[发明专利]一种采用电化学装置修复石油污染土壤并同步产电的方法

说明书

技术领域

本发明涉及石油污染土壤的修复，特别是一种采用电化学装置修复石油污染土壤并同步产电的方法。

背景技术

随着石油生产和消费量的不断增加，在其开采、加工和利用过程中，大量的石油类物质不断进入环境，严重威胁着生态安全。据估计，我国每年约有6×l0⁸kg石油通过各种途径进入环境，截止2003年底，石油工业固体废弃物堆放量达到1.9×lO¹⁰kg，占地面积约1.8×1O⁶m²,年产石油污染土壤近1×10⁸kg,累积堆放量达到5×l0⁸kg。石油污染物在土壤中，破坏土壤结构，影响土壤的通透性，改变土壤有机质的组成和结构，引起土壤微生物群落数量和结构的变化，从而严重威胁着生态系统的安全和可持续性。

目前，石油污染土壤的修复技术主要包括物理方法、化学方法和微生物方法。目前常用的物理化学技术包括浓缩干化法、固液分离法、萃取分离法、冲洗法、热处理和热解吸技术、化学破乳回收法等。这些方法主要是针对油泥中原油回收而建立的，在土壤修复中的应用还不尽成熟。微生物修复技术包括异位处理和原位处理两大类。异位微生物修复技术主要包含厌氧处理法、生物反应器、堆肥式处理等；原位微生物修复技术主要包含投菌法、生物培养法、生物通气法、农耕法等。这种方法受环境因素影响较大，而且投入成本较高。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种采用电化学装置修复石油污染土壤并同步产电的方法，采用该装置对石油污染土壤修复中不添加表面活性剂、营养元素等任何化学药品及生物菌剂，利用土壤中的土著生物将石油污染物降解，并同时回收电能。

本发明的技术方案：

一种采用电化学装置修复石油污染土壤并同步产电的方法，步骤如下：

1）电化学装置的组装

电化学装置由有机玻璃箱体、碳纤维布阳极和复合型聚四氟乙烯（PTFE）空气阴极组件构成，有机玻璃箱体为上、下开放并底部带有法兰框的长方体，箱体底部设有底板并通过四个支腿支撑，底板与空气阴极相接的部分均布有直径为0.5cm、孔间距为1cm的圆孔；碳纤维布阳极是将碳纤维布置于丙酮中浸泡8小时，取出后用蒸馏水清洗3次制得；复合型聚四氟乙烯（PTFE）空气阴极组件由复合型聚四氟乙烯（PTFE）空气阴极和其上、下部分别设有的塑胶垫组合构成并通过四周边的螺栓固定，上、下塑胶垫中心的方孔大小与有机玻璃箱体的内腔横截面相同，其中复合型聚四氟乙烯（PTFE）空气阴极制作方法是：称取导电碳黑4g加入200mL烧杯中，加入80mL无水乙醇，搅拌且超声5min，加入6.2mL密度为1.5g/mL的PTFE乳液，搅拌且超声5min，然后于80℃水浴搅拌约40min，取出胶团轻柔，在辊压机上与60目不锈钢网辊压成厚度为0.5mm电极片；然后于340℃下加热25min待用；称取电容碳粉6g加入200mL烧杯中，加入45mL无水乙醇，搅拌且超声5min，加入0.670mL PTFE乳液，再搅拌且超声5min，然后于80℃水浴搅拌约3h，取出胶团轻柔，辊压成薄膜后压在电极片的另一侧，最终电极厚度为0.6mm；

2）将石油污染土自然阴干，研碎过2mm筛，称取320.00g石油污染土粉粒与90mL蒸馏水混合均匀后，平均分成6份，在4层土壤平铺1份，在3层土壤平铺2份，在2层土壤平铺2份，在1层土壤平铺1份，四层土壤之间分别用碳纤维布阳极隔开，用钛片作为导线引出，将三路阳极汇合；

3）用注射器将20mL蒸馏水注入1层土壤上形成水封层，将复合PTFE空气阴极和汇合的碳纤维布阳极分别通过导线与1000Ω外电阻连接，组成土壤微生物燃料电池，外电阻上的电压通过电化学采集卡和电脑自动记录；

4）保持水封层条件下使上述土壤微生物燃料电池在30℃下运行了180d，完成石油污染土壤的修复并同时产生电能。

本发明的优点是：该电化学装置结构简单、操作方便、易于实施，采用该装置对石油污染土壤修复中不添加表面活性剂、营养元素等任何化学药品及生物菌剂，利用土壤中的土著生物将石油污染物降解并同时回收电能，具有显著的技术效果和推广价值。

附图说明

图1为电化学装置结构示意图。

图2为电化学装置剖视结构示意图。

图3为电化学装置产生的电压图和电量图。

图4为利用电化学装置修复后的土壤中总石油烃的降解率图。