一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备的制作方法

1.本发明属于土壤修复领域，涉及电动修复、热处理和化学处理联合修复复合污染土壤的技术与设备，具体为一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备。


背景技术：

2.电动修复技术与传统的化学氧化、固化稳定化、热脱附等污染土壤修复技术相比，具有成本低、适用范围广、接触有害物质少、可控性强、处理快速且比较彻底。电动修复技术对于重金属、有机及其复合污染土壤均适用。电动修复技术通过电场驱动，特别适用于低渗透性的细颗粒粘土。特别适用于小范围的粘质的多种重金属污染土壤和可溶性有机物污染土壤的修复。不过对于不溶性有机污染物，需要化学增溶，易产生二次污染。热修复是通过加热使土壤中有机污染物质与土壤分离，从而达到修复土壤的目的，是修复污染土壤的有效技术之一。
3.现有的技术中，将电动修复及热修复进行结合，通过将装置整体预埋于被污染的土壤，先通过施加交流电使电子产生运动进行电阻加热，土壤升温后施加直流电使离子发生定向迁移，从而去除污染物。该装置的电阻加热温度小，且随着修复的进行丧失了强化作用，两种修复技术的耦合性还需强化。
4.现有的土壤修复普遍使用多种技术对复合污染土壤进行多次修复，修复周期慢且多为异位修复增加了土壤开挖、回填等工序增加工程成本。对于现有的电动修复与其它强化技术连用设备，多出现耦合性较差且修复规模小。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种多技术强化耦合的电动修复设备，为解决复合污染场地修复难度大，过程复杂，修复周期长等问题。同时提高了电动修复与各技术之间的耦合性。
6.本发明提供了一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备，其特征在于：包括功能性构件；
7.上述功能性构件，包括电极系统；
8.上述电极系统，包括阴阳极复合电极装置；
9.在上述阴阳极复合电极装置的作用下，污染物发生定向迁移；
10.上述阴阳极复合电极装置，包括壳体、阴极和阳极；
11.上述壳体为下窄上宽的造型；
12.上述壳体的内部，通过隔断，隔离出相互独立的阴极室和阳极室；
13.上述阴极，安装于阴极室内；
14.上述阳极，安装于阳极室内。
15.进一步地，本发明提供的一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备，其特征还在于：
16.上述阴极室具有电解液注入阴端；
17.电解液，通过电解液注入阴端进入或导出阴极室；
18.上述阳极室具有电解液注入阳端；
19.电解液，通过电解液注入阳端进入或导出阳极室。
20.进一步地，本发明提供的一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备，其特征还在于：
21.上述阴阳极复合电极装置的壳体，与土壤接触的面板，由过滤板和离子交换膜复合而成。
22.进一步地，本发明提供的一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备，其特征还在于：
23.上述阴极，其一端部与阴极室的顶板相连，另一端部不接触阴极室的底部，呈悬空的安装于阴极室内；
24.上述阳极，其一端部与阳极室的顶板相连，另一端部不接触阳极室的底部，呈悬空的安装于阳极室内；
25.上述阴极和阳极，均相互独立的启停。
26.进一步地，本发明提供的一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备，其特征还在于：
27.上述功能性构件，还包括加热系统，具有加热功能。
28.进一步地，本发明提供的一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备，其特征还在于：
29.上述功能性构件，还包括加药系统；
30.上述加药系统，包括药剂注入装置和药剂补充装置；
31.上述药剂注入装置，埋设于土壤中，其表面具有注药孔；
32.上述药剂补充装置，向药剂注入装置中注入药剂。
33.进一步地，本发明提供的一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备，其特征还在于：
34.上述药剂补充装置，还包括混合器；
35.上述混合器，混合药剂和存储药剂；
36.上述混合器，通过流体输送机构，向药剂注入装置中输送药剂。
37.进一步地，本发明提供的一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备，其特征还在于：
38.上述功能性构件，还包括抽提系统；
39.上述抽提系统，包括抽提装置；
40.上述抽提装置，包括抽提井；
41.上述抽提井，由外圈和内圈两个同心设置的柱体构成；
42.上述柱体的表面布置有多孔结构；
43.上述外圈和内圈之间填充有过滤作用的填料。
44.进一步地，本发明提供的一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备，其特征还在于：
45.上述抽提系统，还包括尾气处理装置；
46.上述抽提装置，还包括抽屉泵；
47.在抽提泵的作用下，抽提井中的气体物质被输送至尾气处理装置中。
48.进一步地，本发明提供的一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备，其特征还在于：
49.还具有盖板；
50.上述盖板，为可拆装的结构；
51.上述盖板上设有复数个安装位；
52.上述功能性构件安装于安装位上。
53.本发明的作用和效果：
54.本发明提出的复合污染土壤的高效电动耦合修复设备，由电极系统、加药系统，反应系统(两块电极板中间的土壤，因为在这里面加入了药剂，两边加了电极板加了电流，所以中间会有反应)、加热系统和抽提系统构成。该发明设备主要通过电极板产生电流使污染物进行迁移运动，同时结合电加热装置和药剂注入装置，从多方面而提高修复效率。
55.本发明在对复杂污染场地修复效果良好的同时，最大程度的减少了修复周期及工作量。在原位的基础上进行修复，以电动修复为核心，结合电加热和药剂注入，最大程度的实现了装备减量化、装备集成化，污染土壤经过一系列处理后，达到修复目标。该装置同时设置尾气处理装置，修复过程不产生二次污染。
56.另外，区别于现有技术中的交流电极，先让离子运动产生热量，大概可以使土壤温度升至80度，然后变成直流电使污染物产生定向迁移，去除污染物。本发明采用直流电，土壤升温由加热装置产生，这样更好的调控温度的同时，还使得实现了加热装置及药剂进行同步强化的效果。
57.另外，考虑到传统发异位处理技术，是要将所有的污染土壤进行开挖，工程量比较大，而本发明的装置，只需将插入部分进行原位打孔或者挖出来一点就可以了，大大节省了工程量。
58.由此，本发明设备采取了原位修复的方式，将电动修复技术与热强化和化学强化技术进行良好的耦合，提高修复效率。同时较好的保留了各技术的优势，对复合污染场地修复效果良好。
附图说明
59.图1.本实施例提供的一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备的结构示意图；
60.图2.本实施例提供的一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备的功能性构件的布置图；
61.图3.本实施例提供的一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备的电极装置的结构示意图；
62.图4.本实施例提供的一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备的电极装置的结构示意图；
63.其中，阴阳极复合电极装置1；集成盖板2；气体抽提装置3；药剂注入装置4；电加热
装置5；气体传输管道6；尾气处理装置7；药剂传输管道8；药剂混合器9；阳极板101；阴极板102；阳极室103；阴极室104；传输管道105；隔离板106；滤料301；抽提泵302；注药泵401；注药孔402；
64.图5.本实施例装置与其他装置的修复水平对比图。
具体实施方式
65.在本实施例中，提供了一种复合污染土壤的高效电动耦合修复设备，该设备主要通过电极板产生电流使污染物进行迁移运动，同时结合电加热装置和药剂注入装置，从多方面而提高修复效率。
66.如图1所示，在本实施例中，该复合污染土壤的高效电动耦合修复设备，由盖板、电极系统、加药系统，加热系统和抽提系统构成。
67.其中，电极系统，包括阴阳极复合电极装置1，该装置为整体组件，下端两侧与土壤接触面板由过滤板和离子交换膜复合面板，离子交换膜设置于过滤板的内侧。
68.如图3和4所示，该阴阳极复合电极装置1上端厚度大于下端，便于原位插入安装，其包括阳极室103和阴极室104，两室中间由绝缘隔离板106完全隔开，保证两极板的正常运行。该阳极室103和阴极室104的面板上均具有电解液注入口，该电解液注入口与传输管道105对接，电解液通过传输管道105注入或者实现更换，从而，该两电极室内分别可以注入对应的电解液。
69.该阳极室103与土壤接触面使用的是过滤板，内面是阴离子交换膜，上述阴极室104与土壤接触面板使用过滤板和阳离子交换膜。
70.该阳极室103包括：阳极板101，材质为石墨材料，上端与阳极室连接并设置独立开关，便于实际应用时的独立或同时使用。阳极板101下端悬空，底部电解液可以流通。
71.该阴极室104结构与阳极室103一致，阴极板102，材质为石墨材料，上端与阳极室连接并设置独立开关，阴极板102下端悬空。
72.如图1所示，集成盖板2，一方面对阴阳极复合电极装置1、抽提装置2、药剂注入装置3、电加热装置4进行固定连接，另一方面对装置所用的电路进行安置集成，同时具有一定的保温等功能。
73.阴阳极复合电极装置1等功能部件在集成盖板2上的安装位置可以为图2 所示的方式进行排布，也可以根据实际使用的需要，根据其他排布的方式进行。一般来说，为了实现更好的对接，该盖板上设有复数个安装位，每个功能性构件上均具有对接用的安装构件。当然，由于此类功能性构件均插设在土壤中，故而，也可以不具备安装构件的方式进行，此处的安装位具有相应的电源对接构件即可。
74.该药剂注入装置4，上端安装药剂注入泵401，可根据现场土壤地质、密实度等调节药剂注入压力，同时可以设定并记录药剂注入量。下端为密闭，药剂通过两侧的注药孔402进入土壤中。
75.该药剂注入装置4通过传输管道8与混合器9相连，该混合器9根据实际使用的需要可同时供给多个药剂注入装置4。
76.该混合器9，将场地使用的强化药剂按照一定配比进行预混合，之后向注入装置输送。
77.上述强化药剂根据场地污染物和污染程度等因素来综合选择。具体的说，对于重金属污染土壤可以加入活化药剂(柠檬酸和edta等)、表面活性药剂等，进一步的激活重金属加快重金属的迁移转化；对于有机污染场地可以加入化学氧化药剂(过硫酸钠和过氧化氢等)，微生物药剂等，促进有机污染物的挥发分解等反应；对于有机和无机复合污染土壤可根据污染物和污染程度的不同，将不同的药剂进行配合注入促进修复效果，具体药剂添加种类及配比根据现场试验做调整。同时可设置不同疏密的药剂注入管道，同时针对性的注入强化药剂，包括活化剂、微生物药剂等。
78.该电加热装置5，对污染土壤进行加热，此过程产生的热量一方面促进土壤中有机污染物挥发、分解等一系列反应，同时加快土壤中重金属向两侧电极板迁移运动，加快修复效率。一般来说，为了实现均匀加热的目的，该电加热装置5一般设置于整个工作环境的中部，如果工作场地较大的情况下，该电加热装置5应当设置多个。
79.该抽提装置3，该装置下端的抽提井由两个同心圆柱结构组成，抽提井为多孔密实不锈钢结构，孔径大小1mm。抽提井，外圆内填有石英砂滤料，滤料直径 0.5-1mm。
80.该抽提装置3通过上部抽提泵302将土壤中挥发的有机污染物从土壤中分离。并由气体传输管道6转送至尾气处理装置7，处理达标后排放。
81.上述装备安装拆卸便利，同时可以根据场地大小进行安装铺设。复合电极装置1的设计将阳极板和阴极板进行集成，保证修复效果的同时节约电极板使用数量，节约能源的同时，也减少了设备的安装拆卸工作。该设备中提到的阴阳极复合电极装置1、抽提装置3、药剂注入装置4、电加热装置5均可以根据场地污染深度不同进行调节，同时也可以在开挖后土壤堆体修复过程中使用。
82.效果实施案例：
83.污染土壤为粉质土，污染物为铅、氯苯和二氯甲烷，初始浓度分别为 600mg/kg、300mg/kg和500mg/kg。修复目标值参考gb36600-2018中一类用地筛选值，分别为400mg/kg、68mg/kg和94mg/kg，。
84.两侧电极板长1m，高0.5m，电极板间距为1m。每批次可处理污染土壤0.5m 3，修复周期为10天，修复后土壤中铅、甲苯和二氯甲烷含量为132mg/kg和 13mg/kg，二氯甲烷含量未检出。
85.根据装备中各装置位置在场地原位进行打孔，使各结构安装在土壤中。
86.电加热装置的加热温度设为160℃，在加热3天后，电极周围土壤达到温度 60℃，达到土壤加热效果。加热8天后土壤温度达到100℃，进一步强化修复效果。
87.根据场地有机物和重金属浓度，加入了化学氧化药剂和活化剂混合溶液，具体的为柠檬酸和过硫酸钠药剂，浓度分别为1.5％和2.0％，药剂注入装置每天注入一次，注入量为100ml/次。
88.如图5和下表所示，经本处理装置处理10d后土壤污染物达到了修复目标值。其他装置采用的是将普通电极板置于污染土壤中，通入直流电进行修复。在20天后仍有污染物修复不达标。较其他修复设备比较，本套设备的成本较高，修复效率高对场地扰动小。
[0089][0090][0091]
由此，可以发现，本实施例涉及一种针对复合污染土壤的高效电动耦合修复设备。在污染土壤两侧安装电极板，使土壤中的污染物在电流的作用下进行迁移移动，同时加热装置和药剂注入装置强化修复效果，使土壤中无机和有机物降产生迁移，降解、转化等一系列变化，达到修复污染土壤的目的。
[0092]
在本实施例中，提出的原位电动修复复杂污染土壤设备由阳极板、阴极板、药剂注入装置、电加热装置、集成盖板、阴阳极复合电极板组成，实现了装备的快速组装与技术集成。此发明工艺简单，操作简易，低动力运行，能耗较低，原位修复，充分利用了空间条件，更适合在多种污染物复合污染的复杂场地使用。