[发明专利]一种脉冲放电修复有机污染土壤和地下水的装置及方法

说明书

本发明涉及了一种脉冲放电修复有机污染土壤和地下水的装置及方法。本发明装置由数显控制表、脉冲发生器、电缆、电极、储液罐、搅拌机、离心泵、滴灌系统、土壤传感器组成。利用脉冲发生器产生双向脉冲电压，并通过电极将电流传导到土壤中，在时变电场的作用下，土壤孔隙中的水分反复来回振荡，积聚能量，达到能垒后，水分子在土壤颗粒表面放电产生羟基、氧气、氧原子，进而打断有机污染物碳碳键，将其直接分解成无毒无害物质或是更容易降解的中间产物。同时，电流所形成的富氧环境增强了土壤土著微生物的活性，微生物以中间产物为碳源进行生长繁殖，最终将其彻底降解，实现了电动‑微生物协同修复。

技术领域

本发明属于环境修复技术领域，具体涉及一种脉冲放电修复有机污染土壤和地下水的装置及方法。

背景技术

近年来，我国环保措施日益趋严，在环保高压政策下，大量钢铁、石油、化工、制药等工业企业搬迁。这些工业企业搬迁后，会减少对环境的继续污染，然而其生产过程中对场地土壤及地下水造成的污染却会长期存在。我国的工业结构使得上述工业污染场地污染物以有机污染物为主，包括：脂肪烃、原油、芳香烃、氯代烃等，如不及时治理会对人体健康和生态环境造成严重危害。因此，有机污染场地的修复治理已成为环境科学领域的焦点问题。

常用的有机污染场地修复治理技术主要有热脱附技术、化学氧化技术、水泥窑协同处置技术，多相抽提技术等。然而，上述修复技术都存在应用局限性：热脱附技术容易造成噪音和异味等二次污染，同时场地地下水位不能太高；化学氧化技术和多相抽提技术对粘土等低渗透性土壤效果不佳，处理深度也有限；水泥窑协同处置技术受限于水泥厂的位置，地域性太强。

电动修复技术是一项新兴的土壤和地下水修复技术，该技术运行成本低，安装简单，无二次污染，对于低渗透性土壤很有效。国内关于电动修复的研究也形成了一些知识产权。中国专利CN 107282623 A公开了一种有机污染土壤的离子膜强化电动-氧化修复方法，通过在在电极和目标土壤间安装阳离子交换膜或阴离子交换膜，然后在离子交换膜靠近土壤一侧注入氧化剂溶液，施加直流电压进行一定时间的处理，即完成对有机污染的修复。该方法通过将电动修复技术与化学氧化技术联用，减少了氧化剂的损耗，同时提高了有机污染物的去除效率。但该方法仍然在修复过程中向土壤注入过硫酸盐、高猛酸盐、次氯酸盐等氧化药剂，容易造成二次污染，氧化剂也存在安全隐患，同时直流电场会造成“偏极效应”，导致土壤pH失衡。中国专利CN 105363774 A公开了一种基于旋转电极的土壤电动力修复装置，包括带有旋转电极的土壤修复槽、电流变换控制器、电极变换控制器、添加剂储存罐以及电极液混合罐。该方法采用旋转电极的形式，电极位置固定，通过电极变换控制器控制电流围绕中心的零号柱状电极即零号电极旋转，同时周期性改变中心电极和四周电极的极性，避免了在中心或者四周出现土壤pH过高或者过低，保证土壤的pH的相对稳定，同时可以防止电极出现极化现象，提高了电极的寿命。另外，因为四周的电极成均匀分布，中心有中心电极，防止了处理土壤中土壤修复槽出现死角的现象，使土壤修复槽各部分的有机污染物得到充分去除。然而，该方法仍基于方向和大小不变的直流电压系统进行改进，只能在电极附近放电产生含氧自由基，氧化效率低，同时该方法设备繁多，操作复杂，最终限制了电动修复技术的大面积应用。因此，如何提高电动修复的氧化效率具有重要意义。

发明内容

本发明针对上述问题，提供了一种有机污染土壤及地下水的脉冲放电修复系统。利用脉冲发生器产生双向脉冲电压，并通过电极将电流传导到土壤中，在时变电场的作用下，土壤孔隙中的水分反复来回振荡，积聚能量，达到能垒后，水分子在土壤颗粒表面放电产生羟基、氧气、氧原子，进而打断有机污染物碳碳键，将其直接分解成无毒无害物质或是更容易降解的中间产物。同时，放电所形成的富氧环境增强了土壤土著微生物的活性，微生物以中间产物为碳源进行生长繁殖，最终将其彻底降解，实现了电动-微生物协同修复。

本发明技术方案如下：