CN101138767A - 一种重金属污染土壤的修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重金属污染土壤的修复方法，其步骤为：①在土壤两边设置电极井，电极井中安装间距0.1－1m为阴、阳电极，电极平行放置；当阳极采用铁或铝时，阴极采用二氧化锰、碳或铜；阳极采用碳时，阴极采用二氧化锰；②在电极井中填充冲洗液，使其液面高于处理土壤高度，并使阴、阳极材料浸泡在冲洗液中；冲洗液为水或浓度小于等于2mol/l的酸溶液；③连接阴、阳极，通电时间为30－500天。本发明使用不同性质的材料充当阴阳极，使电极表面发生不同电极电位的电极反应构成原电池，产生电位差来驱动阴阳极间土壤中污染物的迁移，避免外加电源所需的高能耗。该方法具有能耗低、环境友好、处理效果好和操作方便等特点。

Description

一种重金属污染土壤的修复方法

技术领域

本发明属于土壤修复技术领域，具体涉及一种重金属污染土壤的修复方法。

技术背景

随着工农业生产的发展，大量的重金属污染物进入到环境，并最终蓄积在土壤中，使土壤污染越来越严重。我国每年生产含重金属的农产品导致的直接经济损失达200亿元，问题非常严重。土壤污染已成为限制我国农产品国际贸易和社会可持续发展的重大障碍之一，污染土壤急需修复。

目前的污染土壤修复技术主要包括换土法、焚烧法、溶剂/表面活性剂淋洗、蒸汽萃取、化学氧化和生物处理(包括植物处理)等。换土法和焚烧法对人力物力都有较大的消耗。生物处理要求被处理物质具有较好的生物可利用性，要求有高度选择性的菌种。其他方法要求被处理土壤具有较好的通透性。电动力学土壤修复技术是专门针对低渗透粘性土壤开发出来的一种方法，利用电迁移和电渗析等作用将污染物从土壤中迁移出来，实现污染土壤的修复。

然而，传统的电动力学土壤修复技术需要消耗大量的电能，据国外权威机构统计，修复每方土壤的直接电耗约在100美元左右。另外，该技术在去除土壤中污染物的同时会对土壤造成破坏，如使阳极区的土壤酸化而使阴极区的土壤碱化。这两方面的因素，特别是高的能耗，直接限制了电动力学技术的实际工程化应用。因此，降低电动力学技术的电能损耗，同时减小对处理土壤区域的破坏是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有电动力学土壤修复技术的不足，提供一种重金属污染土壤的修复方法，该方法不消耗电能，对土壤的破坏非常小，具有运行费用低和环境友好的优点。

本发明提供的重金属污染土壤的修复方法，其步骤为：

(1)在待处理土壤两边设置电极井，电极井中安装阴、阳电极，电极平行放置，电极间距为0.1-1m；当阳极材料采用铁或铝时，阴极采用二氧化锰、碳或铜；阳极材料采用碳时，阴极采用二氧化锰；

(2)在上述电极井中填充冲洗液，使电极井的液面高于处理土壤高度，并使阴、阳极材料浸泡在冲洗液中；冲洗液为水或浓度小于等于2mol/L的酸溶液，酸为硫酸、盐酸、硝酸、草酸、乙二胺四乙酸或柠檬酸；

(3)连接阴、阳极，通电时间在30-500天之间。

本发明方法使用不同性质的材料(如铁和碳)充当阴阳极，使电极表面发生不同电极电位的电极反应构成原电池，从而产生电位差来驱动阴阳极间土壤中污染物的迁移，避免了外加电源所需的高能耗。该方法还可以通过多个原电池的串联实现电位差的增加，从而提高处理效果。同传统的电动力学技术相比，该原电池土壤修复技术不消耗电能，对土壤的破坏非常小，具有运行费用低和环境友好优点。总之，本发明方法具有安全可靠和操作简便等优点，具有应用推广的价值。

附图说明

图1为本发明的原理示意图。

图2为单个原电池的土壤修复装置图。

图3为多个原电池串联的土壤修复装置图。

图4为原电池技术对铜污染土壤的处理效果。

图5为原电池技术对镉污染土壤的处理效果。

具体实施方式

本发明方法通过原电池产生的电场来驱动重金属污染物从土壤中迁移出来，达到污染土壤的修复。如图1所示，在污染土壤的两边使用不同性质的材料充当阴阳极，以导线连接阴阳极构成原电池，驱动污染土壤中的无机离子发生电迁移，正离子向阴极迁移，负离子向阳极迁移。

下面结合附图对本发明方法作进一步的说明。

①、电极设置：在待处理土壤两边设置电极井，电极井中安装电极，电极平行对称放置，电极间距为0.1-1m，使用导线将阴阳极连接起来，构成一个完整的原电池，如图2所示；或者设置多个电极井，交替安装阴阳极，使用导线将一个原电池的阴极同相邻的原电池的阳极相连，实现多个原电池的串联，如图3所示；阳极选用还原性较好的材料，如铁、铝、碳，阴极选用氧化性较好的材料，如碳、二氧化锰，保证阴阳极发生不同的电极反应。

②、冲洗液设置：电极井中填充0-2mol/L的酸溶液(硫酸、盐酸、硝酸、草酸、乙二胺四乙酸、柠檬酸)，并通过泵同冲冼液储罐连通，保证电极井的液面高于处理土壤高度，并使土壤具有一定的湿度，使阴、阳极材料浸泡在冲洗液中。

③、连通处理：使用导线连接阴阳极，使处理土壤处于阴阳极产生的弱电场作用下，其中的污染物将会发生电动力学迁移效应，正离子向阳极(原电池的阴极)迁移，负离子向阴极(原电池的阳极)迁移，空隙水发生电渗析迁移作用使污染物发生相应的迁移。为强化处理过程，运行中可以向土壤上喷淋冲洗液。根据污染物种类和浓度不同，通电时间一般持续在30-500天之间。

实施例1：铜是一种典型的重金属污染物，对环境具有较大的危害性。取模拟铜污染土壤150g，铜含量为170mg/kg，配置含水率50％，装入原电池反应装置(Φ5cm×8cm)中。阳极使用铁屑，阴极使用活性碳，阴阳极室(100mL)填充不同浓度的稀酸溶液(0mol/L，0.1mol/L和0.5mol/L的硫酸)，以导线连通阴阳极。处理30天后，经分析发现铜浓度由铁向碳逐渐升高，如图4所示。x/L为测试点距铁电极距离除以反应器总长。

实施例2：镉是一种典型的重金属污染物，对环境具有极大的危害性。取一定量模拟镉污染土壤，镉含量为160mg/kg，配置含水率50％，装入原电池反应装置(Φ5cm×20cm)中，同时将三个原电池装置按图2b所示的方式串联。阳极使用铁屑，阴极使用活性碳，阴阳极室(100mL)填充0.2mol/L盐酸溶液，以导线连通阴阳极。处理30天后，经分析发现单反应柱中镉浓度由铁向碳逐渐升高，多个原电池反应柱的串联可以扩展处理区域，如图5所示。x/L为测试点距铁电极距离除以反应器总长，C1、C2和C3代表串联的第一、第二和第三个原电池，C代表单个原电池时的情形。

Claims (1)

1.一种重金属污染土壤的修复方法，其步骤为：

(1)在待处理土壤两边设置电极井，电极井中安装阴、阳电极，电极平行放置，电极间距为0.1-1m；当阳极材料采用铁或铝时，阴极采用二氧化锰、碳或铜；阳极材料采用碳时，阴极采用二氧化锰；

(2)在上述电极井中填充冲洗液，使电极井的液面高于处理土壤高度，并使阴、阳极材料浸泡在冲洗液中；冲洗液为水或浓度小于等于2mol/L的酸溶液，酸为硫酸、盐酸、硝酸、草酸、乙二胺四乙酸或柠檬酸；

(3)使用导线连接阴、阳极，通电时间在30-500天之间。

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