一種原位修復(fù)土壤中重金屬污染物的裝置及其修復(fù)方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于原位修復(fù)受重金屬污染土壤【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種原位修復(fù)土壤中重金屬污染物的裝置及其修復(fù)方法。本發(fā)明裝置由電動力修復(fù)系統(tǒng)、重金屬回收系統(tǒng)、電極液循環(huán)再利用系統(tǒng)三個部分組成。本發(fā)明使用原位修復(fù)土壤中重金屬污染物的裝置及其修復(fù)方法，有利于提高重金屬污染物在土壤中的溶解度，并降低其粘附土壤的能力。與傳統(tǒng)電動力修復(fù)方法相比，有提高重金屬離子在土壤中遷移速率的優(yōu)勢，從而減少修復(fù)時間。
【專利說明】一種原位修復(fù)土壤中重金屬污染物的裝置及其修復(fù)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于原位修復(fù)受重金屬污染土壤【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種原位修復(fù)土壤中重金屬污染物的裝置及其修復(fù)方法。

【背景技術(shù)】
[0002]目前，對應(yīng)用螯合劑進(jìn)行土壤中金屬污染修復(fù)的研究，一方面集中在螯合劑對重金屬的化學(xué)提取率或誘導(dǎo)植物提取率；另一方面主要關(guān)注螯合劑的殘留與遷移以及可能造成的土壤和地下水的二次污染問題。有機螯合劑能與土壤中重金屬絡(luò)合形成可溶性有機金屬絡(luò)合物，從而可以增大重金屬的可利用率和遷移率，因此，螯合劑被廣泛應(yīng)用于重金屬污染土壤的土壤淋洗修復(fù)和誘導(dǎo)植物修復(fù)中，已有相關(guān)專利將螯合劑應(yīng)用于修復(fù)土壤，但是沒有專利把螯合劑用作電動力修復(fù)方法的電極液。[S，S]-乙二胺二琥珀酸(簡寫為[S，SJ-EDDS)是容易被生物降解的一種強金屬螯合劑，近年來受到廣泛關(guān)注。本發(fā)明用螯合劑[S，S]乙二胺二琥珀酸([S，S]-EDDS])作為電動力的電極液，大大增加了重金屬污染物的溶解度，降低了重金屬污染物粘附在土壤中的量，有效降低電動力方法處理重金屬污染物的時間。同時，土壤中剩余的[S，S]-EDDS可以被土壤中微生物分解，對土壤沒有二次污染。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服以往技術(shù)中的不足，本發(fā)明提供了一種原位修復(fù)土壤中重金屬污染物的裝置及其修復(fù)方法。
[0004]一種原位修復(fù)土壤中重金屬污染物的裝置及其修復(fù)方法，該裝置由電動力修復(fù)系統(tǒng)、重金屬回收系統(tǒng)、電極液循環(huán)再利用系統(tǒng)三個部分組成；電動力修復(fù)系統(tǒng)包括陽極室、陰極室、陽極、陰極、電源變壓器、陽極液存儲箱、陰極液存儲箱、陽極傳輸泵、陰極傳輸泵、陽極監(jiān)測器、陰極監(jiān)測器組成；重金屬回收系統(tǒng)通過陽極回收管路、陰極回收管路分別與電動力修復(fù)系統(tǒng)的陽極室、陰極室相連，重金屬回收系統(tǒng)由陽極回收管路、陰極回收管路、陽極傳出泵、陰極傳出泵、陽極重金屬回收處理裝置、陰極重金屬回收處理裝置組成；電極液循環(huán)再利用系統(tǒng)通過回流管路將陽極重金屬回收處理裝置與陰極液存儲箱相連。
[0005]所述電動力修復(fù)系統(tǒng)中，陽極室與陰極室設(shè)置于地下，陽極和陰極分別插入陽極室與陰極室；電源變壓器的正極與陽極相連，電源變壓器的負(fù)極與陰極相連；陽極液存儲箱中的陽極電極液通過陽極傳輸泵送至陽極室，陰極液存儲箱中的陰極電極液通過陰極傳輸泵送至陰極室；陽極室和陰極室分別設(shè)置陽極監(jiān)測器和陰極監(jiān)測器。
[0006]所述重金屬回收系統(tǒng)中，陽極室與陽極傳出泵相連，陽極傳出泵與經(jīng)過回收管路與陽極重金屬回收處理裝置相連。所述陰極室與其相對應(yīng)的陰極傳出泵、回收管路、陰極重金屬回收處理裝置的位置及連接關(guān)系，跟陽極室與其相對應(yīng)的陽極傳出泵、回收管路、陽極重金屬回收處理裝置的位置及連接關(guān)系相同。
[0007]所述電極液循環(huán)再利用系統(tǒng)中，陽極重金屬回收處理裝置回收的電極液經(jīng)處理后經(jīng)回流管路回流至陰極液存儲箱。
[0008]一種原位修復(fù)土壤中重金屬污染物的裝置及其修復(fù)方法，其具體步驟如下:
(O開啟電動力修復(fù)系統(tǒng)，調(diào)配陽極電極液和陰極電極液:使用硝酸鈉(NaNO3)作為陽極電極液，濃度為0.0lmol/L^0.05mol/L ;使用[S，S]-乙二胺二琥珀酸三鈉(Na3-[S, S]-EDDS)作為陰極電極液，濃度為0.lmol/L?lmol/L ；
(2)將調(diào)配好的陽極電極液與陰極電極液分別注入電極液儲存箱中，打開陽極傳輸泵、陰極傳輸泵將電極液分別注入陽極室和陰極室；用PH調(diào)節(jié)液將陰極電極液pH值調(diào)節(jié)在
8.(T9.0，將陽極電極液pH值調(diào)節(jié)在6.5^7.5，所述pH調(diào)節(jié)液是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的NaOH溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的HNO3溶液；
(3)開啟電源變壓器對陽極和陰極進(jìn)行供電，在污染區(qū)域形成直流電場，在直流電場的作用下，Na3-[S，S]-EDDS 分解為([S，S]-EDDS) 3_ 和 Na+，其中，([S，S]-EDDS) 3_ 在電場的作用下進(jìn)入到被重金屬污染土壤中并且與重金屬形成溶解性較高的[金屬_EDDS]n_離子，[金屬-EDDS]_離子在直流電場的作用下繼續(xù)向陽極移動；[金屬-EDDS]n_離子最后富集在陽極區(qū)，沒有與([s，s]-edds)3_&生螯合反應(yīng)的重金屬離子會在直流電場的作用下富集到陰極區(qū)；
(4)當(dāng)監(jiān)測器監(jiān)測到電極液呈飽和狀態(tài)，反饋控制器，停止電動力修復(fù)系統(tǒng)工作，開啟重金屬回收系統(tǒng)，將陽極室與陰極室的的陽極電極液和陰極電極液分別抽出送至相應(yīng)的重金屬回收處理裝置進(jìn)行處理；
(5)關(guān)閉重金屬回收系統(tǒng)，開啟電動力修復(fù)系統(tǒng)，使陽極傳輸泵與陰極傳輸泵向陽極室與陰極室灌注新的陽極電極液和陰極電極液，重復(fù)以上第一至第四步的步驟；
(6)陽極重金屬回收處理裝置回收的電極液經(jīng)處理后經(jīng)回流管路回流至陰極液存儲箱；
(7)當(dāng)重金屬回收處理裝置回收中重金屬濃度達(dá)到處理目標(biāo)濃度后，原位修復(fù)土壤中重金屬污染物的裝置停止運行。
[0009]為了減少電動力修復(fù)時間，增強電動力修復(fù)效果，本方法采用陰、陽電極間隔排列的方法將陰極電極和陽極電極布置在被重金屬污染的土壤區(qū)域。具體布置方式如圖2所
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[0010]本發(fā)明的優(yōu)點在于:
1、在電動力的基礎(chǔ)上加入了金屬螯合劑[S，S]-EDDS，有利于提高重金屬污染物在土壤中溶解度，并降低其粘附土壤的能力。與傳統(tǒng)電動力修復(fù)方法相比，有提高重金屬離子在土壤中遷移速率的優(yōu)勢，從而減少修復(fù)時間；
2、直接將螯合劑[S，S]-EDDS加入到了陰極液中，不需要增加其他的加藥設(shè)備以及注入井，設(shè)備方便緊湊，簡單易行；
3、本發(fā)明適用于多種條件的地質(zhì)情況，對污染土壤二次污染較小。[S，SJ-EDDS具有較強的生物可降解性，處理完成后，剩余在土壤中的[S，S]-EDDS可以在土壤中微生物的降解作用下得到分解，不會對土壤造成長久污染，較為環(huán)保。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]結(jié)合【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的內(nèi)容，圖1為本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為污染土壤區(qū)域電極布置示意圖
圖中標(biāo)號:101、201-陽極液存儲箱、陰極液存儲箱、201、202-陽極液傳輸泵、陰極液傳輸泵、301、302-陽極傳出泵、陰極傳出泵、4-電源變壓器、5-陽極、6-陰極、7-陽極室、8-陰極室、901、902-陽極監(jiān)測器、陰極監(jiān)測器、1001、1002-陽極重金屬回收處理裝置、陰極重金屬回收處理裝置、11-陽極回收管路、12-陰極回收管路、13-被重金屬污染的土壤區(qū)域、14-回流管路。

【具體實施方式】
[0012]本發(fā)明提供了一種[S，S]_EDDS強化電動力修復(fù)土壤中重金屬污染物的方法，下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。
[0013]具體裝置布置如圖1所示。
[0014]實例中采用的直流電流電壓為20V，螯合劑采用Na3_[S，Sj-EDDS (C10H13N2Na3O8),濃度為0.625mol/L,電極采用鉬金材料電極，主要需要處理的重金屬為鉛，土壤中鉛含量約為8.0X ΙθΛιοΙ/L。實例的主要操作步驟如下:
1、配制0.625mol/L的Na3- [S，S] -EDDS溶液，并且將其裝入陰極液儲存箱(201)中，配制0.0lmol/L的NaNO3溶液，并且將其裝入陽極液儲存箱(101)中；
2、打開陽極液傳輸泵(201)、陰極液傳輸泵(202)，向陽極室(7)和陰極室(8)內(nèi)分別通入陽極液、陰極液；電極液裝滿陽極室(7)和陰極室(8)后，用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的NaOH溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的HNO3溶液調(diào)節(jié)電極液pH值，使陰極液的pH值調(diào)節(jié)到8.0，使陽極液的PH值調(diào)節(jié)到7.0 ；
3、開啟電源變壓器(4)陽極(5)和陰極(6)進(jìn)行供電，處理土壤中的重金屬鉛污染物。當(dāng)監(jiān)測器監(jiān)測到電極液呈飽和狀態(tài)時，停止電動力修復(fù)系統(tǒng)工作，開啟重金屬回收系統(tǒng)，將陽極室與陰極室的的陽極電極液和陰極電極液分別抽出送至陽極重金屬回收裝置(1001)和陰極重金屬回收裝置(1002)中；
4、關(guān)閉重金屬回收系統(tǒng)，開啟電動力修復(fù)系統(tǒng)，使陽極傳輸泵(201)與陰極傳輸泵(202)分別向陽極室(7)與陰極室(8)灌注新的陽極電極液和陰極電極液，重復(fù)以上第一至第三步的步驟；
5、陽極重金屬回收處理裝置回收的電極液經(jīng)處理后經(jīng)回流管路(14)回流至陰極液存儲箱(201)；
6、當(dāng)電動力處理時間累積達(dá)到480小時后，停止通電，結(jié)束土壤修復(fù)過程；
7、處理結(jié)束后，土壤中的重金屬鉛含量約為7X10_5mol/L，結(jié)果顯示本方法處理土壤中重金屬鉛污染的效果可達(dá)91%。
【權(quán)利要求】
1.一種原位修復(fù)土壤中重金屬污染物的裝置及其修復(fù)方法，其特征在于:該裝置由電動力修復(fù)系統(tǒng)、重金屬回收系統(tǒng)、電極液循環(huán)再利用系統(tǒng)三個部分組成；電動力修復(fù)系統(tǒng)包括陽極室、陰極室、陽極、陰極、電源變壓器、陽極液存儲箱、陰極液存儲箱、陽極傳輸泵、陰極傳輸泵、陽極監(jiān)測器、陰極監(jiān)測器組成；重金屬回收系統(tǒng)通過陽極回收管路、陰極回收管路分別與電動力修復(fù)系統(tǒng)的陽極室、陰極室相連，重金屬回收系統(tǒng)由陽極回收管路、陰極回收管路、陽極傳出泵、陰極傳出泵、陽極重金屬回收處理裝置、陰極重金屬回收處理裝置組成；電極液循環(huán)再利用系統(tǒng)通過回流管路將陽極重金屬回收處理裝置與陰極液存儲箱相連； 所述電動力修復(fù)系統(tǒng)中，陽極室與陰極室設(shè)置于地下，陽極和陰極分別插入陽極室與陰極室；電源變壓器的正極與陽極相連，電源變壓器的負(fù)極與陰極相連；陽極液存儲箱中的陽極電極液通過陽極傳輸泵送至陽極室，陰極液存儲箱中的陰極電極液通過陰極傳輸泵送至陰極室；陽極室和陰極室分別設(shè)置陽極監(jiān)測器和陰極監(jiān)測器； 所述重金屬回收系統(tǒng)中，陽極室與陽極傳出泵相連，陽極傳出泵與經(jīng)過回收管路與陽極重金屬回收處理裝置相連；所述陰極室與其相對應(yīng)的陰極傳出泵、回收管路、陰極重金屬回收處理裝置的位置及連接關(guān)系，跟陽極室與其相對應(yīng)的陽極傳出泵、回收管路、陽極重金屬回收處理裝置的位置及連接關(guān)系相同； 所述電極液循環(huán)再利用系統(tǒng)中，陽極重金屬回收處理裝置回收的電極液經(jīng)處理后經(jīng)回流管路回流至陰極液存儲箱。
2.如權(quán)利要求1所述的一種原位修復(fù)土壤中重金屬污染物的裝置及其修復(fù)方法，其特征在于，具體步驟如下: 開啟電動力修復(fù)系統(tǒng)，調(diào)配陽極電極液和陰極電極液:使用硝酸鈉(NaN03)作為陽極電極液，濃度為0.0lmol/L?0.05mol/L ;使用[S，S]-乙二胺二琥珀酸三鈉(Na3-[S，S]_EDDS)作為陰極電極液，濃度為0.lmol/L^lmol/L ； 將調(diào)配好的陽極電極液與陰極電極液分別注入電極液儲存箱中，打開陽極傳輸泵、陰極傳輸泵將電極液分別注入陽極室和陰極室；用pH調(diào)節(jié)液將陰極電極液pH值調(diào)節(jié)在8.(T9.0，將陽極電極液pH值調(diào)節(jié)在6.5^7.5，所述pH調(diào)節(jié)液是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的NaOH溶液和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的ΗΝ03溶液； 開啟電源變壓器對陽極和陰極進(jìn)行供電，在污染區(qū)域形成直流電場，在直流電場的作用下，Na3-[S，S]-EDDS 分解為([S，S]-EDDS) 3_ 和 Na+，其中，([S，S]-EDDS) 3_ 在電場的作用下進(jìn)入到被重金屬污染土壤中并且與重金屬形成溶解性較高的[金屬_EDDS]n_離子，[金屬-EDDS]_離子在直流電場的作用下繼續(xù)向陽極移動；[金屬-EDDS]n_離子最后富集在陽極區(qū)，沒有與([S，S]-EDDS)3_發(fā)生螯合反應(yīng)的重金屬離子會在直流電場的作用下富集到陰極區(qū)； 當(dāng)監(jiān)測器監(jiān)測到電極液呈飽和狀態(tài)，反饋控制器，停止電動力修復(fù)系統(tǒng)工作，開啟重金屬回收系統(tǒng)，將陽極室與陰極室的的陽極電極液和陰極電極液分別抽出送至相應(yīng)的重金屬回收處理裝置進(jìn)行處理； 關(guān)閉重金屬回收系統(tǒng)，開啟電動力修復(fù)系統(tǒng)，使陽極傳輸泵與陰極傳輸泵向陽極室與陰極室灌注新的陽極電極液和陰極電極液，重復(fù)以上第一至第四步的步驟； 陽極重金屬回收處理裝置回收的電極液經(jīng)處理后經(jīng)回流管路回流至陰極液存儲箱； 當(dāng)重金屬回收處理裝置回收中重金屬濃度達(dá)到處理目標(biāo)濃度后，原位修復(fù)土壤中重金屬污染物的裝置停止運行。
3.如權(quán)利要求1所述的一種原位修復(fù)土壤中重金屬污染物的裝置及其修復(fù)方法，其特征在于，為了減少電動力修復(fù)時間，增強電動力修復(fù)效果，本方法采用陰、陽電極間隔排列的方法將陰極電極和陽極電極布置在被重金屬污染的土壤區(qū)域。
【文檔編號】B09C1/08GK104384179SQ201410171864
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】何理, 申婧, 李振通, 張嘉琪 申請人:華北電力大學(xué)