[发明专利]一种重金属土壤的处理装置及其应用

说明书

本发明提供一种重金属土壤的处理装置及其应用，该重金属土壤的处理装置包括密闭箱体、活化碳刷阳极、碳布空气阴极、双极膜、负载电阻；所述双极膜竖直设置于所述密闭箱体内部并将所述密闭箱体内部划分为阳极室和阴极室，所述阳极室用于容置所述活化碳刷阳极和阳极液，所述阴极室用于容置所述碳布空气阴极和土壤；所述活化碳刷阳极和碳布空气阴极在所述密闭箱体外部通过导线连接，所述负载电阻与所述导线串联。该装置能够以异位土壤修复技术针对土壤中的各种重金属离子进行最大程度的富集和还原，并且操作流程简单，处理时间短。

技术领域

本发明涉及重金属处理技术，尤其涉及一种重金属土壤的处理装置及其应用，属于土壤治理技术领域。

背景技术

土壤是人类生产和生活重要的物质基础。电镀、制革、冶金、石油化工以及农药生产等行业均可产生大量铜、铬、镍、铅等重金属，通过灌溉、降水、大气沉降等途径进入土壤。土壤一旦被污染，其生态价值、经济价值、社会价值无法得以发挥，不仅直接导致国土资源浪费，还将危害生态安全和人类健康。据统计，我国受镉、铜等重金属污染的耕地约1.5亿亩，每年产生1000多万吨重金属污染的粮食，直接经济损失超过200亿元。

CN 104259198A公开了一种原位修复重金属六价铬污染土壤的方法，利用微生物燃料电池(MFC)的优点将阳极组和阴极组(设有隔膜)埋于污染土壤中，控制工艺条件对吸附在阴极组的重金属六价铬进行还原。

CN 104174648B公开了一种修复重金属污染土壤的方法及其专用设备，主要包括阳极区、脱毒区、阴极区。阳极区由阳极和接种在阳极上的微生物培养液组成；阴极区由负载催化剂的碳材料和缓冲溶液组成；脱毒区为氯化钠水溶液与阴极区用滤膜分隔。将待修复的重金属污染土壤风干，过筛，洗脱后得到重金属污染淤泥，然后将脱毒区的氯化钠水溶液替换为重金属污染土壤溶液，进行修复。

CN 107377608A公开了一种高效去除酸性土壤中六价铬的微生物燃料电池装置及方法，包括多孔碳掺杂生物膜阳极和碳毡阴极，所述阳极和阴极相互分隔开埋于六价铬污染的酸性土壤中并通过导线连接，外接负载电阻，阴阳极之间铺设质子交换膜或无质子交换膜。微生物就地利用土壤中的底物作为燃料，产生的电子聚集于阳极，对阳极附近的重金属六价铬进行还原，从而促进酸性土壤中六价铬污染物的降解和转化。

如上所述，虽然人们研发了利用微生物燃料电池修复重金属污染土壤的方法，但均存在一些缺点，例如：1、CN104259198A和CN107377608A公开的方法只适用于六价铬的去除，对于其他重金属的修复有一定的局限性；2、CN104174648B公开的方法是将重金属污染土壤洗脱后得到重金属污染淤泥，再利用微生物燃料电池产生的电流将重金属从淤泥中迁移到阴极液中，完成重金属污染土壤修复。该方法操作复杂，重金属在土壤、淤泥和阴极水体中迁移，并没有将重金属从环境介质中完全去除。

发明内容

本发明提供一种重金属土壤的处理装置及其应用，该装置能够以异位土壤修复技术针对土壤中的各种重金属离子进行最大程度的富集和还原，并且操作流程简单，处理时间短。

本发明提供一种重金属土壤的处理装置，包括密闭箱体、活化碳刷阳极、碳布空气阴极、双极膜、负载电阻；

所述双极膜竖直设置于所述密闭箱体内部并将所述密闭箱体内部划分为阳极室和阴极室，所述阳极室用于容置所述活化碳刷阳极和阳极液，所述阴极室用于容置所述碳布空气阴极和土壤；

所述活化碳刷阳极和碳布空气阴极在所述密闭箱体外部通过导线连接，所述负载电阻与所述导线串联。

如上所述的重金属土壤的处理装置，其中，所述活化碳刷阳极表面附着有产电菌组成的活化层。

如上所述的重金属土壤的处理装置，其中，所述阳极液为以下组分的混合物：1g/L乙酸钠溶液、50mmol/L的磷酸盐缓冲溶液、12.5mL/L微量元素溶液和5mL/L维他命溶液。