一种利用空间点阵电极电动修复污染土壤的方法

本发明属于环境保护土壤修复，具体涉及一种利用空间点阵电极电动修复污染土壤的方法。

背景技术：

1、电动修复技术是使用人工构造的电场对土壤中的带电粒子产生静电力的作用，以使其发生迁移并被富集到电极附近再集中处理或去除。污染物在电场下的传输机制有三种：电迁移、电渗流和电泳。电迁移：带电粒子因受静电力的作用向着电极迁移；电渗流：土壤间隙液的整体迁移，这种迁移是由于带电粒子迁移时带动其周围的水分子迁移而引起的；电泳：带电胶体因受静电力的作用而迁移。得益于电迁移、电渗流和电泳的传输机制，电动修复技术可以应用于有机污染土壤、重金属污染土壤和复合污染土壤的修复中，并且特别适合于低渗透性的土壤。

2、lasagna土壤修复技术首先要求在污染土壤中设置数个平行的可渗透的处理区，处理区中填充吸附剂、氧化剂、还原剂、微生物等可以与污染物相互作用的物质；其次要求在所设置的数个处理区两侧放置电极以施加电场；最后在电场的作用下，土壤中的污染物会发生迁移至已设置的处理区中，并被处理区中的物质固定、降解、去除。根据处理区的排布方式，lasagna技术有水平和垂直两种形式。水平形式：在污染土壤的上部和下部水平插入电极形成垂直电场；垂直形式：在污染土壤左右两侧垂直插入电极形成水平电场，适用于浅层土壤(<15m)。“lasagna”原意为“宽面条”，形象地说明了处理区的形状。

3、将数个圆柱形电极插入土壤中，形成一维或二维构型的电极矩阵，可进行电极矩阵电动修复。其中采用一维构型时，同极性的电极按行进行排列，相邻行的电极极性相反；采用二维构型时，数个同极性电极围绕中心相反极性的电极呈多边形排布。每个电极的极性周期性切换。

4、目前对电动修复技术的研究主要集中于通过注入增溶试剂、控制土壤ph、周期性改变电场强度等方式提高去除土壤中目标污染物的效率；现有的土壤电动修复技术存在可行性低、施工困难、修复面积小、没有充分考虑到实际污染场地形状的不规则等问题；现有的电极排布形式(一维和二维矩阵)修复深度小、没有充分考虑到待修复土壤深度的参差不一等问题。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种利用空间点阵电极电动修复污染土壤的方法，用以解决现有土壤修复技术操作性差、适用性低、修复面积小、没有充分考虑到实际污染场地形状的不规则等技术问题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种利用空间点阵电极电动修复污染土壤的方法，包括以下步骤：

4、在污染土壤中插入若干个点状电极，若干点状电极在污染土壤中以空间点阵的形式排布，形成若干个修复基本单元；将若干个相同的修复基本单元在污染土壤的三维空间中有规则的重复排列，形成具有任意空间形状、大小的空间点阵电极结构；

5、所述空间点阵的形式为简单立方、体心立方、面心立方、简单四方、体心四方、简单单斜、c心单斜、简单正交、c心正交、体心正交、面心正交、简单三斜、简单六方或r心六方。

6、进一步地，所述点状电极包括球体电极、多面体电极、圆柱体电极或矩体电极。

7、进一步地，相邻的所述点状电极之间的距离为0.1m-2.0m；所述点状电极的材料为石墨、金属、合金。

8、进一步地，所述点状电极的外层包覆有可渗透性反应墙；所述可渗透性反应墙的填充物包括活性炭、粘土矿物、离子交换树脂、零价铁或零价纳米铁。

9、进一步地，调节点状电极的极性，使得空间点阵电极结构形成垂直电场、均匀电场、水平电场或非均匀电场。

10、进一步地，所述垂直电场是电场方向和污染土壤的表面垂直，所述水平电场是电场方向和污染土壤的表面平行。

11、进一步地，通过调节每个点状电极的极性和电势，实现污染土壤空间中任意一点的电场强度的方向、大小连续调节。

12、进一步地，所述污染土壤中的污染物为重金属和有机物；所述重金属为pb、hg、cr、cd、as、cu或zn；所述有机物为苯、苯酚、三氯乙烯、丙酮或石油。

13、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

14、本发明公开了一种利用空间点阵电极电动修复污染土壤的方法，将若干点状电极在污染土壤中以一种空间点阵的形式排布，形成修复基本单元；所述修复基本单元共有十四种电极空间点阵基本排列形式，将数个相同的修复基本单元规则地重复堆叠可形成由电极构成的任意形状和大小的空间点阵电极结构，随后，通过控制空间点阵电极结构中每个点状电极的极性和电势可以实现待修复土壤空间中任意一点电场强度大小的控制，可满足任何形状、面积、深度的实际污染场地土壤修复的需求，并且可以根据实际污染场地土壤中污染物浓度在空间上的不均匀变化调整空间中任意一点的电场强度，提高了电动修复技术在用于实际污染土壤时的灵活性、可操作性、适用性，并且根据实际污染场地土壤中污染物浓度的空间变化可以相应调整空间电场强度，大大提高了修复效率，并降低了电能消耗。本发明公开的空间点阵电极结构的排布方法，可以将电场覆盖到任意形状、面积、深度的污染土壤中，可以实现浅层土壤和深层土壤的同步修复；只需从待修复土壤的表面向土壤深处钻数个孔，将点状电极依次放入孔中，随后填埋即可，施工简单易行，可行性高；在修复过程中，其中的每一个电极都可单独控制，可操作性强。

15、进一步地，点状电极外层设置一层prb(可渗透性反应墙)，周期性地切换电极极性或保持电极极性恒定不变。

16、进一步地，人为控制每个电极的电势、极性，在空间中实现垂直电场、水平电场、均匀电场、非均匀电场，现有的技术或装置往往只能实现其中一种，可以实现待修复土壤空间中任意一点电场强度和方向的调节，这样可以根据实际污染场地土壤中污染物的浓度分布灵活调节空间中各个区域的电场强度、方向，以实现最低的能耗和最高的去除效率。

技术特征：

1.一种利用空间点阵电极电动修复污染土壤的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种利用空间点阵电极电动修复污染土壤的方法，其特征在于，所述点状电极包括球体电极、多面体电极、圆柱体电极或矩体电极。

3.根据权利要求1所述的一种利用空间点阵电极电动修复污染土壤的方法，其特征在于，相邻的所述点状电极之间的距离为0.1m-2.0m；所述点状电极的材料为石墨、金属、合金。

4.根据权利要求1所述的一种利用空间点阵电极电动修复污染土壤的方法，其特征在于，所述点状电极的外层包覆有可渗透性反应墙；所述可渗透性反应墙的填充物包括活性炭、粘土矿物、离子交换树脂、零价铁或零价纳米铁。

5.根据权利要求1所述的一种利用空间点阵电极电动修复污染土壤的方法，其特征在于，调节点状电极的极性，使得空间点阵电极结构形成垂直电场、均匀电场、水平电场或非均匀电场。

6.根据权利要求5所述的一种利用空间点阵电极电动修复污染土壤的方法，其特征在于，所述垂直电场是电场方向和污染土壤的表面垂直，所述水平电场是电场方向和污染土壤的表面平行。

7.根据权利要求5所述的一种利用空间点阵电极电动修复污染土壤的方法，其特征在于，通过调节每个点状电极的极性和电势，实现污染土壤空间中任意一点的电场强度的方向、大小连续调节。

8.根据权利要求1所述的一种利用空间点阵电极电动修复污染土壤的方法，其特征在于，所述污染土壤中的污染物为重金属和有机物；所述重金属为pb、hg、cr、cd、as、cu或zn；所述有机物为苯、苯酚、三氯乙烯、丙酮或石油。

技术总结
本发明公开了一种利用空间点阵电极电动修复污染土壤的方法，属于环境保护土壤修复技术领域，解决了现有土壤修复技术操作性差、适用性低、修复面积小、没有充分考虑到实际污染场地形状的不规则等技术问题。本发明公开的方法采用不同的修复基本单元重复排列形成不同的空间点阵电极结构，随后通过控制空间点阵电极结构中每个点状电极的极性和电势可以实现待修复土壤空间中任意一点电场强度大小的控制，可满足任何形状、面积、深度的实际污染场地土壤修复的需求，并且可以根据实际污染场地土壤中污染物浓度在空间上的不均匀变化调整空间中任意一点的电场强度，提高了电动修复技术在用于实际污染土壤时的灵活性、可操作性、适用性。

技术研发人员：郑春莉,浦尧,林子深
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11