[发明专利]一种快速治理土壤有机物和重金属的土壤修复系统

说明书

技术领域

本发明涉土壤修复治理领域，涉及到一种利用电沉积和电氧化作用去除土壤中重金属和有机物污染的治理方法，具体是一种利用复合管式电极快速治理土壤有机物和重金属的土壤修复系统。

背景技术

在工业生产的过程中，如矿产开采、冶金、电镀、化工、电路板加工等行业，由于生产过程原料泄露及污水排放，造成污染浓度呈放射性分布的生产区域土壤污染。以重金属、难降解有机污染物为特点的土壤污染具有相对移动性比较差、不易降解或转移，在土壤残余时间比较长，通过水体径流及生物等方式对人类群体产生持久性的危害。

2016年5月28日，国务院印发了《土壤污染防治行动计划》，简称“土十条”，对土壤修复行业具有直接的指导意义，客观上要求更多的土壤修复治理技术进入土壤修复行业。根据土壤搬离与否，对土壤修复可分为原位和异位修复，包括以植物修复为主的生物修复技术，以淋洗、浸渍、氧化还原、化学稳定为主的化学修复技术，以及以物理分离、热力学、电动力学等为主的物理修复技术。各种修复技术具有各自的优势和劣势，例如以生物修复为主的技术具有处理成本低廉的优势，然而修复持续时间很长，一般以年为单位，同时此类修复技术不适合土壤污染浓度特别高的土壤，而化学和物理修复具有见效快的优点，然而有的处理技术处理成本比较高，容易造成二次污染。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种以管式电极为技术主体，以土壤浸出液为电解液，在土壤和阴阳极之间形成电场，通过静电作用和水力携带，将污染物质移至电极附近，通过电沉积和电氧化作用分别去除重金属和有机污染物。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种快速治理土壤有机物和重金属的土壤修复系统，特点是：该土壤修复系统包括电源、管道、真空泵、防渗透膜及处理有机物和重金属的复合管式电极，含有有机物和重金属的土壤设于防渗透膜内，处理有机物和重金属的复合管式电极通过防渗透膜插入充分浸润的所述土壤中，阴极连接电源的负极，阳极连接电源的正极，阴极管道上端与真空泵相连，在阴、阳极上施加直流或脉冲直流电场同时开启真空泵，所述土壤中有机物和重金属离子在水流和电场作用下向阴极迁移，重金属离子在阴极发生电沉积得到去除，有机物随负压至所述土壤顶层覆盖的防渗透膜上，随重力作用进入阳极内，通过电催化氧化反应得以去除。

所述电沉积和电催化氧化反应是由复合管式电极的阳极和复合管式电极的阴极组成的阵列完成；复合管式电极的阳极为具有电催化功能的纳米复合薄膜材料构成，复合管式电极的阴极由导电的碳或金属构成。

所述电催化功能的纳米复合薄膜材料是在石墨、钛、玻璃薄片或网（纤维）表面涂覆具有电催化功能的材料；其中，所述电催化功能的材料包括碳即石墨、碳纤维、纳米管、石墨烯、金刚石和金属氧化物催化材料即WO₃、F:SnO₂、N:SnO₂、Sb:SnO₂、F:TiO₂、N:TiO₂、Sb:TiO₂、Al:ZnO、B:ZnO、Fe₂O₃、V₂O₅、Bi₂O₃、MnO₂、Mn₂O₃、Mn₃O₄，以及所述电催化功能的材料中的两种或三种复合；电催化功能的材料是由颗粒尺寸在10-100nm的纳米结构的晶体材料组成。

所述导电的碳或金属材料为不锈钢、钛、铝、石墨的薄片或网，具有导电和电催化还原功能。

所述涂覆采用喷涂、辊涂、印刷、浸涂、化学气相沉积（CVD）或物理气相沉积（PVD）在基体表面制备薄膜，薄膜的厚度为10nm-1mm。

所述复合管式电极的阴阳和阴极的直径为10-50mm，长度为500-3000mm，阴阳和阴极间距为200-1000mm。

所述复合管式电极的阴极外层包裹透水土工膜。

所述电催化氧化反应阵列中的阴极和阳极至少一对组成电催化的电容式管状电极，平行排列，间距保持在10-1000mm，在阴阳极间接直流或脉冲直流电源，其中阴极接电源负极，阳极接电源正极，电压为0.1-36V，电极间的电流密度在0.01-500mA/cm²，采用市电或太阳能电池供电。

所述真空泵压力为10-5000Pa；单管水流速度为1-100m/h。