一种电碳共促过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的装置

本技术属于土壤修复，具体涉及一种电碳共促过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的装置。

背景技术：

1、近年来兴起的过硫酸盐高级氧化技术（ps-aops），由于其有处理效率高、反应条件温和、操作简单且环境可接受性强等优点而被广泛关注。

2、经查阅，cn202310097945.9公开了“电动活化过硫酸盐处理有机物及重金属污染土壤的方法”，通过在土壤中插入电极，在通电后于电场中加入过硫酸盐，在电渗流的作用下可实现原位同步处理重金属和有机污染物，减少了处理流程，缩短了处理时间，填补了复合污染土壤修复的空缺。cn202022363050.x公开了“一种有机土壤的修复系统”，提供一种综合采用化学方法和高级氧化技术，能量利用率大、产量大、修复效果好的有机土壤的修复系统。cn201820568304.1公开了“有机污染土壤电动力耦合高级氧化原位修复系统”，该实用新型提供一种便于操作、污染物去除效率高、污染物去除彻底的有机污染土壤电动力耦合高级氧化原位修复系统。cn202011592145.7公开了“一种电化学强化过硫酸盐氧化协同去除土壤石油烃的方法”，通过电渗析、电迁移的作用力去除土壤中的石油烃；上述发明均证实以过硫酸盐作为污染氧化去除的试剂是公认的绿色合成技术，且碳材料与电能的加入能极大的提高过硫酸盐去除污染物的效率。

3、然而以上提出的解决方案仍有如下技术问题限制了该技术的进一步推广和实施：1）土壤中氧化剂投加量远大于氧化污染物实际所需用量，大量氧化剂的加入会改变土壤原有的结构性质；2）氧化剂利用效率低，对电能或碳材料的开发利用不充分。

4、因此，基于以上技术问题，亟须一种提高电极利用率的装置来修复受污染的土壤，同时降低药剂在土壤中的残留率。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于提供一种电碳共促过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的装置，具备多余药剂回收循环利用的功能，减少对原生土壤的影响，且采用自下而上的进液方式，实现药剂与电极的充分接触，解决了现有技术中对电能或碳材料利用不充分的问题。

2、本实用新型的目的是这样实现的，包括反应池、电化学反应单元、喷淋修复单元、电控单元和抽提单元，所述反应池为圆柱箱结构；

3、所述电化学反应单元为纵向布置的中空管道结构，电化学反应单元内的下部设有阳极板，电化学反应单元内的上部设有阴极板，阳极板、阴极板边缘分别与电化学反应单元内壁之间密封，阳极板、阴极板分别与的电控单元电连接；

4、所述抽提单元设于反应池底部，且抽提单元与反应池之间设有滤膜，滤膜将抽提单元与反应池分隔，所述抽提单元内设有动力泵，动力泵进液端位于抽提单元的底部，动力泵的出液端设有管道组件，管道组件上端为集液口，且集液口穿过滤膜，所述电化学反应单元上端与喷淋修复单元可拆卸连接，电化学反应单元下端与集液口连接。

5、优选地，所述电化学反应单元的中空管道结构内径4~8cm，高20 ~30cm，材质为绝缘耐腐蚀材料，具体可以是聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）、聚四氟乙烯（ptfe）、聚氯乙烯（pvc）、聚丙烯酸酯（cpvc）、聚苯乙烯（ps）、聚甲基丙烯酸甲酯（pmma）在内的一种，也可以是本领域技术人员熟知的上述多种材料形成的复合绝缘耐腐蚀材料，具体材料的选择可根据污染物以及污染状况灵活确定。

6、优选地，所述阳极板与阴极板间距3~6cm，阳极板、阴极板为多孔碳电极材料，具体可以是纳米碳材料、石墨或碳纤维，孔隙率为70~90 %，平均孔径为5~15μm，上述材料均为本领域技术人员熟知的电极材料。

7、滤膜料可以是包含尼龙、硝酸纤维素、醋酸纤维素、聚四氟乙烯、金属材料、聚醚砜在内的一种，也可以是本领域技术人员熟知的上述多种材料形成的复合膜材料，滤膜平均孔径为0.1~5μm，且滤膜与待修复土壤底部接触。

8、优选地，所述阴极板与管道端部贴合，确保修复效果。

9、优选地，所述喷淋修复单元与待修复土壤表面之间的高度差不超过2cm。

10、优选地，所述喷淋修复单元上设置旋转喷头，旋转喷头将药液以旋转喷洒的形式喷出，使药液均匀洒在土壤上。

11、优选地，所述抽提单元内部呈凹槽状，利于收集更多药液，动力泵11提供的压力应为1~6bar。

12、优选地，所述集液口设有内螺纹，电化学反应单元下端为外螺纹，集液口与电化学反应单元之间通过内外螺纹结构可拆卸连接，这种可拆卸结构方便维护、更换。

13、优选地，所述电化学反应单元有多个且均匀分布于反应池中轴线四周，多个电化学反应单元同时工作，进一步提升修复效率。

14、在本装置中使用的药剂为硫酸钠、硫酸钾、硫酸铵在内的一种或多种混合的硫酸盐药剂，盐浓度为2~3mol/l；电控单元4为电化学单元电极板提供的直流电场的电流密度为500~900ma/cm2；待修复土壤所含污染物可以是苯系物、多环芳烃类、农药类、有机酸、醇类、石油类及杀虫剂类中的一种或多种。

15、本实用新型反应原理：硫酸盐药剂在电极表面发生如下反应：

16、

17、在阳极板表面生成过硫酸盐后，药剂继续由动力泵提供的驱动力上升至阴极板，并由阴极板活化药剂产生自由基，具体反应方程式如下：

18、

19、在阴极板表面碳电协同活化会产生大量的硫酸根自由基、非自由基形态过硫酸盐、过氧根自由基氧化土壤中的有机污染物发生氧化还原反应，从而达到修复的效果。

20、本实用新型的有益效果：本实用新型利用硫酸盐药剂以及电化学结构实现有机污染土壤修复，修复后多余药剂会被抽提单元循环使用，使未被利用的过硫酸盐重新进入电化学反应器，参加下一轮的电活化与修复过程；本实用新型装置采用了自下而上的液流方式，使药剂在流过电极板时，能与板充分接触，有利于反应进行；同时由动力泵产生的驱动力能及时带走电极板上产生的气泡，避免气泡占据电极的活性电位，从而造成不必要的效率损失；本实用新型解决了传统过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤过程中药剂利用率较低、电极利用不充分的问题，将过硫酸盐的高效活化与土壤修复有机整合，实现能在同一体系中多反应的协同，从而高效作用于待修复有机物污染土壤，具有简单、绿色、节能的突出优势。

技术特征：

1.一种电碳共促过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的装置，包括反应池（1）、电化学反应单元（2）、喷淋修复单元（3）、电控单元（4）和抽提单元（5），其特征在于所述反应池（1）为圆柱箱结构；

2.根据权利要求1所述电碳共促过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的装置，其特征在于所述电化学反应单元（2）的中空管道结构内径4~8cm，高20 ~30cm，材质为绝缘耐腐蚀材料。

3.根据权利要求1所述电碳共促过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的装置，其特征在于所述阳极板（6）与阴极板（7）间距3~6cm，阳极板（6）、阴极板（7）为多孔碳电极材料，孔隙率为70~90 %，平均孔径为5~15μm。

4.根据权利要求1或3所述电碳共促过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的装置，其特征在于所述阴极板（7）与管道端部贴合。

5.根据权利要求1所述电碳共促过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的装置，其特征在于所述喷淋修复单元（3）与待修复土壤（8）表面之间的高度差不超过2 cm。

6.根据权利要求1所述电碳共促过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的装置，其特征在于所述喷淋修复单元（3）上设置旋转喷头（9）。

7.根据权利要求1所述电碳共促过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的装置，其特征在于所述抽提单元（5）内部呈凹槽状。

8.根据权利要求1所述电碳共促过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的装置，其特征在于所述集液口（12）设有内螺纹，电化学反应单元（2）下端为外螺纹，集液口（12）与电化学反应单元（2）之间通过内外螺纹结构可拆卸连接。

9.根据权利要求1所述电碳共促过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的装置，其特征在于所述电化学反应单元（2）有多个且均匀分布于反应池（1）中轴线四周。

技术总结本技术公开了一种电碳共促过硫酸盐氧化法修复有机污染土壤的装置，包括反应池、电化学反应单元、喷淋修复单元、电控单元和抽提单元。在反应池中添加有机污染土壤，并向电化学反应单元内注入硫酸盐，通过电化学反应一步生成并活化过硫酸盐，并由喷淋单元将药剂喷洒至待修复土壤区块，药剂在重力与渗透力的作用下向下渗透并沿途氧化土壤中的有机污染物，收集的药剂再被注入电化学反应单元，以实现循环利用。本技术解决了现有技术药剂利用率较低、电极利用不充分的问题，将过硫酸盐的高效活化与土壤修复有机整合，实现能在同一体系中多反应的协同，从而高效作用于待修复有机物污染土壤，具有简单、绿色、节能的突出优势。技术研发人员：李晨,孙维,田森林,宋浩然,赵群,胡学伟,黄建洪受保护的技术使用者：昆明理工大学技术研发日：20231207技术公布日：2024/7/15