一种原位脱除可溶性重金属离子的方法技术

本发明专利技术涉及一种从土壤中或者从泥状粉状堆积物中原位脱除可溶性重金属离子的方法。本发明专利技术方法是在含有可溶性重金属离子的土壤或物料堆上直接插入阴电极和阳电极，阴电极和阳电极的驱动电源为脉冲电源，脉冲电源输出的脉冲电压正极接阳电极，负极接阴电极。本方法提供了一种能产生强冲击电场力的脉冲电源，消除原有直流电动力学法无法克服的三种电极极化现象，对环境无二次污染，极大提高了在土壤中或者泥状粉状废弃物料中采用已有直流电动力学方法原位迁移脱除其中可溶性重金属离子的效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种从土壤中或者从泥状粉状堆积物中原位脱除可溶性重金属离子 的方法。
技术介绍
当今，环境污染问题日益严重，被重金属污染的耕地越来越多，从土壤中有效清除 污染重金属离子就成为土壤生态修复的关键问题。对被重金属污染的土壤进行电动力学原 位修复，是国内外近十多年才发展起来的一种成本较低、对环境二次损害最小的土壤原位 修复方法。目前人类工业及生活活动以及环境修复活动中所排出的大量泥状及粉状物料堆 积如山，占用了不少耕地。而且，这些废料大都含有大量可溶性重金属离子，因此在露天堆 放过程中，大量重金属离子被溶出而污染土壤和地下水乃至地面水，造成严重的生态污染； 而欲对这些泥状或粉状物料进行大规模减量化式的资源化利用时，也因为重金属含量超标 而限制了其利用范围。因此，为保护环境和对这些废弃物进行资源化利用，从其中脱除重金 属离子成为首当其冲的重要技术措施。这类泥状及粉状废弃物包括各种工业泥质或粉质废 料，污水处理厂剩余活性污泥，以及水体修复过程中大规模清理而出的底泥等等。然而，迄 今为止，从如上物料中脱除重金属离子，总是将该物料部分挖出并运输至专门的设备中进 行脱除处理(可称为异位处理)；而直接在物料堆上进行原地脱除处理(可称原位处理)的 方法未见公开报道。目前，从大规模堆积的泥质或粉状物料中脱除可溶性重金属离子的方法主要是异位脱除处理方法，而且大都效果不佳或对环境造成二次污染，属淘汰之列。重金属离子污染 土壤的原位修复，目前对环境二次污染最小且具有真正实用价值的方法有两类，即生物修 复方法和电动力学修复方法。1生物原位修复方法该法的原理是或者在土壤上种植特殊植物，利用植物吸收可溶性重金属离子，或 者用特殊微生物制剂液体浸汲物料，让可溶性重金属离子被细菌吸收或吸附，最后又对植 物或者细菌浸出液进行焚烧或化学处理，从中回收重金属。这种方法虽很有应用前景，但是 其处理进程缓慢，难以在短时间达到清除重金属离子的目的。2直流电动力学原位修复方法污染土壤的电动力学原位修复方法，是国内外近十多年才出现的一种新方法。该 法的一般原理是在土壤被液体介质浸汲，重金属离子已经溶入介质液体中的条件下，在物 料堆中一定距离的两端分别建立阳电极液室和阴电极液室，并插入阳电极和阴电极，用外 部恒定直流电源正负极通过阳电极和阴电极向物料中施加电场力，使得土壤内部发生导电 离子的电迁移和电渗等电化学作用，最后将可溶性重金属离子由土壤内部驱至阴电极室液 内，从而达到将可溶性重金属离子从土壤中去除的目的。这种方法最大的优点是修复速度 比生物原位修复快得多，效率较高而且对环境不产生二次污染。基于如上优点，土壤电动力学修复将会发展为一类今后应用会日益广泛的绿色技术。 但是，目前已有的这种重金属污染土壤的直流电动力学修复方法，存在处理效率 较低能耗较大的缺点，这一缺点使之目前尚难获得广泛的实际应用，因而亟待改善。究其原 因，是因为在恒稳直流电源驱动的条件下，其电动力在物料或土壤中所形成的离子迁移作 用和电渗作用脱除可溶性重金属离子时，电极会逐渐产生“活化极化”、“电阻极化”以及“浓 差极化”三种极化现象。而电极的极化现象将使整个系统呈现出越来越大的导电阻力，致使 同样大小的电场力迁移可溶性重金属离子的效率越来越低；而要保证维持一定的效率，就 必须提高所施加的直流电压以增大电场力，于是造成电能的耗费增大。不仅如此，这种以提 高直流电源电压来造成更大的电位梯度以克服电极极化现象造成的电压降的措施，不仅增 加了电耗而且收效甚微，而且还会加速改变土壤的PH值，产生大量0H_离子，使可溶性重金 属离子形成不可溶氢氧化物或盐类，反而更降低了重金属离子的脱除率，其结果造成一种 恶性循环。然而，对于直接从土壤中(或者从其他泥状粉状物料堆中)原位脱除可溶性重 金属离子而言，电能消耗的增大就意味着处理成本的大幅度增高，直接影响到了该方法应 用的经济可行性。所以，解决电极极化问题是降低该方法处理成本和大幅度提高该方法处 理效率的关键问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为解决在重金属污染土壤电动力学原位修复过程中，现有的恒定 直流方法迁移可溶性重金属离子时，因三种电极极化钝化现象而造成处理能耗过大及可溶 性重金属离子被OH-“固化”于土壤中或物料中，结果造成该方法高能耗低效率的难题，针对 性地提供一种用以消除电极极化现象的脉冲电动力学原位脱除可溶性重金属离子的方法。本专利技术的技术解决方案是，在含有可溶 性重金属离子的土壤或物料堆上直接插入阴电极和阳电极，阴电极和阳电极的驱动电源为 脉冲电源，脉冲电源输出的脉冲电压正极接阳电极，负极接阴电极。脉冲电源交替产生单一 正向脉冲波和单一反向脉冲波电压输出，正向脉冲波施加时段与反向脉冲波施加时段自动 周期性交替倒换。利用单向正脉冲电流(指脉冲电源输出的脉冲电压其正极接阳电极，负 极接阴电极)跳跃式地高速电迁移脱除土壤或物料内可溶性重金属离子；利用单向负脉冲 电流(即指脉冲电源输出的脉冲电压其正极接电阴极，电源负极接电阳极)强烈的电冲击 作用消耗、击穿并溶解电极极化物质，彻底消除电极上的阻碍电迁移的极化现象。脉冲电源运行参数的设定方式如下在参数设定中，我们称用于迁移重金属离子至阴电极的单向电脉冲为“正向脉 冲”，而将与之反向以消除电极极化现象为工作目的的单向电脉冲称之为“反向脉冲”。参数 设定的步骤是首先设定正向脉冲工作电压、正向电脉冲频率、占空比，正向脉冲电流的连 续工作时间，然后设定反向脉冲脉冲工作电压、反向电脉冲频率、占空比，反向脉冲电流的 连续工作时间。当设备系统硬软件都连接调适妥当之后，再开动电源。实施对土壤中或者物 料中可溶性重金属离子的脉冲电动力学原位脱除。此后，在正向脉冲电流工作到达所设定 的迁移重金属离子的连续工作时间之后，电源将自动切换，向电极反向施加用以清除电极 极化膜的反向脉冲电流；而当反向脉冲电流工作时间达到设定值之后，电源又自动切换为 正脉冲工作方式；正反脉冲连续工作时间的周期性切换交替，构成了脉冲电源的运行模式。脉冲电源的特征和功能如下(1)脉冲电源供电输入端具有交流220V/380V输入，以及直流12V/24V输入两个端 口可供选择；前者为在紧靠市电地区直接接电使用、或者为在远离市电地区使用由其他动 力(内燃机、水力、风力、)所拖动的220V/380V50HZ交流发电机现场直接供电而设，后者则 为远离市电地区使用蓄电池供电或者使用太阳能充电/蓄电系统直接供电、或者使用由其 他动力(内燃机、水力、风力)所拖动的直流发电机现场直接供电而设。(2)脉冲电源输出端不仅可以交替输出单一正向脉冲和单一反向脉冲，而且正向 脉冲施加时段与反向脉冲施加时段可以自动周期性交替倒换；(3)用正向脉冲电场力的冲击跳跃性能，以较小的电能消耗，快速跳跃式电迁移脱除可溶性重金属离子；(4)用反向脉冲电场力的逆向冲击性电化学反应，在不添加任何化学药剂的条件 下自动周期性消耗、击穿并溶解清除电极上的极化物并且动态调整土壤或者物料内PH值， 以确保电迁移重金属离子工作的持续低能耗性和高效率性；(5)为了使用安全，设有空载保护电路空载开不了机；而开机后一旦出现空载或 者低电阻事故(电极线断路或短路)即自动切断电源并报警。脉冲电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种原位脱除可溶性重金属离子的方法，其特征是在含有可溶性重金属离子的土壤或物料堆上直接插入阴电极和阳电极，阴电极和阳电极的驱动电源为脉冲电源，脉冲电源输出的脉冲电压正极接阳电极，负极接阴电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：罗亚田，董有，查振林，张智良，
申请(专利权)人：中钢集团武汉安全环保研究院有限公司，中钢武汉安环院华安设计工程有限公司，武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]