一种电动力学-渗透反应格栅装置的制作方法

一种电动力学-渗透反应格栅装置
1.本技术是名为《一种适用于野外现场复合污染土壤修复的电动力学-渗透反应格栅装置及工艺流程》的专利申请的分案申请，原申请的申请日为2016年07月11日，申请号为201610539787.8。
技术领域
2.本发明涉及污染土壤修复技术领域，特别是涉及一种电动力学-渗透反应格栅装置。


背景技术：

3.污染土壤修复在国内外越来越受到重视，在国外，一些技术已经进入工程示范和应用阶段。常用的土壤修复技术主要有化学淋洗技术、电动修复技术、prb技术等。由于土壤组成、污染物类型、性质等不同，特别是在不同污染物同时存在的复合污染情况下，单一修复技术往往难以达到修复目标，因此，不同修复技术的组合应用越来越受到重视。
4.ek-prb联合修复技术是近几年来兴起的一种新型、绿色环保的土壤修复技术，主要是将电动修复技术与渗透性反应墙技术结合起来共同修复污染土壤。该技术结合了两种修复技术的优势，将毒性较高的重金属及有机物质(如cr(vi)，tce、pce等)用电动力使其向电极端移动，使污染物质与渗透性反应墙内的填充基材反应，降解成毒性较低的低价金属离子和有机物，不仅能修复重金属污染土壤还可以修复有机物污染土壤，甚至对低渗透性污染土壤都有较好的修复效果，且受外界因素影响相对较小，避免向土壤中加入环境不友好型物质，修复成本较之其他方法要低的多。
5.ek-prb联合修复技术作为一个新兴高效的原位修复技术，虽然修复原理相对简单，但在实地污染场地修复过程中需要考虑很多实际的参数，操作非常复杂。国内ek-prb都停留在实验室研究阶段，主要通过直流电源连接阴阳两极，阴阳电解槽通过缓冲溶液不断调节ph值，如果按照实验室装置为每个阴阳极都配置一个电解槽，对于现场修复来说，将大幅度增加实际操作的困难，而且增加了处理成本。而且由于实验室装置阴阳两极的电极间距非常短，大约20cm，不适合在野外现场使用。此外，由于阴阳极电压作用距离短、处理时间长、效率低，污染物单一(主要是重金属cd或cr)，而目前我国土壤污染主要以多重金属或重金属-有机污染物的复合污染较普遍，所以迫切需要研发一套修复效率高、费用低、可操作性强用于现场复合污染土壤修复治理的装置和工艺。


技术实现要素：

6.为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供。
7.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
8.一种电动力学-渗透反应格栅装置，应用在野外作业中，包括电动力装置和prb装置，所述的电动力装置包括电极和调压设备，所述电极长度为35-40cm且设置为高出污染土壤10cm，所述电极采用正多边形方式布置，所述prb装置包括放置在所述电极周围的prb活
性反应材料(3)，通过铁丝网(4)将所述prb活性反应材料(3)与所述电极形成的复合电极围拢固定，待修复的污染土壤(5)填充在铁丝网(4)之间，所述电极分别布置在待修复的污染土壤(5)两侧，待修复的污染土壤(5)下方设置有防渗层，所述防渗层包括依次平铺布置的塑料膜(9)、5-7cm厚沸石(6)、5-7cm厚铸铁屑(7)和2-5cm厚活性炭(8)；所述电极包括阴极(1)、阳极(2)，所述调压设备为直流变压器(10)，所述阴极(1)采用正六边形方式布置，所述阳极(2)布置在正六边形中心，所述阴极(1)和/或所述阳极(2)之间的间距为30cm；所述电极包括阴极(1)、阳极(2)，所述调压设备为直流变压器(10)，所述阳极(2)采用正六边形方式布置，所述阴极(1)布置在正六边形中心，所述阴极(1)和/或所述阳极(2)之间的间距为30cm；电动力学装置采用太阳能供电为主、发电机或市电供电为辅，通过直流变压器输出区间为0～220v的直流电压；电动力学装置采用市电供电，通过直流变压器输出区间为0～220v的直流电压；所述电极为石墨棒电极，直径2-4cm，电压梯度1～2v/cm；所述复合污染土壤为重金属和有机氯污染污染土壤，所述prb活性反应材料(3)为沸石、铸铁屑、凹凸棒土和活性炭；在阴阳两极石墨电极的周围放置多种prb活性材料，与石墨电极组合形成可渗透反应复合电极；
9.所述电动力学-渗透反应格栅装置包括以下步骤：
10.步骤一：提供prb活性反应材料(3)，并将所述prb活性反应材料(3)填装在尼龙网中；
11.步骤二：在野外现场挖掘适当尺寸的基坑，依次平铺塑料膜(9)、5-7cm厚沸石(6)、5-7cm厚铸铁屑(7)和2-5cm厚活性炭(8)；
12.步骤三：设置电极，并在以电极为中心在周围包覆铁丝网，每个铁丝网的直径为14cm，将填装有prb活性反应材料(3)的尼龙网放置在电极与铁丝网的间隙中；
13.步骤四：将待处理的污染土壤填埋到铁丝网之间，将淋洗液喷射浇灌到污染土壤中，接通电源进行土壤修复；所述淋洗液为0.1m柠檬酸-柠檬酸钠和0.5g/l可生物降解的阴离子表面活性剂鼠李糖脂，含水率保持30％左右；
14.步骤五：待修复完成后，将修复后的土壤挖掘至其他位置，继续进行下一次土壤修复；
15.修复完成后的土壤中cd的总去除率为32.5％；cr的总去除率为31.5％；六六六的总去除率为48％；滴滴涕的总去除率为48％。
16.与传统的ek-prb装置相比，该装置并没有设计阴阳电极室，而是采用喷洒绿色环保的淋洗剂方式，将土壤中的污染物在淋洗剂作用下，进入到溶液，在电动力作用下发生定向迁移。反应材料来源广泛，价格低廉，材料失效后可以随时更换。阴阳极采用六边形布置，克服了以往阴阳电极作用距离短，电场分布不均匀的缺点。该装置使得ek-prb技术应用于野外现场污染场地修复成为可能。
附图说明
17.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
18.图1渗透反应格栅复合电极布置图；
19.图2阴阳电极布置图。
20.1-阳极，2-阴极，3-prb活性反应材料，4-铁丝网，5-重金属和有机氯污染土壤，6-沸石，7-铸铁屑，8-活性炭，9-塑料膜，10-直流电源变压器
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
23.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤、过程、方法等没有限定于已列出的步骤，而是可选地还包括没有列出的步骤，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤元。
24.本发明涉及电动力学-渗透反应格栅(ek-prb)原位联用的电动力和prb联合装置，包括电动力装置和prb装置，所述的电动力装置由电极和单相交流调压设备组成，其中，电极材料可选为石墨，石墨电极设置为高出污染土壤深度h’5～10cm，且优选的直径为2-4cm，高度为35-40cm。阴阳两极1、2可采用正六边形方式布置，即，六个阴极以正六边形布置在四周，阳极布置在正六边形中心，或六个阳极以正六边形布置在四周，阴极布置在正六边形中心，各电极间距为30cm。prb活性反应材料3放置在阴阳两极石墨电极棒周围，与石墨电极形成复合电极，并通过铁丝网4将prb活性反应材料3与石墨电极1、2形成的复合电极围拢固定。待修复的污染土壤5填充在铁丝网4之间。所述阴阳电极分别布置在待修复的污染土壤5两侧，待修复的污染土壤5下方设置有防渗层，所述防渗层包括依次平铺布置的塑料膜9、5-7cm厚沸石6、5-7cm厚铸铁屑7和2-5cm厚活性炭8，防渗层高度与污染土壤深度一致。防渗层还可为其他具有防渗漏的塑料膜或具有与重金属和有机氯能发生物理化学反应的材料。待修复的污染土壤5为重金属和有机氯污染土壤。
25.本技术针对污染物为重金属和有机氯复合污染的修复，复合污染可以是多种重金属或多种有机氯或重金属和有机氯，对用于重金属和有机氯复合污染的prb材料进行了筛选，最后选定了沸石、铸铁屑、凹凸棒土和活性炭，这四种材料按照一定比例装在长15cm*，宽10cm尼龙袋中，然后放进铁丝网，作为prb反应材料，通过实验确定了其最佳配比，沸石和凹凸棒土对重金属cd都具有很好的去除效果，而铸铁屑对重金属cr去除效果明显，活性炭用于有机氯的吸附，并装在尼龙网做成的袋子中，混合均匀，填充在铁丝网4内，石墨电极1或2放置在圆筒铁丝网4中心点，装有四种材料的尼龙网填充在石墨电极4周围作为prb反应材料3，与石墨电极4组成渗透反应格栅复合电极。
26.所述电动力装置采用太阳能供电为主、发电机或市电为辅的供电系统。直流电源变压器10的直流输出电压为0～220v，电压梯度1～2v/cm。prb填充材料由铸铁屑、活性炭、沸石和改性凹凸棒土滤料组成。
27.本技术的阴阳极采用六边形布局，阳极在六边形的中心位置，然后六边形的每个顶点摆放阴极(见图2)，这样保证了每对阴阳极间距相同，在现场应用时，根据修复场地面积大小，可同时采用多个阳极，周围按照六边形布局摆放阴极，该布局方式使得ek-prb技术应用于野外现场土壤修复成为可能。不同于在实验室装置中使用的阴阳电解槽，本技术是将淋洗液通过喷射方式浇灌到土壤中，污染物在电动作用下发生电迁移、电渗透或电泳现象。
28.而本发明采用直接喷射方式来调节土壤ph和含水率，省去电解槽装置，节约处理成本，操作简单。
29.实施例1：
30.取自某污染场地土壤，用电动力和prb联合技术如图1-2装置进行修复，土壤现场试验区长l为2.5m，宽d为2m，深度h为0.5m，处理量为2.5m3。在污染土壤下方平铺防渗层，将阴阳电极按照图2所示方式摆放，阳极位于正六边形中心，而阴极位于正六边形每个顶点，阴阳极之间的间距d为30cm。每个石墨电极放置在直径为14cm，高为40cm的铁丝网圆心位置，石墨电极和铁丝网之间填充渗透反应格栅介质，高度与土壤深度保持一致，将污染场地土壤直接覆盖，压实后，施加直流，电压梯度为2v/cm。用0.1m柠檬酸-柠檬酸钠和0.5g/l可生物降解的阴离子表面活性剂鼠李糖脂淋洗土壤，含水率保持30％左右，总处理时间为15天。
31.表1实施例处理前后污染土壤指标变化
32.名称处理前处理后总去除率％ca(mg/kg)18.412.432.5cr(mg/kg)18412631.5六六六(ug/kg)8343.248滴滴涕(ug/kg)209108.648
33.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
34.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种电动力学-渗透反应格栅装置，其特征在于，应用在野外作业中，包括电动力装置和prb装置，所述的电动力装置包括电极和调压设备，所述电极长度为35-40cm且设置为高出污染土壤10cm，所述电极采用正多边形方式布置，所述prb装置包括放置在所述电极周围的prb活性反应材料(3)，通过铁丝网(4)将所述prb活性反应材料(3)与所述电极形成的复合电极围拢固定，待修复的污染土壤(5)填充在铁丝网(4)之间，所述电极分别布置在待修复的污染土壤(5)两侧，待修复的污染土壤(5)下方设置有防渗层，所述防渗层包括依次平铺布置的塑料膜(9)、5-7cm厚沸石(6)、5-7cm厚铸铁屑(7)和2-5cm厚活性炭(8)；所述电极包括阴极(1)、阳极(2)，所述调压设备为直流变压器(10)，所述阴极(1)采用正六边形方式布置，所述阳极(2)布置在正六边形中心，所述阴极(1)和/或所述阳极(2)之间的间距为30cm；所述电极包括阴极(1)、阳极(2)，所述调压设备为直流变压器(10)，所述阳极(2)采用正六边形方式布置，所述阴极(1)布置在正六边形中心，所述阴极(1)和/或所述阳极(2)之间的间距为30cm；电动力学装置采用太阳能供电为主、发电机或市电供电为辅，通过直流变压器输出区间为0～220v的直流电压；电动力学装置采用市电供电，通过直流变压器输出区间为0～220v的直流电压；所述电极为石墨棒电极，直径2-4cm，电压梯度1～2v/cm；所述复合污染土壤为重金属和有机氯污染污染土壤，所述prb活性反应材料(3)为沸石、铸铁屑、凹凸棒土和活性炭；在阴阳两极石墨电极的周围放置多种prb活性材料，与石墨电极组合形成可渗透反应复合电极；所述电动力学-渗透反应格栅装置包括以下步骤：步骤一：提供prb活性反应材料(3)，并将所述prb活性反应材料(3)填装在尼龙网中；步骤二：在野外现场挖掘适当尺寸的基坑，依次平铺塑料膜(9)、5-7cm厚沸石(6)、5-7cm厚铸铁屑(7)和2-5cm厚活性炭(8)；步骤三：设置电极，并在以电极为中心在周围包覆铁丝网，每个铁丝网的直径为14cm，将填装有prb活性反应材料(3)的尼龙网放置在电极与铁丝网的间隙中；步骤四：将待处理的污染土壤填埋到铁丝网之间，将淋洗液喷射浇灌到污染土壤中，接通电源进行土壤修复；所述淋洗液为0.1m柠檬酸-柠檬酸钠和0.5g/l可生物降解的阴离子表面活性剂鼠李糖脂，含水率保持30％左右；步骤五：待修复完成后，将修复后的土壤挖掘至其他位置，继续进行下一次土壤修复；修复完成后的土壤中cd的总去除率为32.5％；cr的总去除率为31.5％；六六六的总去除率为48％；滴滴涕的总去除率为48％。

技术总结
本发明提供了一种电动力学-渗透反应格栅(EK-PRB)装置，其中，电动力装置与PRB采用原位连接方式。阴阳极采用石墨电极。PRB反应介质主要是来源广泛、价格低廉的沸石、活性炭和改性凹凸棒土组成，PRB与石墨电极组成了可渗透反应复合电极。当PRB反应介质失效后可以随时更换。阴阳极采用六边形摆放方式，克服了以往阴阳电极作用距离短，电场分布不均匀的缺点。该装置使得EK-PRB技术应用于野外现场污染场地修复成为可能。另外该工艺没有阴阳极电解室，而是采用绿色环保的柠檬酸-柠檬酸钠和可生物降解的阴离子表面活性剂作为淋洗剂对土壤进行淋洗，不仅对重金属而且对有机氯都能有效去除。除。除。


技术研发人员：黄园英 薛强 刘菲 杨宁 韩子金 袁欣 张伯勋
受保护的技术使用者：国家地质实验测试中心
技术研发日：2016.07.11
技术公布日：2023/9/20