污染土壤和地下水的原位阻隔治理系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及污染土壤和地下水修复领域，具体来说涉及污染土壤和地下水的原位阻隔治理系统及方法，该系统由铁阳极、铁阴极、直流电源以及电流表组成；直流电源的阳极串联铁阳极，直流电源的阴极串联铁阴极；电流表串联在电路中。通过在铁电极之间施加低压直流电场，从而通过牺牲铁阳极的方法在两个电极之间的酸碱结合带形成富铁阻隔层。该阻隔层的主要成分是铁的氧化物和/或氢氧化物，利用所形成的阻隔层能够显著降低土壤的渗透性，从而实现原位阻隔的治理效果。

In situ control system and method for contaminated soil and groundwater

The present invention relates to the field of contaminated soil and groundwater remediation, specifically in situ barrier management system relates to the contaminated soil and groundwater and method, the system is composed of iron, iron anode cathode, DC power supply and current meter; anode DC power supply series iron anode, cathode DC source series iron cathode current meter in series in the circuit. By applying low voltage direct current field between iron electrodes, the iron rich barrier layer is formed between the two electrodes by sacrificing iron anode. The main component of the barrier is iron oxide and / or hydroxide. The barrier layer can significantly reduce the permeability of the soil, so as to achieve the effect of in situ barrier treatment.

【技术实现步骤摘要】
污染土壤和地下水的原位阻隔治理系统及方法
本专利技术涉及污染土壤和地下水修复领域，具体来说涉及污染土壤和地下水的原位阻隔治理系统及方法，属于利用电化学稳定化阻隔污染土壤和地下水的方法。
技术介绍
据土壤环境调查公报显示，目前我国的土壤污染情况不容乐观。同时，由于我国土壤修复处于起步阶段，污染土壤的修复也面临着诸多挑战。常用的土壤修复技术包括挖掘、填埋、稳定化固化、化学淋洗、化学氧化还原、水泥窑协同处置、热脱附、植物修复和微生物修复等。修复技术的选择主要取决于场地性质、污染物浓度、污染类型、土地利用方式和经济条件等。土壤治理费用高，治理周期长，治理过程中对环境会产生风险，如挖掘过程中的风险，运输过程中的风险等。阻隔技术是通过敷设阻隔层阻断土壤中污染物迁移扩散的途径，使污染土壤与四周环境隔离，避免污染物与人体接触和随降水或地下水迁移进而对人体和周围环境造成危害。该技术一方面可以隔绝土壤中污染物向周边环境迁移，另一方面可使其污染物在阻隔区域内自然降解。在国内，与固化/稳定化修复技术联用的土壤异位阻隔填埋技术发展已比较成熟，已广泛用于重金属污染土壤的处置。而由于原位土壤阻隔覆盖技术未对污染物进行降解和去除，在国内的应用较少。随着“土十条”的出台，“以风险控制为目标”的修复理念逐渐被国内环境管理部门认可，原位阻隔技术在国内的应用也将更加广泛。原位土壤阻隔技术主要实施过程是在污染阻隔区域四周设置由阻隔材料构成的阻隔系统，防止渗漏污染。传统的土壤阻隔方法需要对污染区域四周边界土壤进行开挖，并注入构筑材料如膨润土、粘土、混凝土和砂等，实施难度较大、安装成本较高。譬如在专利文献CN103736720A中公开的一种重金属污染土壤的原位阻隔治理方法。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的是针对目前现有的污染土壤和地下水的原位阻隔治理方法实施难度大、安装成本高的问题，提供一种利用电化学稳定化形成的污染土壤和地下水的原位阻隔治理系统，并进一步提供利用这一系统所形成的污染土壤和地下水的原位阻隔治理方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：首先，本专利技术公开了一种污染土壤和地下水的原位阻隔治理系统，该系统由铁阳极、铁阴极、直流电源以及电流表组成；直流电源的阳极串联铁阳极，直流电源的阴极串联铁阴极；电流表串联在电路中。其中铁阳极和铁阴极是指铸铁或者其他铁质材料制作的电极。通常在使用中，我们选择柱状电极。本专利技术的设计思路是这样的，我们通过在铁电极之间施加低压直流电场，从而通过牺牲铁阳极的方法在两个电极之间的酸碱结合带形成富铁阻隔层。该阻隔层的主要成分是铁的氧化物和/或氢氧化物，利用所形成的阻隔层能够显著降低土壤的渗透性，从而实现原位阻隔的治理效果。同时，铁氧化物还可以吸附和矿化重金属、放射性核素等。二价铁还可以同时实现氯代有机物的还原脱氯。下面，本专利技术以前述的污染土壤和地下水的原位阻隔治理系统为基础，公开一种污染土壤和地下水的原位阻隔治理方法，包括以下步骤：（1）确定污染土壤的边界，并在污染土壤的边界处沿边界四周钻两圈孔，分别为内圈孔和外圈孔；（2）将铁阳极和铁阴极分别插入孔内；（3）接通直流电源，当电流表显示电流为零时，阻隔层形成，一般来说这个过程需要在电流表显示为零后，继续维持3-10天，阻隔层形成较好。其中，步骤（1）中钻孔深度至土壤的不透水层即可。优选地，铁阴极设置在内圈孔中，铁阳极设置在外圈孔中。优选地，本专利技术进一步公开铁阳极与铁阴极之间，以及铁阳极相互之间和铁阴极相互之间的间距均为0.2-1.0m。这个间距的实现要通过第一步钻孔时的孔之间的间距设置来实现。另外，本专利技术中还优选步骤（3）中的直流电源的电压梯度为0.2-4V/cm。同时，本专利技术还进一步优选步骤（3）中，直流电源通电时间总计7-90天。电场介导铁的矿化稳定化是一个自限制过程。当低渗透性富含铁的岩化土壤（即阻隔层）形成的时候，电流强度相对下降。因此，可通过电流的大小判断阻隔层的形成情况；同时也可以通过电流的变化来检测阻隔层出现渗漏的情况。如果出现渗漏，可以继续通电，重新形成阻隔层。因此，本专利技术通过电化学稳定化阻隔过程实现降低污染土壤和地下水环境风险的目的。相较于传统的土壤阻隔技术，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术的方法通过电化学稳定作用，利用牺牲铁阳极方法，在直流电场作用下产生致密铁氧化物阻隔层，此阻隔层在阻隔污染物的同时，还可以实现污染物的吸附和矿化，能显著降低土壤和地下水中污染物的风险。2、本专利技术的方法可以通过电流的变化来判断阻隔层的形成情况，也可以通过电流的变化来检测阻隔层出现渗漏的情况。通过继续通电的方式，可以重新形成阻隔层，具有操作、控制简单的优点。3、本专利技术的方法过程中不需要挖掘土壤，不需要安装构筑材料，大大降低了安装费用。4、本专利技术的方法使用范围广，安装周期短，方法操作简单，使用寿命长，铁阳极腐蚀完全后更换方便，具有良好的应用推广潜力。附图说明图1为污染土壤和地下水原位阻隔方法的系统结构示意图。图2为本专利技术方法电极相对布置方式示意图。图3为本专利技术方法电极错开布置方式示意图。具体实施方式为了更好的理解本专利技术，下面我们结合具体的实施例对本专利技术进行进一步的阐述。实施例1首先，构建污染土壤和地下水的原位阻隔系统，该系统由铁阳极1、铁阴极2、直流电源4以及电流表3组成；直流电源4的阳极串联铁阳极1，直流电源4的阴极串联铁阴极2；电流表3串联在电路中。电极与直流电源3用导线5连接。其中铁阳极1和铁阴极2均为铸铁或其他铁材料制作的柱状电极。然后，确定污染土壤的边界（图1中位于中间的云状部分为污染土壤），并在污染土壤四周边界处钻孔，分别安装铁阳极1和铁阴极2，其中铁阳极1安装在铁阴极2外围，铁阳极和铁阴极并排分布，可以是相对分布如图2所示也可以是错开分布如图3所示。铁阳极1和铁阴极2之间的距离为0.2-1m，同种的电极之间的间距也为0.2-1m，也即是说相邻铁阳极以及相邻铁阴极之间的间距均为0.2-1m。钻孔深度到土壤不透水层，污染土壤下面不需要做防渗处理。最后，接通直流电源3，直流电源的电压梯度为0.2-4V/cm，通电时间为7-90天。利用铁的电解反应，在铁阳极1和铁阴极2之间的土壤中产生致密的铁氧化物阻隔层，直到电流降低为接近于零，并保持3-10天，阻隔层形成。本文档来自技高网...

【技术保护点】
污染土壤和地下水的原位阻隔治理系统，其特征是：该系统由铁阳极、铁阴极、直流电源以及电流表组成；直流电源的阳极串联铁阳极，直流电源的阴极串联铁阴极；电流表串联在电路中。

【技术特征摘要】
1.污染土壤和地下水的原位阻隔治理系统，其特征是：该系统由铁阳极、铁阴极、直流电源以及电流表组成；直流电源的阳极串联铁阳极，直流电源的阴极串联铁阴极；电流表串联在电路中。2.根据权利要求1所述的污染土壤和地下水的原位阻隔治理系统，其特征是：所述铁阳极和铁阴极是指铸铁或者其他铁质材料制作的电极。3.污染土壤和地下水的原位阻隔治理方法，其特征是：包括以下步骤：（1）确定污染土壤的边界，并在污染土壤的边界处沿边界四周钻两圈孔，分别为内圈孔和外圈孔；（2）将铁阳极和铁阴极分别插入孔内；（3）接通直流电源，当电流表显示电流为零时，阻隔层形成。4.根据权利要求3所述的污染土壤和地下水的原位阻隔治理方法，其特征是：步骤（1）中钻孔...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊广萍，张振华，艾玉春，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32