專利名稱：重金屬-有機復合污染土壤的電動復合強化修復方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種復合污染土壤的修復技術(shù)，尤其涉及一種重金屬-有機復合污染土壤的修復方法及其裝置。
背景技術(shù)：
復合污染土壤的修復一直是土壤修復的熱點和難點之一。復合污染土壤一般包括重金屬復合污染土壤、有機復合污染土壤和重金屬-有機復合污染土壤。由于在重金屬-有機復合污染土壤中存在著重金屬和有機污染物這兩類性質(zhì)存在較大差異的污染物， 重金屬水溶性較好，在土壤中容易移動，而有機污染物一般水溶性較差，易與土壤有機質(zhì)結(jié)合，難以在土壤中遷移，因此這種類型的污染土壤修復一直沒有較好的方法。目前文獻報道的針對重金屬-有機復合污染土壤的修復技術(shù)主要有植物修復、化學淋洗和電動修復等。 植物修復技術(shù)具有成本低、綠色環(huán)保的優(yōu)點，但通常植物在復合污染土壤上的耐性不強，生長受抑制，對有機污染物和重金屬難以達到同時去除的效果，而且植物修復技術(shù)普遍存在著修復緩慢，效率較低的缺點(丁克強等，土壤，200 。目前國內(nèi)有關(guān)植物修復的專利也集中于重金屬污染或有機污染土壤修復，未見利用植物修復重金屬-有機復合污染土壤的專利報道?；瘜W淋洗修復技術(shù)可以運用于重金屬-有機復合污染土壤的修復。專利文獻 CN101293254和CN1012M467公開了一種淋洗修復重金屬-有機物復合污染土壤的方法和淋洗劑的配制方法，該方法主要通過配制一種對重金屬和有機污染物均有增溶效果的淋洗劑(主要成分為乳酸酯和乙二胺配體)，加入到土壤中(土水比為1 10 1 5)，通過震蕩提取，可獲得較好的去除效率。但化學淋洗修復的異位修復需耗用大量的溶劑，且同樣需要后續(xù)處理，而其在原位修復的運用中受到限制，主要因為淋洗液在土體中的遷移和殘留難以控制，且不適用于低滲透性土壤。
電動修復技術(shù)是上世紀八十年代發(fā)明的一種污染土壤修復技術(shù)，其基本原理是在污染土壤兩端施加直流電場，土壤中的污染物在電場作用下隨電遷移或電滲流遷移出土體，從而實現(xiàn)污染土壤的修復?，F(xiàn)有的專利文獻集中于單一重金屬污染或有機污染土壤的修復。專利文獻CN101507969公開了一種重金屬污染土壤陽極液淋洗強化電動修復方法，該方法將電動修復方法和化學淋洗法相結(jié)合處理重金屬污染土壤；專利文獻 CN102225426A則公開了一種利用化學助溶劑結(jié)合電動修復處理石油污染土壤的修復方法。 國外也有關(guān)于電動修復技術(shù)處理污染土壤的技術(shù)專利。韓國專利號為KR20030140M的專利公開了一種利用電動技術(shù)結(jié)合生物修復處理有機污染土壤的方法。本世紀以來，電動修復技術(shù)逐漸應用于重金屬-有機復合污染土壤的修復，主要是通過利用電動修復過程中產(chǎn)生的電遷移和電滲流機制對重金屬和有機污染物進行遷移處理，但由于陰極附近土壤PH 的升高導致大量重金屬集中在靠近陰極的土壤中而無法遷移出土體，同時由于有機污染物水溶性差，遷移緩慢且遷移到電解液中的污染物仍需后續(xù)的進一步處理(Maini等，Journal of Chemical Technology and Biotechnology，2000 ;Maturi 等，Chemosphere，2006)，因此難以達到重金屬和有機污染物的同時去除。目前國內(nèi)在這方面的專利還沒有，國外也僅有少量的相關(guān)專利。美國專利號為USM58747的專利公開了電動和生物修復相結(jié)合處理混合污染土壤，其基本方法是首先利用電場注入微生物降解有機污染物，待反應完全后利用電極反應酸化土壤從而減少重金屬的沉淀，提高重金屬的去除效率。但由于該技術(shù)是分兩步處理有機和重金屬污染物，電場利用效率低，同時微生物降解有機污染物的過程緩慢，花費時間較長，因此整個修復效率不高，且無法實現(xiàn)重金屬和有機污染物的同時去除。發(fā)明內(nèi)容
解決的技術(shù)問題為了克服現(xiàn)有修復技術(shù)的存在的缺點，實現(xiàn)重金屬和有機污染物的高效去除，同時減輕電解液的后續(xù)處理，本發(fā)明提供了一種重金屬-有機復合污染土壤的電動復合強化修復方法及其裝置，保證重金屬快速有效的遷移出土體，同時在電解液中適當添加助溶劑和氧化劑，增加有機污染物的溶出和遷移，實現(xiàn)有機物遷移過程中的氧化降解，從而減輕后續(xù)處理。
技術(shù)方案一種重金屬-有機復合污染土壤的電動復合強化修復方法，具有如下步驟
將污染土壤裝入電動修復裝置中，然后將氧化劑加入到陰、陽極電解液中或直接噴灑在污染土壤上；所述氧化劑為雙氧水、次氯酸鹽和過硫酸鹽；
在陰、陽電極上施加直流電場，電場強度為0. 5-2V cnT1，控制陰、陽極電解液的pH 在 3-11。
所述氧化劑在體系中的質(zhì)量濃度為雙氧水為1_20%，次氯酸鹽為0.05-5%，過硫酸鹽為5-30%。
所述次氯酸鹽和過硫酸鹽的種類為它們的鉀鹽、鈉鹽或鈣鹽。
上述陽極電解液中添加有羥丙基-β-環(huán)糊精。
所述重金屬為Cu2+、Ζη2\ Cd2+、Pb2+或As2032_，所述有機污染物為芘。
所述陽極電解液中添加有10% WtHP⑶，陰極電解液中添加有12% WtNa2S2O8,陰極控酸pH3. 5。
一種去除土壤中重金屬和有機污染物的電動修復裝置，包括電動修復柱、電解池、 電極、電解液處理池、酸度計和直流電源，所述電解池包括陽極電解池和陰極電解池，電解液處理池包括陽極處理池和陰極處理池，所述陽極電解池和陰極電解池設于電動修復柱的兩端，電極分別插入到陽極電解池和陰極電解池中，直流電源的正負極分別與電極相連，陽極電解池通過泵與陽極處理池連通，陰極電解池通過泵與陰極處理池連通，酸度計分別與陽極處理池和陰極處理池相連；還包括電解液儲備池，所述電解液儲備池包括堿液儲備池和酸液儲備池，所述堿液儲備池與陽極處理池相連，所述酸液儲備池與陰極處理池相連；所述電動修復柱的兩端與電解池連接處設有燒結(jié)玻璃；所述電動修復柱上設有不銹鋼探針； 所述電解池上設有金屬棒插孔；所述電解池與電動修復柱相接處設有橡皮墊圈，電解池外殼上設有進水孔、出水孔、電極插孔和排氣孔；所述泵為多通道蠕動泵。
有益效果通過選擇合適的氧化劑和控制電解液pH，可以有效增加重金屬的遷移，提高其去除效率，同時氧化劑在有機污染物遷移的同時對其進行有效降解，減輕了后續(xù)處理，實現(xiàn)了重金屬和有機污染物的同時去除。通過使用本發(fā)明裝置，可以有效的去除污染土壤中的重金屬污染物；通過使用PH自動控制系統(tǒng)，一方面保證了實驗結(jié)果之間的可比性，另一方面也節(jié)省了人力，提高了控制的精確性，并能大幅提高對土壤中重金屬的去除效率。通過不同實施例的比較，發(fā)現(xiàn)過硫酸鈉氧化劑和陰極控制PH3. 5是處理重金屬和有機復合污染土壤的最佳組合。


圖1為電動修復處理裝置的構(gòu)造示意圖2為電解池A-A向示意圖3為電解池B-B向示意圖4為電解池C-C向示意圖5為電解液處理池pH自動控制系統(tǒng)各部件的連接示意圖6為電動修復裝置各部件的安裝示意圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明做進一步說明。
實施例1
試驗紅壤采自中國科學院紅壤生態(tài)試驗站(江西鷹潭)。將采回的紅壤風干，磨細使其顆粒度為0. 84mm。本實施例中以銅和芘作為模擬重金屬和有機污染物，通過人為添加銅和芘到土壤中，培養(yǎng)銅-芘復合污染土壤，具體方法為稱取一定量土壤，取其中的十分之一于玻璃器皿中進行拌土。將定量芘(Sigma公司，純度>98%)溶于丙酮，加入土中，并快速攪拌使丙酮完全揮發(fā)，在通風櫥中平衡ld，然后將一定量CuCl2 ·2Η20溶于適量的去離子水(約30mL)加入土壤，攪拌均勻，放入通風櫥中平衡Id至干。將拌好的土與剩余土壤混勻，過20目篩，放入通風櫥中培養(yǎng)兩周平衡。在本實施例中人工培養(yǎng)的污染土壤中的芘和銅的濃度均為500mg · kg—1左右。
在電動修復過程中，定期測定了不同實驗條件下的電滲流、pH、電壓、電流以及陰陽電解液池中溶液的電導率，用來了解電動修復過程的作用機理。實驗過程中的電滲流通過計算陽極儲備池中溶液的體積變化而得出。PH通過pHS-;3B精密pH計直接測定。電壓和電流用DT9208B型數(shù)字萬用表測定。電導率則用DDS-IlA型電導率儀測得。當試驗結(jié)束后，將電動修復柱中的土壤均勻切成5等份，風干，用瑪瑙研缽磨細，顆粒度為0. 25mm，儲存?zhèn)溆谩念w粒度為0. 25mm土壤樣品中取出少量，同樣用瑪瑙研缽磨細至顆粒度為0. 149mm, 用王水-高氯酸消煮，制備成待測液，用原子吸收光譜儀進行測定。土壤中的芘用丙酮-二氯甲烷超聲提取，提取液用高效液相色譜分析測定。
表1表示的電動修復后土柱中銅和芘的去除率。其中，試驗-1是沒有進行PH自動控制的處理，試驗-2和3是在陽極添加HP⑶溶液至HP⑶在陽極電解液中的濃度達到 10 % Wt，但試驗3是經(jīng)過pH自動控制的，并以Imol Γ1硝酸為控制液。結(jié)果表明，添加10 % wtHPCD和控制pH為3. 5的試驗3取得了最高的土壤中銅和芘去除率，但處理池中芘的含量仍較高，這說明從土壤中移出的芘并未完全降解，而是殘留在處理池溶液中，因此仍需后續(xù)的處理。
表1不同處理對紅壤中銅和芘的的處理效果權(quán)利要求
1.一種重金屬-有機復合污染土壤的電動復合強化修復方法，其特征在于具有如下步驟將污染土壤裝入電動修復裝置中，然后將氧化劑加入到陰、陽極電解液中或直接噴灑在污染土壤上；所述氧化劑為雙氧水、次氯酸鹽和過硫酸鹽；在陰、陽電極上施加直流電場，電場強度為0.5-2 V cnT1，控制陰、陽極電解液的PH在 3-11。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬-有機復合污染土壤的電動復合強化修復方法，其特征在于所述氧化劑在體系中的質(zhì)量濃度為雙氧水為1_20%，次氯酸鹽為0. 05-5%，過硫酸鹽為5-30%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬-有機復合污染土壤的電動復合強化修復方法，其特征在于所述次氯酸鹽和過硫酸鹽的種類為它們的鉀鹽、鈉鹽或鈣鹽。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬-有機復合污染土壤的電動復合強化修復方法，其特征在于陽極電解液中添加有羥丙基- β -環(huán)糊精。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬-有機復合污染土壤的電動復合強化修復方法，其特征在于所述重金屬為Cu2+、Ζη2\ Cd2+、Pb2+或As2032_，所述有機污染物 為芘。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的重金屬-有機復合污染土壤的電動復合強化修復方法，其特征在于所述陽極電解液中添加有10%wt HP⑶，陰極電解液中添加有12%wt Naj2O8,陰極控酸 ρΗ3· 5。
7.—種去除土壤中重金屬和有機污染物的電動修復裝置，其特征在于包括電動修復柱 O)、電解池、電極、電解液處理池、酸度計(1 和直流電源(12)，所述電解池包括陽極電解池C3)和陰極電解池G)，電解液處理池包括陽極處理池( 和陰極處理池(6)，所述陽極電解池(5)和陰極電解池(6)設于電動修復柱(2)的兩端，電極(10)分別插入到陽極電解池⑶和陰極電解池⑷中，直流電源(12)的正負極分別與電極相連，陽極電解池(3)通過泵與陽極處理池( 連通，陰極電解池(4)通過泵與陰極處理池(6)連通，酸度計分別與陽極處理池( 和陰極處理池(6)相連；還包括電解液儲備池，所述電解液儲備池包括堿液儲備池(8)和酸液儲備池(7)，所述堿液儲備池(8)與陽極處理池( 相連，所述酸液儲備池(7)與陰極處理池(4)相連；所述電動修復柱的兩端與電解池連接處設有燒結(jié)玻璃(9)； 所述電動修復柱上設有不銹鋼探針(16)；所述電解池上設有金屬棒插孔(28);所述電解池與電動修復柱( 相接處設有橡皮墊圈09)，電解池外殼上設有進水孔(25)、出水孔04)、 電極插孔06)和排氣孔07)；所述泵為多通道蠕動泵。
全文摘要
重金屬-有機復合污染土壤的電動復合強化修復方法及其裝置，具有如下步驟將污染土壤裝入電動修復裝置中，然后將氧化劑加入到陰、陽極電解液中或直接噴灑在污染土壤上；所述氧化劑為雙氧水、次氯酸鹽和過硫酸鹽；在陰、陽電極上施加直流電場，電場強度為0.5-2Vcm-1，控制陰、陽極電解液的pH在3-11。通過選擇合適的氧化劑和控制電解液pH，可以有效增加重金屬的遷移，提高其去除效率，同時氧化劑在有機污染物遷移的同時對其進行有效降解，減輕了后續(xù)處理，實現(xiàn)了重金屬和有機污染物的同時去除。
文檔編號B09C1/08GK102513348SQ201110420019
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月15日
發(fā)明者倉龍, 周東美, 樊廣萍 申請人:中國科學院南京土壤研究所