專利名稱：重金屬污染土壤陰極酸化電動力修復(fù)工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及重金屬污染土壤的修復(fù)工藝，特別涉及重金屬污染土壤的陰極酸化電動力修復(fù)工藝。
背景技術(shù)：
污灌及其它人類活動造成的土壤重金屬復(fù)合污染極大地威脅著農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)及人類的健康。目前，國內(nèi)外所采取的治理方法可以歸納為三類第一類是生物方法，如植物修復(fù)法，微生物修復(fù)法；第二類則是物理方法，如客土法、換土法等；第三類為化學(xué)方法，如化學(xué)固定、化學(xué)淋洗等。已有的這些修復(fù)方法都有一定的局限性(1)、植物修復(fù)法修復(fù)過程緩慢，對土壤肥力、氣候、水分、鹽度、排水與灌溉系統(tǒng)等自然和人為條件有一定的要求。用于清理重金屬污染土壤的超累積植物通常矮小、生物量低、生長緩慢、生長周期長，因而修復(fù)效率低，不利于機械化作業(yè)。
(2)、微生物修復(fù)法與植物修復(fù)一樣受人為和自然因素影響因子的制約程度較大。
(3)、客土、換土法工程量大，費用高，只適宜用于小面積的、土壤污染嚴(yán)重的狀況。同時，不能將污染物質(zhì)取出也會對環(huán)境產(chǎn)生一定風(fēng)險。
(4)、化學(xué)固定法被固定在土壤中的重金屬在環(huán)境條件發(fā)生改變時，仍然可以從土壤中釋放出來，變成生物有效形態(tài)。另外，改良劑的使用將在一定程度上改變土壤結(jié)構(gòu)，同時對土壤微生物也可能產(chǎn)生一定的影響。
(5)、化學(xué)淋洗法化學(xué)絡(luò)合劑因為價格昂貴，容易產(chǎn)生次生污染等問題，同時也不適合密實性的污染土體。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的修復(fù)時間長、操作成本高、修復(fù)效率低等問題，提供一種污染土壤的陰極酸化電動力修復(fù)工藝，以在較短的修復(fù)時段及較低的操作成本下，提高污染土壤中重金屬的去除率，本工藝特別適應(yīng)于密質(zhì)和低水力滲透率土壤中的重金屬的去除。
本發(fā)明的重金屬污染土壤陰極酸化電動力修復(fù)工藝的具體步驟如下(1)、將采集的污染土壤經(jīng)自然風(fēng)干，去雜質(zhì)后，大于2mm的微粒經(jīng)篩去除，粒徑小于2mm的部分供進一步之用。
(2)、按土∶水(質(zhì)量比)＝1.5～2∶1將去離子水加入土壤中，泥漿用電動攪拌器機械攪拌2～4小時，然后靜置7～10天以達到污染物的均衡分布。
(3)、將處理后的土壤裝入電動力修復(fù)裝置的土壤室，用濾紙將土壤與電解液隔開，濾紙用支架固定，然后將各極電解液輸入電解室。待各極電解液輸入電解室后，將裝置靜置1～2小時。
(4)、對修復(fù)裝置通入直流電，為保證電解反應(yīng)凈速度為一常量和使復(fù)雜的電流邊界環(huán)境最小化，本修復(fù)工藝采用恒電流輸出，電流密度控制在0.1～5mA/cm2。
(5)、將各極電解液儲備室中的電解液通過蠕動泵輸入各極電解室，其泵送流量控制在0.5～5mL/min，以補償電解反應(yīng)中電解液的損失。
(6)、定時測定泵送入各極電解室的電解液與從各極電解室溢流孔中流出并被收集到收集器的電解液的體積，并按下式計算電滲流體積，當(dāng)后一時刻Ve-o的計算值與前一時刻Ve-o的計算值的差值為0時，終止修復(fù)。
Ve-o=23(V1-V2)-(V3-V4)]]>式中Ve-o電滲流體積，mL；V1泵送入陽極電解室的電解液的體積，mL；V2陽極溢流孔溢出的電解液的體積，mL；V3泵送入陰極電解室的電解液的體積，mL；V4陰極溢流孔溢出的電解液的體積，mL。
若Ve-o為正，則電滲流方向為自陽極向陰極；反之則反。
本發(fā)明中，陽極電解液采用0.0025mol/L的H2SO4，陰極電解液采用0.25mol/LH2SO4。陰極采用0.25mol/L H2SO4的原因在于較高濃度的H+可中和陰極電解過程中產(chǎn)生的OH-，從而防止重金屬與OH-形成沉淀。
本發(fā)明的特點在于(1)重金屬離子在電場下可向陰極遷移并聚積。(2)電極反應(yīng)在陽極產(chǎn)生大量的H+，使陽極附近區(qū)域土壤pH下降，這促進了土壤中重金屬的溶解和被吸附重金屬離子的解吸，提高了可溶態(tài)的重金屬之?dāng)?shù)量及重金屬的移動性，從而有利于更多數(shù)量重金屬向陰極遷移。(3)陰極電解液0.25mol/L的H2SO4具有很高的H+濃度，能夠中和陰極電解反應(yīng)過程中產(chǎn)生的OH-，阻止了OH-與重金屬離子形成氫氧化物沉淀，提高了土壤孔隙水中重金屬離子濃度。(4)正電滲流有利于修復(fù)，反之則反。本工藝由公式Ve-o=23(V1-V2)-(V3-V4)]]>對電滲流體積的變化情況進行實時監(jiān)測，根據(jù)其計算值來確定終止修復(fù)的時刻，最大程度地利用了對重金屬去除起促進作用的正電滲流。


圖1為本發(fā)明的修復(fù)裝置圖。
圖1中1為直流電源，2為石墨電極(φ×L＝28×250mm)，3為陽極電解液，4為陰極電解液，5為陽極電解室，6為陰極電解室，7為陽極電解液儲備室，8為陰極電解液儲備室，9為濾紙，10為土壤室(L×W×H＝15cm×10cm×10cm)，11為電解液收集器，12為支架，13為溢流孔，14為蠕動泵。
具體實施例方式
結(jié)合附圖1進一步說明本發(fā)明的實施方式。
實施例1(1)、將含鎘1490mg/kg的污染土壤自然風(fēng)干，去雜質(zhì)后，大于2mm的微粒經(jīng)篩去除，粒徑小于2mm的部分供進一步之用。
(2)、按土∶水(質(zhì)量比)＝2∶1將去離子水加入土壤中，泥將用電動攪拌器機械攪拌3小時，然后靜置7天以達到污染物的均衡分布。
(3)、將處理后的土壤裝入修復(fù)裝置的土壤室10(高度與溢流孔高度齊平，為10cm)，用濾紙9將土壤與電解液隔開，濾紙用支架12固定。將600mL 0.0 025mol/L的H2SO4陽極電解液3注入陽極電解室5，同時將900mL 0.25mol/L H2SO4陰極電解液4注入陰極電解室6，之后靜置1小時。
(4)、對修復(fù)裝置通入直流電，電流密度為0.5mA/cm2，以促使電極反應(yīng)的反生，在陽電解反應(yīng)中生成的H+使土壤中被吸附的鎘不斷解吸，并在電場的作用下向陰極遷移。
(5)、將各極電解液儲備室7、8中的電解液通過蠕動泵14輸入各極電解室5、6，其泵送流量均為1mL/min，以補償電解反應(yīng)中電解液的損失。
(6)、定時測定泵送入各極電解室的電解液與從各極電解室溢流孔中流出并被收集到收集器11的電解液的體積，并按式Ve-o=23(V1-V2)-(V3-V4)]]>計算電滲流體積變化量，當(dāng)后一時刻Ve-o的計算值與前一時刻Ve-o的計算值的差值為0時，終止修復(fù)。在經(jīng)過4.5天后，土壤中鎘去除率達到79％。
實施例2(1)、將含鉛1610mg/kg的污染土壤自然風(fēng)干，去雜質(zhì)后，大于2mm的微粒經(jīng)篩去除，粒徑小于2mm的部分供進一步之用。
(2)、按土∶水(質(zhì)量比)＝1.8∶1將去離子水加入土壤中，泥將用電動攪拌器機械攪拌4小時，然后靜置8天以達到污染物的均衡分布。
(3)、同實施例1中(3)。
(4)、對修復(fù)裝置通入直流電，電流密度為0.4mA/cm2，以促使電極反應(yīng)的反生，在陽電解反應(yīng)中生成的H+使土壤中被吸附的鉛不斷解吸，并在電場的作用下向陰極遷移。
(5)、將各極電解液儲備室7、8中的電解液通過蠕動泵14輸入各極電解室5、6，其中陽極泵送流量為0.6mL/min，陰極泵送流量為1mL/min；以補償電解反應(yīng)中電解液的損失。
(6)、定時測定泵送入各極電解室的電解液與從各極電解室溢流孔中流出并被收集到收集器11的電解液的體積，并按式Ve-o=23(V1-V2)-(V3-V4)]]>計算電滲流體積變化量，當(dāng)后一時刻Ve-o的計算值與前一時刻Ve-o的計算值的差值為0時，終止修復(fù)。在經(jīng)過6.5天后，土壤中鉛去除率達到66％。
權(quán)利要求
1.一種重金屬污染土壤陰極酸化電動力修復(fù)工藝，其特征在于具體步驟為(1)、將采集的污染土壤經(jīng)自然風(fēng)干，去雜質(zhì)后，大于2mm的微粒經(jīng)篩去除，粒徑小于2mm的部分供進一步之用；(2)、按質(zhì)量比土∶水＝1.5～2∶1將去離子水加入土壤中，泥漿用電動攪拌器機械攪拌2～4小時，然后靜置7～10天以達到污染物的均衡分布；(3)、將處理后的土壤裝入電動力修復(fù)裝置的土壤室，用濾紙將土壤與電解液隔開，濾紙用支架固定；然后將各極電解液輸入電解室；待各極電解液輸入電解室后，將裝置靜置1～2小時；(4)、對修復(fù)裝置通入直流電，為保證電解反應(yīng)凈速度為一常量和使復(fù)雜的電流邊界環(huán)境最小化，本修復(fù)工藝采用恒電流輸出，電流密度控制在0.1～5mA/cm2；(5)、將各極電解液儲備室中的電解液通過蠕動泵輸入各極電解室，其泵送流量控制在0.5～5mL/min，以補償電解反應(yīng)中電解液的損失；(6)、定時測定泵送入各極電解室的電解液與從各極電解室溢流孔中流出并被收集到收集器的電解液的體積，并按下式計算電滲流體積，當(dāng)后一時刻Ve-o的計算值與前一時刻Ve-o的計算值的差值為0時，終止修復(fù)；Ve-o=23(V1-V2)-(V3-V4)]]>式中Ve-o電滲流體積，mL；V1泵送入陽極電解室的電解液的體積，mL；V2陽極溢流孔溢出的電解液的體積，mL；V3泵送入陰極電解室的電解液的體積，mL；V4陰極溢流孔溢出的電解液的體積，mL。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬污染土壤陰極酸化電動力修復(fù)工藝，其特征在于陽極電解液采用0.0025mol/L的H2SO4，陰極電解液采用0.25mol/L H2SO4。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種重金屬污染土壤陰極酸化電動力修復(fù)工藝，其主要步驟為將經(jīng)自然風(fēng)干去雜質(zhì)的土壤中加入離子水，攪拌靜置處理，處理的污染土壤裝入電動力修復(fù)裝置的土壤室，然后向各極電解室中輸入電解液后靜置，再通入恒直流電，污染土壤中的重金屬在修復(fù)過程中不斷從土壤中解吸出來，并在電場的作用下遷移出土壤，從而實現(xiàn)對重金屬污染土壤的治理。本發(fā)明的工藝具有修復(fù)時間短，易操作，重金屬去除率較高等特點，具有明顯的經(jīng)濟效益和社會效益。
文檔編號B09C1/00GK1714955SQ20051003186
公開日2006年1月4日 申請日期2005年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月13日
發(fā)明者劉云國, 李程峰, 曾光明, 李欣 申請人:湖南大學(xué)