[发明专利]用于重金属或有机物污染土壤的电动力学修复装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于环境治理技术领域，特别涉及一种用于重金属或有机物污染土壤的电动力学修复装置及方法。

背景技术

我国的地下水和土壤污染相当严重，主要污染物是重金属离子和有毒有害有机物。据调查，超过50％的城市地下水受到不同程度的污染。城镇主要污染源来自工业生产和居民消费，农村地区的土壤和地下水污染主要是由粗放式农业耕作和乡镇工业造成的。尽管目前我国环境工作的重点仍然是废水、大气和固体废弃物的处理和处置，然而随着这些问题逐渐得到解决，受污染土壤和地下水的修复将会得到重视。

发达国家已经投入大量资金对受污染环境进行修复。相关的修复技术在国外也得到了迅速开发。修复技术基本上分为两类：物理化学类型和生物学类型。物理化学修复技术包括隔离、泵抽取和地上处理、土壤清洗、萃取、固化和稳定化等；生物修复技术包括地上生物处理和地下现场生物修复等。

物理化学类型的修复技术一般是将受污染的土壤或地下水移走，再进行适当的处理和处置。这类技术能够彻底清除土壤和地下水中的污染，其缺点是严重影响土壤的结构和地下水所处的生态环境，而且成本非常高。相比较而言，现场生物修复技术不会破坏生态环境，但是修复过程非常缓慢、效率低，不能满足快速修复的需要；尤其是在比较密实的土壤中，修复所需要的活性微生物、辅助药剂等很难输送至受污染的区域。

目前，既能修复受污染的土壤和地下水而又不会破坏生态环境成为修复技术发展的方向。电动力学可能就是这样一种修复技术。实际上，电动力学很早已经在土木工程领域得到使用，主要是水坝和土壤的脱水和夯实。近几年，电动力学技术主要用于受污染地下水和土壤的修复。这种技术非常适合多向异性、密实的土壤，而且成本低。

电动力学修复技术的基本原理是将电极插入受污染的地下水及土壤区域。在施加直流电后，形成直流电场。由于土壤颗粒表面具有双电层、孔隙水中离子或颗粒带有电荷。引起土壤孔隙水及水中的离子和颗粒物质沿电场方向进行定向运动，统称为动电效应或者电动力学现象。土壤孔隙表面带负电荷，并与孔隙水中的离子形成双电层。扩散双电层引起孔隙水沿电场从阴极向阳极方向流动，称为电渗析。孔隙水流动速度与双电层厚度（土壤孔隙表面的zeta电位）或者说与水流所携带的动电电流成正比，而与水流中电解质的浓度关系不。土壤颗粒表面的双电层厚度一般约为10m左右。不同类型的土壤带有的电荷及形成的双电层厚度是不同的：沙土<细沙土<高蛉土<蒙脱土。

电动力学第二种机理是带电离子的迁移运动，简称电迁移。在直流电场中，正粒子向阳极迁移，负离子向阴极迁移。离子在单位电场梯度（也就是l V/m）中的迁移速度称为离子淌度。淌度与离子的浓度有关。在无限稀的溶液中，淌度在l×10^-8至10×10^-8m²／（V·s）之间。在土壤中，由于孔隙的作用，迁移的路径长而血折，实际淌度大约在3×10^-9至l×10^-8m²／（V·s）之同。

电动力学第三种机理是土壤中带电胶体粒子的迁移运动，称为电泳。土壤中胶体粒子包括细小土壤颗粒、腐殖质和微生物细胞等。运动的方向和大小取决于电场和毛细孔隙的直径等因素。

发明内容

针对现有技术不足，本发明提供了一种用于重金属或有机物污染土壤的电动力学修复装置及方法。

一种用于重金属或有机物污染土壤的电动力学修复装置，该装置土壤室内部靠近两侧分别设置阳极电极和阴极电极，所述阳极电极和阴极电极与土壤室内壁密封连接；所述阳极电极和阴极电极将土壤室分割成阳极电极外侧的阳极进液区、阳极电极和阴极电极之间的修复区和阴极电极外侧的气体收集区；阳极室通过管路和泵与土壤室的阳极进液区相连，气体收集装置通过管路与土壤室的气体收集区相连，所述气体收集区设置排液口；所述阳极电极和阴极电极分别与直流电源相连；

在土壤室的修复区中，在阳极电极上设置第一沙层，在沙子层上设置铁屑层，在铁屑层上设置第二沙层，在第二沙子层上设置阳极滤纸；在土壤室的修复区中，在阴极电极上设置第三沙层，在第三沙层上设置阴极滤纸。

所述第一沙层、第二沙层和第三沙层所用的沙子的粒径不大于1mm。

所述阳极电极和阴极电极均为石墨电极。

一种用于重金属或有机物污染土壤的电动力学修复装置的修复方法，具体方案如下：