一种重金属-有机复合污染土壤的原位修复方法 |
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| 申请号 | CN201610943531.3 | 申请日 | 2016-11-02 | 公开(公告)号 | CN106269843A | 公开(公告)日 | 2017-01-04 |
| 申请人 | 中建中环工程有限公司; 中建电力建设有限公司; | 发明人 | 樊广萍; 关正文; 周军; 王烨; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种重金属-有机复合污染 土壤 的原位修复方法，本方法为一套 电动修复 装置增加电源切换系统，将 电极 加热技术与电动修复和化学 氧 化技术相结合，即先利用直流电源，通过电动过程将 氧化剂 过 硫酸 钠迁移进入土壤，同时实现土壤中重 金属离子 的迁移和去除。然后切换交流电源，通过电极加热方式将土壤升高到一定 温度 来活化迁移进入土壤中的过硫酸钠，从而实现土壤中有机污染物的原位降解。本方法将电极同时应用于电极加热系统和电动修复系统中，简化了修复设备，节省了系统能耗，同时解决了氧化剂在土壤中无法迁移和活化的难题，提高了修复效率，是一种有应用推广前景的联合 土壤修复 技术。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种重金属-有机复合污染土壤的原位修复方法，其特征在于：包括以下步骤： |
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| 说明书全文 | 一种重金属-有机复合污染土壤的原位修复方法技术领域[0001] 本发明设计一种重金属-有机复合污染土壤的原位修复方法，尤其是通过电极加热土壤与电动修复和化学氧化相结合，在利用电动过程促进过硫酸钠迁移进入土壤的同时，实现土壤中重金属离子的电动修复，然后借助电极加热土壤的方式来活化迁移进入土壤中的过硫酸钠，从而实现土壤中有机污染物的高效氧化降解，属于土壤修复技术领域。 背景技术[0003] 目前，土壤修复常用的技术有挖掘、填埋、稳定化固化、化学淋洗、化学氧化还原、水泥窑协同处置、热脱附、植物修复和微生物修复等，但是这些技术大多是将污染物挖掘出来进行异位处理，很容易造成二次污染。而植物和微生物修复技术又面临着修复周期短、修复效率低的问题。因此，急需发展土壤修复新技术来解决这些问题。 [0004] 电动修复技术是上世纪80年代兴起的一种原位土壤修复技术，通过在土壤两端施加直流弱电场，土壤中的污染物通过电迁移、电渗流和电泳的方式迁移到电极区进行富集。电动修复技术可以修复重金属、有机以及复合污染土壤，特别适用于低渗透性土壤的修复。 随着土壤修复技术从异位向原位修复技术的发展，电动修复技术在土壤修复中的优势也越来越明显。 [0005] 当处理有机污染物时，通常将电动修复技术与其他技术相结合来提高修复效率，如电动修复与化学氧化相结合，电场可以促进氧化剂在土壤中的迁移，从而使其到达目标污染区域，实现有机污染物的原位氧化。过硫酸钠是一种新型氧化剂，其具有较高的化学氧化电位。但是由于过硫酸钠较好的化学稳定性，其本身发生氧化还原的速率很慢，经过活化后产生氧化性更强的硫酸根自由基能显著提高修复效率。因而过硫酸钠氧化修复实施的关键是在于过硫酸钠的活化。 [0006] 过硫酸钠的活化方式有热活化、碱活化、铁活化和过氧化氢活化，除热活化以外，其他活化方式都存在活化剂和过硫酸钠比例无法调控问题，活化剂和过硫酸钠混合以后，过硫酸钠到达污染区域之前会不可避免的发生分解，无法实现过硫酸钠传输到污染区域后的原位活化。相比而言，热活化只要将土壤加热到一定温度（50℃左右）即可实现过硫酸钠的活化和污染物的降解。因此，联合原位土壤加热技术和化学氧化技术能够解决过硫酸钠活化的问题。 [0007] 原位土壤加热方式主要包括电阻加热、热传导加热、蒸汽/热空气注射加热和微波加热。其中电阻加热技术是将电极插入土壤中，产生电势和电压差，在电极上施加100-400V的电压，因为土壤有导电性，电流会在土壤中传导，从而使土壤加热。由于在电阻加热过程中，土壤孔隙中的水分起到了传导电流的作用，因此地下温度不能高于当地大气压下水的沸点，即100℃，并且土壤不能被烘干。 [0008] 目前有关热修复和电动修复相结合的文献很少，中国专利号CN103286120B授权了一种微波电动土壤原位修复装置及修复方法，该发明向土壤中埋入微波吸收材料，先通过电动力修复和微波加热联合修复土壤中部分有机污染物和重金属，当温度高于200℃时，停止电动力修复系统，继续采用高温微波土壤热修复技术将难挥发、难降解的有机污染物和残余重金属进行玻璃化固定。该方法运用微波加热技术对土壤温度加热过高，不可避免会蒸干土壤水分，从而抑制电动力修复过程对重金属离子的迁移作用。申请号201510745350.5的发明专利申请了一种重金属-有机复合污染土壤的修复系统及方法。该方法将电阻加热技术、土壤气提技术和电动力修复技术相结合，先用交流电源采用电阻加热系统将土壤加热到50-100℃对有机污染物进行热脱附后真空抽提处理，然后采用直流电源进行电动修复土壤中的重金属。该修复系统虽然简化了设备，但是也将土壤加热到较高温度，修复周期长，能耗也相对较高，另外对于一些高沸点的有机污染物，低于100℃的加热温度也无法实现这些有机物的热脱附。 发明内容[0009] 因此，本发明要解决的技术问题就是克服现有原位化学氧化过程中，氧化剂无法迁移到污染区域，以及氧化剂和活化剂比例无法调控的问题，采用电动修复和电阻加热相结合的方式来实现过硫酸钠的迁移和活化，同时利用电动过程实现土壤中重金属的去除。 [0010] 为达到上述目的，本发明采取的解决方案是：一种重金属-有机复合污染土壤的原位修复方法，其特征在于：包括以下步骤：（1）构建一种重金属-有机复合污染土壤的原位修复系统，所述系统包括：电动修复系统，包括与直流电源连接的阳极和阴极；氧化剂注入系统；电阻加热系统，包括与交流电源连接的阳极和阴极；电源切换系统，包括与直流电源系统相连的第一开关和与交流电源系统相连的第二开关； （2）过硫酸钠溶液的注入：通过氧化剂注入系统将过硫酸钠溶液注入阳极井中； （3）直流电动修复系统的运行：闭合第一开关，利用直流电源进行电动过程，过硫酸根和重金属离子在电场作用下向阴极迁移；同时为避免阴极发生重金属沉淀，用柠檬酸溶液控制阴极电解液pH为弱酸性； （4）交流电阻加热系统运行：断开第一开关，闭合第二开关，利用电阻加热系统对土壤进行加热，直到两电极中间位置土壤温度升高到40-50℃，维持一段时间后，关闭系统。 [0012] 步骤一所述交流电源连接有可调电阻，用来调节电极上的电压。 [0013] 步骤一所述电压电流监测仪与直流稳压电源的输出端相连，所述温度检测器设置在待修复土壤区域中靠近电极部分土壤和电极中间位置冷端土壤，将温度检测器探针插入土壤。 [0014] 步骤一所述电极的设置方式包括阴阳极的平行设置或正六边形设置。 [0015] 步骤一所述电动系统阴阳极之间的电压梯度为10-150 V/m。 [0016] 步骤二所述氧化剂注入系统中，药剂通过高压泵从阳极井加入，使过硫酸钠浓度为该污染区域中土壤有机质含量的5-15倍。 [0017] 步骤三所述控制阴极电解液pH范围为4.5-5.0。 [0018] 步骤三所述直流电动修复系统的运行时间为15-90天。 [0019] 步骤四所述交流电阻加热系统运行时间为15-90天。 [0020] 本发明方法，先采用直流电源，通过电动过程使过硫酸钠迁移进入土壤，同时土壤中的重金属在电场作用下迁移进入阴极电解液中。然后断开直流电源系统，连接交流电源系统，在电阻加热的过程中使土壤升温到一定温度来活化过硫酸钠，从而实现有机污染物的原位降解。 [0021] 本发明的一种重金属-有机复合污染土壤原位修复方法，具有如下优点：（1）本发明的方法将电极同时应用于电动修复系统和电阻加热系统中，并利用电源切换系统将电极在电动修复和电阻加热间进行切换，实现了电动修复技术和电阻加热处理技术的有机结合，简化了系统设备，并在此基础上，实现了过硫酸钠的迁移和原位热活化以及土壤中重金属离子的迁移，提高了土壤中有机污染物和重金属的去除效率。 [0022] （2）本发明的方法利用电阻加热将土壤温度升高到40-50℃，不仅可以用来活化过硫酸钠，还可以提高土壤中污染物的饱和蒸气压、溶解度、扩散系数、解吸速率，以及生物降解率，这些都有助于提高污染物的移动和降解。 [0024] 图1为本发明的一种重金属-有机复合污染土壤的原位修复方法的系统结构示意图。 [0025] 图2为本发明方法第一阶段和第二阶段修复效果对比图。 [0026] 图1中，具体部件如下：1. 交流电源，2. 第一开关，3. 可调电阻，4. 直流电源，5. 第二开关，6. 电压电流监测仪，7. 阳极，8. 阴极， 9. 阳极井， 10. 阴极井，11. 氧化剂储罐，12. 高压泵，13. 电解液处理系统， 14. 第一蠕动泵， 15. 工业数字pH计，16. 第二蠕动泵，17. 酸液储槽。 具体实施方式[0027] 下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。 [0028] 实施例1在某一污染场地中选取2m*2m范围进行处理，土壤污染深度大约有2m，污染物主要为Cu、Cd和氯苯。 [0029] 利用上述重金属-有机复合污染土壤原位修复的系统进行修复的方法，包括如下步骤：（1）构建一种重金属-有机复合污染土壤的原位修复系统，所述系统包括：电动修复系统，包括与直流电源4连接的阳极7和阴极8，电极分别置于电极井9和10中；氧化剂注入系统，包括与药剂储罐11相连的高压泵12；电阻加热系统，包括与交流电源1连接的阳极7和阴极8；电源切换系统，包括与直流电源系统相连的第一开关5和与交流电源系统相连的第二开关2；自动监测系统，包括电压电流监测仪6和温度检测器18，所述电压电流监测仪6与直流稳压电源4的输出端相连，所述温度检测器18设置在待修复土壤区域中靠近电极部分土壤和电极中间位置冷端土壤，将温度检测器探针插入土壤；pH自动控制系统，包括数字工业pH计15、单通道蠕动泵16和酸液储槽17，所述工业数字pH计15置于阴极井10中，通过第二蠕动泵16与酸液储槽17相连。所述电动修复系统，还包括电解液处理系统13，由第一蠕动泵14将阴极含有重金属的电解液抽出至电解液处理系统13进行处理后回用。上述交流电源1还连接有可调电阻3，用来调节电极上的电压，以控制土壤加热温度。 [0030] （2）电极的选择和安装：使用石墨电极安装进入土壤钻孔中，阳极和阴极平行分布，两个电极之间的距离为2 m，电极长度2 m，修复区域共设置4个电极。 [0031] （3）过硫酸钠溶液的注入：采用高压泵将氧化剂储罐中的过硫酸钠溶液注入阳极电极孔中，过硫酸钠的浓度取值为其溶解度最大值400g/L，使用高压泵将过硫酸钠溶液注入到阳极井中污染深度，使该污染区域过硫酸钠浓度为该污染区域中土壤有机质含量的15倍。氧化剂分三次注入，分别在电动开始第1天、第10天和第20天注入。 [0032] （4）直流电动修复系统的运行：闭合第一开关，利用直流电源进行电动修复，电压梯度设置为50 V/m，运行周期为30天。同时用0.5M的柠檬酸溶液控制阴极电解液pH为5.0，过硫酸根和重金属离子在电场作用下向阴极迁移，每10天抽出阴极井中的电解液到处理装置进行处理。 [0033] （5）交流电阻加热系统运行：断开第一开关，闭合第二开关，利用电阻加热系统对土壤进行加热30天，直到两电极中间位置土壤温度升高到40-50℃，维持15天后，关闭系统。 [0034] 对第一阶段和第二阶段修复后的效果进行比对，如图2所示，经过第一阶段电动修复后土壤中重金属的去除率达到75%，有机污染物的去除率达到了45%。经过第二阶段电阻加热修复以后，土壤中重金属的去除率达到90%，有机污染物的去除率达到了85%。 |
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