一种基于PLC控制的生物电化学土壤污染修复装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于PLC控制的生物电化学土壤污染修复装置及方法，属于土壤污染修复技术领域。本发明专利技术包括太阳能光伏装置、蓄电池、生物滤床、支撑层、土壤装填室、生物电化学反应室和PLC自动控制系统，所述的生物电化学反应室的上方通过支撑层设置有土壤装填室，土壤装填室的上方通过支撑层设置有生物滤床；所述的土壤装填室的上方设置有第一喷淋系统，生物滤床的上方设置有第二喷淋系统。本发明专利技术将太阳能光伏系统、高级氧化

【技术实现步骤摘要】
一种基于PLC控制的生物电化学土壤污染修复装置及方法


[0001]本专利技术涉及土壤污染修复
，更具体地说，涉及一种基于PLC控制的生物电化学土壤污染修复装置及方法。

技术介绍

[0002]土壤是人类及生物赖以生存和发展的物质基础。随着经济迅速发展，有机化工产品和有机农药使用量显著增加，每年大量有机物经过泄露、渗漏及污水排放等途径进入土壤
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地下水环境，成为土壤环境污染的主要来源之一。有机污染物具有溶解度低、降解难、生物残留型强、生态毒性高等特点，伤害神经系统及器官系统，使生物致癌致畸，因而受到众多环境学者的广泛关注。有机污染物进入土壤后向深层土壤迁移，进入含水层缓慢溶解于地下水中，从而引起地下水严重污染，对人体健康及生态安全造成严重威胁。因此，开展有机物污染土壤修复工作具有重要意义。
[0003]针对土壤有机物污染现状，目前已经研发了物理(CN203875107U)、化学(CN101053689)及生物(CN104438298A)等多种修复技术。物理修复技术包括挖掘填埋封存、气相抽提、热脱附、电动修复等。化学修复通过溶剂萃取、淋洗法、化学氧化法等将土壤中的有机氯烃降解为低毒或无毒的小分子物质。生物修复主要通过植物或微生物吸收、降解、转化、细胞代谢等途径修复污染土壤。在实际应用中，物理修复受土壤非均质性、渗透性等因素的影响，无法彻底去除土壤中有机污染物。化学修复适用性强、修复时间短，适用于污染严重的土壤，具有广泛的应用前景。生物修复对有机污染物的自然净化速度慢、耗时长，不适用于污染严重、突发性污染及急需开发利用的污染场地。生物修复费用低，对土壤性质和生态环境影响较小，具有可原位修复、无二次污染、环境友好等优点，是一种绿色的修复技术。
[0004]综合比较各修复方法的特点，本专利技术将表面活性剂
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螯合剂强化高级氧化
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生物电化学及微生物修复技术协同耦合，提供一种适用性强、修复效率高的土壤有机物污染修复方法。有机物强氧化剂有芬顿试剂、过硫酸盐、高锰酸盐等，其中，过硫酸盐稳定性好、安全性高及工程适用性强，成为修复试剂首选。但过硫酸盐与有机污染物的反应较慢，降解效果差，需在碱、热、过渡金属等作用下，产生氧化性更强的硫酸根自由基(SO4·
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)，提高有机物的降解速率及降解效果。由于热化成本高，工程不便实施，本装置采用柠檬酸钠螯合的硫酸亚铁活化过硫酸盐，目的在于提高过硫酸钠的激活效率及SO4·
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的浓度。此外，表面活性剂具有增溶和降低表面张力等作用，能够显著提高吸附在土壤颗粒上的难溶有机物的溶解度，促进有机物与氧化剂的有效接触，显著提高反应速率。
[0005]生物滤床+曝气工艺是一种综合过滤、吸附和生物作用等各种净化过程的好氧废水处理工艺，集生物氧化和截留悬浮物于一体，对有机污染物具有一定氧化降解能力。
[0006]生物电化学系统是集生物氧化还原与电化学反应耦合的新型生物修复方法，阳极电极能够提高微生物在电极上的附着量，利用生物和电化学的协同作用氧化分解有机污染物，促进电子转移，从而提高生物降解速率。研究表明外部电能能够提高微生物活性及多样
性，维持污染物去除的稳定性，显著提高污染土壤中有机物的去除率。
[0007]太阳能是一种清洁绿色的可再生能源，利用太阳能光伏所产电能驱动生物电化学系统和曝气装置，能够提高污染土壤的修复效率，并极大降低土壤污染物的修复成本。此外，通过PLC控制系统实现有机物污染土壤修复的信息化、自动化、智能化运行控制，实现土壤信息和水质信息的实时监测采集，节省人力物力财力，能够产生较好的生态效益和经济效益。

技术实现思路

[0008]1.专利技术要解决的技术问题
[0009]针对现有技术存在的缺陷与不足，本专利技术提供了一种基于PLC控制的生物电化学土壤污染修复装置及方法，本专利技术针对现有有机物污染土壤修复技术效率低、耗时长、适用性局限等不足，提供一种以太阳能光伏系统作为电驱动力，基于PLC控制的高级氧化
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生物电化学土壤污染修复装置及方法，将太阳能光伏系统、高级氧化
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生物电化学及微生物修复有机物污染土壤技术协同耦合，能显著提高土壤中有机污染物的降解和修复效率，实现有机物污染土壤修复的自动化、智能化运行控制。
[0010]2.技术方案
[0011]为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为：
[0012]本专利技术的一种基于PLC控制的生物电化学土壤污染修复装置，包括太阳能光伏装置、蓄电池、生物滤床、支撑层、土壤装填室、生物电化学反应室和PLC自动控制系统，太阳能光伏装置包括太阳能光伏板和光伏板控制器，太阳能光伏板通过光伏板控制器与蓄电池相连接，所述的生物电化学反应室的上方通过支撑层设置有土壤装填室，土壤装填室的上方通过支撑层设置有生物滤床；
[0013]所述的土壤装填室的上方设置有第一喷淋系统，生物滤床的底部敷设曝气管道，曝气管道的一端连接有曝气装置，生物滤床的上方设置有第二喷淋系统，第二喷淋系统、第一喷淋系统的输入端分别设置有循环水泵，循环水泵的输入端连接有电磁阀；
[0014]所述的生物电化学反应室内部设置有三维网格电池，三维网格电池布置有阳极电极和阴极电极，阳极电极的一侧设置有纳米零价铁；
[0015]所述的蓄电池的输出端连接有曝气装置，蓄电池还与生物电化学反应室中的阳极电极和阴极电极相连接；
[0016]所述的PLC自动控制系统的执行模块包括循环水泵、电磁阀、第二喷淋系统及第一喷淋系统。
[0017]进一步地，所述的PLC控制系统包括水质采集系统、PLC控制器及执行模块。所述的水质采集系统包括电导率传感器、COD传感器、NH3‑
N传感器、溶解氧传感器、微生物传感器、有机物检测仪、A/D转换器；所述的水质检测信息通过A/D转换器输入PLC控制器；
[0018]所述的PLC控制器与执行模块相连接，完成太阳能光伏驱动的高级氧化
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生物电化学土壤污染修复装置自动化、智能化运行控制，所述的PLC控制器通过RS232通讯接口与管理计算机相连接，所述的PLC控制器还通过RS485与人机对话装置相连接，用于人机交互式对话处理土壤污染修复装置输入输出信息。
[0019]进一步地，所述的太阳能光伏装置通过太阳能发电提供绿色清洁电能。
[0020]进一步地，所述的第一喷淋系统、第二喷淋系统均通过循环水泵和PLC自动控制系统控制。
[0021]进一步地，所述的三维网格电池的阳极电极为导电性金属有机骨架材料、铁或多孔碳材料，在距离阳极5cm处设置纳米零价铁；阴极电极为石墨棒、钛或不锈钢网，驱动生物电化学土壤修复的电压范围为0～2V。
[0022]进一步地，所述的土壤装填室内装填有污染土壤，土壤中有机物浓度不低于100mg/kg，土壤装填室内设置取样孔道隔板，土壤装填室上方设置第一喷淋系统，第一喷淋系统喷洒的溶液为表面活性剂
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螯合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PLC控制的生物电化学土壤污染修复装置，包括太阳能光伏装置、蓄电池(3)、生物滤床(6)、支撑层(7)、土壤装填室(9)、生物电化学反应室(10)和PLC自动控制系统(11)，太阳能光伏装置包括太阳能光伏板(1)和光伏板控制器(2)，太阳能光伏板(1)通过光伏板控制器(2)与蓄电池(3)相连接，其特征在于：所述的生物电化学反应室(10)的上方通过支撑层(7)设置有土壤装填室(9)，土壤装填室(9)的上方通过支撑层(7)设置有生物滤床(6)；所述的土壤装填室(9)的上方设置有第一喷淋系统(8)，生物滤床(6)的底部敷设曝气管道(61)，曝气管道(61)的一端连接有曝气装置(4)，生物滤床(6)的上方设置有第二喷淋系统(5)，第二喷淋系统(5)、第一喷淋系统(8)的输入端分别设置有循环水泵(111)，循环水泵(111)的输入端连接有电磁阀(112)；所述的生物电化学反应室(10)内部设置有三维网格电池(101)，三维网格电池(101)布置有阳极电极(102)和阴极电极(103)，阳极电极(102)的一侧设置有纳米零价铁(104)；所述的蓄电池(3)的输出端连接有曝气装置(4)，蓄电池(3)还与生物电化学反应室(10)中的阳极电极(102)和阴极电极(103)相连接；所述的PLC自动控制系统(11)的执行模块包括循环水泵(111)、电磁阀(112)、第二喷淋系统(5)及第一喷淋系统(8)。2.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的生物电化学土壤污染修复装置，其特征在于：所述的PLC控制系统包括水质采集系统、PLC控制器及执行模块，所述的水质采集系统包括电导率传感器、COD传感器、NH3‑
N传感器、溶解氧传感器、微生物传感器、有机物检测仪、A/D转换器；所述的水质检测信息通过A/D转换器输入PLC控制器；所述的PLC控制器与执行模块相连接，完成太阳能光伏驱动的高级氧化
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生物电化学土壤污染修复装置自动化、智能化运行控制，所述的PLC控制器通过RS232通讯接口与管理计算机相连接，所述的PLC控制器还通过RS485与人机对话装置相连接，用于人机交互式对话处理土壤污染修复装置输入输出信息。3.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的生物电化学土壤污染修复装置，其特征在于：所述的太阳能光伏装置通过太阳能发电提供绿色清洁电能。4.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的生物电化学土壤污染修复装置，其特征在于：所述的第一喷淋系统(8)、第二喷淋系统(5)均通过循环水泵(111)和PLC自动控制系统(11)控制。5.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的生物电化学土壤污染修复装置，其特征在于：所述的三维网格电池(101)的阳极电极(102)为导电性金属有机骨架材料、铁或多孔碳材料，在距离阳极5cm处设置纳米零价铁(104)；阴极电极(103)为石墨棒、钛或不锈钢网，驱动生物电化学土壤修复的电压范围为0～2V。6.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的生物电化学土壤污染修复装置，其特征在于：所述的土壤装填室(9)内装填有污染土壤，土壤中有机物浓度不低于100mg/kg，土壤装填室(9)内设置取样孔道隔板(91)，土壤装填室(9)上方设置第一喷淋系统(8)，第一喷淋系统(8)喷洒的溶液为表面活性剂
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螯合剂强化高级氧化修复试剂，成分为表面活性剂、过硫酸钠、螯合剂、亚铁盐和pH调节剂，螯合剂为柠檬酸或柠檬酸钠，其中，非离子表面活性剂聚山梨酯80(Tween80)用量为污染土壤中有机物总量的0.5～1倍，过硫酸钠、柠檬酸钠、亚铁
盐和pH调节剂的摩尔比为1～15:1～15:1～20:1～4，pH范围为6～7，通过PLC自动控制系统(11)的PLC控制器设定第一喷淋系统(8)的工作程序，控制修复试剂添加剂量和添加时间。7.根据权利要求1所述的一种基于PLC控制的生物电化学土壤污染修复...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑菲，费晓昕，张越，朱红生，李叶澄，
申请(专利权)人：中冶华天南京工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：