预酸化工艺联合阴极缓冲区电动修复重金属污染土新型装置及施工方法

本发明涉及预酸化工艺联合阴极缓冲区电动修复重金属污染土新型装置及施工方法，属于电动修复重金属污染土领域。

背景技术：

1、近年来大量土壤受到重金属污染，目前重金属污染的土壤面积已达上千万公顷，污染的耕地约有0.1亿hm3，主要集中在经济较发达的地区。重金属离子污染会导致粮食大量减产，造成了非常严重的经济损失。同时，植被减少导致co2吸收量降低，加剧了“温室效应”，从而对全球气候产生很不利的影响。并且重金属离子对人体具有巨大伤害，过量摄入轻则会引发腹泻、肝硬化和运动障碍等症状，重则会导致重金属中毒，甚至引发癌症，严重危害人体健康。随着重金属在土壤中污染时间慢慢变长，逐渐向更难处理的形态转化，这些形态具有自然降解时间长、常规方法难处理、处理效果差等特点。

2、电动修复法是一种目前常用处理重金属污染土的方法。土壤电动修复是指在酸性环境下，通过低压直流电场去除土壤中的无机或有机污染物的过程。但使用传统电动修复装置处理重金属污染的土壤时，因为水体从阴极区排出，所以中部、阴极区含水率较高，所以电动修复完成后会存在中部、阴极区处理效果差，土体各区域去除率不均匀等缺点，并且处理完之后排出的废液重金属含量严重超标，需进行进一步处理才可进行排放。

3、因此需要提供一种去除效果好电动修复重金属污染土的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种预酸化工艺联合阴极缓冲区电动修复重金属污染土新型装置及施工方法，其通过预酸化工艺，强化电动修复效果，运用新型材料制作电动修复装置，选用阴极缓冲区材料，实现了全装置重金属去除，提升了电动修复过程中中部、阴极区的重金属去除率，使修复完成后土体各部分去除率更均匀，并且可以实现排出污水的同时处理。不仅提高了重金属离子的整体去除率，还可以避免电动修复污水产生二次污染。

2、本发明的第一个目的在于提供一种预酸化工艺，所述预酸化工艺为使用预酸化溶液浸泡重金属污染土，所用预酸化溶液为柠檬酸溶液。

3、本发明的一种实施方式中，所述柠檬酸溶液的浓度为0.05-0.3mol/kg。

4、本发明的一种实施方式中，所述柠檬酸溶液的体积和污泥的质量之比为100～200ml:3kg。

5、本发明的一种实施方式中，所述浸泡时间为5-30min。

6、本发明的第二个目的在于提供一种新型重金属污染土壤的电动修复装置，包括土壤修复室和污水处理室；

7、所述土壤修复室上方开口，一侧设有阳极板，相对的一侧设有阴极板；阳极板和阴极板的两侧均附有滤纸；阴极板相对阳极板的方向还设有阴极缓冲室；阳极板和阴极板通过导线和电源以及传感器相连；

8、所述土壤修复室在设有阴极板的一侧连接有污水处理室，土壤修复室和污水处理室之间存有缺口允许液体从土壤修复室流入污水处理室；污水处理室中放有吸附材料；污水处理室底端设有排水孔和排水管。

9、本发明的一种实施方式中，所述土壤修复室和污水处理室采用介孔硅材料制作而成。

10、本发明的一种实施方式中，阳极板为石墨烯板；阴极板为带孔洞的石墨烯板，所述孔洞用以使液体通往污水处理室。

11、本发明的一种实施方式中，所述阴极缓冲室由介孔硅材料板制成的立方体，内部中空用于放置填充材料，上方带有开口，且前后两面带有孔洞。

12、本发明的一种实施方式中，填充材料，按质量分数计，其组成包括炉渣40％-45％，活性炭30％-35％，木炭灰5％-10％，粉煤灰8％-10％，水10％-20％。

13、本发明的一种实施方式中，阴极缓冲室占土壤修复室总体积的20～30％。

14、本发明的一种实施方式中，填充材料占阴极缓冲室总体积的80～90％。

15、本发明的一种实施方式中，所述传感器包括电流传感器、电压传感器、温度传感器，用以测量电动修复反应过程中的电流、电压、温度变化。

16、本发明的一种实施方式中，所述吸附材料为磁性多孔纳米复合材料，放置于污水处理室底部。

17、本发明的一种实施方式中，磁性多孔纳米复合材料的制备过程为：

18、首先将棉纤维与度为0.1m～1.0m的强碱溶液以1g:5～15ml的比例混合后静置5-10min，然后将棉纤维的ph调至7后烘干，再与浓度为0.1m～1.0m的硝酸镍溶液以1g:5～15ml的比例混合，浸泡12～24小时，取出后烘干备用。

19、本发明的第三个目的在于提供一种阴极缓冲区填充材料。所用原料组分及各组分所占质量百分数为：炉渣40％-45％，活性炭30％-35％，木炭灰5％-10％，粉煤灰8％-10％，水10％-20％。

20、本发明的一种实施方式中，所述阴极缓冲室填充材料需压制成长方体试块。

21、本发明的一种实施方式中，所述炉渣为比表面积大于300m2/kg的细粒炉渣。

22、本发明的一种实施方式中，所述活性炭由椰壳制成，黑色颗粒状。

23、本发明的一种实施方式中，所述木炭灰是木材或木材制品燃烧所产生的废渣，其粒径范围为100～200目。

24、本发明的一种实施方式中，所述粉煤灰细度为100-200目。

25、本发明的一种实施方式中，所述水为去离子水。

26、本发明的一种实施方式中，所述的试块长度为8-10cm；宽度为2-5cm；高度为10-15cm，其渗透系数1.2×10-6～6×10-5。

27、本发明的第四个目的在于提供一种基于新型电动修复装置的重金属污染土修复方法，所述方法使用上述电动修复装置进行，所述方法包括如下步骤：

28、s1、将污染土倒入土壤修复室中，之后充分振捣，使土体均匀并将气泡排出；

29、s2、将柠檬酸溶液倒入土壤修复室中，搅拌使土体均匀并将气泡排出，之后静置一段时间；

30、s3、打开电源，开始电动修复，修复完成后，打开排水机构，排出电解废水，将处理完的土样进行利用。

31、本发明的一种实施方式中，步骤s2中所述柠檬酸溶液的浓度为0.05-0.3mol/kg。

32、本发明的一种实施方式中，步骤s2中所述柠檬酸溶液的体积和污泥的质量之比为100～200ml:3kg。

33、本发明的一种实施方式中，步骤s2中所述静置时间为5-30min。

34、本发明的一种实施方式中，步骤s3中电动修复的电压为25～30v，电流为2～3a，修复时间为20～30h。

35、有益效果

36、1、与传统电动修复试验相比，本发明提供了一种预酸化工艺，在电动修复前使土体酸化，并使部分目标重金属离子从土颗粒表面脱落，强化电动修复试验的效果，提升重金属去除率。

37、2、与传统电动修复装置相比，本发明在阴极区设置了阴极缓冲区，使阴极区向后延伸，原本处于阴极区的土体前移致中部，可以提高中部和阴极区土体的去除率，进而提升电动修复的整体去除率。并使不同区域去除率更平衡，减少后续使用的工作量。

38、3、与传统电动修复装置先排出电动修复污水，后续单独处理相比，本发明的阴极缓冲材料具有一定吸附能力，并且在阴极区设置污水处理室，在电动修复的过程中同时对电动修复污水进行处理，避免了电动修复污水对环境产生二次污染的可能性。

39、4、与传统电动修复装置单一利用电动修复实现去除重金属相比，本发明采用吸附材料建造，电动修复装置本身也可以在一定程度上吸附重金属离子，实现了多途径的重金属去除，提升了整体重金属去除率。