一种双环立式自清洁型原位脱水减污电动修复装置及方法转让专利
申请号 : CN201910742931.1
文献号 : CN110434166B
文献日 : 2021-03-12
发明人 : 汤显强 , 黎睿 , 赵良元 , 郭伟杰
申请人 : 长江水利委员会长江科学院
摘要 :
权利要求 :
1.一种双环立式自清洁型原位脱水减污电动修复装置,其特征在于:包括孔隙水收集环(1)、阴极保护液释放环(4)、导水绝缘防堵阴极(2)、惰性阳极(3)、阴极保护液储存池(10)、孔隙水储存池(7)、pH传感器(8)、蠕动泵(9)、可编程控制器(12);阴极保护液释放环(4)位于孔隙水收集环(1)上部,阴极保护液释放环(4)通过导水绝缘防堵阴极(2)与孔隙水收集环(1)连接,导水绝缘防堵阴极(2)环绕惰性阳极(3)设置,导水绝缘防堵阴极(2)中设有毛细导水滤管(2-2-1),阴极保护液释放环(4)通过毛细导水滤管(2-2-1)与孔隙水收集环(1)连通,毛细导水滤管(2-2-1)用于将孔隙水导排至孔隙水收集环(1),孔隙水收集环(1)和阴极保护液释放环(4)通过导管与蠕动泵(9)连接,蠕动泵(9)通过导管与孔隙水储存池(7)和阴极保护液储存池(10)连通;孔隙水储存池(7)中安装有pH传感器(8),用于监测导水绝缘防堵阴极(2)导排的孔隙水pH值,pH传感器(8)和蠕动泵(9)与可编程控制器(12)连接,可编程控制器(12)用于根据pH传感器(8)监测的孔隙水pH值控制蠕动泵(9)动作将阴极保护液储存池(10)的阴极保护液补充入阴极保护液释放环(4),阴极保护液释放环(4)中的阴极保护液通过毛细导水滤管(2-2-1)释放进入导水绝缘防堵阴极(2)。
2.如权利要求1所述的双环立式自清洁型原位脱水减污电动修复装置,其特征在于:还包括与导水绝缘防堵阴极(2)、惰性阳极(3)、蠕动泵(9)、可编程控制器(12)和pH传感器(8)连接的电源(11)。
3.如权利要求1所述的双环立式自清洁型原位脱水减污电动修复装置,其特征在于:所述阴极保护液释放环(4)与孔隙水收集环(1)均为圆环管状结构,阴极保护液释放环(4)通过导水绝缘防堵阴极(2)与孔隙水收集环(1)连接形成中空圆柱筒结构,惰性阳极(3)由导水绝缘防堵阴极(2)环绕设于所述中空圆柱筒结构中部。
4.如权利要求1所述的双环立式自清洁型原位脱水减污电动修复装置,其特征在于:所述导水绝缘防堵阴极(2)由绝缘层(2-1)、毛细导电透排水层(2-2)和防堵层(2-3)组成,绝缘层(2-1)位于毛细导电透排水层(2-2)外侧,用于限定待修复范围,隔绝未处理底泥,毛细导电透排水层(2-2)中分布有毛细导水滤管(2-2-1)、导电材料(2-2-2)和金属导线(2-2-
3),毛细导水滤管(2-2-1)用于导排孔隙水和阴极保护液,导电材料(2-2-2)通过金属导线(2-2-3)连接电源(11),防堵层(2-3)位于毛细导电透排水层(2-2)内侧,用于防止底泥颗粒侵入导水绝缘防堵阴极(2)的毛细导水滤管(2-2-1)。
5.如权利要求4所述的双环立式自清洁型原位脱水减污电动修复装置,其特征在于:所述防堵层(2-3)采用不锈钢滤网或透水布制成。
6.如权利要求1所述的双环立式自清洁型原位脱水减污电动修复装置,其特征在于:还包括用于将孔隙水收集环(1)插入目标底泥层的把手(5)。
7.如权利要求6所述的双环立式自清洁型原位脱水减污电动修复装置,其特征在于:所述把手(5)包括位于上部的握持部及与握持部连接向下延伸的插杆,插杆底部与孔隙水收集环(1)底部外侧相连,握持部位于阴极保护液释放环(4)附近,略高于阴极保护液释放环(4)。
8.如权利要求4所述的双环立式自清洁型原位脱水减污电动修复装置,其特征在于:所述阴极保护液释放环(4)为可拆卸式穿孔硬质绝缘管,阴极保护液释放环(4)的下方开有小孔(4-1),用于接入导水绝缘防堵阴极(2)的毛细导电透排水层(2-2)。
9.如权利要求1所述的双环立式自清洁型原位脱水减污电动修复装置,其特征在于:所述阴极保护液为土壤环境友好型的有机酸溶液。
10.一种双环立式自清洁型原位脱水减污电动修复方法,其特征在于采用权利要求1-9中任一项所述装置进行,所述方法包括如下步骤:步骤一、开启电源(11)给导水绝缘防堵阴极(2)和惰性阳极(3)供电,在电场作用下,底泥孔隙水及其所含污染物迁移至导水绝缘防堵阴极(2),导水绝缘防堵阴极(2)中的毛细导水滤管(2-2-1)将孔隙水导排至孔隙水收集环(1)进行储存,然后可编程控制器(12)控制蠕动泵(9)将孔隙水收集环(1)中的孔隙水抽入孔隙水储存池(7);
步骤二、pH传感器(8)实时监测排入孔隙水储存池(7)中的孔隙水pH值,当孔隙水pH值呈弱酸性或碱性时,由可编程控制器(12)控制蠕动泵(9)动作,将阴极保护液储存池(10)中的阴极保护液补充入阴极保护液释放环(4),阴极保护液释放环(4)中的阴极保护液通过导水绝缘防堵阴极(2)的毛细导水滤管(2-2-1)释放进入导水绝缘防堵阴极(2),用于溶解导水绝缘防堵阴极(2)表面的结垢和活化释放阴极区富集的污染物,当孔隙水pH值重回酸性后,可编程控制器(12)通过控制蠕动泵(9)关闭,停止补充阴极保护液。
说明书 :
一种双环立式自清洁型原位脱水减污电动修复装置及方法
技术领域
背景技术
程度污染,大量污染物在底泥中富集造成严重内源污染。当底泥污染物浓度高出本底值2~
3倍时,即认为对人类及水生生态系统有潜在危害,需要进行原位覆盖、疏浚等方式进行污
染释放控制。
水分和污染物在电场作用下发生迁移而达到去除的目的。电场作用下的迁移主要通过电迁
移和电渗析作用进行。电迁移作用是指底泥孔隙水中带电离子在电场作用下的迁移过程;
电渗析是底泥孔隙水本身的运动过程。电动力学技术既可用于底泥脱水处理,也可用于底
泥重金属和有机污染物的去除。
离子及孔隙水向阴极迁移,阴离子则向阳极迁移。底泥中的中性污染物受电渗流和H+的影
响被溶解和释放,并随着孔隙水运移在电极附近富集。然而,由于未能排除孔隙水,污染物
在底泥介质中发生了迁移而非分离;且H+和OH-的大量蓄积,还导致了阳极的快速酸化腐
蚀,和阴极的碱化与金属离子的沉淀络合。另外,阳离子特别是带正电的重金属离子将与阴
极附近蓄积的OH-相遇并生成沉淀,堵塞底泥微孔,致使电导降低,能耗升高和修复效率下
降。因此,对电动修复来说,快速排出孔隙水,避免H+与OH-在电极附近大量聚集,缓解电极
堵塞与极化,是提高污染底泥电动修复效率需要迫切解决的关键技术难题。
换式复合阴极、惰性阳极、自制非标可编程SynC交直流混合供电电源和CAMP袋等部件组成,
可应用于重金属和/或有机和/或放射性污染土壤和/或淤泥和/或固体废弃物修复和处理,
也可应用于稀有和/或稀土和/或贵金属贫矿的富集和提取。
电极带可根据土壤修复深度可加工成不同宽幅面,可直接插入土壤且只需一端导线连接电
源,简单方便,不易腐蚀,抗剪性好;具有柔性特点,可成卷叠放,节省空间,便于运输和机械
化大面积布设。
设于导水电极板两侧的带孔有机玻璃板、设于带孔有机玻璃板外侧的滤网、盖设于导水电
极板的上覆水隔绝罩。具有野外工作能力强,底泥污染物的原位分离与去除效果好,动力消
耗少,运行成本低,维护简单,无化学药剂污染和固体废物产生,对河湖底栖生态环境影响
小等优点。
发明内容
水减污电动修复装置及方法。
蠕动泵、可编程控制器;阴极保护液释放环位于孔隙水收集环上部,阴极保护液释放环通过
导水绝缘防堵阴极与孔隙水收集环连接,水绝缘防堵阴极环绕惰性阳极设置,水绝缘防堵
阴极中设有毛细导水滤管,阴极保护液释放环通过毛细导水滤管与孔隙水收集环连通,毛
细导水滤管用于将孔隙水导排至孔隙水收集环,孔隙水收集环和阴极保护液释放环通过导
管与蠕动泵连接,蠕动泵通过导管与孔隙水储存池和阴极保护液储存池连通;孔隙水储存
池中安装有pH传感器,用于监测导水绝缘防堵阴极导排的孔隙水pH值,pH传感器和蠕动泵
与可编程控制器连接,可编程控制器用于根据pH传感器监测的孔隙水pH值控制蠕动泵动作
将阴极保护液储存池的阴极保护液补充入阴极保护液释放环,阴极保护液释放环中的阴极
保护液通过毛细导水滤管释放进入导水绝缘防堵阴极。
水绝缘防堵阴极环绕设于所述中空圆柱筒中部。
层中布分布有毛细导水滤管、导电材料和金属导线,毛细导水滤管用于导排孔隙水和阴极
保护液,导电材料通过金属导线连接电源,防堵层位于毛细导电透排水层内侧,用于防止底
泥颗粒侵入导水绝缘防堵阴极的毛细导水滤管。
护液释放环。
导排至孔隙水收集环进行储存,然后可编程控制器12控制蠕动泵将孔隙水收集环中的孔隙
水抽入孔隙水储存池;
补充入阴极保护液释放环,阴极保护液释放环中的阴极保护液通过导水绝缘防堵阴极的毛
细导水滤管释放进入导水绝缘防堵阴极,用于溶解导水绝缘防堵阴极表面的结垢和活化释
放阴极区富集的污染物,当孔隙水pH值重回酸性后,可编程控制器通过控制蠕动泵关闭,停
止补充阴极保护液。
塞、阴极区污染物富集等问题,畅通了孔隙水迁移路径,促进了阴极区污染物的分离与释
放,提高了孔隙水导排与污染物削减效率;
染物分离的精细化控制。
附图说明
池,11—电源,12—可编程控制器,2-1—绝缘层,2-2—毛细导电透排水层,2-3—防堵层,2-
2-1—毛细导水滤管,2-2-2—导电材料,2-2-3—导线。
具体实施方式
导管6、阴极保护液储存池10、孔隙水储存池7、pH传感器8、蠕动泵9、电源11和可编程控制器
(PLC)12。导水绝缘防堵阴极2包括绝缘层2-1、毛细导电透排水层2-2和防堵层2-3,其中毛
细导电透排水层2-2包括毛细导水滤管2-2-1、导电材料2-2-2及导线2-2-3。
管,孔隙水收集环1与导水绝缘防堵阴极2连通,孔隙水收集环1用于收集与储存导水绝缘防
堵阴极2富集的孔隙水及孔隙水中所含的污染物。
能利用效率;毛细导电透排水层2-2中布分布有毛细导水滤管2-2-1、导电材料2-2-2和金属
导线2-2-3,毛细导水滤管2-2-1用于导排孔隙水和阴极保护液,导电材料2-2-2通过金属导
线2-2-3连接电源11,导电材料2-2-2可由石墨制成;防堵层2-3位于毛细导电透排水层2-2
内侧,可采用滤布或透水布制成,用于防止底泥颗粒侵入导水绝缘防堵阴极2的毛细导水滤
管2-2-1。
放环4,把手5采用绝缘材料制成。所述把手5用于将孔隙水收集环1插入目标底泥层。
水收集环1插入目标底泥层后与导水绝缘防堵阴极2、孔隙水收集环1形成中空圆柱筒结构,
惰性阳极3位于圆柱筒中部,即惰性阳极3由导水绝缘防堵阴极2环绕,导水绝缘防堵阴极2
为所述中空圆柱筒的侧壁。阴极保护液释放环4通过导水绝缘防堵阴极2的毛细导水滤管2-
2-1与孔隙水收集环1连通。毛细导水滤管2-2-1既可以导排孔隙水,也可以用来释放阴极保
护液。阴极保护液释放环4的下方开有小孔4-1,用于接入导水绝缘防堵阴极2的毛细导电透
排水层2-2,阴极保护液释放环4储存的阴极保护液通过导水绝缘防堵阴极2的毛细导水滤
管2-2-1释放进入导水绝缘防堵阴极2,用于溶解导水绝缘防堵阴极2表面的结垢和活化释
放阴极区富集的污染物。
物。具体的,孔隙水收集环1储存的孔隙水被蠕动泵9经过导管6抽入孔隙水储存池7,孔隙水
储存池7的进水端安装有pH传感器8,用于监测导水绝缘防堵阴极2导排的孔隙水pH值。对大
多数重金属来说,碱性环境将促使Ca、Mg等在毛细导电透排水层2-2表面结垢,同时也会导
致从惰性阳极3迁移至导水绝缘防堵阴极2附近的重金属污染物形成沉淀。因此,当孔隙水
pH值呈弱酸性或碱性时,开始加入阴极保护液。pH传感器8和蠕动泵9与可编程控制器(PLC)
12连接。
器(PLC)12通过控制蠕动泵9开启,蠕动泵9将阴极保护液储存池10中阴极保护液向阴极保
护液投加环4的添加;当导水绝缘防堵阴极2导排的孔隙水pH值重回酸性后,可编程控制器
(PLC)12通过控制蠕动泵9关闭,停止补充阴极保护液。
移、污染物分离;另一方面,电源11与pH传感器8、蠕动泵9和可编程控制器(PLC)12相连,为
孔隙水导排、pH监测、阴极保护液添加提供电力支持。
2-1将孔隙水导排至孔隙水收集环1进行储存,然后可编程控制器12控制蠕动泵9将孔隙水
收集环1中的孔隙水抽入孔隙水储存池7;
保护液补充入阴极保护液释放环4,阴极保护液释放环4中的阴极保护液通过导水绝缘防堵
阴极2的毛细导水滤管2-2-1释放进入导水绝缘防堵阴极2,用于溶解导水绝缘防堵阴极2表
面的结垢和活化释放阴极区富集的污染物,当孔隙水pH值重回酸性后,可编程控制器12通
过控制蠕动泵9关闭,停止补充阴极保护液。
涵盖在本发明的保护范围之内。