[发明专利]一种匀化传质电场-电热传导耦合修复有机污染低渗透性土壤的方法

说明书

本发明属于场地污染土壤原位修复技术领域，该方法是利用非均匀对称电场实现过硫酸根离子在低渗透性土壤中的高效、匀化传质，当过硫酸根离子均匀分布于修复土体时，启动电加热程序，利用直流电加热棒以热传导形式进行活化，生成的硫酸根自由基可高效氧化降解土壤中的有机污染物。本发明方法可有效解决低渗透性土壤氧化药剂传质效率低、分布不均以及由此导致的修复效率空间差异大等问题；以热传导形式活化过硫酸盐不受土壤渗透性影响，直流电加热方式可简化修复系统集成，实现电场传质‑热活化的一体化程序控制。

技术领域

本发明属于场地污染土壤原位修复技术领域，具体涉及一种匀化传质电场-电热传导耦合修复有机污染低渗透性土壤的方法。

背景技术

原位化学氧化(ISCO)是将氧化剂注入地下与污染物发生反应去除污染物，药剂自身缺陷是影响其修复效率主要因素之一。如芬顿试剂稳定性较差；与高锰酸盐反应的有机污染物种类少；臭氧反应效率受传质和溶解性限制等。药剂在土壤中能否有效传质也是影响修复效率的主要因素。药剂自由扩散与加压注入在低渗透性土壤中都难以实现匀化传质。电动运送技术具有不受土壤低渗透性限制及原位应用等优点。目前多采用单向电场阴极注入、简单极性切换电场两极注入形式运送过硫酸盐(EK-ISCO)修复有机污染低渗透性介质。电场条件下过硫酸盐的匀化传质方法仍属空白。

电动过程阳极持续产酸(H⁺)会导致电渗析流减弱，阴极持续产碱(OH^–)产生的高pH环境虽然有利于电渗作用，但会导致过硫酸盐过早活化。此外，过硫酸盐电迁移方向(阴极到阳极)与电渗析流方向(阳极到阴极)相反，其运送量是两种作用的矢量值之和。因此，单向电场或简单切换电场都无法实现过硫酸盐低损输送与匀化传质。此外，板状电极形成的均匀电场虽然传质均匀性好，但电极表面积大，反应剧烈且浓差极化现象明显，大量电能消耗在电极表面，实际应用时安装成本和难度均较高。基于柱状电极形成非均匀对称电场，通过叠加运行设计可有效降低空间场强差异，实现过硫酸盐的匀化传质。

过硫酸盐具有稳定性和水溶性较好、对天然有机物亲和力较弱等优点，但活化产物反应迅速，会导致过量消耗。因此，过硫酸盐高效原位活化，对于提高药剂使用率和修复效率至关重要。水性活化剂(碱活化、过渡金属离子活化)要求过硫酸盐离子与活化剂离子接触，土壤颗粒会影响两者的混合、碰撞，导致不同的反应速率和活化能。热活化与反应体系中土壤无关，且不受渗透性影响，且电热传导技术已成功应用于有机污染土壤修复，因此可以与EK-ISCO联用，作为过硫酸盐的原位热活化手段。

发明内容

本发明的目的是实现过硫酸盐在低渗透性土壤中的匀化传质及高效原位热活化，建立匀化传质电场-电热传导耦合修复有机污染低渗透性土壤的方法

本发明的目的通过以下方式实现：

一种匀化传质电场-电热传导耦合修复有机污染低渗透性土壤的方法，该方法首先通过2组电极在修复区域内构建基础二维对称电场，再利用2组电极形成补充电场，强化基础电场的弱场强区域的过硫酸根离子传质，通过两个电场的交替运行缩小电场强度的空间差异，并在空间上形成过硫酸根离子的交叉叠加运送路径，进而实现其匀化传质。在实现过硫酸根离子的空间均布后启动电加热程序，直流电加热棒以热传导形式原位活化过硫酸根离子，利用生成的硫酸根自由基氧化降解土壤有机污染物。

本发明方法通过以下步骤实现：

(1)修复区域土体内布设4组惰性材质电极用于构建匀化传质电场，其中1、2组电极用于构建基础二维对称电场；3、4组电极用于构建补充电场。将惰性电极插入PVC材质多孔井管并固定。

(2)修复区域土体内预设直流电加热棒、热电偶。

(3)基础电场电极组(1和2组电极)、补充电场电极组(3和4组电极)分别连接至修复装置的2个电源输出口；温度控制器连接电加热电源输出口；直流加热棒、热电偶连接温度控制器。