本發(fā)明屬于土壤污染處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種重金屬污染土壤的復(fù)合電極電動(dòng)原位修復(fù)系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，由于人口的增加和工業(yè)的發(fā)展，產(chǎn)生了大量的生活和工業(yè)廢棄物。污染廢水不合理排放進(jìn)入水體，固體污染物的傾倒、堆放、掩埋，大氣中的污染物隨降水等作用導(dǎo)致了土壤污染。各種污染物經(jīng)食物鏈的富集作用進(jìn)入各個(gè)生物體內(nèi)，對(duì)生物和人類的健康帶來(lái)很大的潛在危害，易造成生態(tài)系統(tǒng)破壞。其他有機(jī)污染物可以被微生物分解，重金屬污染物長(zhǎng)期沉積在土壤中，其具有自然降解時(shí)間長(zhǎng)、常規(guī)方法難以處理等特點(diǎn)。

現(xiàn)有土壤污染處理措施主要有以下兩種：

1、化學(xué)治理措施：淋溶法、改良劑法等，能夠在短期內(nèi)降低土壤中重金屬的毒性，因人為向土壤中施加化學(xué)藥劑，易造成二次污染，雖然該方法也是一種原位修復(fù)方法，但重金屬元素仍存留在土壤中，容易再度活化危害植物，其潛在威脅并未消除。

2、常規(guī)電動(dòng)修復(fù)技術(shù)：將電極插入污染的土壤并通入適當(dāng)大小的直流電，使帶電粒子在外加電場(chǎng)作用下在孔隙水間遷移，土壤中的污染物質(zhì)在電場(chǎng)力作用下發(fā)生定向移動(dòng)并在電極附近累積，定期將電極區(qū)的液體抽出，達(dá)到去除土壤重金屬物質(zhì)的目的。此方法處理成本高，液體后期處理困難而又繁瑣，裝置自動(dòng)化程度低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種無(wú)二次污染，處理成本低，吸附效果好后期吸附物易處理的修復(fù)系統(tǒng)，同時(shí)提供一種利用自動(dòng)化程度高的控制方法，提高電動(dòng)修復(fù)土壤重金屬污染的效率，達(dá)到一次性快速處理土壤污染的目的。

為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供一種重金屬污染土壤的電動(dòng)修復(fù)系統(tǒng)，其特征在于：包括總控制單元、實(shí)時(shí)檢測(cè)單元、主處理單元，總控制單元連接實(shí)時(shí)檢測(cè)單元和主處理單元，實(shí)時(shí)檢測(cè)單元還連接主處理單元，實(shí)時(shí)檢測(cè)單元用于實(shí)時(shí)檢測(cè)主處理單元內(nèi)處理情況，采集離子濃度數(shù)據(jù)和電極表面電阻值，總控制單元給實(shí)時(shí)檢測(cè)單元、主處理單元供電，并根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)單元采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，向主處理單元派發(fā)指令，控制處理進(jìn)程，同時(shí)總控制單元控制計(jì)量泵向土壤添加電解液和表面活性劑，為進(jìn)一步的電滲處理提供介質(zhì)環(huán)境。

所述的主處理單元包括陽(yáng)極電解室和陰極電解室，陽(yáng)極電解室和陰極電解室采用正多邊形排布，多個(gè)陽(yáng)極電解室位于正多邊形的頂點(diǎn)，陰極電解室位于中心處。

所述的陽(yáng)極由鏤空鋼管保護(hù)套筒、環(huán)形網(wǎng)狀硅藻土濾芯和石墨電極組成，環(huán)形網(wǎng)狀硅藻土濾芯由內(nèi)外兩層濾網(wǎng)之間夾持硅藻土球構(gòu)成，石墨電極位于陽(yáng)極的中心，鏤空鋼管保護(hù)套筒位于環(huán)形網(wǎng)狀硅藻土濾芯外圈，防止土壓力對(duì)硅藻土濾芯產(chǎn)生破壞。內(nèi)外兩層濾網(wǎng)上邊沿設(shè)有提拉梁，方便更換新濾芯。

所述的陰極由鏤空鋼管保護(hù)套筒、環(huán)形網(wǎng)狀硅藻土濾芯和金屬電極組成，環(huán)形網(wǎng)狀硅藻土濾芯由內(nèi)外兩層濾網(wǎng)之間夾持硅藻土球構(gòu)成，金屬電極位于陰極的中心，鏤空鋼管保護(hù)套筒位于環(huán)形網(wǎng)狀硅藻土濾芯外圈，防止土壓力對(duì)硅藻土濾芯產(chǎn)生破壞，內(nèi)外兩層濾網(wǎng)上邊沿設(shè)有提拉梁，方便更換新濾芯。

所述的金屬電極為奧氏體304不銹鋼材料電極。

所述的環(huán)形網(wǎng)狀硅藻土濾芯由內(nèi)外兩層濾網(wǎng)之間夾持硅藻土球構(gòu)成。

所述的內(nèi)外兩層濾網(wǎng)上邊沿設(shè)有提拉梁，方便更換新濾芯。

所述的硅藻土球添加有納米ceo2晶體和納米tio2晶體，作為催化劑加速反應(yīng)進(jìn)程。

土壤中設(shè)有循環(huán)泵，加速孔隙水的流動(dòng)。

所述的實(shí)時(shí)檢測(cè)單元包括電阻表檢測(cè)觸點(diǎn)、ph計(jì)探頭、重金屬離子濃度檢測(cè)儀探頭，重金屬離子濃度檢測(cè)儀探頭分別置于陰極、陽(yáng)極以及陰陽(yáng)極之間三個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，ph計(jì)探頭置于陰極和陽(yáng)極的電解液中，電阻表檢測(cè)觸點(diǎn)設(shè)置于陰極金屬電極表面上下兩端。

所述的總控制單元由單片機(jī)控制，控制流程包括以下步驟：

1、總控制單元控制計(jì)量泵將電解液由電解液室調(diào)配進(jìn)入陰極電解室和陽(yáng)極電解室，同時(shí)循環(huán)泵工作加快兩極間孔隙水的流動(dòng)；

2、判斷實(shí)時(shí)檢測(cè)單元檢測(cè)是否需要加電解液，如需要添加電解液則執(zhí)行上一步操作，反之則進(jìn)行下一步操作；

3、主處理單元對(duì)電極區(qū)污染物進(jìn)行電解處理，處理后的電解液吸出收集在廢液收集瓶中；

4、實(shí)時(shí)檢測(cè)單元檢測(cè)陽(yáng)極區(qū)陽(yáng)離子濃度和檢測(cè)點(diǎn)濃度梯度是否恒定；如果不發(fā)生變化則需更換陽(yáng)極區(qū)的硅藻土濾芯；如果濃度在降低中，則主處理單元繼續(xù)對(duì)污染物進(jìn)行處理；

5、實(shí)時(shí)檢測(cè)單元檢測(cè)陰極表面電阻是否減小到恒定值；如果是則需更換陰極區(qū)金屬電極及硅藻土濾芯；否則主處理單元繼續(xù)對(duì)污染物進(jìn)行處理；

6、實(shí)時(shí)檢測(cè)單元檢測(cè)重金屬離子濃度是否達(dá)標(biāo)，如果是則結(jié)束整個(gè)處理進(jìn)程，否則主處理單元繼續(xù)對(duì)污染物進(jìn)行處理。

本發(fā)明利用電極對(duì)在穩(wěn)壓直流電源的作用下形成的直流電場(chǎng)，借助土壤孔隙中的地下水和外加電解質(zhì)溶液作為導(dǎo)電介質(zhì)，在電動(dòng)力作用下使帶電離子向相應(yīng)電極區(qū)移動(dòng)，土壤孔隙中的溶液通過(guò)電滲向陽(yáng)極遷移，重金屬離子通過(guò)電遷移、電泳、電滲析作用脫離污染土壤，同時(shí)陽(yáng)極區(qū)析出不利于吸收的重金屬單質(zhì)及其化合物將被硅藻土材料吸附；處理過(guò)程中通過(guò)更換硅藻土濾芯不斷降低污染物濃度，處理結(jié)束后電解液抽出運(yùn)送到工廠進(jìn)行進(jìn)一步的處理，達(dá)到一次性完全徹底的處理污染物的效果?？朔顺Ｒ?guī)電動(dòng)修復(fù)技術(shù)不能一次性原位處理土壤中的重金屬污染物、電極區(qū)的液體需要抽出處理、處理過(guò)程中需要多次人工干預(yù)以及處理成本高等缺點(diǎn)。吸附了重金屬的硅藻土材料經(jīng)處理后還可以重復(fù)利用，金屬則回收再利用，既環(huán)保又經(jīng)濟(jì)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)組成框圖；

圖2是本發(fā)明具體實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明中主處理單元俯視圖；

圖4是本發(fā)明中主處理單元陰極結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖5是本發(fā)明中主處理單元陽(yáng)極結(jié)構(gòu)剖面圖；

圖6是本發(fā)明中總控制單元的流程圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1，本發(fā)明具體實(shí)施方式包括總控制單元、實(shí)時(shí)檢測(cè)單元、主處理單元，總控制單元連接實(shí)時(shí)檢測(cè)單元和主處理單元，實(shí)時(shí)檢測(cè)單元還連接主處理單元，實(shí)時(shí)檢測(cè)單元用于實(shí)時(shí)檢測(cè)主處理單元內(nèi)處理情況，采集離子濃度數(shù)據(jù)、ph值和電極表面電阻值，總控制單元給實(shí)時(shí)檢測(cè)單元、主處理單元供電，并根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)單元采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，向主處理單元派發(fā)指令，控制處理進(jìn)程，同時(shí)總控制單元控制計(jì)量泵向土壤添加電解液和表面活性劑，為進(jìn)一步的電滲處理提供介質(zhì)環(huán)境，待檢測(cè)結(jié)果符合處理標(biāo)準(zhǔn)則停止處理進(jìn)程，陰陽(yáng)極電解產(chǎn)生的氣體導(dǎo)入洗氣裝置，防止其溢出污染空氣。

參照?qǐng)D2，本發(fā)明具體實(shí)施方式包括1.集氣裝置、2.計(jì)量泵、3.循環(huán)泵、4.陽(yáng)極電解室、5.陰極電解室、6.陰極、7.陽(yáng)極、8.廢液收集室、9.實(shí)時(shí)檢測(cè)單元、10.電解液室、12.濃硫酸溶液洗氣瓶、13.氫氧化鈉溶液洗氣瓶、14、總控制單元、15、電源，901電阻表檢測(cè)觸點(diǎn)、902.ph計(jì)探頭、903.重金屬離子濃度檢測(cè)儀探頭；重金屬離子濃度檢測(cè)儀探頭903分別置于陰極6、陽(yáng)極7以及陰陽(yáng)極之間三個(gè)檢測(cè)區(qū)域，ph計(jì)探頭902置于陰極和陽(yáng)極的電解液中，電阻表檢測(cè)觸點(diǎn)901設(shè)置于陰極金屬電極表面上下兩端，陰陽(yáng)極電解室5、4和廢液收集室8以及電解液室10之間的管路上分別設(shè)有計(jì)量泵2，在土壤11中設(shè)有循環(huán)泵3，加速孔隙水的流動(dòng)。電解液室經(jīng)計(jì)量泵被總控制單元調(diào)配分別進(jìn)入陰極電解室和陽(yáng)極電解室，處理后的電解液經(jīng)計(jì)量泵吸出收集在廢液收集室中。在反應(yīng)過(guò)程中電極上方電解產(chǎn)生的氣體經(jīng)由電極上方的集氣裝置1導(dǎo)入濃硫酸溶液洗氣瓶12后又經(jīng)過(guò)氫氧化鈉溶液洗氣瓶13，防止廢氣溢出造成二次污染。

參照?qǐng)D3，所述的主處理單元包括陽(yáng)極電解室4和陰極電解室5，陽(yáng)極電解室和陰極電解室采用正方形排布，四個(gè)陽(yáng)極電解室4位于正方形的頂點(diǎn)，陰極電解室5位于正方形中心處，陰陽(yáng)極電解室之間均布三個(gè)重金屬離子濃度檢測(cè)儀探頭903，陽(yáng)極電解室和陰極電解室之間的土壤也充滿電解液和孔隙水，從陽(yáng)極到陰極的四個(gè)區(qū)間內(nèi)布施電解液，電解液的施布量由主控制單元經(jīng)實(shí)時(shí)檢測(cè)單元采集數(shù)據(jù)處理后控制計(jì)量泵泵入電極區(qū)，并根據(jù)實(shí)時(shí)檢測(cè)單元實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充。

參照?qǐng)D4，陰極由鏤空鋼管保護(hù)套401、環(huán)形網(wǎng)狀硅藻土濾芯402和金屬電極403組成，環(huán)形網(wǎng)狀硅藻土濾芯由內(nèi)外兩層濾網(wǎng)之間夾持硅藻土球構(gòu)成，金屬電極為奧氏體304不銹鋼材料電極，位于陰極的中心，鏤空鋼管保護(hù)套筒位于環(huán)形網(wǎng)狀硅藻土濾芯外圈，內(nèi)外兩層濾網(wǎng)上邊沿設(shè)有提拉梁404，方便更換新濾芯。

參照?qǐng)D5，陽(yáng)極由鏤空鋼管保護(hù)套筒501、環(huán)形網(wǎng)狀硅藻土濾芯502和石墨電極503組成，環(huán)形網(wǎng)狀硅藻土濾芯由內(nèi)外兩層濾網(wǎng)之間夾持硅藻土球構(gòu)成，石墨電極位于陽(yáng)極的中心，鏤空鋼管保護(hù)套筒位于環(huán)形網(wǎng)狀硅藻土濾芯外圈，內(nèi)外兩層濾網(wǎng)上邊沿設(shè)有提拉梁504，方便更換新濾芯。

所述的環(huán)形網(wǎng)狀硅藻土濾芯中還添加有納米ceo2晶體和納米tio2晶體，作為催化劑加速反應(yīng)進(jìn)程。

參照?qǐng)D6，所述的總控制單元由單片機(jī)控制，控制流程包括以下步驟：

1、總控制單元控制計(jì)量泵將電解液由電解液室調(diào)配進(jìn)入陰極電解室和陽(yáng)極電解室，同時(shí)循環(huán)泵工作加快兩極間孔隙水的流動(dòng)；

2、通過(guò)實(shí)時(shí)檢測(cè)單元判斷是否需要加電解液，如需要添加電解液則執(zhí)行上一步操作，反之則進(jìn)行下一步操作；

3、主處理單元對(duì)電極區(qū)污染物進(jìn)行電解處理，處理后的電解液吸出收集在廢液收集瓶中，土壤孔隙中的電解液溶液作為導(dǎo)電介質(zhì)，在外加電場(chǎng)的作用下，帶電離子向相應(yīng)的電極區(qū)遷移，孔隙中的溶液通過(guò)電滲流作用向陰極遷移，污染物主要通過(guò)電遷移和電滲方式離開(kāi)處理區(qū)。對(duì)于一些電動(dòng)效應(yīng)處理效率低的重金屬和污染物質(zhì)，硅藻土材料能有效的吸附，重金屬主要沉積在陰極區(qū)周圍的硅藻土濾芯的硅藻土球上；

4、實(shí)時(shí)檢測(cè)單元檢測(cè)陽(yáng)極區(qū)陽(yáng)離子濃度和檢測(cè)區(qū)濃度梯度是否恒定，如果陽(yáng)極區(qū)的陽(yáng)離子濃度和檢測(cè)區(qū)的濃度梯度不再發(fā)生變化時(shí)，則說(shuō)明硅藻土材料吸附已達(dá)到飽和，需更換硅藻土材料，通過(guò)提拉濾芯的提拉梁更換新濾芯；若陰極區(qū)金屬電極表面的電阻值經(jīng)實(shí)時(shí)檢測(cè)單元檢測(cè)減小到一定程度保持恒定不變，則需更換陰極區(qū)的金屬電極和硅藻土，更換硅藻土濾芯時(shí)僅需提拉提拉梁即可。如果濃度在持續(xù)降低，則主處理單元繼續(xù)對(duì)污染物進(jìn)行處理；

5、實(shí)時(shí)檢測(cè)單元檢測(cè)陰極表面電阻是否減小到恒定值；如果是，則需更換陰極區(qū)金屬電極及硅藻土濾芯；如果陰極表面電阻值一直在降低，則主處理單元繼續(xù)對(duì)污染物進(jìn)行處理；

6、實(shí)時(shí)檢測(cè)單元檢測(cè)重金屬離子濃度是否達(dá)標(biāo)，如果是，則結(jié)束整個(gè)處理進(jìn)程；否則，主處理單元繼續(xù)對(duì)污染物進(jìn)行處理。該處理過(guò)程經(jīng)程序語(yǔ)言編譯寫入單片機(jī)，單片機(jī)的中央處理芯片型號(hào)為stc89c52。