一種維持污染土壤電動(dòng)修復(fù)中電勢差均勻的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及污染土壤電動(dòng)修復(fù)的技術(shù)領(lǐng)域，具體說是一種維持污染土壤電動(dòng)修復(fù)中電勢差均勻的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電動(dòng)修復(fù)方法污染土壤是目前一種新興技術(shù)。在已有的電動(dòng)修復(fù)過程中，將電極插入到污染土壤中，形成電極矩陣，施加微弱直流電形成電場。在電化學(xué)反應(yīng)和電動(dòng)效應(yīng)的聯(lián)合作用下，能夠有效去除土壤中的污染物。
[0003]前期研宄結(jié)果表明，電動(dòng)修復(fù)過程中，土壤中有機(jī)污染物的降解效率與電勢差存在正相關(guān)(Li et al.，2014)，重金屬污染物的迀移速率也與電勢差密切相關(guān)，因此，維持電勢差是提高污染土壤電動(dòng)修復(fù)效率的關(guān)鍵。
[0004]電勢差在外加電壓恒定，正負(fù)電極間距離固定的條件下，其大小及空間分布是不變的。但污染土壤在電動(dòng)修復(fù)過程中，電解、電迀移等電動(dòng)效應(yīng)均會(huì)造成土壤水和鹽離子空間分布及含量的變化，直接導(dǎo)致電勢差衰減，尤其在電動(dòng)效應(yīng)劇烈的陽極附近，電勢差衰減的就更為顯著。而極性切換條件下，土壤水分和可移動(dòng)離子向陰陽電極中間迀移，導(dǎo)致電極附近均呈現(xiàn)電勢差衰減的趨勢。因此，適時(shí)適量補(bǔ)充電解液可有效解決電動(dòng)修復(fù)電勢差衰減的問題。
[0005]如何基于土壤理化性質(zhì)，電極矩陣排列與極性切換時(shí)間，通過電極附近補(bǔ)充電解液的方式維持電勢差，對(duì)保持電動(dòng)修復(fù)過程中的高效性具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明目的在于提供一種維持污染土壤電動(dòng)修復(fù)中電勢差均勻的方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:
[0008]一種維持污染土壤電動(dòng)修復(fù)中電勢差均勻的方法，
[0009]采用電動(dòng)修復(fù)污染土壤，電動(dòng)修復(fù)效應(yīng)導(dǎo)致水分和可移動(dòng)離子迀移減少，從而減弱電勢差，待電極附近電勢差的衰減率多20 %時(shí)，補(bǔ)加電解液有效維持該區(qū)域的電勢差，提高污染土壤的整體修復(fù)效率。
[0010]所述電解液由高濃度鹽溶液與水混合而成，其中鹽離子濃度范圍為0.5% -2%。
[0011]所述高濃度鹽溶液陽離子包括Na+、K+、Ca2+，陰離子包括Cl_、N03_、S042_;
[0012]所述陽離子中Na+占陽離子總摩爾比例為40% -60%, K +占陽離子總摩爾比例為20% -30%, Ca2+占陽離子總摩爾比例為10% -30% ；
[0013]所述陰離子中Cr占陰離子總摩爾比例為50% -70%,NO;占陰離子總摩爾比例為10% -30%, SO42-占陰離子總摩爾比例為10% -20%。
[0014]所述電解液的補(bǔ)充量與電極切換的間隔時(shí)間成反比，這是由于電極切換的間隔時(shí)間越長，電動(dòng)效應(yīng)導(dǎo)致土壤中水分和可移動(dòng)離子量越少，從而電勢差越小，需補(bǔ)充更多電解液。電解液的補(bǔ)充量范圍為25ml/kg(土)-50ml/kg(土 )。
[0015]所述電解液補(bǔ)充范圍在以電極為中心，半徑為3cm_10cm的圓內(nèi)。
[0016]所述在布設(shè)電極的污染土壤中施加直流電源，并過極性控制器控制電極極性與極性切換時(shí)間；根據(jù)土壤質(zhì)地，確定電解液中陽離子組成、陰離子組成及確定電解液濃度；根據(jù)電極切換的間隔時(shí)間，確定電解液的補(bǔ)充量，通過工控機(jī)定點(diǎn)監(jiān)測電極附近的電勢差衰減率，當(dāng)衰減率多20%時(shí)，由工控機(jī)自動(dòng)下達(dá)指令補(bǔ)充電解液，或人工手動(dòng)補(bǔ)充電解液。
[0017]維持污染土壤電動(dòng)修復(fù)中電勢差均勻的優(yōu)選步驟是:
[0018]a.在污染土壤中電極(I)按MXN 二維布設(shè)，通過施加直流，實(shí)現(xiàn)的污染土壤的電動(dòng)修復(fù)。直流電源(2)的供電電壓20V-36V，電勢差保持在0.8V/cm-1.5V/cm。
[0019]b.通過極性控制器(3)控制電極極性與極性切換時(shí)間，即同行同列上相鄰兩個(gè)電極極性相反，電極極性的切換時(shí)間為2h-8h。
[0020]c.根據(jù)土壤質(zhì)地，確定電解液中陰、陽離子的組成及確定電解液濃度；根據(jù)電極切換的間隔時(shí)間，確定電解液的補(bǔ)充量。
[0021]其中，土壤質(zhì)地為粘土?xí)r，對(duì)離子吸收能力強(qiáng)，土壤的陽離子代換量為25-30cmol (+) /kg，相同外加電壓條件下單位時(shí)間內(nèi)電動(dòng)效應(yīng)導(dǎo)致的電勢差變化小，因此，補(bǔ)充電解液的鹽離子濃度為0.5% -0.8% ;
[0022]土壤質(zhì)地為壤土?xí)r，對(duì)離子吸收能力弱于粘土，土壤的陽離子代換量為15-18cmol (+) /kg，相同外加電壓條件下單位時(shí)間內(nèi)電動(dòng)效應(yīng)導(dǎo)致的電勢差變化大于粘土，因此，補(bǔ)充電解液的鹽離子濃度為1.0% -1.3% ;
[0023]土壤質(zhì)地為砂壤土?xí)r，對(duì)離子吸收能力弱于粘土和壤土，土壤的陽離子代換量為7-8cmol (+) /kg,相同外加電壓條件下單位時(shí)間內(nèi)電動(dòng)效應(yīng)導(dǎo)致的電勢差變化大于粘土和壤土，因此，補(bǔ)充電解液的鹽離子濃度為1.5% -1.7%;土壤質(zhì)地為砂土?xí)r，對(duì)離子吸收能力最弱，土壤的陽離子代換量為l_5cmol (+) /kg,相同外加電壓條件下單位時(shí)間內(nèi)電動(dòng)效應(yīng)導(dǎo)致的電勢差變化最大，因此，補(bǔ)充電解液的鹽離子濃度為1.8% -2.0% ;
[0024]d.通過工控機(jī)(5)定點(diǎn)監(jiān)測(6)電極附近的電勢差衰減率，當(dāng)衰減率彡20%時(shí)，由工控機(jī)(5)自動(dòng)下達(dá)指令補(bǔ)充電解液，或人工手動(dòng)補(bǔ)充電解液。
[0025]本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果:
[0026]1.本發(fā)明基于電極附近電勢差的衰減率變化，補(bǔ)充電解液，增加水分和可移動(dòng)離子，從而維持電極附近土壤的電勢差。
[0027]2.本發(fā)明根據(jù)土壤質(zhì)地，確定電解液中陽離子組成、陰離子組成及電解液濃度；根據(jù)電極切換的間隔時(shí)間，確定電解液的補(bǔ)充量，實(shí)現(xiàn)電勢差適時(shí)適度的恢復(fù)與維持。
【附圖說明】
[0028]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的最小電極矩陣單元的電勢差維持方法應(yīng)用示意圖。
[0029]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的維持電勢差條件下石油污染粘土電動(dòng)修復(fù)的效率圖。
[0030]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的維持電勢差條件下石油污染壤土電動(dòng)修復(fù)的效率圖。
[0031]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的維持電勢差條件下芘污染砂壤土電動(dòng)修復(fù)的效率圖。
[0032]圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的維持電勢差條件下芘污染砂土電動(dòng)修復(fù)的效率圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0034]實(shí)施例1
[0035]本實(shí)施例所修復(fù)的污染土壤為實(shí)驗(yàn)室配置的石油污染土壤，所采的土壤為粘土，除去肉眼可見的雜質(zhì)和草木根，室內(nèi)自然風(fēng)干后過2mm篩子，石油采自遼河油田曙光采油廠某油坑，配制成含油量40g/kg石油污染土壤。
[0036]配制土壤自然風(fēng)干放置7天，待石油與土壤混合均勻后，用去離子水調(diào)節(jié)含水率為25%，分成3個(gè)處理，即對(duì)照、電動(dòng)修復(fù)、電解液補(bǔ)充電動(dòng)修復(fù)，分別裝入到土壤盒內(nèi)(長20cmX 寬 20cmX 高 1cm)。
[0037]如圖1所示，污染土壤中布置2X2的電極(I)矩陣，電極材質(zhì)為石墨電極，直徑Icm,高11cm，外加電壓為20V(2)。通過調(diào)整極性切換控制器(3)，實(shí)現(xiàn)電極極性切換時(shí)間為4h，保持相鄰兩根電極⑴的極性相反。修復(fù)時(shí)間為60d。
[0038]具體操作流程包括:
[0039]根據(jù)實(shí)驗(yàn)用粘土的陽離子代換量為30cmol (+)/kg，所述電解液由高濃度鹽溶液與水混合而成，其中鹽離子濃度為0.7%。
[0040]由于粘土對(duì)