專利名稱：一種電動力修復(fù)鉻污染地下水的裝置及修復(fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于地下水污染修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電動力修復(fù)鉻污染地下水的裝置及修復(fù)方法。
背景技術(shù)：
地下水是自然界水循 環(huán)的重要組成部分，與人類活動和生存息息相關(guān)。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，地下水重金屬污染的問題日益嚴(yán)重，已經(jīng)成為當(dāng)前人類所面臨的最緊迫的環(huán)境污染問題之一。對全國118個城市地下水質(zhì)量進行評價中，64%有的城市地下水受到嚴(yán)重的污染，33%的城市地下水受到輕度污染，而僅3%的城市地下水基本潔凈，其中地下水鉻污染尤其引人注目。地下水存在于土壤空隙和地下巖石裂隙中，由于地下水與其重金屬污染物質(zhì)的物理化學(xué)作用過程十分復(fù)雜，其污染進程往往十分隱蔽和緩慢，既不容易及早發(fā)現(xiàn)，又難以在較短時間內(nèi)治理奏效，因此地下環(huán)境的污染治理比地表環(huán)境更為復(fù)雜和困難，從而對修復(fù)技術(shù)也要求較高。通常情況下對重金屬污染的土壤和地下水多采用植物修復(fù)等技術(shù)，但此類型修復(fù)的周期長且見效慢因為重金屬污染物在土壤中主要與腐殖質(zhì)類天然有機質(zhì)結(jié)合而吸附在土壤顆粒上，并穩(wěn)定存在，不易被植物高效吸收，所以增加了重金屬污染物從土壤中去除的難度，使傳統(tǒng)的植物修復(fù)效率降低，而地下水污染的抽出處理則耗費較大，應(yīng)用受到限制。電動修復(fù)是一種原位修復(fù)技術(shù)，它的基本機理是水飽和土壤在電場的作用下，水發(fā)生電解反應(yīng)，陰極產(chǎn)生氫氣和氫氧根離子，陽極產(chǎn)生氧氣和氫離子，陽極產(chǎn)生的氫離子在電場和濃度梯度的作用下，向土壤內(nèi)部遷移和擴散，氫離子在遷移和擴散的過程中，置換和溶解土壤中的重金屬污染物，被溶解后的重金屬污染物在電場和濃度梯度的作用下，以離子遷移和電滲的方式朝陰極方向定向遷移，從而達到去除土壤污染物的目的。電動修復(fù)過程中最主要的電極反應(yīng)如下(E0為標(biāo)準(zhǔn)電極電位)陽極反應(yīng)2H20 — 4e ―一 02 +4Η+，E0= —1. 229 V ；陰極反應(yīng)2H20+2e — — H2 t +20H —，E0= — O. 828 V ；由于電解反應(yīng)，陽極產(chǎn)生氫離子，陰極產(chǎn)生氫氧根離子，陽極產(chǎn)生的氫離子有利于重金屬的活化，使其遷移至陰極而富集。陰極產(chǎn)生的氫氧根離子使重金屬離子沉淀，阻塞修復(fù)體空隙，不利于電遷移和電滲流。與化學(xué)清洗法和化學(xué)還原法相比，具有耗費人工少、維護管理簡單、化學(xué)試劑使用少、不破壞修復(fù)體的基本結(jié)構(gòu)和特性、基本無二次污染、經(jīng)濟效益高等優(yōu)點；與化學(xué)固化法相比，是一種成本低、可實現(xiàn)污染物質(zhì)徹底清除的修復(fù)技術(shù)；與物理修復(fù)相比，耗費人工少，不需要施工而影響外界景觀和周圍環(huán)境；與生物修復(fù)技術(shù)相t匕，具有投資少、見效快的優(yōu)點。另外，電修復(fù)技術(shù)還可以與其它技術(shù)形成復(fù)合污染治理工藝。同時，電動修復(fù)技術(shù)也存在一些局限性①不適合用于含水率低的修復(fù)體，在含水率10%以下效果變差由于同一修復(fù)體的成分差異，局部礦物質(zhì)高，電導(dǎo)性好，造成電流異常，也可能影響修復(fù)體原來的性狀；③電解反應(yīng)產(chǎn)生二次污染物，如氧化還原反應(yīng)產(chǎn)生副產(chǎn)物氯氣等；④腐蝕問題，如碳、石墨、鉬等電極腐蝕后殘留在修復(fù)體中。此外，電動修復(fù)過程中，修復(fù)體的pH值及氧化還原電位的極端改變，也會造成修復(fù)效果變差。實際上，因為陽極電解產(chǎn)生的大量氫離子在電場作用下不斷遷移，致使土壤的PH值下降，雖然有利于重金屬離子溶解，但如果pH值過低就會使土壤的Zeta變化到零電位，甚至改變符號。這樣就會導(dǎo)致電滲流減弱，嚴(yán)重會導(dǎo)致逆滲流現(xiàn)象發(fā)生。很多研究者利用有機酸作為電動修復(fù)的強化劑，且實現(xiàn)了對污染物較高的去除率。有機酸不但可以用來調(diào)節(jié)pH值，而且還具有一定的緩沖和鰲合功能，能促使污染物溶解從而有利于污染物的去除。常用的有機酸主要有乙酸、檸檬酸、乳酸等，其中檸檬酸的鰲合性能最好，應(yīng)用最為廣泛。有機酸是一種可生物降解、對環(huán)境友好的強化劑，它的強化作用主要有兩方面一是控制PH值，使修復(fù)系統(tǒng)維持在較穩(wěn)定的酸性環(huán)境，有利于重金屬的溶解去除以及防止陰極附近堿化沉淀；二是鰲合作用，促進重金屬鰲合溶解于水相中，提高了重金屬的可遷移性。但有機酸的應(yīng)用對電滲流的影響也是值得關(guān)注的，因為有機酸的過 度使用也會導(dǎo)致修復(fù)體陰離子增多而降低Zeta電位，直接影響電滲流的大小甚至方向。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對傳統(tǒng)電動力修復(fù)過程中發(fā)生的電解液PH值變化對修復(fù)效果的影響進行了改良，選用檸檬酸作為化學(xué)增強劑，提供了一種電動力修復(fù)鉻污染地下水的裝置及修復(fù)方法。檸檬酸一方面用來調(diào)節(jié)PH值，另外還具有一定的緩沖和鰲合功能，能促使污染物溶解從而有利于污染物的去除。一種電動力修復(fù)鉻污染地下水的裝置，該裝置由進水系統(tǒng)、主體反應(yīng)系統(tǒng)和出水系統(tǒng)順次相連組成；所述進水系統(tǒng)中進水箱與進水溢流槽相連，進水溢流槽的上部設(shè)置進水溢流孔；所述主體反應(yīng)系統(tǒng)中反應(yīng)裝置通過兩塊豎直隔板分成進水區(qū)、反應(yīng)區(qū)和出水區(qū)三部分，直流電源的正極和負(fù)極分別與反應(yīng)裝置的進水區(qū)和出水區(qū)相連，陽極檸檬酸儲備室和陰極檸檬酸儲備室分別通過一個蠕動泵與陽極檸檬酸輸入管和陰極檸檬酸輸入管相連，陽極檸檬酸輸入管和陰極檸檬酸輸入管分別與進水區(qū)和出水區(qū)相連；所述出水系統(tǒng)為出水溢流槽，其上部設(shè)置出水溢流孔；所述進水溢流槽和出水溢流槽分別通過管路與進水區(qū)和出水區(qū)相連。所述隔板為有機玻璃材質(zhì)，其上設(shè)置多個圓孔，每個隔板的兩側(cè)均分別設(shè)置一層無紡?fù)凉げ?，使隔板兩?cè)液體均勻滲透，并防止砂土向外流出。所述陽極檸檬酸輸入管和陰極檸檬酸輸入管均為有機玻璃材質(zhì)，其在反應(yīng)裝置內(nèi)部的管壁上分別均勻設(shè)置多個圓孔，其外側(cè)均設(shè)置一層無紡?fù)凉げ迹乐股巴吝M入。所述直流電源的正極和負(fù)極均為圓柱狀純石墨電極，在反應(yīng)裝置中提供非均勻電場。一種電動力修復(fù)鉻污染地下水的方法，其模擬污染動態(tài)地下水通過兩側(cè)的進水溢流槽和出水溢流槽之間的水位差在反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生水力梯度來控制流速，具體步驟如下a.首先，根據(jù)需求在陽極檸檬酸儲備室和陰極檸檬酸儲備室中添加的檸檬酸溶液；b.用導(dǎo)線把反應(yīng)裝置與直流電源連接起來；
c.含高濃度鉻離子的重金屬污染地下水通過進水系統(tǒng)進水，流經(jīng)反應(yīng)區(qū)進行電解反應(yīng)；與此同時，陽極檸檬酸溶液通過陽極檸檬酸輸入管與由進水區(qū)流入的受重金屬污染的地下水混合，一起進入反應(yīng)區(qū)，然后由直流電源供電，開始電解反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后由出水區(qū)流出；整個反應(yīng)過程中，陽極檸檬酸儲備室和陰極檸檬酸儲備室中的檸檬酸溶液分別以一定速度通過蠕動泵向反應(yīng)裝置中補充；d.對出水區(qū)的鉻離子濃度進行測定。所述陰極檸檬酸儲備室的檸檬酸溶液的濃度為O. 3 mol/L^O. 5 mol/L，陽極檸檬酸儲備室的檸檬酸溶液濃度為O. 03 mol/L O. 05 mol/L。所述進水系統(tǒng)的進水速度為10 L/h。所述陰極檸檬酸儲藏室中的檸檬酸溶液以I mL/cT5 mL/d的速度向反應(yīng)裝置中補充，陽極檸檬酸儲備室中的檸檬酸溶液以0.1 mL/cTO.6 mL/d的速度補充。
所述直流電源的正極和負(fù)極均為圓柱狀純石墨電極，在反應(yīng)裝置中提供非均勻電場，直流電源對反應(yīng)裝置施加20 mA^50 mA的恒定電流。本發(fā)明的有益效果為1、將化學(xué)強化同電動力結(jié)合在一起，極大的提高了對重金屬離子的去除效率，有機酸不但可以用來調(diào)節(jié)PH值，而且還具有一定的緩沖和鰲合功能，能促使污染物溶解從而有利于污染物的去除；2、此方法適用于遠(yuǎn)未修復(fù)，對生態(tài)環(huán)境影響較小，可防止重金屬污染物在轉(zhuǎn)移過程中污染土壤;3、對重金屬的去除效率極高，出水水質(zhì)良好，可達95%以上，出水區(qū)的地下水達到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)；4、比傳統(tǒng)的修復(fù)方法相比，這種方法體現(xiàn)出成本低，工藝簡單易行，便于操作，無二次污染等突出優(yōu)點；且與一般的無機酸處理相比，去除率有較大優(yōu)勢；


圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標(biāo)號1_進水箱；2_進水溢流孔；3_進水溢流槽；4_反應(yīng)裝置；5_出水溢流槽；6_出水溢流孔；7_為直流電源；8_陽極檸檬酸輸入管；9_陰極檸檬酸輸入管；10-陽極檸檬酸儲備室；11_陰極檸檬酸儲備室；12-蠕動泵；13_進水系統(tǒng)；14-主體反應(yīng)系統(tǒng)；15-出水系統(tǒng)；16_隔板；17_進水區(qū)；18_反應(yīng)區(qū)；19_出水區(qū)。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種電動力修復(fù)鉻污染地下水的裝置及修復(fù)方法，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。一種電動力修復(fù)鉻污染地下水的裝置，該裝置由進水系統(tǒng)13、主體反應(yīng)系統(tǒng)14和出水系統(tǒng)15順次相連組成；所述進水系統(tǒng)13中進水箱I與進水溢流槽3相連，進水溢流槽3的上部設(shè)置進水溢流孔2 ;所述主體反應(yīng)系統(tǒng)14中反應(yīng)裝置4通過兩塊豎直隔板16分成進水區(qū)17、反應(yīng)區(qū)18和出水區(qū)19三部分，直流電源7的正極和負(fù)極分別與反應(yīng)裝置4的進水區(qū)17和出水區(qū)19相連，陽極檸檬酸儲備室10和陰極檸檬酸儲備室11分別通過一個蠕動泵12與陽極朽1檬酸輸入管8和陰極朽1檬酸輸入管9相連,陽極朽1檬酸輸入管8和陰極朽1檬酸輸入管9分別與進水區(qū)17和出水區(qū)19相連；所述出水系統(tǒng)15為出水溢流槽5，其上部設(shè)置出水溢流孔6 ;所述進水溢流槽3和出水溢流槽5分別通過管路與進水區(qū)17和出水區(qū)19相連。所述隔板16為有機玻璃材質(zhì)，其上設(shè)置多個圓孔，每個隔板16的兩側(cè)均分別設(shè)置一層無紡?fù)凉げ?，使隔?6兩側(cè)液體均勻滲透，并防止砂土向外流出。所述陽極朽1檬酸輸入管8和陰極朽1檬酸輸入管9均為有機玻璃材質(zhì),其在反應(yīng)裝置4內(nèi)部的管壁上分別均勻設(shè)置多個圓孔，其外側(cè)均設(shè)置一層無紡?fù)?工布，防止砂土進入。所述直流電源7的正極和負(fù)極均為圓柱狀純石墨電極，在反應(yīng)裝置4中提供非均勻電場。一種電動力修復(fù)鉻污染地下水的方法，其模擬污染動態(tài)地下水通過兩側(cè)的進水溢流槽和出水溢流槽之間的水位差在反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生水力梯度來控制流速，具體步驟如下a.首先，根據(jù)需求在陽極檸檬酸儲備室和陰極檸檬酸儲備室中添加的檸檬酸溶液；b.用導(dǎo)線把反應(yīng)裝置與直流電源連接起來；c.含高濃度鉻離子的重金屬污染地下水通過進水系統(tǒng)進水，流經(jīng)反應(yīng)區(qū)進行電解反應(yīng)；與此同時，陽極檸檬酸溶液通過陽極檸檬酸輸入管與由進水區(qū)流入的受重金屬污染的地下水混合，一起進入反應(yīng)區(qū)，然后由直流電源供電，開始電解反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后由出水區(qū)流出；整個反應(yīng)過程中，陽極檸檬酸儲備室和陰極檸檬酸儲備室中的檸檬酸溶液分別以一定速度通過蠕動泵向反應(yīng)裝置中補充；d.對出水區(qū)的鉻離子濃度進行測定。所述陰極檸檬酸儲備室的檸檬酸溶液的濃度為O. 3 mol/L^O. 5 mol/L，陽極檸檬酸儲備室的檸檬酸溶液濃度為O. 03 mol/L O. 05 mol/L。所述進水系統(tǒng)的進水速度為10 L/h ο所述陰極檸檬酸儲藏室中的檸檬酸溶液以I mL/cT5 mL/d的速度向反應(yīng)裝置中補充，陽極檸檬酸儲備室中的檸檬酸溶液以0.1 mL/cTO.6 mL/d的速度補充。所述直流電源的正極和負(fù)極均為圓柱狀純石墨電極，在反應(yīng)裝置中提供非均勻電場，直流電源對反應(yīng)裝置施加20 mA^50 mA的恒定電流。本發(fā)明將化學(xué)強化同電動力結(jié)合在一起，極大的提高了對重金屬離子的去除效率，有機酸不但可以用來調(diào)節(jié)PH值，而且還具有一定的緩沖和鰲合功能，能促使污染物溶解從而有利于污染物的去除此方法適用于遠(yuǎn)未修復(fù)，對生態(tài)環(huán)境影響較小，可防止重金屬污染物在轉(zhuǎn)移過程中污染土壤。對重金屬的去除效率極高，出水水質(zhì)良好，可達95%以上，出水區(qū)的地下水達到國家污水排放標(biāo)準(zhǔn)。比傳統(tǒng)的修復(fù)方法相比，這種方法體現(xiàn)出成本低，工藝簡單易行，便于操作，無二次污染等突出優(yōu)點。且與一般的無機酸處理相比，去除率有較大優(yōu)勢。
權(quán)利要求
1.一種電動力修復(fù)鉻污染地下水的裝置，其特征在于該裝置由進水系統(tǒng)(13)、主體反應(yīng)系統(tǒng)(14)和出水系統(tǒng)(15)順次相連組成；所述進水系統(tǒng)(13)中進水箱(I)與進水溢流槽(3)相連，進水溢流槽(3)的上部設(shè)置進水溢流孔(2);所述主體反應(yīng)系統(tǒng)(14)中反應(yīng)裝置(4)通過兩塊豎直隔板(16)分成進水區(qū)(17)、反應(yīng)區(qū)(18)和出水區(qū)(19)三部分，直流電源(7)的正極和負(fù)極分別與反應(yīng)裝置(4)的進水區(qū)(17)和出水區(qū)(19)相連，陽極檸檬酸儲備室(10 )和陰極檸檬酸儲備室(11)分別通過一個蠕動泵(12 )與陽極檸檬酸輸入管(8 ) 和陰極朽1檬酸輸入管(9 )相連,陽極朽1檬酸輸入管(8 )和陰極朽1檬酸輸入管(9 )分別與進水區(qū)(17)和出水區(qū)(19)相連；所述出水系統(tǒng)(15)為出水溢流槽(5)，其上部設(shè)置出水溢流孔(6);所述進水溢流槽(3)和出水溢流槽(5)分別通過管路與進水區(qū)(17)和出水區(qū)(19)相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述隔板(16)為有機玻璃材質(zhì)，其上設(shè)置多個圓孔，每個隔板(16)的兩側(cè)均分別設(shè)置一層無紡?fù)凉げ?，使隔?16)兩側(cè)液體均勻滲透，并防止砂土向外流出。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述陽極檸檬酸輸入管(8)和陰極檸檬酸輸入管(9)均為有機玻璃材質(zhì)，其在反應(yīng)裝置(4)內(nèi)部的管壁上分別均勻設(shè)置多個圓孔，其外側(cè)均設(shè)置一層無紡?fù)凉げ迹乐股巴吝M入。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述直流電源(7)的正極和負(fù)極均為圓柱狀純石墨電極，在反應(yīng)裝置(4)中提供非均勻電場。
5.一種電動力修復(fù)鉻污染地下水的方法，其特征在于，模擬污染動態(tài)地下水通過兩側(cè)的進水溢流槽和出水溢流槽之間的水位差在反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生水力梯度來控制流速，具體步驟如下a.首先，根據(jù)需求在陽極檸檬酸儲備室和陰極檸檬酸儲備室中添加的檸檬酸溶液；b.用導(dǎo)線把反應(yīng)裝置與直流電源連接起來；c.含高濃度鉻離子的重金屬污染地下水通過進水系統(tǒng)進水，流經(jīng)反應(yīng)區(qū)進行電解反應(yīng)；與此同時，陽極檸檬酸溶液通過陽極檸檬酸輸入管與由進水區(qū)流入的受重金屬污染的地下水混合，一起進入反應(yīng)區(qū)，然后由直流電源供電，開始電解反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后由出水區(qū)流出；整個反應(yīng)過程中，陽極檸檬酸儲備室和陰極檸檬酸儲備室中的檸檬酸溶液分別以一定速度通過蠕動泵向反應(yīng)裝置中補充；d.對出水區(qū)的鉻離子濃度進行測定。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述陰極檸檬酸儲備室的檸檬酸溶液的濃度為O. 3 mol/L^O. 5 mol/L，陽極檸檬酸儲備室的檸檬酸溶液濃度為O. 03 mol/L^O. 05 mol/L0
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述進水系統(tǒng)的進水速度為10L/h。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述陰極檸檬酸儲藏室中的檸檬酸溶液以I mL/cT5 mL/d的速度向反應(yīng)裝置中補充，陽極檸檬酸儲備室中的檸檬酸溶液以O(shè).1 mL/ (TO. 6 mL/d的速度補充。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述直流電源的正極和負(fù)極均為圓柱狀純石墨電極，在反應(yīng)裝置中提供非均勻電場，直流電源對反應(yīng)裝置施加20 mA^50 mA的恒定電流。
全文摘要
本發(fā)明屬于地下水污染修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電動力修復(fù)鉻污染地下水的裝置及修復(fù)方法。本發(fā)明裝置由進水系統(tǒng)、主體反應(yīng)系統(tǒng)和出水系統(tǒng)順次相連組成；受污染的地下水經(jīng)過水力系統(tǒng)進入主體反應(yīng)系統(tǒng)中進行經(jīng)有機酸強化的電動力處理；模擬污染動態(tài)地下水通過兩側(cè)的溢流水槽之間的水位差在反應(yīng)區(qū)產(chǎn)生水力梯度來控制流速；鉻污染地下水進入反應(yīng)區(qū)后，靜置后作為電解液通過反應(yīng)區(qū)，與檸檬酸溶液混合，在恒定直流電作用下，被污染地下水中的鉻離子在修復(fù)過程中不斷從地下水中解吸出來，并在電場力作用下，從地下水中去除，從而實現(xiàn)對鉻污染地下水的治理。本發(fā)明的工藝具有重金屬去除率高，無二次污染，易操作等特點，重金屬去除率可達95%以上。
文檔編號C02F1/66GK103011349SQ20121059198
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者何理, 馮茂 申請人:華北電力大學(xué)