本發(fā)明涉土壤修復治理領域，涉及到一種利用電沉積和電氧化作用去除土壤中重金屬和有機物污染的治理方法，具體是一種利用復合管式電極快速治理土壤有機物和重金屬的土壤修復系統(tǒng)。

背景技術：

在工業(yè)生產(chǎn)的過程中，如礦產(chǎn)開采、冶金、電鍍、化工、電路板加工等行業(yè)，由于生產(chǎn)過程原料泄露及污水排放，造成污染濃度呈放射性分布的生產(chǎn)區(qū)域土壤污染。以重金屬、難降解有機污染物為特點的土壤污染具有相對移動性比較差、不易降解或轉(zhuǎn)移，在土壤殘余時間比較長，通過水體徑流及生物等方式對人類群體產(chǎn)生持久性的危害。

2016年5月28日，國務院印發(fā)了《土壤污染防治行動計劃》，簡稱“土十條”，對土壤修復行業(yè)具有直接的指導意義，客觀上要求更多的土壤修復治理技術進入土壤修復行業(yè)。根據(jù)土壤搬離與否，對土壤修復可分為原位和異位修復，包括以植物修復為主的生物修復技術，以淋洗、浸漬、氧化還原、化學穩(wěn)定為主的化學修復技術，以及以物理分離、熱力學、電動力學等為主的物理修復技術。各種修復技術具有各自的優(yōu)勢和劣勢，例如以生物修復為主的技術具有處理成本低廉的優(yōu)勢，然而修復持續(xù)時間很長，一般以年為單位，同時此類修復技術不適合土壤污染濃度特別高的土壤，而化學和物理修復具有見效快的優(yōu)點，然而有的處理技術處理成本比較高，容易造成二次污染。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種以管式電極為技術主體，以土壤浸出液為電解液，在土壤和陰陽極之間形成電場，通過靜電作用和水力攜帶，將污染物質(zhì)移至電極附近，通過電沉積和電氧化作用分別去除重金屬和有機污染物。

本發(fā)明的目的通過以下技術方案實現(xiàn)：

一種快速治理土壤有機物和重金屬的土壤修復系統(tǒng)，特點是：該土壤修復系統(tǒng)包括電源、管道、真空泵、防滲透膜及處理有機物和重金屬的復合管式電極，含有有機物和重金屬的土壤設于防滲透膜內(nèi)，處理有機物和重金屬的復合管式電極通過防滲透膜插入充分浸潤的所述土壤中，陰極連接電源的負極，陽極連接電源的正極，陰極管道上端與真空泵相連，在陰、陽極上施加直流或脈沖直流電場同時開啟真空泵，所述土壤中有機物和重金屬離子在水流和電場作用下向陰極遷移，重金屬離子在陰極發(fā)生電沉積得到去除，有機物隨負壓至所述土壤頂層覆蓋的防滲透膜上，隨重力作用進入陽極內(nèi)，通過電催化氧化反應得以去除。

所述電沉積和電催化氧化反應是由復合管式電極的陽極和復合管式電極的陰極組成的陣列完成；復合管式電極的陽極為具有電催化功能的納米復合薄膜材料構(gòu)成，復合管式電極的陰極由導電的碳或金屬構(gòu)成。

所述電催化功能的納米復合薄膜材料是在石墨、鈦、玻璃薄片或網(wǎng)（纖維）表面涂覆具有電催化功能的材料；其中，所述電催化功能的材料包括碳即石墨、碳纖維、納米管、石墨烯、金剛石和金屬氧化物催化材料即wo3、f:sno2、n:sno2、sb:sno2、f:tio2、n:tio2、sb:tio2、al:zno、b:zno、fe2o3、v2o5、bi2o3、mno2、mn2o3、mn3o4，以及所述電催化功能的材料中的兩種或三種復合；電催化功能的材料是由顆粒尺寸在10-100nm的納米結(jié)構(gòu)的晶體材料組成。

所述導電的碳或金屬材料為不銹鋼、鈦、鋁、石墨的薄片或網(wǎng)，具有導電和電催化還原功能。

所述涂覆采用噴涂、輥涂、印刷、浸涂、化學氣相沉積（cvd）或物理氣相沉積（pvd）在基體表面制備薄膜，薄膜的厚度為10nm-1mm。

所述復合管式電極的陰陽和陰極的直徑為10-50mm，長度為500-3000mm，陰陽和陰極間距為200-1000mm。

所述復合管式電極的陰極外層包裹透水土工膜。

所述電催化氧化反應陣列中的陰極和陽極至少一對組成電催化的電容式管狀電極，平行排列，間距保持在10-1000mm，在陰陽極間接直流或脈沖直流電源，其中陰極接電源負極，陽極接電源正極，電壓為0.1-36v，電極間的電流密度在0.01-500ma/cm²，采用市電或太陽能電池供電。

所述真空泵壓力為10-5000pa；單管水流速度為1-100m/h。

本發(fā)明的有益效果：

通過構(gòu)建以管式電極為主的電極陣列，通過靜電和水力作用驅(qū)使土壤中可溶性重金屬和有機污染物進入水中，在電極端被去除。陽極對有機物包括苯、酚、氨等污染，陰極對重金屬離子包括鉻、鎘、砷、汞、鉛、鎳、錳等污染具有良好的去除效果。

本發(fā)明在土壤治理前期利用工程設施使待處理土壤充分浸潤，在電場和負壓條件下，實現(xiàn)土壤間隙水在土壤間的循環(huán)流動，將水中攜帶的重金屬離子和有機污染物分別在陰極和陽極中實現(xiàn)沉積和得到處理，從而降低土壤中污染物的含量，實現(xiàn)土壤修復的目的，待電沉積和電氧化作用明顯降低后，種植優(yōu)選吸收植物，利用其根際微生物進一步直接或間接吸收、揮發(fā)、分離、降解重金屬或有機污染物，恢復重建自然生態(tài)環(huán)境和植被景觀。本發(fā)明對土壤中有機污染物和重金屬離子的去除具有效率高、時間短、能耗低、整體運行處理費用低等特點，可實現(xiàn)規(guī)?；瘜嶋H應用。

附圖說明

圖1為本明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例示意圖。

圖中，1-電源，2-導線，3-防滲透膜（預留管道接口），4-外圍土壤，5-陽極，6-陰極，7-防滲透膜，8-真空泵，9-排水管，10-真空管，11-含有有機物和重金屬的土壤。

具體實施方式

參閱圖1，本發(fā)明包括電源1、導線2、真空泵8、防滲透膜3、7、處理有機物和重金屬的復合管式電極的陽極5、陰極6、排水管9及真空管10，含有有機物和重金屬的土壤11設于防滲透膜7內(nèi)，頂層覆蓋防滲透膜3，處理有機物和重金屬的復合管式電極通過防滲透膜3插入充分浸潤的所述土壤11中，陰極6連接電源1的負極，陽極5連接電源1的正極，陰極6管道上端與真空泵8相連，在陰、陽極上施加直流或脈沖直流電場同時開啟真空泵8，所述土壤11中有機物和重金屬離子在水流和電場作用下向陰極6遷移，重金屬離子在陰極發(fā)生電沉積得到去除，有機物隨負壓至所述土壤11頂層覆蓋的防滲透膜3上，隨重力作用進入陽極5內(nèi)，通過電催化氧化反應得以去除。

實施例

附圖2為某以重金屬和輕度石油污染的土壤修復中試工程的示意圖。在開展土壤修復之前，通過現(xiàn)場取樣，獲得土壤的滲透系數(shù)及土壤層橫向和縱向的浸出液濃度，計算土壤中重金屬及石油類污染物的污染負荷，選取一適合區(qū)域作為中試工作區(qū)。通過機械開挖將污染土壤即含有有機物和重金屬的土壤11從工作區(qū)內(nèi)取出，同時鋪設防滲透膜7，將污染土壤11回填至基坑中并鋪設平整，插入陽極5和陰極6，并使之成為陣列，利用導線2將陽極5與電源1的正極相接，陰極6與電源1的負極相接。隨后鋪設預留管道接口的防滲透膜3，將陽極5和陰極6上端接口直接與防滲透膜3接口相連，陰極6通過真空管10與真空泵8相接，真空泵8中吸取的水通過排水管9排入防滲透膜3上部。在開啟電源1和真空泵8開關之前，抽取清水（地下水）充分浸潤工作區(qū)內(nèi)土壤，形成泥水混合物，同時在防滲透膜3上形成深度30cm左右的水層。開啟電源1和真空泵8，在電場和水力作用下進行污染物的削減過程。在系統(tǒng)運行階段，實時對抽取水樣進行監(jiān)測，如果水樣中污染物質(zhì)的濃度變化劇烈，應當降低真空泵8的吸取壓力，同時加大電源1的電流電壓。電源1和真空泵8的開啟方式是前期以低電流低電壓和低負壓進行，以降低能耗，在后期應加大功率，促使土壤中可溶性物質(zhì)的析出。該系統(tǒng)運行1個月取樣，相關的重金屬浸出液濃度和石油類污染物含量分別降低了50%和20%，在3個月基本達到了商業(yè)用地的相關規(guī)定。