專利名稱：一種電動(dòng)強(qiáng)化的土壤原位淋洗修復(fù)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(dòng)強(qiáng)化的土壤原位淋洗修復(fù)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(jìn)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(huì)通過食物鏈和飲用水源，進(jìn)入到人體中。又因?yàn)橥寥篮偷叵滤幌竦乇硭粯颖阌诩刑幚?，因此?duì)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(jī)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(jī)物和有機(jī)物的復(fù)合污染對(duì)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(fù)，也可以是異位修復(fù)；淋洗液可以是水、化學(xué)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(yùn)到異地處理，減少了運(yùn)輸費(fèi)用，也避免了挖掘和運(yùn)輸過程中造成的污染物遷移。電動(dòng)力修復(fù)基本原理是在被污染土壤兩端加上低壓直流電場(chǎng)形成電勢(shì)梯度，在電場(chǎng)電滲和電遷移的作用，將污染物(如重金屬或有機(jī)污染物)遷移到電極室，再進(jìn)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(jī)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(diǎn)，作為一種生物代謝產(chǎn)物，不會(huì)對(duì)土壤造成二次污染，過剩的活性劑也減少淋洗后對(duì)土壤造成的營(yíng)養(yǎng)流失。同時(shí)在實(shí)際淋洗過程中，還要注意一些技術(shù)條件，以使淋洗效果達(dá)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(dòng)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(yīng)條件，如土壤pH等。此外,針對(duì)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(fù)技術(shù)，并綜合考慮得到最佳的反應(yīng)條件。

發(fā)明內(nèi)容
為了治理一種同時(shí)處理重金屬和有機(jī)物復(fù)合污染的土壤，本發(fā)明提出了一種電動(dòng)強(qiáng)化的土壤原位淋洗修復(fù)裝置和方法。一種電動(dòng)強(qiáng)化土壤原位淋洗修復(fù)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(dòng)控制裝置12通過多通道蠕動(dòng)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(chǔ)罐13和電極液處理池14分別通過管道與第一自動(dòng)控制裝置12相連；同時(shí)電極液處理池14通過管道和直列泵15與電極液儲(chǔ)罐13相連；陽極室電極液PH測(cè)定儀5-1和陰極室電極液pH測(cè)定儀5-2分別插入陽、陰極室，通過導(dǎo)線連入第一自動(dòng)控制裝置12 ;在污染區(qū)域均勻安裝可滲透反應(yīng)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(dòng)泵16、流量計(jì)17、定時(shí)控制裝置18和淋洗液儲(chǔ)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(chǔ)罐21、堿液儲(chǔ)罐22分別通過管道與第二自動(dòng)控制裝置24相連，再經(jīng)由單通道蠕動(dòng)泵20連入酸堿調(diào)節(jié)液噴頭10 ;土壤pH測(cè)定儀23均勻布置于污染區(qū)域，通過導(dǎo)線與第二自動(dòng)控制裝置24相連。利用上述裝置進(jìn)行土壤修復(fù)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(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)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(yīng)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(biāo)溫度至40-60 °C，在加熱管網(wǎng)7中灌注導(dǎo)熱油，在換熱器8處加熱使導(dǎo)熱油的油溫保持高于所需要調(diào)節(jié)的土壤的目標(biāo)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(shè)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(chǔ)罐13 ;在酸堿液儲(chǔ)罐21，22中添加相應(yīng)的酸、堿液；
·
(6)由定時(shí)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(fù)目標(biāo)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(fù)目標(biāo)濃度，將淋洗周期分為三個(gè)等級(jí)，即隨著污染物濃度減小，淋洗周期分別設(shè)定為6小時(shí)、12小時(shí)和24小時(shí)；每個(gè)淋洗周期淋洗時(shí)間為5小時(shí)；(7)在污染區(qū)域布置土壤pH測(cè)定儀23，第二自動(dòng)控制裝置24會(huì)控制酸液儲(chǔ)罐21和堿液儲(chǔ)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(cè)定儀5-1和陰極室電極液pH測(cè)定儀5_2測(cè)定電極液的pH,考察電極液是否飽和，通過第一自動(dòng)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(dòng)泵15運(yùn)送至電極液儲(chǔ)罐13。步驟(3)中所述導(dǎo)熱油為烷基苯型合成導(dǎo)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?jǐn)?shù)為5%的HCl溶液,堿液為質(zhì)量分?jǐn)?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(fù)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(dòng)力強(qiáng)化淋洗技術(shù)可同時(shí)處理重金屬和有機(jī)物混合污染的土壤及地下水，PRB技術(shù)進(jìn)一步結(jié)合使得修復(fù)速度也大大提升了 ；pH測(cè)定儀和自動(dòng)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(jì)費(fèi)用；電動(dòng)力和PRB技術(shù)的結(jié)合使用是該裝置能夠同時(shí)原位處理土壤和地下水中的重金屬和有機(jī)污染物。


圖1是本發(fā)明電動(dòng)強(qiáng)化土壤原位淋洗修復(fù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；其中各標(biāo)號(hào)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(cè)定儀，5-2-陰極室電極液pH測(cè)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(dòng)泵，12-第一自動(dòng)控制裝置，13-電極液儲(chǔ)罐，14-電極液處理池，15-直列泵，16-單通道蠕動(dòng)泵，17-流量計(jì)，18-定時(shí)控制裝置，19-淋洗液儲(chǔ)罐，20-單通道蠕動(dòng)泵，21-酸液儲(chǔ)罐，22-堿液儲(chǔ)罐，23- 土壤pH測(cè)定儀，24-第二自動(dòng)控制裝置。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1利用圖1所示裝置進(jìn)行電動(dòng)強(qiáng)化土壤原位淋洗修復(fù)方法為:實(shí)驗(yàn)用土采集自華北電力大學(xué)和北京農(nóng)學(xué)院校園中的20-40cm表層深土壤。用木棒碾細(xì)，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(dòng)機(jī)將所用土壤先過8目然后再過20目不銹鋼標(biāo)準(zhǔn)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(jī)玻璃箱中。機(jī)玻璃箱兩邊有水槽，通過蠕動(dòng)泵人工模擬地下水流動(dòng)狀況，保持入水水位高度為50cm，出水水位49cm。采用電動(dòng)強(qiáng)化土壤原位淋洗修復(fù)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(dòng)控制裝置12通過多通道蠕動(dòng)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(chǔ)罐13和電極液處理池14分別通過管道與第一自動(dòng)控制裝置12相連；同時(shí)電極液處理池14通過管道和直列泵15與電極液儲(chǔ)罐13相連；陽極室電極液pH測(cè)定儀5-1和陰極室電極液PH測(cè)定儀5-2分別插入陽、陰極室，通過導(dǎo)線連入第一自動(dòng)控制裝置12;在污染區(qū)域均勻安裝可滲透反應(yīng)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(dòng)泵16、流量計(jì)17、定時(shí)控制裝置18和淋洗液儲(chǔ)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(chǔ)罐21、堿液儲(chǔ)罐22分別通過管道與第二自動(dòng)控制裝置24相連，再經(jīng)由單通道蠕動(dòng)泵20連入酸堿調(diào)節(jié)液噴頭10 ;土壤pH測(cè)定儀23均勻布置于污染區(qū)域，通過導(dǎo)線與第二自動(dòng)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(biāo)溫度保持在40-60°C，加熱管網(wǎng)導(dǎo)熱油保持在50-75°C(本處使用烷基苯型合成導(dǎo)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(shè)定淋洗液噴頭9速度為2mL/min ;噴頭位置為有機(jī)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(chǔ)罐。在污染區(qū)域布置土壤pH測(cè)定儀23，使電極土壤pH值保持在8-10之間，當(dāng)pH值小于該范圍時(shí)，第二自動(dòng)控制裝置24會(huì)控制將堿液儲(chǔ)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(chǔ)罐21。在酸堿液儲(chǔ)罐21、22中添加相應(yīng)的酸堿性溶液，酸液選用體積分?jǐn)?shù)為5%的HCl溶液，堿液選用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的NaOH溶液。由淋洗定時(shí)控制裝置18控制淋洗周期，每個(gè)淋洗周期淋洗時(shí)間為5小時(shí)，淋洗周期分別設(shè)定為6小時(shí)、12小時(shí)和24小時(shí)，每周期的運(yùn)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(cè)定儀5-1，
5-2分別測(cè)定其電極液的pH，從而考察電極液是否飽和，連接自動(dòng)控制裝置24，裝置自動(dòng)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(dòng)泵運(yùn)送至電極液儲(chǔ)罐13。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行124小時(shí)后，土壤中鉛的 去除率達(dá)95%,多氣聯(lián)苯的去除率達(dá)99%。
權(quán)利要求
1.一種電動(dòng)強(qiáng)化土壤原位淋洗修復(fù)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(dòng)控制裝置(12)通過多通道蠕動(dòng)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(chǔ)罐(13)和電極液處理池(14)分別通過管道與第一自動(dòng)控制裝置(12)相連；同時(shí)電極液處理池(14)通過管道和直列泵(15)與電極液儲(chǔ)罐(13)相連；陽極室電極液pH測(cè)定儀(5-1)和陰極室電極液PH測(cè)定儀(5-2)分別插入陽、陰極室，通過導(dǎo)線連入第一自動(dòng)控制裝置(12);在污染區(qū)域均勻安裝可滲透反應(yīng)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(dòng)泵(16)、流量計(jì)(17)、定時(shí)控制裝置(18)和淋洗液儲(chǔ)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(chǔ)罐(21)、堿液儲(chǔ)罐(22)分別通過管道與第二自動(dòng)控制裝置(24)相連，再經(jīng)由單通道蠕動(dòng)泵(20)連入酸堿調(diào)節(jié)液噴頭(10);土壤pH測(cè)定儀(23)均勻布置于污染區(qū)域，通過導(dǎo)線與第二自動(dòng)控制裝置(24)相連。
2.利用權(quán)利要求I所述裝置進(jìn)行土壤修復(fù)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(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)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(yīng)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(biāo)溫度至40-60 °C，在加熱管網(wǎng)(7 )中灌注導(dǎo)熱油，在換熱器(8)處加熱使導(dǎo)熱油的油溫保持高于所需要調(diào)節(jié)的土壤的目標(biāo)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(shè)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(chǔ)罐(13);在酸堿液儲(chǔ)罐(21，22)中添加相應(yīng)的酸、堿液； (6)由定時(shí)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(fù)目標(biāo)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(fù)目標(biāo)濃度，將淋洗周期分為三個(gè)等級(jí)，即隨著污染物濃度減小，淋洗周期分別設(shè)定為6小時(shí)、12小時(shí)和24小時(shí)；每個(gè)淋洗周期淋洗時(shí)間為5小時(shí)； (7 )在污染區(qū)域布置土壤pH測(cè)定儀(23 )，第二自動(dòng)控制裝置(24)會(huì)控制酸液儲(chǔ)罐(21)和堿液儲(chǔ)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(cè)定儀(5-1)和陰極室電極液pH測(cè)定儀(5-2)測(cè)定電極液的PH，考察電極液是否飽和，通過第一自動(dòng)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(dòng)泵(15)運(yùn)送至電極液儲(chǔ)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(dǎo)熱油為烷基苯型合成導(dǎo)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?jǐn)?shù)為5%的HCl溶液，堿液為質(zhì)量分?jǐn)?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(dòng)強(qiáng)化土壤原位淋洗修復(fù)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(cè)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(dòng)泵、自動(dòng)控制儀、電極液儲(chǔ)罐、電極液處理池、直列泵、單通道蠕動(dòng)泵、流量計(jì)、定時(shí)控制裝置、淋洗液儲(chǔ)罐、單通道蠕動(dòng)泵、酸堿調(diào)節(jié)液儲(chǔ)罐、土壤pH測(cè)定儀。本發(fā)明通過電動(dòng)力強(qiáng)化淋洗技術(shù)；鋪設(shè)加熱管網(wǎng)優(yōu)化淋洗修復(fù)，安裝PRB加快修復(fù)速度；自動(dòng)化系統(tǒng)和電極液循環(huán)系統(tǒng)，增加的修復(fù)過程的自動(dòng)化程度和資源重復(fù)利用率。使得修復(fù)過程速度更快，效果更好，花費(fèi)更少。
文檔編號(hào)B09C1/08GK103252344SQ20131018638
公開日2013年8月21日 申請(qǐng)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(qǐng)人:華北電力大學(xué)