[发明专利]一种原位电动-电化学协同修复污染土壤和地下水的装置和方法

权利要求书

1.一种原位电动-电化学协同修复污染土壤和地下水的装置，包括电动修复装置，其特征在于，所述电动修复装置包括设置在污染土壤区的阳极电解槽(4)和阴极电解槽(10)，阳极电解槽(4)中有阳极(3)，阴极电解槽(10)中有阴极(9)，阳极液补给罐(1)通过蠕动泵一(21)为阳极电解槽(4)补给阳极电解液，保持阳极电解槽(4)液位恒定，阴极电解槽(10)通过蠕动泵二(22)将阴极电解液送至阴极电解液收集罐(12)，直流电源(6)连接阳极(3)和阴极(9)，其中，所述阴极(9)由基底材料及负载于基底材料表面的纳米铜片阵列构成，或者，所述阴极(9)为高级氧化空气阴极。

2.根据权利要求1所述原位电动-电化学协同修复污染土壤和地下水的装置，其特征在于，所述阳极电解槽(4)和阴极电解槽(10)均用筛网与土壤区隔开。

3.根据权利要求1所述原位电动-电化学协同修复污染土壤和地下水的装置，其特征在于，所述阴极电解槽(10)中有监测探头(11)和水位计(13)，所述直流电源(6)和阳极(3)之间串联有电流表(5)，阳极(3)和阴极(9)之间并联有电压表(14)。

4.根据权利要求1所述原位电动-电化学协同修复污染土壤和地下水的装置，其特征在于，

所述阴极(9)由基底材料及负载于基底材料表面的纳米铜片阵列构成时，所述纳米铜片阵列在基底材料表面均匀分布，结构稳定，所述基底材料为泡沫金属，所述纳米铜片阵列通过恒定电势电沉积负载于基底材料表面；

所述阴极(9)为氧化空气阴极时，氧化空气阴极根据以下步骤制备：

步骤1，以不锈钢网、钛网等为集流体，洗净备用；

步骤2，将PVDF、PTFE等粘结剂溶解在二甲基乙酰胺(DMAc)等有机溶液中，超声搅拌溶解，制备一定浓度的粘结剂溶液；

步骤3，秤取一定比例的活性炭、炭黑、粘结剂溶液，充分混合均匀，均匀的涂抹在步骤1中的集流体一面；

步骤4，将涂抹好的电极浸没在超纯水中30min，取出放在通风橱中自然风干备用，即构建氧化空气阴极。

5.根据权利要求4所述原位电动-电化学协同修复污染土壤和地下水的装置，其特征在于，所述泡沫金属为泡沫铜、泡沫铁、泡沫镍及铜、铁、镍泡沫合金中的一种。

6.根据权利要求1所述原位电动-电化学协同修复污染土壤和地下水的装置，其特征在于，所述污染土壤为实际污染场地土壤、实验室填充土壤或模拟土壤，含水率范围15％-80％，阳极电解槽(4)和阴极电解槽(10)在土壤区的间距为10cm-10m。

7.根据权利要求1所述原位电动-电化学协同修复污染土壤和地下水的装置，其特征在于，所述直流电源(6)为直流稳压电源、直流变频电源或交流电源经过整流变直流的电压信号中的一种，电场强度为0V/m-600V/m且不包括0V/m。

8.根据权利要求1所述原位电动-电化学协同修复污染土壤和地下水的装置，其特征在于，所述阳极电解槽(4)和阴极电解槽(10)中均充满电解液，所述阴极电解液和阳极电解液为实际地下水、自来水、实验配水中的一种。

9.根据权利要求1所述原位电动-电化学协同修复污染土壤和地下水的装置，其特征在于，所述阳极(3)为混合氧化物(MMO)电极、铂电极、石墨电极、玻碳电极、铁电极、不锈钢电极中的一种；所述阳极(3)和阴极(9)的排列方式可为平行排列或多边形排列分布。

10.一种利用权利要求1所述原位电动-电化学协同修复污染土壤和地下水的装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将阳极(3)和阴极(9)分别安装于污染土壤区受污染土壤两侧的阳极电解槽(4)和阴极电解槽(10)，阳极电解槽(4)和阴极电解槽(10)均用筛网与土壤区隔开；

步骤2，通过水位计(13)、阳极液补给罐(1)、阴极电解液收集罐(12)、蠕动泵一(21)、蠕动泵二(22)调节阳极电解槽(4)和阴极电解槽(10)液位恒定，接通直流电源(6)，启动电动修复；

步骤3，用监测探头(11)实时监测阴极电解槽(10)内污染物的浓度及污染物降解的产物浓度，记录阴极电解液收集罐(12)溶液的体积变化、根据土壤介质中的电流变化、土壤介质电压分布变化，确定修复周期为1-180d；污染物在电渗析流的驱动作用下迁移至阴极(9)附近，污染物在阴极(9)发生电化学还原降解反应，以实现土壤和地下水中污染物电动迁移和电化学降解的协同。