【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及土壤和地下水修复，适用于铬污染土壤和/或地下水的原位或异位修复，尤其涉及一种太阳能耦合的电化学强化矿物修复铬污染土壤和/或地下水的方法。
技术介绍
1、铬污染土壤和地下水的修复技术主要包括物理修复、化学修复及生物修复。物理修复主要包括土壤置换、去表土及隔离等，因其工程量巨大，只适用于处理小范围铬污染严重的土壤。化学修复主要是利用一些还原性试剂如多硫化钙、连二亚硫酸钠及硫化钠等，将高毒性六价铬转化为低毒性三价铬，化学修复见效快但易造成二次污染，且不适用于渗透性较低的土壤。生物修复主要通过植物和微生物的活动来还原或固定六价铬，生态友好且成本可控，但修复效率不高且不适用于铬污染浓度较高的场地。
2、电动修复及电化学修复是近年来兴起的铬修复技术，因其无需额外添加电子来源、不易造成二次污染且适用于其它修复方法难以处理的低渗透性土壤，受到了人们的广泛关注。电动修复主要通过对污染土壤或水体施加直流电场，利用电迁移、电渗析及电泳等作用，将污染物迁移到特定位置进而去除。电化学修复主要通过电极的还原作用或是耦合微生物的还原作用，将六价铬去除。然而目前电动修复技术面临着能耗成本较高、电极材料更换频繁、聚焦效应明显及土壤退化等问题，电化学修复技术虽然能耗相对较低，但也有电极成本高、电极需频繁更换、铬的稳定化程度不足等问题。
3、矿物修复在近年来也被用于铬污染土壤或水体的治理。相比化学试剂，矿物材料在铬的治理方面有一定优势，能够还原六价铬并且将其固定下来，减小了铬的再氧化风险。然而，同化学修复类似，矿物修复对污染介质
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的是提供一种太阳能耦合的电化学强化矿物原位修复铬污染土壤和/或地下水的方法。通过构建电极单元，向污染介质施加低压电场，加强有机质与土著微生物的电子传递，最重要的是强化矿物材料对铬的还原与固定，避免了常规电修复与矿物修复技术中土壤大面积翻耕、频繁更换电极及铬污染物二次处理等问题，在降低成本与操作难度的同时，实现了铬的高效去除并减少了铬的“返黄”风险。
2、为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种太阳能耦合的电化学强化矿物修复铬污染土壤和/或地下水的方法，包括：
4、1)构建至少两个电极单元并放置于铬污染土壤和/或地下水中，其中至少一个为阳极，另一个为阴极；所述电极单元由电极、载体和电极套筒组成，电极设置在载体上，载体位于电极套筒中；将具有六价铬还原能力与固定能力的矿物材料填充在电极单元外部、载体底部和/或作为电极涂层附着在电极上；
5、2)将电极单元连接在线监测控制系统，所述在线监测控制系统包括可调直流稳压电源模块、传感器和数据采集模块，电极单元中的电极连接可调直流稳压电源模块的正极或负极，所述传感器用于监测电极单元周围环境的温湿度、酸碱度、氧化还原电位及电流电压的变化，并将监控数据传给数据采集模块；
6、3)利用太阳能电源为在线监测控制系统供电，在线监测控制系统根据实时监测数据调控电极间的电流电压大小与方向，通过电驱动含铬污染物的迁移与矿物材料释放的还原性离子的迁移，实现铬的还原和固定，修复铬污染土壤和/或地下水。
7、本专利技术所使用的矿物材料具有六价铬还原能力与固定能力，可选自磁黄铁矿、磁铁矿、硫复铁矿、黄铁矿及它们的天然共生或伴生矿物。优选的，将所述矿物材料经破碎、研磨及筛分处理，使其粒径为20-200目；然后将粉末状矿物材料填充在电极单元外部和/或载体底部，其中可以使用聚乳酸、壳聚糖、淀粉基材料或其它生物可降解材料制成的多孔包装袋对将粉末状矿物材料进行分装后填充在电极单元外部和/或载体底部，所述多孔包装袋上的孔径宜小于矿物材料粒径。还可以使用导电粘合剂将粉末状矿物材料粘结固定于电极上，并在室温下风干，作为电极涂层。
8、所述电极单元中的电极可以石墨、钛合金、混合金属氧化物或其它抗腐蚀良好的导电材料制成的电极带或电极绳。
9、优选的，所述载体为pvc、ppr、pe或其它任何具有一定强度的绝缘管材，电极带或电极绳以螺旋或其他非规则方式缠绕在载体上。优选的，载体上均匀分布孔径为0.4～1cm的小孔。
10、所述电极套筒为直径大于载体的、具有一定强度和透水功能的pvc、ppr、pe等材质的绝缘管材。在电极套筒上均匀分布有小孔，小孔孔径优选为0.1～3mm。优选的，在电极套筒与载体之间留有放置取样管的空间。
11、步骤1)在铬污染土壤和/或地下水中设置两个或更多个电极单元，电极单元的空间布设方式可以是直线排布，也可以参见图2，按三角形、四边形等多边形顶点，三角形、四边形等多边形顶点及其中心的方式进行布设，或者其它方式进行空间布设。
12、步骤2)中所述在线监测控制系统包括多个传感器，设置在铬污染土壤和/或地下水中的监测位点，优选设置在管状载体内部，传感器通过有线或无线传输方式将监测数据传输给数据采集模块。
13、进一步的，所述在线监测控制系统还设置有物联网模块，物联网模块与数据采集模块连接，将实时监测数据上传到云端。此外，所述在线监测控制系统中还可以设置摄像头，用于实时观测污染场地现场状况。
14、步骤3)中所述太阳能电源包括太阳能电池板及其支架、控制器、逆变器和蓄电池，其中，所述太阳能电池板安装在支架上，太阳能电池板、逆变器、蓄电池分别与控制器连接，太阳能电池板将光能转化为电能，蓄电池将转化的电能存储起来，由控制器调控太阳能电池板的充放电功率，逆变器将直流电转化为交流电供给所述在线监测控制系统。
15、在步骤3)中，所述在线监测控制系统根据实时监测数据通过可调直流稳压电源模块调节电极间的电压电流，使电场强度为0.02～1v/cm，电流强度为0.2～2a。
16、在步骤3)中，通过取样管在铬污染土壤和/或地下水中取样，以监测修复进度。修复完成后，电极直接拔出回收可重复多次使用，矿物材料可以通过磁性回收。
17、本专利技术太阳能耦合的电化学强化矿物修复铬污染土壤和/或地下水的方法在铬污染场地可以通过以下操作步骤实施：
18、第一步：根据场地铬污染浓度的空间分布、电导率及含水率，确定电极单元的布设方案，包括水平分布位置及相应深度，准备相应长度的电极、载体和电极套筒，其中载体为管状，其直径小于电极套筒，在载体和电极套筒上分布有透水小孔；
19、第二步：根据各组件的运行功率，选择合适的太阳能电源，太阳能电源日发电功率为整个装置日运行功率1～1.5倍；
20、第三步：根据第一步所确定的电极单元布设方案，在相应位置建井放置电极套筒，并在成井过程中将分装完毕的矿物材料与石英砂颗粒以分层相间的方式均匀填充到电极套筒外围；
21、第四步：将第二步所确定的太阳能电源安装到铬污染场地；
22、第五步：将电极本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种太阳能耦合的电化学强化矿物修复铬污染土壤和/或地下水的方法，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矿物材料选自磁黄铁矿、磁铁矿、硫复铁矿、黄铁矿及它们的天然共生或伴生矿物；将所述矿物材料经破碎、研磨及筛分处理，使其粒径为20-200目，然后将粉末状矿物材料填充在电极单元外部和/或载体底部，和/或，使用导电粘合剂将粉末状矿物材料粘结固定于电极上，并在室温下风干，形成电极涂层。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，使用生物可降解材料制成的多孔包装袋对将粉末状矿物材料进行分装，然后将分装包填充在电极单元外部和/或载体底部，所述多孔包装袋上的孔径小于矿物材料粒径。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述载体和电极套筒均为绝缘管材，其中电极套筒的直径大于载体直径；电极为导电材料制成的电极带或电极绳，缠绕在载体上；载体和电极套筒上均匀分布有小孔。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)在铬污染土壤和/或地下水中设置两个或更多个电极单元，电极单元的空间布设方式为直线排布，或者按三角形顶点、三角形顶点及中心
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在线监测控制系统还设置有物联网模块，物联网模块与数据采集模块连接；设置在铬污染土壤和/或地下水中的传感器通过有线或无线传输方式将监测数据传输给数据采集模块，在通过物联网模块将实时监测数据上传到云端；和/或，所述在线监测控制系统还设置有摄像头，用于实时观测污染场地现场状况。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述太阳能电源包括太阳能电池板及其支架、控制器、逆变器和蓄电池，其中，所述太阳能电池板安装在支架上，太阳能电池板、逆变器、蓄电池分别与控制器连接，太阳能电池板将光能转化为电能，蓄电池将转化的电能存储起来，由控制器调控太阳能电池板的充放电功率，逆变器将直流电转化为交流电供给所述在线监测控制系统。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤3)所述在线监测控制系统根据实时监测数据通过可调直流稳压电源模块调节电极间的电压电流，使电场强度为0.02～1V/cm，电流强度为0.2～2A；以及，通过取样管在铬污染土壤和/或地下水中取样，以监测修复进度。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在铬污染场地通过以下操作步骤实施该方法：
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在第一步中，根据场地含水率对电极单元间距做以下调整：
...【技术特征摘要】
1.一种太阳能耦合的电化学强化矿物修复铬污染土壤和/或地下水的方法，包括：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述矿物材料选自磁黄铁矿、磁铁矿、硫复铁矿、黄铁矿及它们的天然共生或伴生矿物；将所述矿物材料经破碎、研磨及筛分处理，使其粒径为20-200目，然后将粉末状矿物材料填充在电极单元外部和/或载体底部，和/或，使用导电粘合剂将粉末状矿物材料粘结固定于电极上，并在室温下风干，形成电极涂层。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，使用生物可降解材料制成的多孔包装袋对将粉末状矿物材料进行分装，然后将分装包填充在电极单元外部和/或载体底部，所述多孔包装袋上的孔径小于矿物材料粒径。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述载体和电极套筒均为绝缘管材，其中电极套筒的直径大于载体直径；电极为导电材料制成的电极带或电极绳，缠绕在载体上；载体和电极套筒上均匀分布有小孔。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)在铬污染土壤和/或地下水中设置两个或更多个电极单元，电极单元的空间布设方式为直线排布，或者按三角形顶点、三角形顶点及中心、四边形顶点、四边形顶点及中心的方式进行空间布设。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于...
【专利技术属性】
技术研发人员：鲁安怀，周川野，姬翔，丁竑瑞，王长秋，李艳，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：
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