一种强化土壤修复的装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种强化土壤修复的装置，其从内到外依次包括空气扩散管、空气阴极、隔离层、阳极；其中，所述空气扩散管、所述空气阴极、所述隔离层和所述阳极呈套管结构；所述空气扩散管具有布孔结构，且管底部密封；所述阳极中填充有电活性微生物。远端污染物可通过该装置的空气扩散管提供的高氧化态微环境在好氧微生物的作用下优先将大分子量污染物氧化成小分子量；并且该装置可以显著提升处理污染物的作用半径。用半径。用半径。

【技术实现步骤摘要】
一种强化土壤修复的装置及其应用


[0001]本专利技术属于石油烃污染土壤修复领域，具体涉及一种强化土壤修复的装置及其应用。

技术介绍

[0002]土壤作为一种环境介质，其本身具有一定的自净能力，但是当石油烃污染超过一定阈值后，污染物便在土壤中出现累积，同时，由于土壤具有一些独特的性质，如地域差异性、生态系统复杂性和不可能流动性等，决定了土壤污染要比水或空气污染更复杂、治理难度更大。为了消除环境介质中的石油烃污染，研发了多种污染修复方法，主要为物理修复法、化学修复法和生物修复法等。
[0003]物理修复法主要包括热处理法(焚烧法)、气相抽提、电动修复、隔离法、换土法等。往往存在技术配套设备成本高、只暂时迁移，没有永久性处理等局限性。化学方法主要包括萃取法、土壤洗涤法、化学氧化法、光催化和等离子体等，除了处理成本较高，操作复杂之外，加入的化学药剂很容易引起二次污染，并且破坏土壤环境的正常生态系统，因此实际应用受到很大限制。生物修复技术主要是指利用特定生物(植物、微生物或原生动物)吸收、转化、清除或降解TPH污染，实现环境净化。生物修复具有费用低、处理效果好、对环境影响小、无二次污染、不破坏植物生长所需的土壤环境等优点。微生物修复一般指利用土壤中的土著微生物或向污染环境补充经驯化的高效降解微生物，通过投菌法、生物通气法等原位处理方法、或生物堆肥法、生物反应器法等异位处理方式修复被污染的土壤。
[0004]微生物电化学系统(Bioelectrochemical system,BES)土壤修复技术是当前修复领域的研究热点，它是一种微生物和电化学相结合的原位土壤修复技术。不需要外加菌剂和投加电子受体。在这个系统中，阳极上驯化富集电活性菌降解污染物同时产生电子。电子通过外电路传到阴极上。在空气阴极上，外部环境空气中源源不断的氧气和电子结合生成水，是整个环路闭合。这个过程相当于把地下土壤污染物中的电子直接通过电极导出地面与最终的电子受体空气结合，整个过程自发进行，无需外加能量。克服了传统微生物法修复缺乏电子受体这一难题。电极附近或电极表面的污染物很容易直接被电极上富集的电活性菌降解，并且由于浓度梯度触发远端污染物向电极的被动扩散。另外，土著的石油烃降解菌和电活性菌具有很强的互作关系。大分子难降解的污染物先被土著石油烃降解菌降解成小分子化合物，再被阳极上电活性菌为主的生物膜降解，进一步增强生物降解，并扩大可生物降解污染物的影响半径。
[0005]然而，上述技术方案，对离电极较远端的污染物而言，由于缺少电子受体，石油烃降解菌降解效率较低，使得电极对远端污染物的影响半径受限，直接限制了该技术的实际应用和发展前景。
[0006]综上，亟需找到一种技术方案，能够有效克服上述缺陷。

技术实现思路

[0007]为解决上述现有技术问题，本专利技术开发了一种强化土壤修复的装置，用于进一步扩大微生物电化学系统对污染物的影响半径，促进远端污染物的降解。在本技术方案中，将空气扩散管加入微生物电化学系统中，使空气中的氧气缓慢扩散到地下电极远端污染物周围，促进石油烃降解菌对远端污染物的降解，由于浓度梯度及电渗析的作用，促使降解后小分子污染物向电极周围被动扩散，进而加速提升修复半径和修复效率。
[0008]本专利技术的一个目的在于，提供一种强化土壤修复的装置，其从内到外依次包括空气扩散管、空气阴极、隔离层、阳极；
[0009]其中，所述空气扩散管、所述空气阴极、所述隔离层和所述阳极呈套管结构；
[0010]所述空气扩散管具有布孔结构，且管底部密封；
[0011]所述阳极中填充有电活性微生物。
[0012]使用时，将上述装置直插入待修复的土壤之中即可。空气扩散管的直径和高度可以任意选择，如直径可选择5
‑
10cm；高度可选择25
‑
50cm。
[0013]插入土壤的深度根据实际情况而定，如深度可选择10
‑
20cm。
[0014]进一步地，所述空气扩散管的材质选自金属或塑料。
[0015]塑料材质，最常见的为PE或PVC的材质均可。
[0016]进一步地，所述空气阴极为下端布孔的塑料材质结构；所述塑料材质的内侧包裹有防水层；所述塑料材质的外侧包覆含有Pt/C催化剂的含碳结构。
[0017]进一步地，所述强化土壤修复的装置外接数据采集系统。
[0018]外接所采用的导线一般为钛丝导线，钛丝导线一端连阳极，然后外接数据采集系统，再连阴极，构成回路。
[0019]优选地，所述数据采集系统为Keysight 34970A数据采集配置34901A的20通道多路复用器(2线)模块。
[0020]进一步地，所述布孔结构中，孔径为3
‑
5mm。
[0021]进一步地，所述空气阴极为可拆卸结构。
[0022]当长期运行阴极发生性能衰减时，可随时对空气阴极拆卸更换，简单方便，且不影响修复效果。
[0023]进一步地，所述阳极或阴极包括碳毡或碳布。碳毡或者碳布等材料，可以先进行预处理，即先使用丙酮进行超声清洗2
‑
3遍，再用去离子水清洗2
‑
3遍，自然干燥。
[0024]进一步地，所述电活性微生物选自腐败希瓦氏菌、铁还原红育菌、硫还原地杆菌。
[0025]进一步地，所述隔离层为玻璃材质。
[0026]隔离层的作用在于将阴阳电极分成两个部分，防止两电极发生短路，起到了隔离作用，而且不会影响装置的工作效率。
[0027]本专利技术的另一个目的在于，提供上述强化土壤修复的装置，在去除土壤有机污染物中的应用。
[0028]本专利技术具有以下有益效果：
[0029]本专利技术公开的强化土壤修复的装置，采用阳极阴极一体式的设计，相对于常见的阳极和阴极分体式的设计，具有提升电子传输效率、减少对系统内阻负面影响的优势；并且可以直插入受污染、待修复的土壤中，使得布孔结构浸没于土壤水平线以下。
[0030]远端污染物通过空气扩散管提供的高氧化态微环境在好氧微生物的作用下优先将大分子量污染物氧化成小分子量。微生物电化学系统的电极附近，在阳极上电活性菌降解小分子污染物产生电子，通过阳极收集并通过电路传输到阴极。在空气阴极中，由于具有较高氧化还原电位的氧气作为最终的电子受体，像“抽真空”一样，不停地捕获通过外电路传输到阴极的电子，污染物被彻底矿化生成二氧化碳和水或降解成其他更小分子代谢产物，从而促进阳极上生物降解。同时，由于阳极和电活性生物膜表面的主动生物降解促使远端碳氢化合物中的可溶性成分由于浓度梯度作用而向微生物电化学系统电极附近被动扩散。
附图说明
[0031]图1是实施例1中所述的强化土壤修复的装置示意图。
[0032]图2是实施例1中所述的强化土壤修复的装置的实物图。
具体实施方式
[0033]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，列举如下实施例。实施例中所出现的原料、反应和后处理手段，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种强化土壤修复的装置，其特征在于，所述强化土壤修复的装置从内到外依次包括空气扩散管、空气阴极、隔离层、阳极；其中，所述空气扩散管、所述空气阴极、所述隔离层和所述阳极呈套管结构；所述空气扩散管具有布孔结构，且管底部密封；所述阳极中填充有电活性微生物。2.根据权利要求1所述强化土壤修复的装置，其特征在于，所述空气扩散管的材质选自金属或塑料。3.根据权利要求1所述强化土壤修复的装置，其特征在于，所述空气阴极为下端布孔的塑料材质结构；所述塑料材质的内侧包裹有防水层；所述塑料材质的外侧包覆含有Pt/C催化剂的含碳结构。4.根据权利要求1所述强化土壤修复的装置，其特征在于，所述强化土壤修复的装置外接数据...

【专利技术属性】
技术研发人员：王欢，朱丽君，赵倩雯，张楚霖，黄灿亮，颜丞威，
申请(专利权)人：深圳职业技术学院，
类型：发明
国别省市：