一种用于土壤重金属电动-prb修复的试验装置
技术领域
1.本实用新型涉及土壤重金属修复装置，特别是用于土壤重金属电动-prb修复的试验装置。
背景技术：
2.随着经济社会的发展，土壤重金属污染也在逐步加剧。目前，土壤污染已成为除大气、水体污染之外的全球第三大环境污染，对生态环境和人类健康构成了严重威胁。因此，重金属污染土壤的修复是亟待解决的重大问题。
3.土壤重金属污染修复种类较多。其中，传统的电动修复技术利用插入土壤中的两个电极在污染土壤两端加上电场，在电化学和电动力学的复合作用下，水溶的或吸附在土壤颗粒表层的污染物根据所带电荷的不同向正负电极移动，将污染物富集到土壤局部区域，无法从根本上去除污染物。可渗透反应墙(prb)与电动修复耦合，可将土壤中的污染物在电场作用下，迁移至prb并与prb内的材料反应，进而去除污染物。
4.电动-prb修复适用于黏性土壤的修复，具有可彻底去除污染物、修复效率高和对土壤影响小的优点。近年来，针对重金属污染土壤的电动修复技术研究和应用备受关注。但国内的电动修复研究大部分处于实验室研究阶段。
5.公开号为cn106040737a的专利公开了一种土壤重金属电动修复实验系统及其实验方法，包括电动修复室装置、电解液净化处理装置。电动修复室装置包括直流电源和实验箱，实验箱内设有两块隔板，两块隔板将试验箱自左向右依次分隔为阳极室、土壤室和阴极室，隔板上均匀开设有直径大于或等于1cm的孔，隔板的一侧表面上铺设有滤布。电解液净化处理装置包括阳极净化处理机构和阴极净化处理机构，阳极净化处理机构包括阳极电解液储备池，阳极电解液储备池内部通过第三连接管与阳极室内部链接，第三连接管穿设并固定在第二安装孔内，第三连接管上设有第三蠕动泵和阳极电解液净化吸附柱，阳极电解液储备池还通过第五连接管连接阳极室并伸入到阳极室内，第五连接管上设有第五蠕动泵；阴极净化处理机构包括阴极电解液储备池，阴极电解液储备池内部通过第四连接管与阴极室内部链接，第四连接管穿设并固定在第七安装孔内，第四连接管上设有第四蠕动泵和阴极电解液净化吸附柱，阴极电解液储备池还通过第六连接管连接阴极室并伸入到阴极室内，第六连接管上设有第六蠕动泵。该专利通过蠕动泵将阳极室内的电解液输送至净化吸附柱，再输送至阳极电解液储备池，阳极电解液储备池还需通过另一个蠕动泵将净化后的电解液输送至阳极室内，设备复杂，且需通过自动控制系统来控制阳极室中电解液液面的高度。
6.另外，实验室试验通常通过组装的带直流电源、电极、电解液系统、小型试验装置开展研究。试验系统组成复杂，且小型试验装置一般由固定尺寸的电解槽和土壤室组成，prb反应槽为固定位置，难以通过一套装置满足不同试验条件要求。
7.因而，迫切需要提供一种简单有效的可实现多试验条件的土壤重金属电动-prb修复装置，为开展电动-prb修复技术研究创造便利条件。
技术实现要素：
8.本实用新型所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种用于土壤重金属电动-prb修复的试验装置，简化电解液净化装置，且能控制电解室中电解液的高度。
9.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种用于土壤重金属电动-prb修复的试验装置，包括电解液输送系统和实验箱，所述电解液输送系统包括阳极电解液蠕动泵和阴极电解液蠕动泵，所述实验箱中依次设置有阳极电解液净化室、阳极室、土壤室、阴极室和阴极电解液净化室，所述阳极电解液净化室/阴极电解液净化室的中部均水平设置有过滤净化层，贯穿所述阳极室侧壁的下部设置有第一管道，所述第一管道的另一端贯穿所述过滤净化层安装，所述第一管道的高度与所述阳极室的液面平齐，贯穿所述阴极室侧壁的下部设置有第二管道，所述第二管道的另一端贯穿所述过滤净化层安装，所述第二管道的高度与所述阴极室的液面平齐，所述阳极室和所述阳极电解液净化室底部通过阳极电解液蠕动泵和管道连通，所述阴极室和所述阴极电解液净化室底部通过阴极电解液蠕动泵和管道连通。
10.本实用新型的阳极室和阳极电解液净化室之间通过第一管道连通，控制阳极室中电解液的液面高度，当阳极室中电解液高度较高时，电解液通过第一管道流入阳极电解液净化室中，进行过滤净化，过滤净化之后再通过蠕动泵抽回至阳极室中。本实用新型的阴极室和阴极电解液净化室之间通过第二管道连通，控制阴极室中电解液的液面高度，当阴极室中电解液高度较高时，电解液通过第二管道流入阴极电解液净化室中，进行过滤净化，过滤净化之后再通过蠕动泵抽回至阴极室中。
11.进一步地，所述第一管道和所述第二管道均为l形立管。l形立管的水平端与阴极室/阳极室的底部连通，l形立管的垂直端贯穿所述过滤净化层安装，l形立管垂直端的高度高于过滤净化层。
12.进一步地，所述实验箱中固定安装有第一固定隔板和所述第二固定隔板，将所述实验箱分隔为阳极电解液净化室、修复室和阴极电解液净化室，所述修复室中水平设置有螺丝杆，穿过所述螺丝杆依次安装有垂直设置的阳极电解槽隔板、双层prb隔板和阴极电解槽隔板，将所述修复室分隔成阳极室、土壤室和阴极室，所述阳极电解槽隔板、所述双层prb隔板和所述阴极电解槽隔板的两侧分别都设置有用于固定隔板的螺帽组。通过设置螺丝杆和螺帽组实现所述第一固定隔板、所述阳极电解槽隔板、所述双层prb隔板、所述阴极电解槽隔板和所述第二固定隔板的位置调节。
13.进一步地，所述阳极电解槽隔板、所述双层prb隔板和所述阴极电解槽隔板上均开设有多个透水孔，带有污染物的电解液通过透水孔进入所述双层prb隔板中，通过所述双层prb隔板中的吸附物质进行修复。
14.进一步地，所述阳极电解槽隔板、所述双层prb隔板和所述阴极电解槽隔板的两侧分别铺设有过滤层。防止土壤进入阳极室和阴极室，影响电极的正常工作。
15.进一步地，所述试验装置还包括电源系统，所述电源系统包括直流电源、阳极电极和阴极电极，所述实验箱顶部还设有横板，所述横板下表面设有滑槽，通过所述滑槽与所述修复室的侧壁顶端滑动连接，所述横板上开设有电极安装孔和管道安装孔，所述阳极电极/所述阴极电极穿过所述电极安装孔安装，蠕动泵出口连接管穿过所述管道安装孔安装。
16.进一步地，所述过滤净化层包括从上至下依次设置的第一过滤板和第二过滤板，
所述第一过滤板和所述第二过滤板之间填充有电解液净化材料。
17.进一步地，所述阳极电解液净化室/阴极电解液净化室的中部均安装有卡槽，所述过滤净化层卡于所述卡槽中安装。
18.进一步地，所述双层prb隔板之间填充有prb材料，用于吸附处理土壤中的污染物。
19.与现有技术相比，本实用新型所具有的有益效果为：
20.(1)本实用新型提供用于土壤重金属电动-prb修复的试验装置，通过调节过阳极电解槽隔板和阴极电解槽隔板在安装螺丝杆上的位置，可在不同尺寸比例的阳极室、土壤室和阴极室条件下的修复试验；通过调节阳极电解槽隔板和阴极电解槽隔板、修复室两端顶部两块横板的距离，可研究电极距离对修复效果的影响；通过调整双层prb隔板的数量和距离，可研究prb数量和规格，与电极距离对修复效果的影响。
21.(2)在电解液储存净化室设置的l形立管可以保证阳极室和阴极室电解液的液位深度，保障电动修复运行稳定。
22.(3)该装置集成了电解液净化装置，电解液可以循环使用，不会造成二次污染。
附图说明
23.图1为本实用新型一实施例的正剖面示意图。
24.图2为本实用新型一实施例中试验箱俯视示意图。
25.图3为阳极电解槽隔板、阴极电解槽隔板和双层prb隔板的示意图。
26.图4为横板示意图。
27.图中：
28.11直流电源，12阳极电极，13阴极电极；
29.21阳极电解液蠕动泵，22阴极电解液蠕动泵；
30.3试验箱，31第一固定隔板，32阳极电解液净化室，33修复室，34阴极电解液净化室，35开孔，36卡槽，37过滤净化层，371第一过滤板，372电解液净化材料，373第二过滤板，374第二安装孔，375第一安装孔，38第一管道，39阳极电解槽隔板，310阴极电解槽隔板，311阳极室，312土壤室，313阴极室，314安装孔，315螺丝杆，316螺帽组，317横板，3171电极安装孔，3172管道安装孔，318双层prb隔板，319透水孔，320第二管道，321第二固定隔板。
具体实施方式
31.如图1-图4所示，一种用于土壤重金属电动-prb修复的试验装置，由电源系统1、电解液输送系统2和实验箱3组成。
32.其中，电源系统由直流电源11、阳极电极12和阴极电极13组成。
33.其中，电解液输送系统由阳极电解液蠕动泵21和阴极电解液蠕动泵22以及配套输送管道组成。
34.所述实验箱3(长
×
宽
×
高＝70cm
×
20cm
×
20cm)，离外壁10cm处设有第一固定隔板31和第二固定隔板321将试验箱自左向右依次分隔为阳极电解液净化室32、修复室33、阴极电解液净化室34。第一固定隔板31底部设置开孔35连通电解液储存净化室32和阳极室311。第二固定隔板321底部设置开孔35连通阴极室313和阴极电解液净化室34。电解液储存净化室32/阴极电解液净化室34的内壁离底面12cm处设置一组卡槽36，安装水平过滤净化
层37用于净化电解液。所述过滤净化层从上至下依次为第一过滤板371、电解液净化材料372(该实施例中为活性炭)和第二过滤板373，其中第一过滤板371和第二过滤板373设置孔径为1.5cm的第一安装孔375和第二安装孔374。位于阳极电解液净化室32和阴极电解液净化室34第一安装孔375分别用于安装阳极电解液蠕动泵21和阴极电解液蠕动泵22进口连接管。在固定隔板31距离底部约0.5cm处开孔35连接第一管道38，第一管道38采用l型管，第一管道38竖直穿过过滤净化层37第二安装孔374，出口位于过滤净化层37上方。
35.修复室33由阳极电解槽隔板39和阴极电解槽隔板310分隔成阳极室311、土壤室312和阴极室313。在土壤室312内设置双层prb隔板313，隔板数量根据试验设计对prb数量要求确定。阳极电解槽隔板39、阴极电解槽隔板310和双层prb隔板313均匀开设有直径1cm左右的透水孔319，并在靠近4个角处设有安装孔314。阳极电解槽隔板39、阴极电解槽隔板310和双层prb隔板313一侧表面铺设滤布后，由4根螺丝杆315和螺帽组316穿过4个安装孔314固定。上述各隔板之间的距离可根据阳极室311、土壤室312、阴极室313和prb的尺寸比例要求、电极间距要求和prb间距要求进行灵活调节。
36.修复室33两端顶部各设一横向横板317，可沿修复室33长边滑动。所述横板上依次设置电极安装孔3171(孔径为1.5cm)，管道安装孔3172(孔径为1.5cm)。
37.利用上述装置开展土壤重金属电动-prb修复试验的步骤和原理如下：
38.(1)试样土壤的收集和准备
39.取用重金属污染耕地耕作层，自然晾干后，提出枯根落叶和石块，将风干土壤研磨过10目筛。
40.(2)试验装置的组装
41.根据试验设计要求确定阳极电解槽隔板39、阴极电解槽隔板310和双层prb隔板313的距离。在各隔板一侧铺设滤布。将4根螺丝杆315依次穿过阳极电解槽隔板39、阴极电解槽隔板310和双层prb隔板313对应的安装孔314，在各安装孔314两侧用一组螺帽316将隔板固定在根据试验设计确定的位置。
42.将污染土壤装填于土壤室312中；prb材料(生物炭)装填于双层prb隔板313中间。
43.在阳极电解液净化室32安装第一管道38，立管高度(15cm)与阳极室311电解液的液位一致，以控制电解液的液位高度。在阴极电解液净化室34安装第二管道320，立管高度(15cm)与阴极室313电解液的液位一致，以控制电解液的液位高度。将电解液(0.1m kno3溶液)加入阳极室311、阴极室313和阳极电解液净化室32(液位10cm)、阴极电解液净化室34(液位10cm)。安装过滤净化层37，并将阳极电解液蠕动泵21和阴极电解液蠕动泵22进口连接管安装在过滤净化层37的第一安装孔375内。
44.将修复室33两端顶部两块横板317分别滑至阳极室311和阴极室313上方，安装阳极电极杆12、阴极电极杆13、阳极电解液蠕动泵出口连接管、阴极电解液蠕动泵出口连接管。
45.(3)连接阳极电极杆12、阴极电极杆13和直流电源11，开启阳极电解液蠕动泵21、阴极电解液蠕动泵22，运行电动试验装置。
46.(4)收集分析电动修复后试样土壤并进行重金属分析测试。