專利名稱：一種添加生物表面活性劑的電動力修復(fù)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于重金屬污染地下水原位修復(fù)領(lǐng)域，特別涉及一種添加生物表面活性劑的電動力修復(fù)裝置及方法。
背景技術(shù)：
根據(jù)官方發(fā)布的2011年200個城市地下水水質(zhì)監(jiān)測結(jié)果顯示，中國200個城市開展了地下水水質(zhì)監(jiān)測，在4727個水質(zhì)監(jiān)測點上，取樣測試分析結(jié)果表明，水質(zhì)呈優(yōu)良級的占全部監(jiān)測點的11% ;水質(zhì)呈良好級的占29. 3% ;水質(zhì)呈較好級的占4. 7% ;水質(zhì)呈較差級的占40. 3% ;水質(zhì)呈極差級的占14. 7%，我國的地下水水質(zhì)情況不容樂觀，地下水污染嚴重阻礙了我國經(jīng)濟的發(fā)展，給人民的健康帶來了巨大的隱患，因此，發(fā)展經(jīng)濟高效的修復(fù)技術(shù)成為當務(wù)之急。從修復(fù)技術(shù)研究與發(fā)展趨勢可以看出，電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)以其經(jīng)濟高效，成本相對低廉，應(yīng)用簡單備受關(guān)注。由于人類活動的影響，特別是城市生活污水及垃圾堆放、工業(yè)“三廢”等的排放，農(nóng)業(yè)大量使用化肥、農(nóng)藥等，導(dǎo)致地下水污 染問題日益突出。污染嚴重區(qū)主要分布在大城市的中心地帶、城鎮(zhèn)周圍區(qū)，排污河道兩側(cè)，地表污染水體分布區(qū)及因霧水灌溉農(nóng)田地區(qū)。上訴統(tǒng)計也顯示出，我國大、中城市淺層地下水不同程度上遭受污染，全國多數(shù)城市地下水水質(zhì)呈下降趨勢，部分城市淺層地下水已不能直接飲用，由此造成的缺水城市和地區(qū)日益增多。本發(fā)明正是應(yīng)對這一現(xiàn)象，對受污水體中的重金屬污染加以治理。電動力修復(fù)是一門多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，它是將電極插入受污染的地下水中，在電極上施加直流電后，兩電極之間形成直流電場，由于地下水中含有離子或顆粒物帶有電荷，電場條件下地下水產(chǎn)生電滲流和帶電離子的電遷移，多種遷移運動的疊加載著污染物離開處理區(qū)而富集于電極區(qū)，到達電極區(qū)的污染物一般通過電沉積或者離子交換萃取被去除，從而達到修復(fù)的目的。包括物理化學(xué)、環(huán)境化學(xué)、分析化學(xué)、土壤化學(xué)和電化學(xué)等。電動修復(fù)的原理可概括為4項電遷移——帶電離子在電場的作用下發(fā)生定向移動，正電離子(金屬離子、銨離子、正電有機物等)向陰極遷移，負電離子(氯離子、氰離子、氟離子、硝酸根離子、負電有機物等)向陽極遷移；電滲流一土壤空隙帶負電雙電層，流體在電場作用下由陽極向陰極的流動；電泳一土壤中帶電顆粒和膠體粒子(細小土壤顆粒、腐殖質(zhì)及微生物細胞等)在電場作用下的運動；擴散——擴散是利用離子濃度差，高濃度向低濃度方向的運動。其中，電遷移和電滲流是電動修復(fù)過程的主要機理，電泳和擴散的作用相對較小，一般不作研究。電動修復(fù)過程中最主要的電極反應(yīng)如下(Etl為標準電極電位)陽極反應(yīng)2H20_4e—— O2 f +4H+, E0= —1. 229 V陰極反應(yīng)2H20+2e—— H2 +20Η —，Ε。= — 0.828 V由于電解反應(yīng)，陽極產(chǎn)生氫離子，陰極產(chǎn)生氫氧根離子，陽極產(chǎn)生的氫離子有利于重金屬的活化，使其遷移至陰極而富集。地下水中的重金屬離子經(jīng)常以有機態(tài)存在于水中，因其具有較大的分子形態(tài)而往往粘附與土壤顆粒之上，從而大大的降低了地下水修復(fù)效率，近年來人們試著通過加入添加劑來增強修復(fù)效果，與傳統(tǒng)的化學(xué)添加劑相比，生物添加劑更加的綠色性且效果更好。生物表面活性劑由極性的親水基團和非極性的親油基2部分組成，投加到水中后，如濃度極低，則生物表面活性劑分子均勻地分散在水溶液中，近似于理想溶液。此時如增大生物表面活性劑的投加量，部分生物表面活性劑分子將聚集在溶液的表面，形成疏水基向上、親水基向下伸向水中的定向吸附狀態(tài)；當濃度增大時，生物表面活性劑分子將覆蓋在溶液表面形成單分子層，生物表面活性劑濃度繼續(xù)增大，超過臨界膠束濃度(CMC)時，剩余的生物表面活性劑分子將在溶液內(nèi)聚集，形成疏水基向內(nèi)、親水基向外的膠團。鼠李糖脂為例，它是一種優(yōu)良的陰離子表面活性劑，在其濃度僅為O. 005%時也可以將水的表面張力由72 mN/m降至27 mN/m。鼠李糖脂表面張力為30 mN/m，pH值6. 5飛· 7，CMC為O. 003、. 04 g/L，較化學(xué)合成的表面活性劑要低，如SDS的CMC達到O. 15 g/L。鼠里糖脂是有假單胞菌或伯克氏菌類產(chǎn)生的一種生物代謝性質(zhì)的生物表面活性劑。同時也是目前應(yīng)用技術(shù)最為成熟的一種生物表面活性劑。它在土壤、水體和植物中都自然存在，屬于一種糖脂類的陰離子表面活性劑。鼠里糖脂具有一定的金屬螯合能力，作為螯合劑可以替代EDTA用于清除土壤、污水及其它液體的重金屬污染物。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)不足，本發(fā)明提供了一種添加生物表面活性劑的電動力修復(fù)裝置及方法。一種添加生物表面活性劑的電動力修復(fù)裝置，其電源變壓器的正極與陽極區(qū)相連，電源變壓器的負極與的陰極區(qū)相連；多個噴淋裝置安裝在污染區(qū)域地表；電極液儲存箱與加液泵相連；加液泵通過管道分別與陽極區(qū)和陰極區(qū)相連；陽極區(qū)傳輸泵通過管道與陽極區(qū)相連，陰極區(qū)傳輸泵通過管道與陰極區(qū)相連；陽極區(qū)傳輸泵和陰極區(qū)傳輸泵分別經(jīng)管道與重金屬回收處理裝置入口相連，重金屬回收處理裝置出口與工作液傳輸泵相連，工作液傳輸泵與工作液處理裝置入口相連。一種添加生物表面活`性劑的電動力修復(fù)方法，其具體步驟如下a.將生物表面活性劑，經(jīng)由多個噴淋裝置將其噴淋在污染區(qū)域中，增強電動力對重金屬化合物的處理效果；b.通過多個噴淋裝置向土壤中噴淋pH調(diào)節(jié)液，調(diào)節(jié)土壤pH使其pH保持在9. (Γ10. O之間，增強生物表面活性劑增益的效果；c.將配置好的電極液注入電極液儲存箱，打開加液泵將電極液注入電極室；d.通過電源產(chǎn)生的電力對陰、陽兩極供電，在污染區(qū)域形成直流電場，在直流電場的作用下，受污區(qū)域中的重金屬離子根據(jù)各自所帶電荷的不同而向不同的電極方向運動，使污染物富集在電極區(qū)，實現(xiàn)將重金屬污染物清除的目的；e.檢測系統(tǒng)檢測到電極液有飽和趨勢，則將電極區(qū)的工作液抽出至重金屬回收處理裝置處理以提取重金屬，同時重復(fù)步驟C，后將提取重金屬后的工作液傳送至工作液處理裝置處理至達標后排放；f.在修復(fù)過程中根據(jù)檢測效果，多次重復(fù)步驟a、b使處理效果保持在最佳狀態(tài)。所述生物表面活性劑為鼠李糖脂、皂角苷、槐糖脂、枯草菌表面活性劑。所述pH調(diào)節(jié)液為質(zhì)量分數(shù)為1%的NaOH溶液和質(zhì)量分數(shù)為20%的HCl。
本發(fā)明的有益效果為1.在地下水流動的過程中加入生物表面活性劑，極大地降低了重金屬污染物粘附與土壤中的可能性；2.地下水重金屬離子的處理、回收設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，可靠性高；3.處理效率有明顯的上升，且重金屬的回收率可達95%;4.適用于各種條件只地址狀況，設(shè)備較容易獲得，裝置實現(xiàn)全自動操作；本發(fā)明適用于多種條件之地質(zhì)狀況，機具設(shè)備較容易獲得，裝置實現(xiàn)全自動操作。在電動修復(fù)的過程中加入生物表面活性劑極大的提高了污染物質(zhì)的可溶性，使其集中在地下水體系中而非粘附于土壤中，且該系統(tǒng)集污染物處理、重金屬回收、工作液處理一體化，設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊，操作簡單，可靠性高。重金屬去除率在原有基礎(chǔ)上上升40%，回收后的含重金屬污染物可提存重金屬，回收率可達95%，投加的生物表面活性劑增加了污染物的溶解性，使電動修復(fù)周期縮短，且生物表面活性劑不會對環(huán)境造成二次污染，回收后的重金屬具有較好的經(jīng)濟效益。


圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖中標號1-電源變壓器；2_陽極區(qū)；3_陰極區(qū)；4_噴淋裝置；5_電極液儲存箱；6-加液泵；7_陽極區(qū)傳輸泵；8_陰極區(qū)傳輸泵；9_重金屬回收處理裝置；10_工作液傳輸泵；11-工作液處理裝置。
具體實施例方式
本發(fā)明提供了一種添加生物表面活性劑的電動力修復(fù)裝置及方法，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明做進一步說明。一種添加生物表面活性劑的電動力修復(fù)裝置，其電源變壓器I的正極與陽極區(qū)2相連，電源變壓器I的負極與的陰極區(qū)3相連；多個噴淋裝置4安裝在污染區(qū)域地表；電極液儲存箱5與加液泵6相連；加液泵6通過管道分別與陽極區(qū)2和陰極區(qū)3相連；陽極區(qū)傳輸泵7通過管道與陽極區(qū)2相連，陰極區(qū)傳輸泵8通過管道與陰極區(qū)3相連；陽極區(qū)傳輸泵7和陰極區(qū)傳輸泵8分別經(jīng)管道與重金屬回收處理裝置9入口相連，重金屬回收處理裝置9出口與工作液傳輸泵10相連，工作液傳輸泵10與工作液處理裝置11入口相連。一種添加生物表面活性劑的電動力修復(fù)方法，其具體步驟如下a.將生物表面活性劑，經(jīng)由多個噴淋裝置4將其噴淋在污染區(qū)域中，增強電動力對重金屬化合物的處理效果；b.通過多個噴淋裝置4向土壤中噴淋pH調(diào)節(jié)液，調(diào)節(jié)土壤pH使其pH保持在9. (Γ10. O之間，增強生物表面活性劑增益的效果；c.將配置好的電極液注入電極液儲存箱5，打開加液泵6將電極液注入電極室；d.通過電源產(chǎn)生的電力對陰、陽兩極供電，在污染區(qū)域形成直流電場，在直流電場的作用下，受污區(qū)域中的重金屬離子根據(jù)各自所帶電荷的不同而向不同的電極方向運動，使污染物富集在電極區(qū)，實現(xiàn)將重金屬污染物清除的目的；e.檢測系統(tǒng)檢測到電極液有飽和趨勢，則將電極區(qū)的工作液抽出至重金屬回收處理裝置9處理以提取重金屬，同時重復(fù)步驟C，后將提取重金屬后的工作液傳送至工作液處理裝置11處理至達標后排放；f.在修復(fù)過程中根據(jù)檢測效果，多次重復(fù)步驟a、b使處理效果保持在最佳狀態(tài)。所述生物表面活性劑為鼠李糖脂、皂角苷、槐糖脂、枯草菌表面活性劑。 所述pH調(diào)節(jié)液 為質(zhì)量分數(shù)為1%的NaOH溶液和質(zhì)量分數(shù)為20%的HCl。
權(quán)利要求
1.ー種添加生物表面活性劑的電動カ修復(fù)裝置，其特征在于電源變壓器(I)的正極與陽極區(qū)(2)相連，電源變壓器(I)的負極與的陰極區(qū)(3)相連；多個噴淋裝置(4)安裝在污染區(qū)域地表；電極液儲存箱(5)與加液泵(6)相連；加液泵(6)通過管道分別與陽極區(qū)(2)和陰極區(qū)(3)相連；陽極區(qū)傳輸泵(7)通過管道與陽極區(qū)(2)相連，陰極區(qū)傳輸泵(8)通過管道與陰極區(qū)(3)相連；陽極區(qū)傳輸泵(7)和陰極區(qū)傳輸泵(8)分別經(jīng)管道與重金屬回收處理裝置(9 )入口相連，重金屬回收處理裝置(9 )出口與工作液傳輸泵(10 )相連，工作液傳輸泵(10)與工作液處理裝置(11)入口相連。
2.ー種添加生物表面活性劑的電動カ修復(fù)方法，其特征在于，具體步驟如下 a.將生物表面活性剤，經(jīng)由多個噴淋系統(tǒng)將其噴淋在污染區(qū)域中，增強電動カ對重金屬化合物的處理效果； b.通過多個噴淋裝置向土壤中噴淋pH調(diào)節(jié)液，調(diào)節(jié)土壤pH使其pH保持在9.(TlO. 0之間，增強生物表面活性劑增益的效果； c.將配置好的電極液注入電極液儲存箱，打開加液泵將電極液注入電極室； d.通過電源產(chǎn)生的電カ對陰、陽兩極供電，在污染區(qū)域形成直流電場，在直流電場的作用下，受污區(qū)域中的重金屬離子根據(jù)各自所帶電荷的不同而向不同的電極方向運動，使污染物富集在電極區(qū)，實現(xiàn)將重金屬污染物清除的目的； e.檢測系統(tǒng)檢測到電極液有飽和趨勢，則將電極區(qū)的工作液抽出至重金屬回收處理裝置處理以提取重金屬，同時重復(fù)步驟C，后將提取重金屬后的工作液傳送至工作液處理裝置處理至達標后排放； f.在修復(fù)過程中根據(jù)檢測效果，多次重復(fù)步驟a、b使處理效果保持在最佳狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述生物表面活性劑為鼠李糖脂、皂角苷、槐糖脂、枯草菌表面活性剤。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在干所述pH調(diào)節(jié)液為質(zhì)量分數(shù)為1%的NaOH溶液和質(zhì)量分數(shù)為20%的HCl。
全文摘要
本發(fā)明屬于環(huán)保設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種添加生物表面活性劑的電動力修復(fù)裝置及方法。本發(fā)明電源變壓器的正、負極分別與的陽極區(qū)、陰極區(qū)相連；噴淋系統(tǒng)單獨安裝在污染區(qū)域地表；電極液儲存箱與加液泵相連；加液泵通過管道與陽極區(qū)和陰極區(qū)相連；陽極區(qū)傳輸泵、陰極區(qū)傳輸泵分別通過管道與陽極區(qū)、陰極區(qū)相連；陽極區(qū)、陰極區(qū)傳輸泵分別經(jīng)管道與重金屬回收處理裝置相連，重金屬回收處理裝置與工作液傳輸泵相連，工作液傳輸泵與工作液處理裝置相連；本發(fā)明通過對污染地區(qū)噴淋生物表面活性劑的方式，改進電動力修復(fù)對重金屬的處理效果。本發(fā)明引入了生物表面活性劑噴淋系統(tǒng)、重金屬回收系統(tǒng)及工作液處理系統(tǒng)，對重金屬污染物去除率提高40%以上。
文檔編號C02F1/46GK103043768SQ20121058539
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
發(fā)明者何理, 張嘉琪 申請人:華北電力大學(xué)