[发明专利]一种纵深分层处理重金属污染土壤的系统及方法

说明书

本发明公开了一种纵深分层处理重金属污染土壤的系统及方法，包括电极组、添加剂喷淋和收集系统，以及吸附剂环。电极组包括至少一组电极装置，电极装置包括阳极和阴极，以及连接阳极和阴极的电源。阳极包括阳极绝缘段和阳极电极段，阴极包括阴极绝缘段和阴极电极段。阴极选用空心管状结构时，阴极作为集液管；阴极选用实心结构时，集液管设置在阴极与吸附环之间。将重金属污染土壤场地纵深分层分为淋洗处理区和电动处理区，使得阳极绝缘段与阴极绝缘段位于淋洗处理区的深度范围，阳极电极段与阴极电极段位于电动处理区的深度范围。本发明能够有效提高重金属脱除效率，还具有电耗低、处理成本低、可处理深度较大的土壤等优点。

技术领域

本发明涉及一种纵深分层处理重金属污染土壤的系统及方法，属于环境保护技术领域。

背景技术

随着经济的快速发展，土壤环境污染问题日益凸显。土壤重金属污染是指由于人类的活动，密度在5.0以上的金属元素在土壤中过量沉积，致使土壤重金属含量明显高于其自然背景值，并造成生态破坏和环境质量恶化的现象。中国首次土壤普查显示，在调查的土壤点位中，有近30％的工业废弃地和工业园区存在铅、砷、镉、铬、汞、锌、铜等重金属超标。与有机污染物不同，大多数重金属不受微生物和化学降解的影响，能够在土壤中长期积累。土壤中的重金属还能够经过水、植物等介质进入到食物链从而威胁到人类健康。

目前，针对土壤重金属污染的修复技术主要有：植物修复、原位化学淋洗、异位化学淋洗、土壤性能改良、固化修复技术、物理分离修复技术、玻璃化修复、热力学修复、热解析修复、电动修复、换土修复等。电动修复技术作为新型、绿色的土壤修复技术在土壤重金属修复方面显示出了高效性。电动修复技术可以用于修复其他传统土壤修复技术很难进行处理的低渗透性土壤。

电动修复技术是通过对污染土壤施加电场，使污染物在电场作用下通过电迁移和电渗析发生定向迁移，将其富集到电极附近再进行集中处理从而实现污染土壤样品的减污或清洁。电迁移指溶液中离子在外加电场作用下沿着电场线朝相反电极的移动，如金属阳离子会向阴极迁移。电渗析是孔隙流体在电场作用下相对于固定土体向电极运动的现象。电渗流携带着溶解、悬浮在土壤溶液中的重金属向阴极移动。

在电场作用下，土壤溶液在电极处发生电解反应。阴、阳极分别产生的OH^-和H⁺导致阴极pH值升高、阳极pH值降低。在电动处理期间，重金属在阴极聚集并最终沉淀，堵塞土壤孔隙并阻碍修复过程的进行。对于具有高酸缓冲性能的土壤，短时间内阳极pH不会降低，如果仅用阳极电极产生的H⁺来促进重金属的溶解和解吸，修复过程将进展非常缓慢。在电动修复过程中，电压梯度保持不变时，随着处理深度的增加，电极进入土壤深度越大，回路电流越高。过高的电流会产生焦耳热加热土壤和电解液，增加修复过程能耗。因此，开发高效、简便、可处理深度较大的重金属污染土壤的电动修复方法具有重要的实际意义。

发明内容

本发明旨在提供一种纵深分层处理重金属污染土壤的系统及方法，通过添加剂溶液淋洗、吸附剂吸附和修复电场的联合使用，将重金属污染场地分为淋洗层和电动修复层分层处理，同时将电极分为绝缘段与电极段，能够高效的实现重金属污染土壤的修复。

本发明通过以下技术方案实现：

一种电极装置，能够用于重金属污染土壤的修复电场，包括电源，以及分别与电源相连的阳极和阴极，所述阳极包括阳极绝缘段和阳极电极段，所述阳极绝缘段内埋设导电材料，能够连接所述电源与阳极电极段形成导电通路；所述阴极包括阴极绝缘段和阴极电极段，所述阴极绝缘段内埋设导电材料，能够连通所述电源与阴极电极段形成导电通路。