电动修复联合化学氧化消减土壤中异味物质的装置及方法

技术领域

本发明涉及土壤修复技术领域，具体是涉及电动修复联合化学氧化消减土壤中异味物质的装置及方法。

背景技术

随着工业化进程的推进，工业生产产生的废水对环境造成严重影响，通过地表渗漏污染土壤；在土壤渗漏中持续造成危害，如果周边居民采用被污染的地表水或地下水作为生活用水，会危害身体健康，重者死亡；因此当该污染场地改变用途用于居住、农业等土壤质量要求严格的目的时，必须进行土壤和地下水的修复，消除土壤和地下水中的污染物；其中，电动修复与化学氧化不仅能够进行土壤修复处理，也能够直接用于工业废水的净化处理；

电动修复的原理是通过外加电源向污染土壤施加直流电场，污染物在电场的作用下发生迁移达到去除的目的；在点动力的作用下，污染物迁移主要通过电迁移、电渗析和电泳三种方式完成。土壤中典型异味物质包括三氯乙烯、苯、二甲基二硫醚等有机污染物，此类有机污染物具备较强的挥发性，容易转移进入空气环境，造成空气污染；且此类物质是不带电的疏水性较强的污染物；单纯采用电动修复的方式很难处理降解此类有机污染物，原因是异味物质较好地吸附在了泥浆状土壤上，因此较难处理；

在电动修复的同时结合化学氧化能够有效对有机污染物进行降解，添加表面活性剂和氧化剂后，提高有机物的移动性，从而诞生更多“活跃”的污染物；化学氧化剂则在电场的作用下，产生自由基等活性物质，在“遇到”有机污染物后，发生化学氧化反应，使得污染物进一步矿化为小分子物质，实现对土壤中异味物质的有效降解。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供了一种电动修复联合化学氧化消减土壤中异味物质的装置及方法，解决工业化处理土壤中异味物质难处理、且分解效率低的问题。

本发明的技术方案是：一种电动修复联合化学氧化消减土壤中异味物质的装置，包括底板，设置在所述底板上的旋转机架，三个围绕所述旋转机架中心均匀设置的复合处理腔，与所述旋转机架连接的固定机架，设置在所述固定机架上用于依次向复合处理腔提供土壤的进料组件，设置在所述固定机架上用于依次对复合处理腔中土壤进行联合处理的第一处理组件、第二处理组件；

所述旋转机架包括设置在所述底板中心的旋转电机，水平设置在所述旋转电机上端用于安装复合处理腔的旋转板，设置在所述旋转板与旋转电机连接处的变速箱；所述旋转板上设有三个分别安装复合处理腔的第一卡槽；

所述固定机架包括设置在所述底板上的支撑柱，水平固定在所述支撑柱上的环形轨道；所述环形轨道上设有一圈连接复合处理腔的第二卡槽；

所述第一处理组件包括垂直设置在所述环形轨道上的第一支撑杆，两个分别设置在所述第一支撑杆上下两端的安装件，活动设置在所述安装件上且能够与复合处理腔连接的第一正负电极，固定在所述安装件上控制第一正负电极进入复合处理腔的第一伸缩电机，设置在所述第一正负电极与第一伸缩电机伸缩端连接处的第一密封件，两个分别固定在所述第一密封件上且套设在第一正负电极外圈的环形喷头，以及与所述环形喷头连接用于提供化学氧化剂的储液装置；

所述第二处理组件包括垂直设置在所述环形轨道上的第二支撑杆，活动设置在所述第二支撑杆两端且能够与复合处理腔连接的第二正负电极，两个分别固定在所述第二支撑杆上控制第二正负电极进入复合处理腔的第二伸缩电机，两个分别设置在所述第二正负电极与第二伸缩电机伸缩端连接处的第二密封件，设置在所述下端第二密封件上的射流喷头，与所述射流喷头连接的表面活性剂存储箱，设置在所述射流喷头与表面活性剂存储箱连接的泡沫发生器，设置在所述上端第二密封件上的环形吸盘，以及与所述环形吸盘连接用于回收表面活性剂的回收箱。

其中，所述表面活性剂采用浓度为2～20ml/L的Tween80溶液；所述化学氧化剂为质量比是0.1～20％的过硫酸钠溶液或质量比是0.1～20％的过一硫酸氢钾。

进一步地，所述复合处理腔均包括垂直设置在旋转板上圆管状处理腔，分别设置在所述圆管状处理腔上下两端的圆形按压式密封口，设置在所述圆管状处理腔中部且与第一卡槽、第二卡槽连接的环形台；所述环形台与第二卡槽之间通过齿连接，环形台与第一卡槽之间滑动连接；通过在圆管状处理腔两端设置圆形按压式密封口，能够在进出料完成后快速实现对圆管状处理腔的密封，能够有效放置圆管状处理腔的混合物发生泄露。

进一步地，所述圆形按压式密封口包括圆形沉槽，设置在所述圆形沉槽侧面的进出料孔，活动嵌设在所述圆形沉槽内的圆形密封盖板，以及设置在所述圆形密封盖板与圆形沉槽底部之间的弹性元件；所述第一密封件、第二密封件均能与圆形沉槽密封连接；弹性元件能够保证圆形密封盖板的迅速回弹，结合第一密封件、第二密封件，在任何工况下均能够对圆管状处理腔两端形成良性的密封，有效增强复合处理腔对内部土壤与化学氧化剂的密封性，防止有机污染物泄露。

进一步地，圆管状处理腔上下两端的圆形按压式密封口之间设置有用于搅拌土壤的搅拌组件；搅拌组件的设置一方面能够实现对土壤的破碎处理，另一方面能够确保土壤中的有机污染物完全被电解，促进联合修复的修复效率。

进一步地，所述进料组件包括能够与圆形按压式密封口连接的进料漏斗，以及与所述进料漏斗连接用于输送土壤的传送带；通过进料漏斗能够将待处理土壤准确加入进复合处理腔中；传送带的设置能够有效提高上料效率，提高自动化程度。

进一步地，所述进料漏斗正下方设有排料组件；所述排料组件包括位于所述进料漏斗正下方且能够与圆形按压式密封口连通的集料仓，设置在所述集料仓内的伸缩推杆，以及与所述集料仓连接用于分离土壤与化学氧化剂的离心组件；通过伸缩推杆的设置能够推动圆形密封盖板压缩弹性元件，使土壤与化学氧化剂顺利排出；离心组件的设置能够实现对土壤的离心处理，有效降低土壤中的含水率，提高土壤的回填效率。

进一步地，所述第一正负电极、第二正负电极均包括钛基二氧化锡制成的阳极、石墨材料制备的阴极；相对于传统阳极材料，钛基二氧化锡制备的阳极能够有效提高氧化效率，从而提高污染物去除率。

一种电动修复联合化学氧化消减土壤中异味物质的方法，包括以下步骤：

步骤一：进料

传送带将待处理土壤通过进料漏斗输送至圆管状处理腔内；搅拌组件以50～100r/min的转速对土壤进行破碎处理3～5min；

步骤二：第一次复合处理

旋转电机驱动圆管状处理腔旋转至第一处理组件处，第一正负电极与圆管状处理腔两端土壤接触，并向土壤施加0.5～5A的直流电，持续处理10～30min；同时，两端环形喷头向土壤中加入体积比例为1：1的化学氧化剂；其中，搅拌组件以200～300r/min的转速对土壤与化学氧化剂进行混合搅拌，得到含水率为30～60％的混合泥浆；

其中，所述化学氧化剂为质量比是0.1～20％的过硫酸钠溶液或质量比是0.1～20％的过一硫酸氢钾。

步骤三：第二次复合处理

旋转电机驱动圆管状处理腔旋转至第二处理组件处，第二正负电极与圆管状处理腔两端的混合泥浆接触，向混合泥浆施加5～8A的直流电，持续处理20～40min；同时，射流喷头从圆管状处理腔下端向混合泥浆注入直径为0.5～2mm、注入量为2～6L的表面活性剂泡沫；搅拌组件以200～300r/min的转速对混合泥浆进行搅拌20～40min；

然后环形吸盘将上浮至圆管状处理腔上端的表面活性剂泡沫吸取至回收箱；

其中，表面活性剂采用浓度为2～20ml/L的Tween80溶液。

步骤四：出料

最后圆管状处理腔旋转后与集料仓连接，排出混合泥浆至离心组件，进行土壤与化学氧化剂的离心分离。

本发明的有益效果是：本发明提供的装置通过第一处理组件、第二处理组件的设置能够实现对土壤中异味物质的复合处理，通过电动修复联合化学氧化，有效分解三氯乙烯、苯、二甲基二硫醚等有机污染物；本发明通过旋转机架的设置能够实现3个圆管状处理腔的循环转动，将土壤处理工序分解，实现流水线式土壤修复处理，有效提高土壤复合修复的工业化处理效率。

本发明提供的方法通过在第二处理组件中向圆管状处理腔注入表面活性剂泡沫，利用大量小泡沫从底端上浮的吸附作用，有效提高有机污染物的降解效率及降解速度；通过环形吸盘将上端表面活性剂泡沫吸取，能够将未被降解的有机污染物与土壤分离，进一步改良对土壤中异味物质的处理效果。

附图说明

图1是本发明实施例1的结构示意图；

图2是本发明实施例1旋转机架的结构示意图；

图3是本发明实施例1第一处理组件、第二处理组件的结构示意图；

图4是本发明实施例1复合处理腔的结构示意图；

图5是本发明实施例1排料组件的结构示意图；

其中，1-旋转机架、10-旋转电机、11-旋转板、110-第一卡槽、12-变速箱、2-复合处理腔、20-圆管状处理腔、21-圆形按压式密封口、210-圆形沉槽、211-进出料孔、212-圆形密封盖板、213-弹性元件、22-环形台、23-搅拌组件、3-固定机架、30-支撑柱、31-环形轨道、310-第二卡槽、4-进料组件、40-进料漏斗、41-传送带、5-第一处理组件、50-第一支撑杆、51-安装件、52-第一伸缩电机、53-第一密封件、54-环形喷头、55-第一正负电极、6-第二处理组件、60-第二支撑杆、61-第二正负电极、62-第二伸缩电机、63-第二密封件、64-射流喷头、65-环形吸盘、66-泡沫发生器、7-排料组件、70-集料仓、71-伸缩推杆、72-离心组件。

具体实施方式

实施例1：

如图1所示的一如种电动修复联合化学氧化消减土壤中异味物质的装置，包括底板，设置在底板上的旋转机架1，三个围绕旋转机架1中心均匀设置的复合处理腔2，与旋转机架1连接的固定机架3，设置在固定机架3上用于依次向复合处理腔2提供土壤的进料组件4，设置在固定机架3上用于依次对复合处理腔2中土壤进行联合处理的第一处理组件5、第二处理组件6；

如图2所示，旋转机架1包括设置在底板中心的旋转电机10，水平设置在旋转电机10上端用于安装复合处理腔2的旋转板11，设置在旋转板11与旋转电机10连接处的变速箱12；旋转板11上设有三个分别安装复合处理腔2的第一卡槽110；

如图2所示，固定机架3包括设置在底板上的支撑柱30，水平固定在支撑柱30上的环形轨道31；环形轨道31上设有一圈连接复合处理腔2的第二卡槽310；

如图3所示，第一处理组件5包括垂直设置在环形轨道31上的第一支撑杆50，两个分别设置在第一支撑杆50上下两端的安装件51，活动设置在安装件51上且能够与复合处理腔2连接的第一正负电极55，固定在安装件51上控制第一正负电极55进入复合处理腔2的第一伸缩电机52，设置在第一正负电极55与第一伸缩电机52伸缩端连接处的第一密封件53，两个分别固定在第一密封件53上且套设在第一正负电极55外圈的环形喷头54，以及与环形喷头54连接用于提供化学氧化剂的储液装置；

如图3所示，第二处理组件6包括垂直设置在环形轨道31上的第二支撑杆60，活动设置在第二支撑杆60两端且能够与复合处理腔2连接的第二正负电极61，两个分别固定在第二支撑杆60上控制第二正负电极61进入复合处理腔2的第二伸缩电机62，两个分别设置在第二正负电极61与第二伸缩电机62伸缩端连接处的第二密封件63，设置在下端第二密封件63上的射流喷头64，与射流喷头64连接的表面活性剂存储箱，设置在射流喷头64与表面活性剂存储箱连接的泡沫发生器66，设置在上端第二密封件63上的环形吸盘65，以及与环形吸盘65连接用于回收表面活性剂的回收箱。

如图4所示，复合处理腔2均包括垂直设置在旋转板11上圆管状处理腔20，分别设置在圆管状处理腔20上下两端的圆形按压式密封口21，设置在圆管状处理腔20中部且与第一卡槽110、第二卡槽310连接的环形台22；环形台22与第二卡槽310之间通过齿连接，环形台22与第一卡槽110之间滑动连接。

如图4所示，圆形按压式密封口21包括圆形沉槽210，设置在圆形沉槽210侧面的进出料孔211，活动嵌设在圆形沉槽210内的圆形密封盖板212，以及设置在圆形密封盖板212与圆形沉槽210底部之间的弹性元件213；第一密封件53、第二密封件63均能与圆形沉槽210密封连接。

如图4所示，圆管状处理腔20上下两端的圆形按压式密封口21之间设置有用于搅拌土壤的搅拌组件23。

如图1所示，进料组件4包括能够与圆形按压式密封口21连接的进料漏斗40，以及与进料漏斗40连接用于输送土壤的传送带41。

如图5所示，进料漏斗40正下方设有排料组件7；排料组件7包括位于进料漏斗40正下方且能够与圆形按压式密封口21连通的集料仓70，设置在集料仓70内的伸缩推杆71，以及与集料仓70连接用于分离土壤与化学氧化剂的离心组件72。

其中，第一正负电极55、第二正负电极61均包括钛基二氧化锡制成的阳极、石墨材料制备的阴极。

其中，泡沫发生器66、离心组件72、伸缩推杆71、传送带41、环形吸盘65、第二伸缩电机62、第一伸缩电机52均采用市售产品，且具体产品型号本领域技术人员可根据需要进行选择。

实施例2：

利用实施例的装置进行电动修复联合化学氧化消减土壤中异味物质的方法，包括以下步骤：

步骤一：进料

传送带41将待处理土壤通过进料漏斗40输送至圆管状处理腔20内；搅拌组件23以50r/min的转速对土壤进行破碎处理3min；

步骤二：第一次复合处理

旋转电机10驱动圆管状处理腔20旋转至第一处理组件5处，第一正负电极55与圆管状处理腔20两端土壤接触，并向土壤施加0.5～5A的直流电，持续处理20min；同时，两端环形喷头54向土壤中加入体积比例为1：1的化学氧化剂；其中，搅拌组件23以200r/min的转速对土壤与化学氧化剂进行混合搅拌20min，得到含水率为30％的混合泥浆；

化学氧化剂是质量比为0.1％的过硫酸钠溶液。

步骤三：第二次复合处理

旋转电机10驱动圆管状处理腔20旋转至第二处理组件6处，第二正负电极61与圆管状处理腔20两端的混合泥浆接触，向混合泥浆施加5A的直流电，持续处理20min；同时，射流喷头64从圆管状处理腔20下端向混合泥浆注入直径为0.5mm、注入量为2L的表面活性剂泡沫；搅拌组件23以200r/min的转速对混合泥浆进行搅拌20min；其中，表面活性剂采用浓度为2ml/L的Tween80溶液；

然后环形吸盘65将上浮至圆管状处理腔20上端的表面活性剂泡沫吸取至回收箱。

步骤四：出料

最后圆管状处理腔20旋转后与集料仓70连接，排出混合泥浆至离心组件72，进行土壤与化学氧化剂的离心分离。

实施例3：

与实施例2不同的是，一种电动修复联合化学氧化消减土壤中异味物质的方法，包括以下步骤：

步骤一：进料

传送带41将待处理土壤通过进料漏斗40输送至圆管状处理腔20内；搅拌组件23以75r/min的转速对土壤进行破碎处理4min；

步骤二：第一次复合处理

旋转电机10驱动圆管状处理腔20旋转至第一处理组件5处，第一正负电极55与圆管状处理腔20两端土壤接触，并向土壤施加2.5A的直流电，持续处理20min；同时，两端环形喷头54向土壤中加入体积比例为1：1的化学氧化剂；其中，搅拌组件23以250r/min的转速对土壤与化学氧化剂进行混合搅拌，得到含水率为45％的混合泥浆；

其中，化学氧化剂是质量比为10％的过硫酸钠溶液。

步骤三：第二次复合处理

旋转电机10驱动圆管状处理腔20旋转至第二处理组件6处，第二正负电极61与圆管状处理腔20两端的混合泥浆接触，向混合泥浆施加6A的直流电，持续处理30min；同时，射流喷头64从圆管状处理腔20下端向混合泥浆注入直径为1.2mm、注入量为4L的表面活性剂泡沫；搅拌组件23以250r/min的转速对混合泥浆进行搅拌30min；其中，表面活性剂采用浓度为10ml/L的Tween80溶液。

实施例4：

与实施例2不同的是，一种电动修复联合化学氧化消减土壤中异味物质的方法，包括以下步骤：

步骤一：进料

传送带41将待处理土壤通过进料漏斗40输送至圆管状处理腔20内；搅拌组件23以100r/min的转速对土壤进行破碎处理5min；

步骤二：第一次复合处理

旋转电机10驱动圆管状处理腔20旋转至第一处理组件5处，第一正负电极55与圆管状处理腔20两端土壤接触，并向土壤施加5A的直流电，持续处理40min；同时，两端环形喷头54向土壤中加入体积比例为1：1的化学氧化剂其中，搅拌组件23以300r/min的转速对土壤与化学氧化剂进行混合搅拌，得到含水率为60％的混合泥浆；

其中，化学氧化剂是质量比为20％的过硫酸钠溶液。

步骤三：第二次复合处理

旋转电机10驱动圆管状处理腔20旋转至第二处理组件6处，第二正负电极61与圆管状处理腔20两端的混合泥浆接触，向混合泥浆施加8A的直流电，持续处理40min；同时，射流喷头64从圆管状处理腔20下端向混合泥浆注入直径为2mm、注入量为6L的表面活性剂泡沫；搅拌组件23以300r/min的转速对混合泥浆进行搅拌40min；

其中，表面活性剂采用浓度为20ml/L的Tween80溶液。

实施例5：

与实施例2不同的是：其中，步骤二采用的化学氧化剂是质量比为10％的过一硫酸氢钾溶液。

试验例：分别采用上述实施例2、实施例3、实施例4的处理方法对某场地产生含异味有机污染物的土壤进行电动修复联合化学氧化的复合修复；并记录数据，如下表1：

表1：土壤中三种典型异味有机污染物的分解效率

根据表1能够得到本发明提供的对异味土壤的复合处理方法能够对土壤中三氯乙烯、苯、二甲基二硫醚三种物质进行有效降解，且降解率均在80％以上；根据上述数据，能够得到实施例3为上述四个实施方法中的最佳方案，对三种异味有机污染物的分解率在均在87％以上。