本發(fā)明屬于無機(jī)-有機(jī)復(fù)合污染土壤和地下水修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種采用復(fù)合電極修復(fù)重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤和地下水的裝置。

本發(fā)明還涉及采用上述裝置修復(fù)重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤和地下水的方法。

背景技術(shù)：

電動(dòng)修復(fù)技術(shù)是利用外加的直流電場(chǎng)作用，在特定的反應(yīng)裝置中，通過電動(dòng)效應(yīng)(電遷移、電滲析、電泳)將污染物從土壤和地下水中去除。該技術(shù)因適用范圍廣，修復(fù)周期短，無二次污染而備受各國(guó)學(xué)者關(guān)注。

在電動(dòng)修復(fù)過程，電極反應(yīng)產(chǎn)生的極端pH環(huán)境對(duì)重金屬的去除過程是非常不利的，重金屬形態(tài)將會(huì)發(fā)生變化，形成沉淀態(tài)，從而降低了重金屬的遷移性。另外，在有機(jī)污染土壤和地下水中，電動(dòng)修復(fù)僅能使離解的有機(jī)污染物遷移，對(duì)于強(qiáng)疏水性的非極性有機(jī)污染物，單獨(dú)的電動(dòng)過程無法對(duì)其進(jìn)行遷移降解處理，而且電動(dòng)修復(fù)完成后，仍需要抽出電解池中的電解液，開展后續(xù)進(jìn)一步的處理。

原位化學(xué)氧化技術(shù)是通過向土壤中投加化學(xué)氧化劑，如高錳酸鉀、臭氧、過硫酸鹽、Fenton試劑等，使其與污染物發(fā)生反應(yīng)，將污染物轉(zhuǎn)化為危害性較小或無害物質(zhì)，從而達(dá)到去除污染物的目的。該技術(shù)具有修復(fù)成本低、操作簡(jiǎn)單、去除效率高、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，因此常用于污染土壤和地下水的修復(fù)。然而，實(shí)踐證明，原位化學(xué)氧化技術(shù)投加的氧化劑容易受到地層介質(zhì)低滲透性及非均勻性的限制，易產(chǎn)生孔道效應(yīng)，即氧化劑只沿若干條滲透性相對(duì)較高的介質(zhì)孔道流動(dòng)，難以覆蓋整個(gè)污染區(qū)域，致使氧化效率低下。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種采用復(fù)合電極修復(fù)重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤和地下水的裝置。

本發(fā)明的又一目的是提供一種采用上述裝置修復(fù)重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤和地下水的方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的采用復(fù)合電極修復(fù)污染土壤和地下水的裝置，包括：

電動(dòng)修復(fù)裝置、直流電源、電流表、滑動(dòng)變阻器、復(fù)合電極和石墨電極；其中：

電動(dòng)修復(fù)裝置是由修復(fù)室、陰極電解池、陽(yáng)極電解池和電解液儲(chǔ)備罐組成，所述的修復(fù)室包含復(fù)合污染土壤和地下水，修復(fù)室兩端設(shè)置有陰極電解池和陽(yáng)極電解池，陰極電解池內(nèi)安裝復(fù)合電極，復(fù)合電極表面涂覆有活性材料，陽(yáng)極電解池內(nèi)安裝石墨電極，陰極電解池和陽(yáng)極電解池分別各連接有電解液儲(chǔ)備罐；

陰極電解池和陽(yáng)極電解池之間裝有監(jiān)測(cè)探頭；

復(fù)合電極和石墨電極之間串聯(lián)有直流電源、電流表和滑動(dòng)變阻器；

所述的裝置中，修復(fù)室污染土壤的含水率為30％-50％，修復(fù)室距離為1m-10m，修復(fù)室的小于等于10m。

所述的裝置中，陰極電解池和陽(yáng)極電解池距離為0.1m-2m。

所述的裝置中，陰極電解池和陽(yáng)極電解池與各自的電解液儲(chǔ)備罐之間安裝有蠕動(dòng)泵。

所述的裝置中，復(fù)合電極表面的活性材料是將過硫酸鹽緩釋材料、氫基膨潤(rùn)土、活性炭和高嶺土，按質(zhì)量比為1-20:1-15:1-5:1-10加入蒸餾水?dāng)嚢杈鶆蚝笸磕ㄖ潦姌O表面，靜置風(fēng)干。

所述的裝置中，直流電源為恒壓式直流電源，電場(chǎng)強(qiáng)度為10V/m-800V/m。

所述的裝置中，滑動(dòng)變阻器為0-500Ω。

所述的裝置中，定期替換頻率為20-50d。

本發(fā)明提供的采用上述裝置修復(fù)污染土壤和地下水的方法是：

在修復(fù)室內(nèi)的陰極電解池和陽(yáng)極電解池中加入電解液，將污染土壤含水率控制在30％-50％，調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵分別控制電解液流量，并調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，觀察陰極電解池和陽(yáng)極電解池的液面高度和電流表數(shù)據(jù)，開啟電動(dòng)修復(fù)；

通過監(jiān)測(cè)探頭監(jiān)測(cè)陰極電解池的電解液pH和污染物濃度的變化，監(jiān)測(cè)修復(fù)室內(nèi)污染土壤和地下水中污染物濃度變化，及時(shí)更換復(fù)合電極，調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵流量和電流大小，確定修復(fù)周期。

所述的方法中，電動(dòng)修復(fù)中，復(fù)合電極的活性材料調(diào)節(jié)陰極電解池的pH變化，并吸附富集至復(fù)合電極的重金屬污染物；復(fù)合電極的活性材料在修復(fù)過程中，會(huì)被活化產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的自由基，在電場(chǎng)作用下與向陰極電解池遷移的有機(jī)污染物發(fā)生化學(xué)氧化，以降解土壤和地下水中有機(jī)污染物。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：

通過石墨電極、過硫酸鹽緩釋材料、氫基膨潤(rùn)土、活性炭和高嶺土構(gòu)成的復(fù)合電極，在電動(dòng)修復(fù)的過程中，結(jié)合了電動(dòng)修復(fù)和原位高級(jí)氧化技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，形成了一種效率持久高效、方便快捷、易于更換的電動(dòng)修復(fù)裝置和方法，避免了電動(dòng)修復(fù)之后電解液的后續(xù)抽出處理。該復(fù)合電極具有一定的pH的調(diào)節(jié)能力，可以吸附遷移至陰極處的重金屬和有機(jī)污染物，并具有能夠活化過硫酸鹽，產(chǎn)生強(qiáng)氧化性的硫酸根自由基，進(jìn)而氧化降解有機(jī)污染物。與常規(guī)電動(dòng)修復(fù)技術(shù)相比，解決了電動(dòng)修復(fù)過程pH難以控制的問題，避免了重金屬易于沉積在土壤，有機(jī)污染物難以完全去除的難點(diǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明采用復(fù)合電極修復(fù)污染土壤和地下水的裝置示意圖。

圖2為本發(fā)明的復(fù)合電極的結(jié)構(gòu)示意圖。

附圖中主要標(biāo)識(shí)說明：

1直流電源，2電流表，3滑動(dòng)變阻器，4電解液儲(chǔ)備罐，5蠕動(dòng)泵，6電解池，7復(fù)合電極，8監(jiān)測(cè)探頭，9重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤，10污染地下水，11石墨電極，12活性材料。

具體實(shí)施方式

請(qǐng)結(jié)合附圖。

本發(fā)明采用復(fù)合電極修復(fù)重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤和地下水的裝置包括有：電動(dòng)修復(fù)裝置、直流電源1、電流表2、滑動(dòng)變阻器3、復(fù)合電極(陰極)7、石墨電極(陽(yáng)極)11。如圖1所示。

電動(dòng)修復(fù)裝置主要是由修復(fù)室、陰極電解池和陽(yáng)極電解池6、電解液儲(chǔ)備罐4組成，修復(fù)室包含復(fù)合污染土壤9和地下水10，修復(fù)室污染土壤的含水率控制在30％-50％，修復(fù)室距離控制在1m-10m，修復(fù)室深度控制在小于等于10m；陰極電解池和陽(yáng)極電解池之間的距離控制在0.1m-2m，復(fù)合電極布設(shè)在陰極電解池，石墨電極布設(shè)在陽(yáng)極電解池。

本發(fā)明的復(fù)合電極是由石墨電極11和活性材料層12構(gòu)成，活性材料層是由過硫酸鹽緩釋材料、氫基膨潤(rùn)土、活性炭和高嶺土組成，質(zhì)量比例為1-20:1-15:1-5:1-10，其中的過硫酸鹽緩釋材料為中國(guó)專利CN103435140A所公開，本發(fā)明選擇的目數(shù)為100-500目，氫基膨潤(rùn)土的顆粒選擇為100-500目，活性炭選擇為椰殼炭，目數(shù)為20-300目。復(fù)合電極請(qǐng)結(jié)合圖2所示。

復(fù)合電極的制備方法：將選擇的過硫酸鹽緩釋材料、氫基膨潤(rùn)土、活性炭和高嶺土組分，按比例加入蒸餾水?dāng)嚢杌旌暇鶆蚝?，涂抹至石墨棒狀電極表面，靜置自然風(fēng)干備用。

復(fù)合電極中的活性材料層既可以中和陰極反應(yīng)引起的高濃度OH^-離子，也可以吸附重金屬污染物和氧化有機(jī)污染物，該復(fù)合電極活性材料層效率高，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，易于更換，操作簡(jiǎn)便。

本發(fā)明的直流電源可以選擇恒壓式直流電源，電場(chǎng)強(qiáng)度為10V/m-800V/m。本發(fā)明的滑動(dòng)變阻器選擇為0-500Ω。

本發(fā)明提供的采用上述裝置修復(fù)重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤和地下水的方法，其步驟如下：

第一步：復(fù)合電極的制備，將選擇的過硫酸鹽緩釋材料、氫基膨潤(rùn)土、活性炭和高嶺土，按照一定質(zhì)量比例加入蒸餾水?dāng)嚢杌旌暇鶆蚝?，涂抹至石墨棒狀電極表面，靜置自然風(fēng)干備用。

第二步：加入電解液將污染土壤含水率控制在30％-50％，設(shè)置電解池、修復(fù)室和電解液儲(chǔ)備罐，用導(dǎo)線連接裝置各部分，調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵5流量和滑動(dòng)變阻器滑片，觀察電解池液面高度和電流表數(shù)據(jù)，開啟電動(dòng)修復(fù)。

第三步：通過設(shè)置在污染土壤和地下水中的監(jiān)測(cè)探頭8定期監(jiān)測(cè)陰極電解池電解液pH和污染物濃度的變化，定期監(jiān)測(cè)修復(fù)室內(nèi)污染土壤和地下水中污染物濃度變化，及時(shí)更換復(fù)合電極，調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵流量和電流大小，確定修復(fù)周期。本發(fā)明定期替換頻率選擇20-50d為宜。

實(shí)施例

某一加油站發(fā)生泄漏導(dǎo)致土壤和地下水發(fā)生污染，土壤和地下水污染物主要是Cu、Pb、TPH，污染的地下水為第一含水層，埋深為3.5m，厚度為2.6m。按照本發(fā)明提供的裝置和方法，完成其設(shè)計(jì)。陰極復(fù)合電極選擇過硫酸鹽緩釋材料、氫基膨潤(rùn)土、活性炭和高嶺土，按照質(zhì)量比例4:3:1:2加入蒸餾水?dāng)嚢杌旌暇鶆蚝?，涂抹至石墨棒狀電極表面，靜置自然風(fēng)干備用。調(diào)節(jié)場(chǎng)地土壤含水量為35％，陰極電解池和陽(yáng)極電解池選用的電解液為0.5mol/L的氯化鈉溶液，陰極電解池和陽(yáng)極電解池的長(zhǎng):寬:深度為50cm×50cm×6.1m，設(shè)置修復(fù)室長(zhǎng):寬:深度為5m×5m×6.1m。陽(yáng)極電極選擇石墨棒狀電極，復(fù)合電極和石墨電極均為3個(gè)，電極之間的電場(chǎng)強(qiáng)度為60V/m，滑動(dòng)變阻器選擇500Ω，電流表最大量程選擇1A。按照本發(fā)明的步驟要求，連接各部分，設(shè)置蠕動(dòng)泵流量和調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，啟動(dòng)電動(dòng)修復(fù)。定時(shí)監(jiān)測(cè)陰極電解池和修復(fù)室內(nèi)土壤和地下水中重金屬和有機(jī)污染物的濃度變化，并實(shí)時(shí)記錄陰極電解池pH變化。修復(fù)42d后，更換復(fù)合電極，經(jīng)檢測(cè)土壤中重金屬去除率達(dá)到87％，有機(jī)污染物去除率達(dá)到75％。

本發(fā)明針對(duì)重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染土壤和地下水電動(dòng)修復(fù)難以完全修復(fù)的技術(shù)難點(diǎn)，提出了一種采用復(fù)合電極的電動(dòng)修復(fù)裝置和方法，結(jié)合復(fù)合電極的活性材料實(shí)現(xiàn)污染土壤和地下水的pH控制、吸附重金屬污染物及氧化降解有機(jī)污染物三位一體的高效快捷修復(fù)效率。修復(fù)完成后，通過復(fù)合電極的定期替換可實(shí)現(xiàn)重金屬-有機(jī)物復(fù)合污染物的原位去除。