專利名稱：組合式電極的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
組合式電極技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于從土壤中或者從泥狀粉狀堆積物中原位脫除可溶性 重金屬離子的組合式電極。
背景技術(shù)：
[0002]當(dāng)今，環(huán)境污染問(wèn)題日益嚴(yán)重，被重金屬污染的耕地越來(lái)越多，從土壤中有效 清除污染重金屬離子就成為土壤生態(tài)修復(fù)的關(guān)鍵問(wèn)題。對(duì)被重金屬污染的土壤進(jìn)行電動(dòng) 力學(xué)原位修復(fù)，是國(guó)內(nèi)外近十多年才發(fā)展起來(lái)的一種成本較低、對(duì)環(huán)境二次損害最小的 土壤原位修復(fù)方法。[0003]目前人類(lèi)工業(yè)及生活活動(dòng)以及環(huán)境修復(fù)活動(dòng)中所排出的大量泥狀及粉狀物料堆 積如山，占用了不少耕地。而且，這些廢料大都含有大量可溶性重金屬離子，因此在露 天堆放過(guò)程中，大量重金屬離子被溶出而污染土壤和地下水乃至地面水，造成嚴(yán)重的生 態(tài)污染；而欲對(duì)這些泥狀或粉狀物料進(jìn)行大規(guī)模減量化式的資源化利用時(shí)，也因?yàn)橹亟?屬含量超標(biāo)而限制了其利用范圍。因此，為保護(hù)環(huán)境和對(duì)這些廢棄物進(jìn)行資源化利用， 從其中脫除重金屬離子成為首當(dāng)其沖的重要技術(shù)措施。這類(lèi)泥狀及粉狀廢棄物包括各種 工業(yè)泥質(zhì)或粉質(zhì)廢料，污水處理廠剩余活性污泥，以及水體修復(fù)過(guò)程中大規(guī)模清理而出 的底泥等等。然而，迄今為止，從如上物料中脫除重金屬離子，總是將該物料部分挖出 并運(yùn)輸至專門(mén)的設(shè)備中進(jìn)行脫除處理(可稱為異位處理)；而直接在物料堆上進(jìn)行原地脫 除處理(可稱原位處理)的方法未見(jiàn)公開(kāi)報(bào)道。[0004]目前，從大規(guī)模堆積的泥質(zhì)或粉狀物料中脫除可溶性重金屬離子的方法主要是 異位脫除處理方法，而且大都效果不佳或?qū)Νh(huán)境造成二次污染，屬淘汰之列。重金屬離 子污染土壤的原位修復(fù)，目前對(duì)環(huán)境二次污染最小且具有真正實(shí)用價(jià)值的方法有兩類(lèi)， 即生物修復(fù)方法和電動(dòng)力學(xué)修復(fù)方法。[0005]1生物原位修復(fù)方法[0006]該法的原理是或者在土壤上種植特殊植物，利用植物吸收可溶性重金屬離 子，或者用特殊微生物制劑液體浸汲物料，讓可溶性重金屬離子被細(xì)菌吸收或吸附，最 后又對(duì)植物或者細(xì)菌浸出液進(jìn)行焚燒或化學(xué)處理，從中回收重金屬。這種方法雖很有應(yīng) 用前景，但是其處理進(jìn)程緩慢，難以在短時(shí)間達(dá)到清除重金屬離子的目的。[0007]2直流電動(dòng)力學(xué)原位修復(fù)方法[0008]污染土壤的電動(dòng)力學(xué)原位修復(fù)方法，是國(guó)內(nèi)外近十多年才出現(xiàn)的一種新方法。 該法的一般原理是在土壤被液體介質(zhì)浸汲，重金屬離子已經(jīng)溶入介質(zhì)液體中的條件 下，在物料堆中一定距離的兩端分別建立陽(yáng)電極液室和陰電極液室，并插入陽(yáng)電極和陰 電極，用外部恒定直流電源正負(fù)極通過(guò)陽(yáng)電極和陰電極向物料中施加電場(chǎng)力，使得土壤 內(nèi)部發(fā)生導(dǎo)電離子的電遷移和電滲等電化學(xué)作用，最后將可溶性重金屬離子由土壤內(nèi)部 驅(qū)至陰電極室液內(nèi)，從而達(dá)到將可溶性重金屬離子從土壤中去除的目的。這種方法最大 的優(yōu)點(diǎn)是修復(fù)速度比生物原位修復(fù)快得多，效率較高而且對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生二次污染?；谌缟蟽?yōu)點(diǎn)，土壤電動(dòng)力學(xué)修復(fù)將會(huì)發(fā)展為一類(lèi)今后應(yīng)用會(huì)日益廣泛的綠色技術(shù)。[0009]但是，目前已有的這種重金屬污染土壤的直流電動(dòng)力學(xué)修復(fù)方法，存在處理效 率較低能耗較大的缺點(diǎn)，這一缺點(diǎn)使之目前尚難獲得廣泛的實(shí)際應(yīng)用，因而亟待改善。 究其原因，是因?yàn)樵诤惴€(wěn)直流電源驅(qū)動(dòng)的條件下，其電動(dòng)力在物料或土壤中所形成的 離子遷移作用和電滲作用脫除可溶性重金屬離子時(shí)，電極會(huì)逐漸產(chǎn)生“活化極化”、“電阻極化”以及“濃差極化”三種極化現(xiàn)象。而電極的極化現(xiàn)象將使整個(gè)系統(tǒng)呈現(xiàn)出 越來(lái)越大的導(dǎo)電阻力，致使同樣大小的電場(chǎng)力遷移可溶性重金屬離子的效率越來(lái)越低； 而要保證維持一定的效率，就必須提高所施加的直流電壓以增大電場(chǎng)力，于是造成電能 的耗費(fèi)增大。不僅如此，這種以提高直流電源電壓來(lái)造成更大的電位梯度以克服電極極 化現(xiàn)象造成的電壓降的措施，不僅增加了電耗而且收效甚微，而且還會(huì)加速改變土壤的 PH值，產(chǎn)生大量OH—離子，使可溶性重金屬離子形成不可溶氫氧化物或鹽類(lèi)，反而更降 低了重金屬離子的脫除率，其結(jié)果造成一種惡性循環(huán)。然而，對(duì)于直接從土壤中(或者 從其他泥狀粉狀物料堆中)原位脫除可溶性重金屬離子而言，電能消耗的增大就意味著 處理成本的大幅度增高，直接影響到了該方法應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)可行性。所以，解決電極極化 問(wèn)題是降低該方法處理成本和大幅度提高該方法處理效率的關(guān)鍵問(wèn)題。[0010]脈沖電動(dòng)力學(xué)原位脫除可溶性重金屬離子的方法可以針對(duì)性地消除電極極化現(xiàn) 象，脈沖電動(dòng)力學(xué)原位脫除可溶性重金屬離子的方法中電極的布置方式有兩種，一是在 土壤中或者物料堆上直接開(kāi)挖溝槽作為陰電極室和陽(yáng)電極室，二是在土壤中或物料堆上 插入組合式電極。發(fā)明內(nèi)容[0011]本實(shí)用新型的目的是為脈沖電動(dòng)力學(xué)原位脫除可溶性重金屬離子的方法提供一 種在土壤中或物料堆上直接插入的組合式電極，以提高脈沖電動(dòng)力學(xué)原位脫除可溶性重 金屬離子的方法的效率。[0012]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是組合式電極由電極室和電極構(gòu)成，電極室上部 設(shè)有螺旋上端蓋，電極室底部設(shè)有圓錐形螺旋下端蓋，螺旋下端蓋(底部是釘入錐，電 極安裝在電極室的中部，分別固定在螺旋上端蓋和螺旋下端蓋上，電極上設(shè)有密封絕緣 蓋和電極進(jìn)線柱。[0013]電極室是由孔管狀外殼圍成的空間，孔管狀外殼與螺旋上端蓋和螺旋下端蓋用 螺紋連接，孔管狀外殼內(nèi)壁設(shè)有過(guò)濾膜，過(guò)濾膜用孔管狀支架安裝在孔管狀外殼上。在 電極室內(nèi)設(shè)有電導(dǎo)傳感器、電極室液注入/抽取管，電導(dǎo)傳感器和電極室液注入/抽取管 固定在螺旋上端蓋上。[0014]本實(shí)用新型的有益效果是本組合式電極具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、安全可靠 的優(yōu)點(diǎn)，有助于脈沖電動(dòng)力學(xué)原位脫除可溶性重金屬離子效率的提高
[0015]圖1為組合式電極的構(gòu)造示意圖[0016]圖2為圖1的俯視圖[0017]具體實(shí)施方式
[0018]組合式電極是由不銹鋼柱狀或管狀電極3和由孔管狀外殼7所包圍空間形成的電 極室8的組合體。在電極室8內(nèi)中上部設(shè)置有電極室液注入/抽取管道11和電極室液電 導(dǎo)傳感器12、底部設(shè)置有電極釘入錐10。[0019]組合式電極部件裝配結(jié)構(gòu)以不銹鋼柱狀或管狀電極3、過(guò)濾膜6安裝用孔管狀支 架5、過(guò)濾膜6、孔管狀外殼7、及兼作電極3和電導(dǎo)傳感器12及電極室液注入/抽取管 道11以及過(guò)濾膜安裝孔管狀支架5的安裝定位上骨架的上螺旋端蓋4、以及底部呈圓錐型 的釘入錐10、并兼作電極3及過(guò)濾膜6安裝孔管狀支架5的安裝定位下骨架的不銹鋼下螺 旋端蓋9按圖5組裝而成；其上螺旋端蓋4、下螺旋端蓋9與孔管狀外殼7之間以螺紋連 接，三者共同構(gòu)成組合式電極的封閉和保護(hù)層。[0020]組合式電極的過(guò)濾膜6、孔管狀支架5、孔管狀外殼7、上螺旋端蓋4既可以用不 銹鋼材質(zhì)制造，也可以用高強(qiáng)度耐腐蝕耐磨蝕絕緣工程塑料制造。[0021]組合式電極，當(dāng)上螺旋端蓋4用不銹鋼制造時(shí)，其上的電極定位安裝孔與電極3 之間必須加裝絕緣擊穿電壓大于2000V的絕緣環(huán)。[0022]組合式電極，不銹鋼柱狀或管狀電極3的上密封絕緣蓋2和下定位絕緣蓋13由 高強(qiáng)度絕緣工程塑料制造，且絕緣擊穿電壓必須大于2000V。[0023]組合式電極，其過(guò)濾膜6的材質(zhì)既可選用高強(qiáng)度耐腐蝕透水布料也可選用透水 薄毛毯，過(guò)濾膜剪裁及安裝方式，既可將布料或薄毯剪裁成與過(guò)濾膜6的孔管狀支架5的 直徑和長(zhǎng)度相當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)方形料，然后將之卷貼于孔管狀支架5的外壁，以形成封閉筒狀過(guò) 濾膜，或者直接使用已經(jīng)事先按相應(yīng)尺寸加工好的封閉筒狀過(guò)濾膜。[0024]組合式電極各部件的作用說(shuō)明如下[0025](1)組合式電極的上螺旋端蓋4和下螺旋端蓋9與多孔管狀外殼7不僅起封閉保 護(hù)組合電極作用，而且三者為其他所有部件的組合裝配提供了安裝定位骨架。[0026](2)組合式電極中，過(guò)濾膜6的作用是阻擋固體物懸浮顆粒進(jìn)入電極室而只讓水 及可溶性離子進(jìn)入電極室，從而保證電極室及電極的清潔和正常工作。[0027](3)組合式電極中，不銹鋼螺旋下端蓋9與釘入錐10實(shí)質(zhì)上是一個(gè)一體化加工的 整體；釘入錐10的作用是可以直接輕巧地往土地上或者物料堆上插入并且可即插即用。[0028](4)由于具有電極室液注入/抽取管道11，可以方便地完成注入電解液或者將飽 和陰極室液抽出的操作，從而為陰極室液電解還原提純回收其中的重金屬的工作創(chuàng)造了 方便條件；[0029](5)由于具有在線監(jiān)測(cè)電導(dǎo)傳感器12，可以連續(xù)監(jiān)測(cè)并顯示重金屬離子的脫除 情況以及時(shí)調(diào)整各種工藝參數(shù)，從而使脫除工藝更加優(yōu)化。[0030]組合式電極直徑一般在10-30mm，組合式電極外直徑一般在30_100mm，長(zhǎng)度 一般在0.5-30M，可做成若干尺寸系列，視插入點(diǎn)的污染土壤深度或者物料堆積高度而 恰當(dāng)選用。權(quán)利要求1.組合式電極，由電極室(8)和電極(3)構(gòu)成，其特征是電極室(8)上部設(shè)有螺旋 上端蓋(4)，電極室(8)底部設(shè)有圓錐形螺旋下端蓋(9)，螺旋下端蓋(9)底部是釘入錐 (10)，電極(3)安裝在電極室(8)的中部，分別固定在螺旋上端蓋(4)和螺旋下端蓋(9) 上，電極(3)上設(shè)有密封絕緣蓋(2)和電極進(jìn)線柱(1)。
2.如權(quán)利要求1所述的組合式電極，其特征是電極室(8)是由孔管狀外殼(7)圍成的 空間，孔管狀外殼(7)與螺旋上端蓋(4)和螺旋下端蓋(9)用螺紋連接，孔管狀外殼(7) 內(nèi)壁設(shè)有過(guò)濾膜(6)，過(guò)濾膜(6)用孔管狀支架(5)安裝在孔管狀外殼(7)上。
3.如權(quán)利要求1所述的組合式電極，其特征是在電極室(8)內(nèi)設(shè)有電導(dǎo)傳感器(12)、 電極室液注入/抽取管(11)，電導(dǎo)傳感器(12)和電極室液注入/抽取管(11)固定在螺旋 上端蓋⑷上。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種應(yīng)用于從土壤中或者從泥狀粉狀堆積物中原位脫除可溶性重金屬離子的組合式電極。組合式電極是由不銹鋼柱狀或管狀電極3和由孔管狀外殼7所包圍空間形成的電極室8的組合體。在電極室8內(nèi)中上部設(shè)置有電極室液注入/抽取管道11和電極室液電導(dǎo)傳感器12、底部設(shè)置有電極釘入錐10。本組合式電極具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、安全可靠的優(yōu)點(diǎn)，有助于脈沖電動(dòng)力學(xué)原位脫除可溶性重金屬離子效率的提高。
文檔編號(hào)B09C1/08GK201799448SQ201020161280
公開(kāi)日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月9日
發(fā)明者張智良, 查振林, 羅亞田, 董有 申請(qǐng)人:中鋼武漢安環(huán)院華安設(shè)計(jì)工程有限公司, 中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司, 武漢理工大學(xué)