[发明专利]一种土壤微生物电化学修复装置及修复方法和应用

说明书

本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种管式活性炭空气阴极、土壤微生物电化学修复装置及修复方法和应用。本发明提供的管式活性炭空气阴极，包括多孔PVC管(4)和裹绕在所述多孔PVC管(4)外表面的活性炭空气阴极片(3)；所述多孔PVC管(4)和活性炭空气阴极片(3)之间插有阴极导线(5)，所述阴极导线(5)外露；所述活性炭空气阴极片(3)包括依次叠层设置的活性炭催化层、不锈钢网和扩散层；所述扩散层与所述多孔PVC管(4)接触。本发明将活性炭空气阴极片裹绕在多孔PVC管外表面，在保证阴极方便使用的同时能够提高阴极修复污染土壤和土壤脱盐的效能，提升电化学系统产电性能。

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体涉及一种管式活性炭空气阴极、土壤微生物电化学修复装置及修复方法和应用。

背景技术

中国是石油生产和消耗大国，已勘探和开发的油气田和油气藏超过400 处，分布于25个省、市、自治区，相关作业范围约20万平方公里，每口井的落地原油波及半径为20～40米，由于勘探和开采工作导致每年约700万吨石油落地，再加上输送和储存过程中的泄露事故，致使相当面积的土壤受到不同程度的石油污染。目前主要的石油污染土壤修复技术有物理修复、化学修复和生物修复。

物理修复主要有直接焚烧、淋溶分离、热脱附、固化稳定和电动修复等。其中直接焚烧针对高浓度的石油污染油泥有效，对于中低浓度的石油土壤适用性较低。淋溶分离和热脱附可以去除土壤中的部分石油烃类物质，但是污染物消除不彻底。采用固化稳定的方法治理石油污染土壤，显然没有根除有害物质，存在潜在活化的危险性。电动修复需要良好的传质才能达到预期效果，而土壤固有的传质难在一定程度上限制了该方法效能的发挥。污染土壤物理修复在早期土壤治理方面发挥了重要的作用，但是投入成本较高、环境安全性不高等缺点与资源紧缺、生态环境可持续发展不契合。

化学修复主要有化学试剂萃取、氧化剂氧化、光催化氧化等。化学试剂萃取法对于集中高浓度石油污染土壤或者油泥相对有效，对于大面积、低浓度的石油污染土壤治理适用性不高。氧化剂氧化法通常是向污染土壤中注入强氧化性的化学试剂，该方法在将石油污染物去除的同时，会产生大量的有毒有害(气体)物质，因此环境风险较高。光催化氧化法顾名思义需要光照射，而石油污染土壤的透光性较差，阻碍了这项技术的实际应用。与物理修复类似，化学修复在石油污染土壤修复中取得了一定的效果，但是对土壤原有生境的破坏性较大，同时不可避免的高环境风险和高成本等缺点不利于该技术的长期、大范围实施。

生物修复包括微生物修复和植物修复。微生物修复包括生物添加和生物刺激两种方式。生物添加是指将筛选的高效降解微生物投加入污染土壤中把污染物生物降解去除的方法，通常的石油污染土壤相对比较贫瘠，而且由于含有多环芳烃等高毒性的物质致使加入微生物的反应活性受到抑制。所以采用生物添加方法修复石油污染土壤时，常伴随氮、磷等营养物质的添加强化，即生物刺激法。尽管如此，采用微生物修复仍然需要较长的修复周期，而且对于大分子、高毒性、难降解的石油烃类物质去除效果相对较差。植物修复顾名思义就是通过种植植物，利用植物根系作用去除污染物的方法。该方法显然受到气候和季节的限制，除了修复周期长以外，后期维护和植物体处置成本较高。与微生物修复类似，植物修复虽然环境安全性高，但是对于大分子、高毒性、难降解的石油烃类物质去除效能欠佳。

纵观目前的物理、化学、生物修复技术，均是纯能源投入型的治理方法，而且取得的效果仅仅是去除污染物本身，特别是物化措施并未过多涉及土壤原有质量和生境的改良，更不涉及资源回收。我国许多油气田位于滨海地区，土壤盐碱地化严重，特别是黄河三角洲、辽河口、长江口等，例如大庆油田、胜利油田、中原油田、大港油田等，产生了大面积的石油污染盐碱土壤。对于这种极端恶化的污染土质来说，开发一种土壤修复、能源回收同步土壤改良的方法具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种管式活性炭空气阴极，本发明提供的管式活性炭空气阴极具有较高的电化学性能，由该管式活性炭空气阴极和碳棒阳极组装的土壤微生物电化学修复装置能够在修复石油污染土壤的同时产电和脱盐，具有产业意义上的进步。