范圍控制在特定的空間區(qū)域內(nèi)部或外部的案例。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為本發(fā)明所述土壤中非水相液體污染物的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)的示意圖； 圖2為應(yīng)用本發(fā)明系統(tǒng)及方法的具體實(shí)例示意圖。
[0026]附圖標(biāo)記說明:
1-污水處理系統(tǒng)、2-電源控制系統(tǒng)、3-注入液混合裝置、4-注入泵、5-抽吸井、6-注入井、7-電極井、7'-電極井、7"-電極井、8-導(dǎo)電電極、9-絕緣電極、10-非飽和帶內(nèi)的非水相液體自由相、11-非水相液體自由相在飽和帶表面形成的液膜、12-地下水流向、A-修復(fù)前受污染區(qū)域、B-修復(fù)中受污染區(qū)域、C-修復(fù)后受污染區(qū)域。

【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述。
[0028]本發(fā)明所揭示的是一種土壤中非水相液體污染物的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)，如圖1所示，為本發(fā)明的較佳實(shí)施例。所述的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)包括至少兩個(gè)電極井、至少兩個(gè)導(dǎo)電電極8、至少兩個(gè)絕緣電極9以及電源控制系統(tǒng)2 ;各電極(包括導(dǎo)電電極8及絕緣電極9)安裝于電極井內(nèi)，導(dǎo)電電極8直接與液體接觸，絕緣電極9通過包裹的絕緣物質(zhì)與液體絕緣；且各電極與電源控制系統(tǒng)2電相連，一支電極作為陰極或陽極與另一支或多支電極成對(duì)，并且導(dǎo)電電極8與絕緣電極9分別成對(duì)；對(duì)導(dǎo)電電極8供電的是直流電，對(duì)絕緣電極9供電的是交流電，從而成對(duì)絕緣電極9所安裝的空間位置為可在電極間的空間形成非均勻電場。此外，電極井內(nèi)安裝的電極可以部分或全部浸沒于液位以下。
[0029]進(jìn)一步的，所述系統(tǒng)還可以設(shè)置污水處理系統(tǒng)1、注入液混合裝置3以及注入泵4。所述污水處理系統(tǒng)I通過真空泵與其中一個(gè)電極井連接，這個(gè)電極井即作為抽吸井5，抽吸井5 —般安裝于地下水流向的下游。設(shè)置抽吸井5的作用是創(chuàng)造水位差，以使流體向抽吸井流動(dòng)，若水位差足夠，則不需要開泵，待更多流體遷移到抽吸井(即水位差小于設(shè)定值)時(shí)，再抽提。如現(xiàn)實(shí)情況是水位差永遠(yuǎn)小于設(shè)定值，則可以一直抽提。抽吸井5內(nèi)一般安裝的是導(dǎo)電電極8。所述的注入液混合裝置3通過注入泵4與其中一個(gè)電極井連接，這個(gè)電極井即作為注入井6，注入井6 —般安裝于非水相污染物聚集區(qū)域。注入井6內(nèi)一般也安裝導(dǎo)電電極8。設(shè)置注入井6的目的是為了注入包含有表面活性劑的注入液，以對(duì)非水相液體污染物進(jìn)行增溶及乳化。若修復(fù)目標(biāo)并不需要去除非水相液體污染物，而只需將非水相液體污染范圍控制在特定的空間區(qū)域內(nèi)部或外部，則不需要設(shè)置注入井6、注入液混合裝置3或者抽吸井5、污水處理系統(tǒng)I。此時(shí)，只需根據(jù)地下水流場，污染物成分的電學(xué)特性和分布，設(shè)置導(dǎo)電或絕緣電極，引導(dǎo)除非水相液體污染物離開或進(jìn)入特定空間區(qū)域。
[0030]圖1中實(shí)施例，除抽吸井5及注入井7以外的電極井為普通的電極井7，普通電極井7 —般安裝于注入井6和抽吸井5之間，其內(nèi)可以安裝導(dǎo)電電極8也可以安裝絕緣電極9，某一個(gè)電極井內(nèi)也可以同時(shí)安裝一支或以上的導(dǎo)電電極8或/和絕緣電極9。導(dǎo)電電極8一般安裝于地下水流向或設(shè)計(jì)污染物的遷移方向上的電極井內(nèi)。絕緣電極9 一般安裝于需要防止污染物擴(kuò)散的位置上的電極井內(nèi)。
[0031]圖1中，其他標(biāo)號(hào)為:非飽和帶內(nèi)的非水相液體自由相10，在垂向遷移至地下水水面后，縱向擴(kuò)散形成自由相液膜11，12為地下水流向。
[0032]使用本發(fā)明所述電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)的方法可以包括以下兩種，對(duì)于修復(fù)目標(biāo)并不需要去除非水相液體污染物，而只需將非水相液體污染范圍控制在特定的空間區(qū)域內(nèi)部或外部時(shí)，控制與修復(fù)方法為:對(duì)電極井內(nèi)的電極進(jìn)行供電，產(chǎn)生直流電場以及非均勻的變頻電場，促進(jìn)非水相液體污染物的定向遷移；根據(jù)修復(fù)計(jì)劃和監(jiān)測(cè)結(jié)果改變供電電極的位置及其供電方案，最終將富含非水相液體污染物富集至指定區(qū)域。
[0033]對(duì)于修復(fù)目標(biāo)既需要去除非水相液體污染物，又需要定向遷移時(shí)，使用所述電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)的方法為:通過注入井向地下注入含有表面活性劑的液體，促進(jìn)非水相液體污染物乳液的形成；對(duì)電極井內(nèi)的電極進(jìn)行供電，產(chǎn)生直流電場以及非均勻的變頻電場，促進(jìn)非水相液體污染物乳液的定向遷移；根據(jù)修復(fù)計(jì)劃和監(jiān)測(cè)結(jié)果改變供電電極的位置及其供電方案，注入液的配方和注入方案；最終將富含非水相液體污染物富集至指定區(qū)域。
[0034]更具體而言，使用本發(fā)明所述電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)的方法可以包括下述步驟:
a、根據(jù)現(xiàn)場土壤污染情況，水文地質(zhì)信息，軟件模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)修復(fù)方案，布置初始抽吸井5、電極井7和注入井6，并安裝導(dǎo)電電極8和絕緣電極9。在某些情況下，如只需控制污染物遷移方向但不抽提污染物進(jìn)行處理，可以不安裝抽吸井5或注入井6。但是，本發(fā)明至少需要在兩個(gè)井眼內(nèi)布置導(dǎo)電電極8及絕緣電極9，以形成至少一對(duì)成對(duì)導(dǎo)電電極及至少一對(duì)成對(duì)絕緣電極。
[0035]b、在地面安裝污水處理系統(tǒng)1、電源控制系統(tǒng)2、注入液混合裝置3及注入泵4。以上裝置都可以根據(jù)本領(lǐng)域的基本知識(shí)設(shè)計(jì)和安裝。在某些情況下，如果只需控制污染物遷移方向但不抽提污染物進(jìn)行處理，可以不安裝污水處理系統(tǒng)I或注入液混合裝置3和注入泵4。
[0036]C、針對(duì)現(xiàn)場土壤和污染物特性，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇合適的注入液成分和配t匕，如表面活性劑、醇、電解質(zhì)、氧化物、離子螯合物以及生物制劑等，調(diào)整到合適的pH值，粘度和溫度，加入注入液混合裝置3，通過注入泵4注入注入井6。如果只需控制污染物遷移方向，則可不需要此步驟。
[0037]d、根據(jù)修復(fù)方案，對(duì)導(dǎo)電電極8供電，該供電方案可以是電壓控制或電流控制的。對(duì)于電壓控制時(shí)，在任何時(shí)刻，任何成對(duì)導(dǎo)電電極之間的電壓梯度在0?500V/m范圍內(nèi)可調(diào)；對(duì)于電流控制時(shí)，在任何時(shí)刻，任何成對(duì)導(dǎo)電電極之間的電流密度在(T20mA/Cm2范圍內(nèi)可調(diào)。電壓梯度或電流密度隨時(shí)間的變化可以是恒定的、漸變的、多平臺(tái)式的、脈沖式的或其他類似形式，也可以是它們的組合形成的周期。而且任何成對(duì)導(dǎo)電電極極性也可按需調(diào)難
iF.0
[0038]e、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)絕緣電極9供電，其供電方案為:在任何時(shí)亥|J，任何成對(duì)絕緣電極之間的電壓梯度被設(shè)定，使其電壓梯度在(T5000V/m的范圍內(nèi)，并且交流電源頻率可在1HflOMHz的范圍內(nèi)被設(shè)定。對(duì)特定的土壤和污染物特性，可通過計(jì)算和實(shí)踐得到其最佳頻率范圍。一般地，根據(jù)非水相污染物的介電特性，其粒子將向電場密度減小方向，即遠(yuǎn)離絕緣電極方向遷移。該供電方案與步驟d中的供電方案可同時(shí)進(jìn)行。
[0039]f、啟動(dòng)抽吸井5進(jìn)行液體抽提作業(yè)。抽出并處理后的污水可用于注入液的調(diào)配。一般地，當(dāng)注入井6與抽吸井5內(nèi)地下水水位差小于某值時(shí)可啟動(dòng)該步驟。也可根據(jù)具體的修復(fù)目的和現(xiàn)場情況采用其他啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。
[0040]g、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，逐漸降低注入液濃度和/或流量。一般地，當(dāng)注入井6及周邊區(qū)域內(nèi)的非水相液體自由相濃度達(dá)到修復(fù)目標(biāo)后，可啟動(dòng)該步驟。也可根據(jù)具體的修復(fù)目的和現(xiàn)場情況采用其他啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。
[0041]h、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，逐漸降低注入液的濃度直至使用清水，并且逐漸降低注入井6和抽吸井5內(nèi)的導(dǎo)電電極8間的電壓梯度或電流密度和供電時(shí)間。一般地，當(dāng)注入井6及周邊區(qū)域內(nèi)的地下水中的非水相液體濃度達(dá)到修復(fù)目標(biāo)后，可啟動(dòng)該步驟。也可根據(jù)具體的修復(fù)目的和現(xiàn)場情況采用其他啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。
[0042]1、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，終止一切修復(fù)作業(yè)。一般地，當(dāng)抽吸井5、電極井7、注入井6及處理區(qū)域內(nèi)的非水相流體自由相和地下水中的非水相液體濃度和分布達(dá)到修復(fù)目標(biāo)后，可終止作業(yè)。也可根據(jù)具體的修復(fù)目的和現(xiàn)場情況采用其他結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)。
[0043]j、特別地，若在步驟h后抽吸井5及周邊區(qū)域內(nèi)的出現(xiàn)非水相流體自由相且濃度下降緩慢，則需要進(jìn)行第二階段修復(fù)。即在抽吸井5和注入井6之間的地下水流向上，在污染濃度開始增高的位置，增設(shè)新的注入井或電極井，重復(fù)步驟a-1。
[0044]k、特別地，若修復(fù)目標(biāo)并不需要去除非水相液體污染物，而只需將非水相液體污染范圍控制在特定的空間區(qū)域內(nèi)部或外部。則注入井6、抽吸井5或污水處理系統(tǒng)I可以不是必須的。需根據(jù)地下水流場，污染物成分的電學(xué)特性和分布，設(shè)置導(dǎo)電或絕緣電極，引導(dǎo)除非水相液體污染物離開或進(jìn)入特定空間區(qū)域。其操作方法可通過上述已公開的方法，基于本領(lǐng)域內(nèi)的基本知識(shí)得出。
[0045]下面通過一個(gè)具體實(shí)例對(duì)本發(fā)明所述的系統(tǒng)及方法進(jìn)行說明，但是本發(fā)明并不局限于該實(shí)例中描述的應(yīng)用范圍和操作參數(shù)選擇范圍。
[0046]如圖2所示，本實(shí)施例的修復(fù)土壤為某市加油站地下儲(chǔ)罐泄漏污染的土壤，泄漏源已移除，修復(fù)之前的石油污染物主要分布于圖2中的A區(qū)域內(nèi)，修復(fù)目標(biāo)為清除土壤中的石油污染物自由相，修復(fù)場地如圖2所示，圖中包括:注入井6、電極井7、電極井T、電極井7"、抽吸井5、修復(fù)前受污染區(qū)域A、修復(fù)中受污染區(qū)域B以及修復(fù)后受污染區(qū)域C。
[0047]首先根據(jù)現(xiàn)場土壤污染情況和水文地質(zhì)信息設(shè)計(jì)修復(fù)方案，地下水位見圖2。布置抽吸井5、電極井7和注入井6 (具體位置見圖2)。在抽吸井5、電極井7和注入井6內(nèi)安裝導(dǎo)電電極，在電極井7'和電極井7"內(nèi)安裝絕緣電極。在地面安裝污水處理系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)、注入液混合裝置及注入泵。
[0048]注入液成分包括質(zhì)量比1:9的十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)和Tween80，濃度可在1000-10000mg/L間調(diào)整；聚乙二醇(PEG400)，濃度可在0_500mg/L間調(diào)整；氫氧化鈉60mg/L ;過氧化氫20mg/L ;磷酸二氫鉀20mg/L和硝酸鉀10mg/L。初始注入流量為0.5噸/天。
[0049]開始注入第I天后,對(duì)電極井7和注入井6內(nèi)的電極供電，電極為棒狀碳纖維材料，電壓梯度控制在20V/m ;同時(shí)啟動(dòng)抽吸井真空泵。開始注入10天后，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明注入井6附近的石油污染物自由相厚度降低；電極井7中出現(xiàn)自由相，其地下水中的石油污染物濃度升高。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果和本領(lǐng)域相關(guān)常識(shí)，認(rèn)為地下水中的石油污染物污染范圍擴(kuò)散至圖2中的區(qū)域B。
[0050]由于主要采用了非離子型表面活性劑，因此待去除污染物粒子所帶電荷較少。為防止污染物擴(kuò)散，增設(shè)電極井7'和7"(見圖2)，兩電極井內(nèi)安裝絕緣電極。在上段步驟的同時(shí)，對(duì)電極井7'、7"內(nèi)的絕緣電極提供IkMHz的200V/m的交流電，使非帶電污染物無法向電極所在方向(即電場密度增強(qiáng)方向)擴(kuò)散。對(duì)抽吸井5和電極井7內(nèi)的電極供電，電壓梯度控制在20V/m，其供電時(shí)間與對(duì)電極井7和注入井6內(nèi)的電極的供電時(shí)間之比為1:1。同時(shí)繼續(xù)進(jìn)行注入和抽吸。第25天后，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明注入井6附近的石油污染物自由相厚度消失；電極井7中仍有少量自由相；抽吸井5中地下水中的石油污染物濃度升高；電極井T、7"中的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)波動(dòng)較小。
[0051]之后，按為0.2噸/天的流量分別向電極井7和注入井6中注入注入液。對(duì)抽吸井5和電極井7內(nèi)的電極供電的供電時(shí)間與對(duì)電極井7和注入井6內(nèi)的電極的供電時(shí)間之比改為3:1。第35天后，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明注入井6中地下水中各類石油污染濃度與修復(fù)前降低95%以上；電極井7中的石油污染物自由相厚度消失，其地下水中各類石油污染濃度與于修復(fù)之前的濃度相當(dāng)；抽吸井5中未出現(xiàn)自由相，其地下水中的石油污染物濃度為2.4mg/g;電極井7'、7"中的各項(xiàng)監(jiān)測(cè)指標(biāo)波動(dòng)較小。由此推測(cè)絕大部分自由相已被清除，但仍有少量污染物存在于圖2中的區(qū)域C內(nèi)的地下水中，之后隨著地下水流動(dòng)可被繼續(xù)稀釋和降解。因此認(rèn)為達(dá)到修復(fù)目標(biāo)，停止修復(fù)作業(yè)。
[0052]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明的技術(shù)范圍作任何限制，故但凡依本發(fā)明的權(quán)利要求和說明書所做的變化或修飾，皆應(yīng)屬于本發(fā)明專利涵蓋的范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種土壤中非水相液體污染物的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于:包括至少兩個(gè)電極井、至少兩個(gè)導(dǎo)電電極(8)、至少兩個(gè)絕緣電極(9)以及電源控制系統(tǒng)(2);各電極安裝于電極井內(nèi)，導(dǎo)電電極直接與液體接觸，絕緣電極通過包裹的絕緣物質(zhì)與液體絕緣；且各電極與電源控制系統(tǒng)電相連，一支電極作為陰極或陽極與另一支或多支電極成對(duì)，并且導(dǎo)電電極與絕緣電極分別成對(duì)；對(duì)導(dǎo)電電極供電的是直流電，對(duì)絕緣電極供電的是交流電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的土壤中非水相液體污染物的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于:進(jìn)一步包括污水處理系統(tǒng)(1)，該污水處理系統(tǒng)通過真空泵與其中一個(gè)電極井連接，該與污水處理系統(tǒng)連接的電極井作為抽吸井(5);該抽吸井內(nèi)安裝所述的導(dǎo)電電極(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的土壤中非水相液體污染物的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于:進(jìn)一步包括注入液混合裝置(3)以及注入泵(4);該注入液混合裝置通過該注入泵與其中一個(gè)電極井連接，該與注入液混合裝置連接的電極井作為注入井(6)，注入井內(nèi)安裝所述的導(dǎo)電電極(8)。
4.使用權(quán)利要求1所述的土壤中非水相液體污染物的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)的方法，其特征在于:對(duì)電極井內(nèi)的電極進(jìn)行供電，產(chǎn)生直流電場以及非均勻的變頻電場，促進(jìn)非水相液體污染物的定向遷移；根據(jù)修復(fù)計(jì)劃和監(jiān)測(cè)結(jié)果改變供電電極的位置及其供電方案，最終將富含非水相液體污染物富集至指定區(qū)域。
5.使用權(quán)利要求3所述的土壤中非水相液體污染物的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)的方法，其特征在于:通過注入井向地下注入含有表面活性劑的液體，促進(jìn)非水相液體污染物乳液的形成；對(duì)電極井內(nèi)的電極進(jìn)行供電，產(chǎn)生直流電場以及非均勻的變頻電場，促進(jìn)非水相液體污染物乳液的定向遷移；根據(jù)修復(fù)計(jì)劃和監(jiān)測(cè)結(jié)果改變供電電極的位置及其供電方案，注入液的配方和注入方案；最終將富含非水相液體污染物富集至指定區(qū)域。
6.使用權(quán)利要求1所述的土壤中非水相液體污染物的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)的方法，其特征在于包括如下步驟: a、根據(jù)現(xiàn)場土壤污染情況，水文地質(zhì)信息，軟件模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)修復(fù)方案，布置電極井，并安裝導(dǎo)電電極和絕緣電極，形成至少一對(duì)成對(duì)導(dǎo)電電極及至少一對(duì)成對(duì)絕緣電極； b、在地面安裝電源控制系統(tǒng)； d、根據(jù)修復(fù)方案，對(duì)導(dǎo)電電極供電； e、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)絕緣電極供電，該步驟與步驟d同時(shí)進(jìn)行； 1、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，終止一切修復(fù)作業(yè)。
7.使用權(quán)利要求3所述的土壤中非水相液體污染物的電動(dòng)力控制與修復(fù)系統(tǒng)的方法，其特征在于包括如下步驟: a、根據(jù)現(xiàn)場土壤污染情況，水文地質(zhì)信息，軟件模擬結(jié)果，設(shè)計(jì)修復(fù)方案，布置初始抽吸井、電極井和注入井，并安裝導(dǎo)電電極和絕緣電極，形成至少一對(duì)成對(duì)導(dǎo)電電極及至少一對(duì)成對(duì)絕緣電極； b、在地面安裝污水處理系統(tǒng)、電源控制系統(tǒng)、注入液混合裝置及注入泵； C、針對(duì)現(xiàn)場土壤和污染物特性，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇合適的注入液成分和配比，調(diào)整到合適的PH值，粘度和溫度，加入注入液混合裝置，通過注入泵注入到注入井； d、根據(jù)修復(fù)方案，對(duì)導(dǎo)電電極供電； e、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)絕緣電極供電，該步驟與步驟d同時(shí)進(jìn)行； f、當(dāng)注入井與抽吸井內(nèi)地下水水位差小于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)抽吸井進(jìn)行液體抽提作業(yè)； g、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，當(dāng)注入井及周邊區(qū)域內(nèi)的非水相液體自由相濃度達(dá)到修復(fù)目標(biāo)后，逐漸降低注入液濃度和/或流量； h、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，當(dāng)注入井及周邊區(qū)域內(nèi)的地下水中的非水相液體濃度達(dá)到修復(fù)目標(biāo)后，逐漸降低注入液的濃度直至使用清水，并且逐漸降低注入井和抽吸井內(nèi)的導(dǎo)電電極間的電壓梯度或電流密度和供電時(shí)間； 1、根據(jù)修復(fù)方案和現(xiàn)場監(jiān)測(cè)結(jié)果，終止一切修復(fù)作業(yè)。
8.根據(jù)權(quán)利要求4-7之一所述的方法，其特征在于:通過電源控制系統(tǒng)設(shè)定成對(duì)導(dǎo)電電極之間的電壓梯度或電流密度；即在任何時(shí)刻，任何成對(duì)導(dǎo)電電極之間的電壓梯度被設(shè)定，使其電壓梯度在(T500V/m的范圍內(nèi)；或者，任何成對(duì)導(dǎo)電電極之間的電流密度被設(shè)定，使其電流密度在(T20mA/Cm2的范圍內(nèi)；并且，任何成對(duì)導(dǎo)電電極之間的電極極性可被反轉(zhuǎn)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于:所述電壓梯度或電流密度隨時(shí)間的變化是恒定的、漸變的、多平臺(tái)式的或脈沖式的，或者它們的組合形成的周期。
10.根據(jù)權(quán)利要求4-7之一所述的方法，其特征在于:通過電源控制系統(tǒng)設(shè)定成對(duì)絕緣電極之間的電壓梯度和交變頻率；即在任何時(shí)刻，任何成對(duì)絕緣電極之間的電壓梯度被設(shè)定，使其電壓梯度在(T5000V/m的范圍內(nèi)，并且交流電源頻率在1HflOMHz的范圍內(nèi)被設(shè)定。
【文檔編號(hào)】B09C1/08GK104307857SQ201410568539
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年10月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月23日
【發(fā)明者】姚堯, 黃國和, 安春江, 趙珊, 金磊, 陽艾利, 程慧艷, 周雄, 陳秀娟 申請(qǐng)人:廈門理工學(xué)院