一种利用电场和反应屏障修复污染土壤的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种利用电场和反应屏障修复污染土壤的装置及方法，属于环境污染治理技术领域。该装置主要包括：反应室、反应屏障(其中反应屏障的挡板是可移动的，以便于更改位置及反应屏障厚度)、电极室、电解液储蓄缸、pH自动检测调节仪、直流电源和石墨电极。反应屏障中的材料是改性粘土和一定质量比的零价铁/活性炭(Fe0/C)的混合物。反应屏障在此修复过程中起到了增强修复效果的作用。反应器底部均匀分布着小卡槽，便于根据不同污染物在电场下迁移特性的不同而选择反应屏障在反应室的位置和厚度，同时挡板还能保持反应屏障材料在反应过程中形态完整，便于其更好发挥作用且反应完成后便于再回收反应屏障材料。

Device and method for repairing contaminated soil by electric field and reaction barrier

The invention discloses a device and a method for remediating polluted soil by using electric field and reaction barrier, belonging to the technical field of environmental pollution control. The device mainly comprises a reaction chamber, a reaction barrier (in which the baffle of the reaction barrier is movable to change the position and thickness of the reaction barrier), an electrode chamber, an electrolyte storage tank, an automatic pH detector and regulator, a DC power supply and a graphite electrode. The material in the reaction barrier is a mixture of modified clay and zero-valent iron/activated carbon (Fe0/C) with a certain mass ratio. The reaction barrier played a reinforcing role in the repair process. The bottom of the reactor is uniformly distributed with small slots, which can be used to select the position and thickness of the reaction barrier according to the migration characteristics of different pollutants in the electric field. At the same time, the baffle can keep the shape of the reaction barrier material intact in the reaction process, so that it can play a better role and be easy to recycle after the reaction is completed. Barrier materials.

【技术实现步骤摘要】
一种利用电场和反应屏障修复污染土壤的装置及方法
本专利技术涉及一种利用电场和反应屏障修复污染土壤的装置及方法，属于环境污染治理

技术介绍
随着我国工业化进程的加快，大量污染物被排放。在国民经济腾飞的同时带来了严重的环境污染问题。土壤作为“污染汇”所受污染问题尤其严重。主要污染物为重金属和持久性有机污染物POPs等。目前土壤污染的主要修复技术有物理修复、化学修复、生物修复及联合修复技术等。土壤的工程修复技术主要包括排土、换土、去表土、客土和深耕翻土等措施。工程措施是比较经典的土壤污染治理措施，它具有彻底、稳定的优点，但工程量大、投资费用高，会破坏土体结构，引起土壤肥力下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。物理/化学修复是利用污染物或污染介质的物理化学特性，以破坏(如改变化学性质)、分离或固化污染物，具有实施周期短、可用于处理各种污染物等优点。主要包括：热处理技术、土壤固化-稳定化技术、淋洗技术、氧化还原技术、电动力学修复技术和土壤性能改良技术等。生物修复技术是近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术，是指综合运用现代生物技术，使土壤中的有害污染物得以去除，土壤质量得以提高或改善的过程。土壤生物修复技术，包括植物修复、微生物修复、生物联合修复等技术。协同两种或两种以上修复方法，形成联合修复技术，不仅可以提高污染土壤的修复速率与效率，而且可以克服单项修复技术的局限性，实现对多种污染物复合/混合污染土壤的修复，已成为土壤修复技术中的重要研究内容。电动修复技术是近年来发展起来的一种污染土壤修复技术，主要通过电迁移、电渗流和电泳等方式将污染物迁移出土壤。土壤中的重金属污染物主要通过电迁移方式迁移出土体，而有机污染物则通过电渗流机制迁移出土体。由于电动修复技术可以有效去除土壤中的重金属和有机污染物，而且操作简单、处理效率高，不受自然条件干扰，明显优于其他修复技术(如植物修复、微生物修复等)，因此越来越受到人们的重视。但是传统电动修复技术只是将污染物从土壤中迁移出来，没有从根本上去除污染物。因此，将反应屏障与电动修复技术联用是一个很好的选择。反应屏障是设置在污染物迁移途径中的一种反应墙。其经过的污染物具有阻截、聚集、降解、去除等作用。该技术对污染物主要有物理、化学、生物三种修复机理。土壤中污染物在电场作用下，转移到反应屏障中，在反应屏障中发生一系列吸附、氧化还原等物理化学反应，从而去除污染物。反应屏障能很好的弥补电动力修复土壤污染物的不足之处，因此是一种有深入研究价值的技术。
技术实现思路
本专利技术针对现有土壤修复技术的不足之处，提供了一种将反应屏障和电动力学结合修复污染土壤的装置及方法，对反应屏障内的填料成分有突出的创新。本专利技术的第一个目的是提供一种电动力和反应屏障联合修复受污染土壤的装置，在反应室与阳极室、阴极室交界处设置反应屏障；所述反应屏障的填料包括改性粘土和Fe/C混合物。在本专利技术的一种实施方式中，所述反应屏障中的填料由体积比为1:20～20:1的改性粘土和铁碳(Fe0/C)材料制成；所述铁碳(Fe0/C)材料中质量比Fe0：C为3:1～10:1。在本专利技术的一种实施方式中，所述改性粘土包括但不限于是膨润土、海泡石、蒙脱石、沸石、埃洛石、凹凸棒石、麦饭石、硅藻土、伊利石中的一种或几种。在本专利技术的一种实施方式中，改性粘土主要成分为硅酸铝盐，有Si-O结构层状骨骼，按夹在它们之间的离子种类形成各种层状结构，并沿C轴重叠，存在着层内结构不饱和填充与扭曲，表面存在大量-OH断键。颗粒大小为0.5～5μm，具有吸附作用。在本专利技术的一种实施方式中，所述改性粘土是经过无机酸处理改性和有机插层剂磷酸蜜铵盐插层改性的天然粘土。在本专利技术的一种实施方式中，所述电动力和反应屏障联合修复受污染土壤的装置，包括阳极室、阴极室、反应室、直流电源和石墨电极；所述石墨电极分别为阳极电极和阴极电极，分别置于阳极室、阴极室中；直流电源的正负极通过导线分别与阳极电极和阴极电极相连；所述阳极电解液储蓄缸通过蠕动泵与阳极室相连，阴极电解液储蓄缸通过蠕动泵与阴极室相连；待处理的污染土壤置于反应室中，反应室底部均匀分布着卡槽，用于反应屏障挡板的放置；两个平行设置的反应屏障挡板通过在卡槽中固定，形成反应屏障室，反应屏障室中填充填料，构成反应屏障装置；阳极电解液储蓄缸、阴极电解液储蓄缸及反应屏障室中均放置一个pH自动调节监测仪。在本专利技术的一种实施方式中，所述反应屏障挡板由甲基丙烯酸甲酯材质制成，板上均匀分布着小孔，每个挡板厚5mm。在本专利技术的一种实施方式中，反应室底部等距离均匀分布着高5mm的卡槽，便于安装反应屏障挡板，也可通过调整反应屏障挡板之间的距离调整反应屏障室的厚度及其在反应室中所处的位置。在本专利技术的一种实施方式中，阳极室、阴极室分别与反应室交界处设置一层玻璃纤维滤纸。在本专利技术的一种实施方式中，反应屏障挡板与土壤接触面设置一层玻璃纤维滤纸。在本专利技术的一种实施方式中，所述阴极电解液储蓄缸和阳极电解液储蓄缸中设置pH自动调节监测仪，实时监测电解液pH；反应屏障室中的pH自动调节监测仪则用于实时调节pH以满足反应屏障填料所需的pH。本专利技术的第二个目的是提供所述电动力和反应屏障联合修复受污染土壤的装置在土壤修复领域的应用。本专利技术的第三个目的是提供一种电动力耦合渗透性反应格栅(反应屏障)联合修复受污染土壤装置的修复方法，所述方法如下：阴阳极电解液添加0.2mol/LNa2HPO4+0.3mol/LNaH2PO4缓冲液，在蠕动泵作用下分别在阴阳极形成循环系统；直流电源通过导线相连石墨电极施加在阴阳电极室，控制土柱所受电压梯度为1V/cm；将有机改性过的膨润土和Fe/C填料充分混合作为反应屏障填料；修复反应时间为15天。在本专利技术的一种实施方式中，每1-2周清洗阴极电极上产生的不溶性盐渍。在本专利技术的一种实施方式中，每6-8小时搅拌阴阳极电解液。专利技术有益效果为：1.在传统电动力学修复污染土壤技术基础上增加了反应屏障，使污染物在电场作用下转移到反应屏障处被反应屏障内填料通过吸附、氧化还原等物理化学反应降解或者去除。当反应屏障以改性的蒙脱石和麦饭石负载铁炭填料时，菲和2,4,6-三氯苯酚总去除率分别高达92.31％和95.87％，而传统电动力学修复技术菲和2,4,6-三氯苯酚总去除率分别仅为26.53％和27.21％。2.传统铁碳材料作为反应屏障填料时，铁碳之间通透性较差，经过腐蚀之后，铁碳微电解效果迅速下降，也不利于电渗流的产生。因此对反应屏障所使用材料进行创新，将改性粘土和Fe/C进行混合作为反应屏障填料，将改性粘土作为铁碳材料的载体，如此可以大大增强铁碳填料通透性，同时改性粘土又有极强的吸附性能，能对有机物更好的进行铁碳微电解、对重金属进行氧化还原之后再通过吸附达到固化/稳定化目的。当反应屏障采用铁炭填料时菲和2,4,6-三氯苯酚总去除率分别为52.15％和60.45％，而以改性蒙脱石和麦饭石负载铁炭填料时，菲和2,4,6-三氯苯酚总去除率分别高达92.31％和95.87％，3.反应屏障填料由带孔挡板保护着，便于其更好发挥作用和使用后回收。附图说明图1为本专利技术装置结构示意图；图2为本专利技术实例1反应室部分结构示意图；其中，1，直流电源；2，阳极电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动力和反应屏障联合修复受污染土壤的装置，其特征在于，包括阳极室、阴极室和反应室；在反应室与阳极室、阴极室的交界处设置反应屏障；所述反应屏障的填料包括改性粘土和Fe/C混合物。

【技术特征摘要】
1.一种电动力和反应屏障联合修复受污染土壤的装置，其特征在于，包括阳极室、阴极室和反应室；在反应室与阳极室、阴极室的交界处设置反应屏障；所述反应屏障的填料包括改性粘土和Fe/C混合物。2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述反应屏障中的填料由体积比为1:20～20:1的改性粘土和铁碳(Fe0/C)材料制成；所述铁碳(Fe0/C)材料中质量比Fe0：C为3:1～10:1。3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述改性粘土以下述一种或几种为原料：膨润土、海泡石、蒙脱石、沸石、埃洛石、凹凸棒石、麦饭石、硅藻土、伊利石。4.根据权利要求3或4所述的装置，其特征在于，所述改性粘土是经过无机酸改性处理和有机插层剂磷酸蜜铵盐插层改性的天然粘土。5.根据权利要求1～4任一所述的装置，其特征在于，包括阳极室、阴极室、反应室、直流电源和石墨电极；所述石墨电极分别为阳极电极和阴极电极，分别置于阳极室、阴极室中；直流电源的正负极通过导线分别与阳极电极和阴极电极相连；反应室底部均匀分布着卡槽；两个平行设置的反...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹华，孙玉超，高珂，朱荣，丁剑楠，张云，李祎飞，付善飞，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32