1.本实用新型属于环保技术领域，涉及一种粒子电极杆及基于三维电极的土壤修复装置。


背景技术：

2.随着经济社会的发展，农田土壤的污染也在逐步加剧，对生态环境和人类健康构成了严重威胁。因此，污染农田土壤的修复是亟待解决的重大问题。
3.重金属污染农田土壤的修复技术种类繁多，主要包括物理法、化学法、生物法或几种方法的耦合方法。
4.电动力学修复技术通过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，使污染物在电极附近富集或被回收利用，从而达到清洁土壤的目的。目前，土壤修复多用二维电极法，电动修复中存在污染土壤修复效率不理想，主要原因为污染物迁移困难和移动路径长。
5.三维电极法是在传统电解槽两端电极间装填碎屑或粒状工作电极材料，使得装填工作材料表面带电，从而形成第三极，即粒子电极。与传统二维电极相比，三维电极可加快物质的移动速度，提升物质传质效果，缩短传质距离，在相同能耗，相同反应时间内可以加速电解反应的进行。三维电极目前已被广泛应用于废水处理，但是对于土壤修复研究很少，因此具有很大的研究应用空间。三维电极体系应用于土壤修复面临着诸多难题，例如，将粒子电极快速简便的均匀布置于待修复土壤的难题，将粒子电极与修复后的土壤分离回收的难题，等等。


技术实现要素：

6.本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种粒子电极杆，以方便粒子电极的在粒子电极杆及土壤内的布置；本实用新型的目的之二在于提供一种基于三维电极的土壤修复装置。
7.为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：
8.一种粒子电极杆，包括
9.筒体，由电绝缘材料构成，所述筒体上设有多个与筒体内壁和外壁贯通的通孔；以及
10.多孔结构体，由电绝缘材料构成，所述多孔结构体设于所述筒体内，所述多孔结构体内设有若干粒子电极，所述多孔结构体具有与多孔结构体的外表面贯通的孔隙，所述粒子电极的部分表面露置于孔隙中。
11.本实用新型中，粒子电极设置于由电绝缘材料构成的多孔结构体内，且粒子电极可通过孔隙与外界连通或导通，如此，在将多个多孔结构体填充于筒体内时，各多孔结构体内的粒子电极之间自然不会相互接触而导通，故可方便地在一个筒体内布设多个粒子电
极。筒体上设有通孔，可方便筒体内、外传质，在利用三维电动修复技术修复土壤时，直接将粒子电极杆布置于目标区域的土壤内，即可完成粒子电极的布置，从而快速地将众多粒子电极较为均匀地分布于目标土壤的不同位置(包括水平位置和深度位置)，操作简单、方便。另外，当完成修复后，通过抽出粒子电极杆，进行回收即可，使得粒子电极的回收也变得更为简单，有助于降低修复成本。
12.进一步地，所述多孔结构体与筒体间隙配合，以进一步方便多孔结构体的装、卸。
13.进一步地，所述筒体内设有多个多孔结构体，所述多孔结构体由下至上依次分布于筒体内，如此，在将粒子电极杆插入待修复土壤时，可保证土壤不同深度位置均自然而然地分布有多孔结构体，方便在待修复土壤内的立体空间内更均匀地布设粒子电极，从而提升修复效果。
14.进一步地，所述多孔结构体呈球状、块状、柱状中的一种。
15.可选的，多孔结构体由常见的海绵制成。
16.优选地，所述多孔结构体由不导电、耐腐、耐温、耐老化、高强度的高分子聚合物注塑而成。
17.可选的，所述多孔结构体为网状球体。
18.可选的，筒体的长度为20-40cm，进一步为25-35cm。
19.进一步地，所述筒体包括由上至下依次一体连接的直筒段和锥筒段，所述锥筒段的横截面积由上至下逐渐减小，如此，可赋予筒体一定的破土能力，对于较为疏松的土壤或泥状土壤，如农田土壤，可直接通过推压的方式将筒体布置于土壤内，进一步方便操作。
20.进一步地，所述直筒段呈圆筒状，外径为1.3-1.7cm；所述锥筒段呈圆锥状。
21.优选地，所述多孔结构体内设有1个粒子电极，所述粒子电极位于多孔结构体的中心位置，如此，可更便捷地严格控制粒子电极在土壤内的布设密集度，且使得粒子电极杆更细，有助于进一步缩短传质距离，进一步提升修复效率。
22.进一步地，所述粒子电极为圆柱状，直径为3-7mm，长度为4-8mm；或者，所述粒子电极为球形，直径为3-7mm。
23.进一步地，所述电绝缘材料为塑料，优选为pe材料或聚丙烯材料。
24.进一步地，所述筒体的顶部可拆卸地设有顶盖。
25.基于三维电极的土壤修复装置，包括相对设置的阴极和阳极，所述阴极和阳极之间设有多个如上所述的粒子电极杆。
26.进一步地，所述多个粒子电极杆呈阵列状排布。
27.可选的，粒子电极可为活性炭、石墨或各类负载型粒子电极，一般的，粒子电极的添加量应确保吸附柱中的相邻粒子电极的电化学反应互不干扰。
28.可选的，所述多个粒子电极杆均匀地或随机地分布于阳极和阴极之间。
29.进一步地，所述阴极为不锈钢电极板，所述阳极为石墨电极板。
30.本实用新型的基于三维电极的土壤修复装置可克服二维电极技术电动修复污染土壤存在的污染物迁移困难、移动路径长和修复效率不理想的问题，并且使用方便，可将粒子电极快速简便的均匀布置于待修复土壤内。
31.本实用新型的基于三维电极的土壤修复装置，克服了传统二维电场电动修复污染物迁移困难和移动路径长的缺陷，在电场的作用下，粒子电极的两端带上正负电荷从而成
为第三极，土壤修复装置内的粒子电极都充当微型电解池的作用，整个电动反应区就由大量这样的微电解池构成，从而缩短了传质距离，更加有效地利用了反应空间，在相同能耗，相同反应时间内可以加速电解反应的进行，可有效修复污染土壤。
32.本实用新型的粒子电极集成于粒子电极杆内，可将粒子电极快速的均匀布置于待修复土壤，操作简便，并可方便的回收粒子电极。粒子电极杆的底部为锥形，可便于插入待修复土壤中。
33.本实用新型的粒子电极杆和基于三维电极的土壤修复装置尤其适用于土壤中重金属等污染物的去除。
附图说明
34.图1是本实用新型的一些实施例的用于吸附分离土壤污染物的装置俯视图。
35.图2是本实用新型的一些实施例的的粒子电极棒沿竖直平面的剖视图。
36.图3是各实施例及对照组的修复情况图，图中，斜线阴影表示相应实施例的重金属去除率，点状阴影表示相应对照组的重金属去除率。
37.图中：1-阴极板，2-阳极板，3-粒子电极棒，3-1-筒体，3-2-锥筒段，3-3-顶盖，3-4-吸附材料，3-5-粒子电极，3-6-通孔。
具体实施方式
38.以下将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为叙述方便，下文中如出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用。
39.实施例1
40.参见图2，一种粒子电极杆，包括筒体，由电绝缘材料构成，所述筒体上设有多个与筒体内壁和外壁贯通的通孔3-6；以及多孔结构体3-2，由电绝缘材料构成，所述多孔结构体3-2设于所述筒体内，所述多孔结构体3-2内设有若干粒子电极3-3，所述多孔结构体3-2具有与多孔结构体3-2的外表面贯通的孔隙，所述粒子电极3-3的部分表面露置于孔隙中。
41.所述多孔结构体3-2与筒体间隙配合。所述筒体内设有多个多孔结构体3-2，所述多孔结构体3-2由下至上依次分布于筒体内。所述多孔结构体3-2为网状球体，所述粒子电极3-3位于多孔结构体3-2的球心位置。所述多孔结构体3-2内设有1个粒子电极3-3。
42.所述筒体包括由上至下依次一体连接的直筒段3-1和锥筒段3-4，所述锥筒段3-4的横截面积由上至下逐渐减小。所述直筒段呈圆筒状；所述锥筒段3-2呈圆锥状。
43.所述粒子电极3-5为圆柱状。
44.参见图2，基于三维电极的土壤修复装置，包括相对设置的阴极1和阳极2，所述阴极1和阳极2之间设有多个如上所述的粒子电极杆3。所述多个粒子电极杆3呈阵列状排布。
45.利用上述土壤修复装置修复污染农田土壤的方法包括以下步骤：
46.(1)分别将阴极和阳极插入农田土壤中；
47.(2)将粒子电极杆均匀排列在阴极和阳极之间的农田土壤中；
48.(3)使用导线将阳极和阴极分别连接到稳压直流电源的正极输出端和负极输出
端，修复土壤。
49.选取一块中等污染程度的cd污染农田土壤利用上述土壤修复装置和方法进行修复，同时设置单独二维电动修复进行对照。电动修复时，阳极采用石墨电极板，阴极采用不锈钢电极板，将极板埋入土壤中的高度与被治理土壤深度保持一致。粒子电极杆均匀排列在电场中间，具体设置为8排8列共64个。粒子电极杆的直径为1.5cm，高度均与极板的高度一致。筒体由pe材料制成；多孔结构体由聚丙烯材料制成，直径为1.2cm；粒子电极为石墨粒子电极，尺寸为φ5*6mm。电源为低压直流电，连接两极板的导线为铝制导线，电压控制在1.0v/cm。
50.2个月后，随机选取4个点的污染土检测，本实施例和单独二维电动修复cd的平均去除率分别为31％和18％。
51.实施例2
52.一种粒子电极杆，包括筒体，由电绝缘材料构成，所述筒体上设有多个与筒体内壁和外壁贯通的通孔；以及多孔结构体3-2，由电绝缘材料构成，所述多孔结构体3-2设于所述筒体内，所述多孔结构体3-2内设有若干粒子电极3-3，所述多孔结构体3-2具有与多孔结构体3-2的外表面贯通的孔隙，所述粒子电极3-3的部分表面露置于孔隙中。
53.所述多孔结构体3-2与筒体间隙配合。所述筒体内设有多个多孔结构体3-2。所述多孔结构体3-2为网状球体，所述粒子电极3-3位于多孔结构体3-2的球心位置。所述多孔结构体3-2内设有1个粒子电极3-3。
54.所述筒体包括由上至下依次一体连接的直筒段3-1和锥筒段3-4，所述锥筒段3-4的横截面积由上至下逐渐减小。所述直筒段呈圆筒状；所述锥筒段3-2呈圆锥状。
55.所述粒子电极3-5为球形。
56.基于三维电极的土壤修复装置，包括相对设置的阴极1和阳极2，所述阴极1和阳极2之间设有多个如上所述的粒子电极杆3。所述多个粒子电极杆3呈阵列状排布。
57.利用上述土壤修复装置修复污染农田土壤的方法包括以下步骤：
58.(1)分别将阴极和阳极插入农田土壤中；
59.(2)将粒子电极杆水平均匀排列在阴极和阳极之间的农田土壤中；
60.(3)使用导线将阳极和阴极分别连接到稳压直流电源的正极输出端和负极输出端，修复土壤。
61.选取一块中等污染程度的cr污染农田土壤利用上述方法进行修复，同时设置单独二维电动修复进行对照。电动修复时，阳极采用石墨电极板，阴极采用不锈钢电极板，将电极埋入土壤中的高度与被治理土壤深度保持一致。粒子电极杆均匀排列在阴极和阳极之间，具体设置为8排8列共64个。粒子电极杆的直径为0.05m，高度均与电极的高度一致。筒体选用pe材料；多孔结构体选用聚丙烯材料，直径为1.2cm；粒子电极为活性炭粒，尺寸为φ5mm。电源为低压直流电，连接两极板的导线为铝制导线，电压控制在1.0v/cm。
62.2个月后，随机选取4个点的污染土检测，本实施例和单独二维电动修复cr的平均去除率分别为27％和21％。
63.实施例3
64.一种粒子电极杆，包括筒体，由电绝缘材料构成，所述筒体上设有多个与筒体内壁和外壁贯通的通孔；以及多孔结构体3-2，由电绝缘材料构成，所述多孔结构体3-2设于所述
筒体内，所述多孔结构体3-2内设有若干粒子电极3-3，所述多孔结构体3-2具有与多孔结构体3-2的外表面贯通的孔隙，所述粒子电极3-3的部分表面露置于孔隙中。
65.所述多孔结构体3-2与筒体间隙配合。所述筒体内设有多个多孔结构体3-2，所述多孔结构体3-2由下至上依次分布于筒体内。所述多孔结构体3-2为网状球体，所述粒子电极3-3位于多孔结构体3-2的球心位置。所述多孔结构体3-2内设有1个粒子电极3-3。
66.所述筒体包括由上至下依次一体连接的直筒段3-1和锥筒段3-4，所述锥筒段3-4的横截面积由上至下逐渐减小。所述直筒段呈圆筒状；所述锥筒段3-2呈圆锥状。
67.所述粒子电极3-5为圆柱状。
68.基于三维电极的土壤修复装置，包括相对设置的阴极1和阳极2，所述阴极1和阳极2之间设有多个如上所述的粒子电极杆3。所述多个粒子电极杆3呈阵列状排布。
69.利用上述土壤修复装置修复污染农田土壤的方法包括以下步骤：
70.(1)分别将阴极和阳极插入农田土壤中；
71.(2)将粒子电极杆均匀排列在阴极和阳极之间的农田土壤中；
72.(3)使用导线将阳极和阴极分别连接到稳压直流电源的正极输出端和负极输出端，修复土壤。
73.选取一块中等污染程度的pb污染农田土壤利用上述方法进行修复，同时设置单独二维电动修复进行对照。电动修复时，阳极采用石墨电极板，阴极采用不锈钢电极板，将电极埋入土壤中的高度与被治理土壤深度保持一致。粒子电极杆均匀排列在电场中间，具体设置为8排8列共64个。粒子电极杆的直径为0.05m，高度均与电极的高度一致。筒体选用pe材料，多孔结构体选用聚丙烯材料，直径为1.2cm，粒子电极为石墨粒子电极，尺寸为φ5*6mm。电源为低压直流电，连接两电极的导线为铝制导线，电压控制在1.0v/cm。
74.2个月后，随机选取4个点的污染土检测，本实施例和单独二维电动修复pd的平均去除率分别为19％和11％。
75.表1各实施例的工艺条件表
[0076][0077]
由图3可知，各实施例的土壤修复效果优于单独采用二维电动修复的效果。
[0078]
上述实施例阐明的内容应当理解为这些实施例仅用于更清楚地说明本实用新型，而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落入本技术所附权利要求所限定的范围。