納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地土壤的裝置的制作方法

本實用新型涉及一種土壤重鉻渣堆放污染的修復裝置，具體是鐵鹽作為陰極電解液，納米Fe/Ni雙金屬作為淋洗液，將電動技術與淋洗技術聯合的修復重金屬污染土壤的裝置。

背景技術：

我國是世界鉻鹽生產大國，年產量已超過16萬噸，然而在其生產過程中產生大量含鉻廢渣。全國每年新排放鉻渣約60萬噸，歷年累積堆放存鉻渣近400萬噸。鉻渣中含有0.3～1.5％可溶性Cr(VI)，經降雨和地表水的沖刷，Cr(VI)進入周圍土壤和地下水，對環境造成嚴重污染，目前我國受Cr(VI)嚴重污染的土壤達1250多萬噸。六價鉻在溶液中的溶解度比較大，因而毒性也就很強，是土壤環境中的第二大重金屬污染物，僅次于鉛；六價鉻可以通過吸入、攝取或皮膚接觸等方式對人體產生毒害，引起水 腫、皮膚潰瘍、肺癌等一系列病變。鉻污染場地中六價鉻含量很高，且極易產生擴散，對周邊環境是一個極大的潛在威脅，如處理不當將危害很大。我國從1958年開始建設鉻鹽廠，很多鉻鹽廠分布在一些人口密集地區，如廣州、上海、蘇州、天津、沈陽、重慶等地。在50多年的生產過程中，產生了大量的鉻渣，占了大量的堆積場地，經過幾十年的雨水沖淋、滲透，不僅僅是鉻渣本身，格柵周邊已被污染的土壤也成了污染源，引起土壤環境和水環境的污染。鉻渣堆放場已經列為我國土壤污染重點治理對象。我們國家目前急需修復鉻渣污染土壤的關鍵技術。

電動力學修復技術以其可以有效的去除土壤中的有機和無機污染物，并且相比傳統的土壤修復技術具有成本低、操作簡單、接觸毒害物質少、不易造成二次污染等優點，近年來在國內外發展的越來越快。電動力學修復技術的原理是在污染土壤兩端加上低壓直流電場，利用電場產生的電滲析、電遷移和電泳等電動效應，使水溶的或者吸附在土壤顆粒表層的污染物根據各自所帶電荷的不同而向不同的電極方向運動，并物富集在電極區得到集中處理或分離。其中電滲析是土壤中的孔隙水在電場作用下從陰極向陽極方向流動；電遷移是帶電離子向電性相反的電極方向遷移；電泳是土壤中帶電膠體粒子的遷移運動。

土壤化學淋洗技術原理是運用試劑與土壤固相中的重金屬作用，形成溶解性的重金屬離子或金屬絡合物，然后用清水把污染物沖至根層外，再利用含有一定配位體的化合物沖淋土壤，使之與重金屬離子形成更穩定的絡合物；或用帶有陰離子的溶液，如碳酸鹽、磷酸鹽沖洗土壤，使重金屬形成化合物沉淀。淋洗具有能夠去除大量污染物、限制污染物擴散、花費較少、操作簡單等優點。該方法的技術關鍵是尋找一種既能提取各種形態的重金屬，又不破壞土壤結構的淋洗液裝置。

納米零價鐵是指粒徑在1-100 nm范圍內的零價鐵顆粒，具有比表面積大，還原性強等特點。由于其顆粒的比表面積和表面能較大，從而具有優越的吸附性能和很高的還原活性；其特有的表面效應和小尺寸效應，可以提高零價鐵的反應活性和處理效率。研究表明納米零價鐵可有效的去除Zn、Cr、Cu、Pb、Ag等重金屬。納米零價鐵在與重金屬污染物的反應中表現出較高的活性，可以通過改變有毒金屬的離子價態或者吸附作用，從而降低其毒性。有觀點認為，在零價金屬鐵體系中存在3種還原劑：金屬鐵(F⁰），亞鐵離子(Fe²⁺)和氫氣(H₂)。納米零價鐵合金粉末由于量子尺寸效應而具有許多特殊的物理、化學性能，其中鐵鎳合金是一種傳統的穩定性最佳的材料。

技術實現要素：

為了有效的修復土壤中鉻污染，本實用新型提出一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地土壤的裝置。

實現上述裝置所采取的具體技術方案如下：

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地土壤的裝置，包括電動修復裝置和淋洗系統；其特征在于：所述電動修復裝置包括陰極室、陽極室與土壤室，并在土壤室的上端面設置有淋洗系統的淋洗液噴頭，通過淋洗液噴頭對土壤室進行噴灑；在土壤室的下方設置有一軌道或者傳送帶用于分離土壤室，以實現對鉻渣堆放場地土壤的連續電控修復；

所述電動修復裝置是陽極pH控制室通過陽極pH探針感應電解液pH，通過陽極泵控制線控制陽極泵泵入陽極電解液，并進行電解液pH的調節；陰極加藥罐及陰極pH控制室通過陰極pH探針感應電解液pH值，通過陰極泵控制線控制陰極泵泵入陰極電解液，并進行電解液pH的調節；陽極室、土壤室、陰極室、陰極電極和陽極電極，分別通過孔隙隔板附帶濾紙隔開，并自由通過液體和離子；陽離子膜阻止陰極產生的OH^-進入土壤室；陰極電解液溢出口）溢出的堿性溶液經處理后排放；通過濾布和石英砂過濾淋洗液；電解裝置還包括：曝氣管，陰極電解液溢出口、陽極電解液進液管、陽極加藥管、陰極加藥管、外接電源、排泥管、污泥泵和陰陽極室底座；

所述淋洗系統是將淋洗液儲室的納米零價鐵鎳雙金屬懸浮液和酸循環液儲備室中的酸液，分別經淋洗液噴頭和酸液噴頭噴灑在土壤中；所述淋洗液噴頭是均勻設置在土壤室的上方；所述酸液噴頭是均勻設置于靠近陰極土壤上方，所述酸液是將陽極溢出液通過提升泵收集于酸儲液室中進行再次利用。

基于上述技術方案所述的修復裝置，所述陰極室的電解液是0.02-10mol/L的鐵鹽；所述陽極室的電解液是pH值2-6的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液；所述淋洗液是0.05-10g/L的納米Fe/Ni雙金屬懸浮液；所述鐵鹽是Fe₂(SO4)₃或者是Fe(NO₃)_3、FeCl₃；所述陰極室、陽極室與土壤室的容積比是3: 3：5-50；所述電極是石墨電極， 石墨電極的電源電壓是5-50V；所述納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地土壤的裝置的修復時間是36-300小時。

基于上述技術方案所述的修復裝置，所述納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地土壤的裝置的修復方法是通過淋洗系統實現的，具體方法是按下列步驟進行的：

（1）將重金屬污染土壤置于土壤室，并向碳纖維室加入活性碳纖維，然后將陽離子膜附著在孔隙隔板上由濾紙包裹；

（2）將陰極pH控制室和陽極pH控制室通過pH探針感應電解液pH值，控制陰極泵和陽極泵泵入陰極電解液和陽極電解液，并對電解液的pH進行調節控制；

（3）向淋洗液儲室中加入0.05-10 g/L的納米Fe/Ni雙金屬懸浮液，通過淋洗液噴頭均勻噴灑在污染土壤中進行淋洗；

（4）修復過程中陽極酸性電解溢出液，通過陰極電解液提升泵泵入酸循環液儲備室，經酸液噴頭滴入靠近陰極的土壤，調節其土壤的pH；陰極堿性電解溢出液通過處理后排出；

（5）陰極生成的重金屬沉淀物經排泥管排出，經處理后回收利用；

（6）淋洗液經過土壤室底部的濾布和石英砂排出，并進行收集處理后排出。

其中，所述淋洗系統是將淋洗液儲室的納米零價鐵鎳雙金屬懸浮液和利用陰極電解溢出液提升泵儲存在酸循環液儲備室的酸液，分別經淋洗液噴頭和酸液噴頭噴灑在土壤中，實現對重金屬污染土壤的修復。

與現有技術相比，本實用新型上述所提供的一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地土壤的裝置，所具有的優點與積極效果如下。

本裝置采用鐵鹽作為陰極電解液的電動力學與納米零價鐵鎳雙金屬淋洗液聯合修復重金屬污染土壤，有效地阻止了陰極產生的OH^-進入土壤，同時縮短了修復時間，提高了修復效率。

本裝置在陰陽極室設置有pH感應計，實時監測陰陽極室電解液pH的變化值，當pH超出一定范圍時，陰陽極pH控制室由泵調節并控制泵入電解液液，保持陰陽極電解液pH處于適當范圍，提高了電解修復效率。

本裝置采用納米零價鐵鎳雙金屬淋洗液極強的還原性與吸附性有效地脫除了鉻污染物。

本裝置在土壤室的下方設置有一軌道或者傳送帶，用于陰陽極室與土壤室的分離，以實現污染土壤的連續處理。

附圖說明

圖1是本實用新型處理修復裝置的結構示意圖。

圖2是本實用新型的陽極室結構示意圖。

圖3是本實用新型圖專利的土壤室側面結構示意圖。

圖4是本實用新型圖專利的陰極室結構示意圖。

圖5是本實用新型圖專利的淋洗液噴頭分布結構示意圖。

圖中：1：陽極pH控制室；2：陽極加藥罐；3：淋洗液儲室；4：酸循環液儲備室；5：陰極加藥罐；6：陰極pH控制室；7：陽極室；8：土壤室；10：陽離子膜；11：陰極室；12：陰極電極；13：陰極pH探針；14：孔隙隔板附帶濾紙；15：陰極電解液溢出口；16：陰極電解液進液管；17：陰極泵；19：濾布；20：石英砂；21：酸液噴頭；22：淋洗液噴頭；23：酸液管；24：陽極pH探針；25：陽極電極；26：曝氣管；27：陰極電解溢出液提升泵；28：陰極電解液溢出口；29：陽極泵；30：陽極電解液進液管；31：陽極加藥管；32：陰極加藥管；33：外接電源；34：排泥管；35：污泥泵；36：陰陽極室底座；37：陽極泵控制線；38：陰極泵控制線；39：陽極電解液溢出液提升管；40：陽極室；41： 陰極室；42：陽極室上接口；43：陽極室下接口；44：土壤室上接口；45：土壤室下接口；46：陰極室上接口；47：陰極室下接口。

具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式作出進一步的說明。

實施上述本實用新型所提供的一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地土壤的裝置，該裝置包括電動修復裝置和淋洗系統；其構成在于：所述電動修復裝置是位于陰極室11與陽極室7中間的土壤室8上端面設置有淋洗系統的淋洗液噴頭22，并通過淋洗液噴頭22對土壤室8進行噴灑；在土壤室8的下方設置有一軌道或者傳送帶用于土壤室8的分離，以實現對鉻渣堆放場地土壤的連續修復。

實施一種淋洗系統包括：儲存納米零價鐵鎳雙金屬懸浮液的淋洗液儲室3；利用陰極電解溢出液提升泵27將酸液儲存在酸循環液儲備室4；經過酸液噴頭21和淋洗液噴頭22噴灑入土壤中；其中淋洗液噴頭22均勻布置在土壤上方；酸液噴頭21均勻布置于靠近陰極的土壤上方；將陽極溢出液收集于酸儲液室中，再次利用。

實施一種電動力修復裝置包括：陽極pH控制室1通過pH探針24感應電解液pH，由陽極泵控制線37控制陽極泵29泵入陽極電解液調節pH；陽極加藥罐2；陰極加藥罐5；陰極pH控制室6通過陰極pH探針13感應電解液pH，由陰極泵控制線38控制陰極泵17泵入陰極電解液調節pH；陽極室7；土壤室8；陽離子膜10阻止陰極產生的OH-進入土壤；陰極室11；為電極12和25；孔隙隔板附帶濾紙14，固定土壤，液體和離子自由通過；陰極電解液溢出口15溢出的堿性溶液經處理后達標后排放；陰極電解液進管道16；濾布19和石英砂20過濾淋洗液；曝氣管26起到攪拌作用；陰極電解液溢出口28；陽極電解液進管道30；陽極加藥管31；陰極加藥管32；外接電源33；排泥管34，將陰極產生的沉淀物由此排除；污泥泵35；陰陽極室底座36。

利用上述裝置進行土壤修復的方法，具體步驟如下。

（1）將填裝好污染土壤室的土壤8通過土壤室8上的土壤室接口44和陽極室上接口42、陰極室上接口46連接；土壤室8的土壤室下接口45和陽極室下接口43、陰極室下接口47連接；土壤室8兩側面設置有附著濾紙的空隙隔板；可以實現連續處理污染土壤。

（2）向陰極室和陽極室分別泵入電解液，陰極為硝酸鐵溶液，陽極是檸檬酸、檸檬酸-檸檬酸鈉等有機酸。

（3）添加制備的納米零價鐵鎳雙金屬懸浮液到淋洗液儲室中，其中設有攪拌裝置。

（4）電解后，陽極酸性電解液儲存在酸循環儲室4中，作為酸淋洗液調節陰極附近的土壤pH。

（5）根據土壤污染物的不同向陰陽極室添加不同化學試劑來增加去除效果，將化學試劑泵入陽極加藥罐2和陰極加藥罐5中。

（6）電解過程中通過和陰極pH探針13和陽極pH探針24，檢測陰陽極室電解液的pH，傳到陽極pH控制室1和陰極pH控制室6控制陰極泵17和陽極泵29泵入緩沖液調節電解液pH。

（7）淋洗液流經濾布和石英砂滲出，處理達標后排出；陰極電解溢出液，處理后達標排放。

（8）陰極生成的沉淀物通過污泥泵排出。

下面通過實施例對本實用新型的具體實施方式作出進一步的說明。

實施例1

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地的裝置，陰極和陽極均為石墨板制的電極，并分別與電源的負極、正極相連；陰、陽極室與土壤室的容積比均為1：3；取自鉻渣堆放場地土壤，其鉻濃度為150 mg/kg；電壓為30 V，陽極電解液為pH=3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，陰極為3 mol/L的FeCl₃溶液，淋洗液濃度為3 g/L，實驗周期為144 h，采用火焰原子吸收發測定土樣中的重金屬含量；鉻的去除率為：85.6%。

實施例2

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地的裝置，陰極和陽極均為石墨板制的電極，并分別與電源的負極、正極相連；陰、陽極室與土壤室的容積比均為1：3；取自鉻渣堆放場地土壤，其鉻濃度為150 mg/kg；電壓為30 V，陽極電解液為pH=3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，陰極為5 mol/L的FeCl₃溶液，淋洗液濃度為3 g/L，實驗周期為144h，采用火焰原子吸收發測定土樣中的重金屬含量；鉻的去除率為：86.7%。

實施例3

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地的裝置，陰極和陽極均為石墨板制的電極，并分別與電源的負極、正極相連；陰、陽極室與土壤室的容積比均為1：3；取自鉻渣堆放場地土壤，其鉻濃度為150 mg/kg；電壓為30 V，陽極電解液為pH=3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，陰極為3 mol/L的Fe₂(SO₄)₃溶液，淋洗液濃度為3 g/L，實驗周期為144h，采用火焰原子吸收發測定土樣中的重金屬含量；鉻的去除率為：87.8%。

實施例4

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地的裝置，陰極和陽極均為石墨板制的電極，并分別與電源的負極、正極相連；陰、陽極室與土壤室的容積比均為1：3；取自鉻渣堆放場地土壤，其鉻濃度為150 mg/kg；電壓為30 V，陽極電解液為pH=3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，陰極為3 mol/L的Fe₂(SO₄)₃溶液，淋洗液濃度為3 g/L，實驗周期為144 h，采用火焰原子吸收發測定土樣中的重金屬含量；鉻的去除率為：89.1%。

實施例5

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地的裝置，陰極和陽極均為石墨板制的電極，并分別與電源的負極、正極相連；陰、陽極室與土壤室的容積比均為1：3；取自鉻渣堆放場地土壤，其鉻濃度為150 mg/kg；電壓為30 V，陽極電解液為pH=3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，陰極為3 mol/L的Fe(NO₃)₃溶液，淋洗液濃度為3 g/L，實驗周期為144 h，采用火焰原子吸收發測定土樣中的重金屬含量；鉻的去除率為：86.9%。

實施例6

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地的裝置，陰極和陽極均為石墨板制的電極，并分別與電源的負極、正極相連；陰、陽極室與土壤室的容積比均為1：3；取自鉻渣堆放場地土壤，其鉻濃度為150 mg/kg；電壓為30 V，陽極電解液為pH=3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，陰極為5 mol/L的Fe(NO₃)₃溶液，淋洗液濃度為3 g/L，實驗周期為144 h，采用火焰原子吸收發測定土樣中的重金屬含量；鉻的去除率為：88.3%。

實施例7

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地的裝置，陰極和陽極均為石墨板制的電極，并分別與電源的負極、正極相連；陰、陽極室與土壤室的容積比均為1：3；取自鉻渣堆放場地土壤，其鉻濃度為150 mg/kg。電壓為30 V，陽極電解液為pH=3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，陰極為3 mol/L的Fe(NO₃)₃溶液，淋洗液濃度為5 g/L，實驗周期為144 h，采用火焰原子吸收發測定土樣中的重金屬含量；鉻的去除率為：89.5%。

實施例8

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地的裝置，陰極和陽極均為石墨板制的電極，并分別與電源的負極、正極相連；陰、陽極室與土壤室的容積比均為1：3；取自鉻渣堆放場地土壤，其鉻濃度為150 mg/kg；電壓為30 V，陽極電解液為pH=3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，陰極為3 mol/L的Fe(NO₃)₃溶液，淋洗液濃度為7 g/L，實驗周期為144 h，采用火焰原子吸收發測定土樣中的重金屬含量；鉻的去除率為：90.3%。

實施例9

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地的裝置，陰極和陽極均為石墨板制的電極，并分別與電源的負極、正極相連；陰、陽極室與土壤室的容積比均為1：3；取自鉻渣堆放場地土壤，其鉻濃度為150 mg/kg；電壓為30 V，陽極電解液為pH=3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，陰極為3 mol/L的FeCl₃溶液，淋洗液濃度為5 g/L，實驗周期為144 h，采用火焰原子吸收發測定土樣中的重金屬含量；鉻的去除率為：88.7%。

實施例10

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地的裝置，陰極和陽極均為石墨板制的電極，并分別與電源的負極、正極相連；陰、陽極室與土壤室的容積比均為1：3；取自鉻渣堆放場地土壤，其鉻濃度為150 mg/kg；電壓為30 V，陽極電解液為pH=3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，陰極為3 mol/L的FeCl₃溶液，淋洗液濃度為7 g/L，實驗周期為144 h，采用火焰原子吸收發測定土樣中的重金屬含量；鉻的去除率為：89.3%。

實施例11

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地的裝置，陰極和陽極均為石墨板制的電極，并分別與電源的負極、正極相連；陰、陽極室與土壤室的容積比均為1：3；取自鉻渣堆放場地土壤，其鉻濃度為150 mg/kg；電壓為30 V，陽極電解液為pH=3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，陰極為3 mol/L的Fe₂(SO₄)₃溶液，淋洗液濃度為5 g/L，實驗周期為144 h，采用火焰原子吸收發測定土樣中的重金屬含量；鉻的去除率為：90.5%。

實施例12

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地的裝置，陰極和陽極均為石墨板制的電極，并分別與電源的負極、正極相連；陰、陽極室與土壤室的容積比均為1：3；取自鉻渣堆放場地土壤，其鉻濃度為150 mg/kg；電壓為30 V，陽極電解液為pH=3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，陰極為3 mol/L的Fe₂(SO₄)₃溶液，淋洗液濃度為7 g/L，實驗周期為144 h，采用火焰原子吸收發測定土樣中的重金屬含量；鉻的去除率為：91.2%。

實施例13

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地的裝置，陰極和陽極均為石墨板制的電極，并分別與電源的負極、正極相連；陰、陽極室與土壤室的容積比均為1：3；取自鉻渣堆放場地土壤，其鉻濃度為150 mg/kg；電壓為50 V，陽極電解液為pH=3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，陰極為3 mol/L的Fe(NO₃)₃溶液，淋洗液濃度為3 g/L，實驗周期為144 h，采用火焰原子吸收發測定土樣中的重金屬含量；鉻的去除率為：94.5%。

實施例14

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地的裝置，陰極和陽極均為石墨板制的電極，并分別與電源的負極、正極相連；陰、陽極室與土壤室的容積比均為1：3；取自鉻渣堆放場地土壤，其鉻濃度為150 mg/kg；電壓為50 V，陽極電解液為pH=3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，陰極為3 mol/L的FeCl₃溶液，淋洗液濃度為3 g/L，實驗周期為144 h，采用火焰原子吸收發測定土樣中的重金屬含量；鉻的去除率為：91.4%。

實施例15

一種納米零價鐵鎳淋洗電動力學修復鉻渣堆放地的裝置，陰極和陽極均為石墨板制的電極，并分別與電源的負極、正極相連；陰、陽極室與土壤室的容積比均為1：3；取自鉻渣堆放場地土壤，其鉻濃度為150 mg/kg；電壓為50 V，陽極電解液為pH=3的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖液，陰極為3 mol/L的Fe₂(SO₄)₃溶液，淋洗液濃度為3 g/L，實驗周期為144 h，采用火焰原子吸收發測定土樣中的重金屬含量；鉻的去除率為：96.7%。

上述實例只是具體應用中列舉的幾種，本實用新型并不局限于這幾種具體的實施方案，本領域內的普通技術人員都可在本實用新型的權利要求范圍內，做出多種形式的具體實施方案，這些實施方案都屬于本實用新型的保護范圍。