1.本实用新型属于环保技术领域，涉及一种粒子电极杆及用于修复污染土壤的装置。


背景技术：

2.随着经济社会的发展，土壤污染日趋严重，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.吸附技术是利用高比表面积的吸附材料的疏松结构进行吸附固化或移除污染物的一种技术方法。其中，固化修复仅将污染物转移，不能从根本上去除土壤中的污染物；通过回收吸附剂移除污染物的方式存在污染物在土壤中扩散慢和移动性差的问题，导致修复时间长或修复效果差。
5.电动力学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，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。
6.三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。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。申请人在研究中发现，三维电极应用于土壤修复还需要解决诸多难度，例如，如何将粒子电极快速简便的均匀布置于待修复土壤的难题，以及修复完成后，如何快速简单地实现土壤与粒子电极的分离难题。


技术实现要素：

7.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立体均匀布置与回收；本实用新型的目的之二在于提供用于修复污染土壤的装置。
8.为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：
9.一种粒子电极杆，包括由电绝缘材料构成的杆体，所述杆体具有多个由上至下依次分布的内腔，各内腔内分别设有粒子电极；所述内腔的侧壁上开设有通孔，使得内腔与外界连通。
10.本实用新型中，外界可理解为杆体以外的空间。
11.本实用新型的粒子电极杆内设有多个由上至下依次分布的粒子电极，且各粒子电
极处于不同的内腔内，互不影响，且内腔与外界通过通孔连通，故在利用三维电动修复技术原位修复土壤时，直接将粒子电极杆插入目标点位的土壤内，即可使得该点位的不同深度位置均分布有粒子电极，故在待修复土壤的不同点位插入粒子电极杆，便可使得待修复土壤的不同点位、不同深度位置均分布有粒子电极，使得粒子电极与待修复土壤的“混合”变得更为简单、快捷；另外，待修复完毕后，将粒子电极杆抽出即可，无需担心粒子电极与土壤难以分离的问题。故本实用新型的粒子电极杆可使得粒子电极的布置、回收变得十分简单、方便，使得三维电动修复技术能更好地应用于土壤修复。
12.进一步地，各上、下相邻的内腔之间设有隔板，所述隔板由电绝缘材料构成。
13.一般地，通孔的数量在保证杆体强度的情况下，越多越好。更进一步地，通孔可透水，但不透土壤。
14.进一步地，所述杆体呈圆柱状，外径为1-5cm。
15.进一步地，所述杆体由pe材料构成。
16.进一步地，所述粒子电极呈圆柱状，直径为2-8mm，进一步为4-6mm，长度为2-10mm，进一步为4-8mm；或者，所述粒子电极呈球形，直径为2-10mm，进一步为4-8mm，更进一步为5-6mm。
17.可选的，粒子电极可为活性炭、石墨或各类负载型粒子电极。
18.一般地，内腔和隔板的尺寸可根据需要选用，确保上、下相邻的粒子电极的电化学反应互不干扰即可。
19.基于同一发明构思，本实用新型还提供用于修复污染土壤的装置，包括相对设置的阴极和阳极，其特征在于，所述阴极和阳极之间设有多根吸附棒和多根如上所述的粒子电极杆。
20.进一步地，所述多根粒子电极杆呈阵列状排布。
21.进一步地，所述多根吸附棒呈阵列状排布。
22.进一步地，所述吸附棒包括花管和填充于花管内的吸附材料，所述花管由电绝缘材料构成。
23.一般地，吸附材料可为活性炭、生物炭、铁矿石等可吸附土壤污染物的粒状吸附剂或由透水材料包裹的粉状吸附剂，可根据具体需要选用。
24.进一步地，所述花管的外径为5-10cm。
25.进一步地，还包括至少一块固定板，所述固定板设置于阴极和阳极之间，所述固定板上固定有至少2排吸附棒和至少2排粒子电极杆，所述至少2排吸附棒和至少2排粒子电极杆相间排布。
26.进一步地，所述固定板的数量至少为2块。
27.可选地，固定板由硬质防水材料构成。
28.可选地，固定板的顶侧设有提手，以方便布置。
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.本实用新型将三维电场电动修复技术与吸附法相结合，将污染物在电动力的作用下同时向多个方向迁移到吸附区，通过更换吸附材料实现重金属的原位去除，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，同时可通过更换吸附材料，可将污染物方便地从土壤中分离出来，克服了单纯吸附固化法的缺陷。
31.本实用新型的粒子电极杆及装置可重复使用，操作简便。通过固定板的设置，使得装置成为模块化单元形式，多单元灵活组合后，可用于不同形状和面积的农田修复，适用范围广，且可使得粒子电极杆和吸附棒的布置更为方便。
32.本实用新型的装置将吸附材料包装成高密度分布的棒状，增大了吸附材料与土壤的接触面积，可提升修复效果。此外，可将吸附棒的底部设计成圆锥形，可进一步便于插入待修复土壤中。
33.本实用新型将多个粒子电极集成于杆体内，并使之由上至下依次分布，可将粒子电极快速的均匀布置于待修复土壤，并可方便的回收粒子电极。
34.本实用新型的粒子电极杆使用方便，可被快速地均匀布置于待修复土壤内，操作简便；而且本实用新型的粒子电极杆回收方便，无需担心粒子电极与土壤的分离回收问题，可有效节省修复费用，使得三维电极修复技术更好地适用于土壤的原位修复处理。
附图说明
35.图1是本实用新型的一些实施例的用于修复污染土壤的装置的俯视图。
36.图2是本实用新型的一些实施例的吸附反应装置的立体视图。
37.图3是本实用新型的一些实施例的杆体的结构简图。
38.图4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。
具体实施方式
39.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。
40.实施例1
41.参见图3，一种粒子电极杆，包括由电绝缘材料构成的杆体3-1-1，所述杆体3-1-1具有多个由上至下依次分布的内腔3-1-4，各内腔3-1-4内分别设有1个粒子电极3-1-3；所述内腔3-1-4的侧壁上开设有通孔，使得内腔3-1-4与外界连通。所述内腔呈圆柱状。
42.各上、下相邻的内腔3-1-4之间设有隔板3-1-2，所述隔板3-1-2由电绝缘材料构成，隔板与杆体的长度方向垂直。
43.所述杆体3-1-1呈圆柱状，外径为5cm。所述杆体3-1-1和隔板均由pe材料构成。可选地，杆体3-1-1的底端设有与杆体一体连接的圆锥段，以赋予粒子电极杆更好的破土能力。
44.参见图1和图2，用于修复污染土壤的装置，包括相对设置的阴极1和阳极2，所述阴极1和阳极2之间设有多根吸附棒3-2和多根如上所述的粒子电极杆3-1。
45.所述吸附棒3-2包括花管和填充于花管内的吸附材料，所述花管由pe材料构成，花管的顶部设有与花管螺纹连接的顶盖，以方便吸附材料的填充、更换。所述花管的外径为10cm。
46.还包括4块固定板3-3，所述固定板设置于阴极1和阳极2之间，所述固定板3-3上固
定有2排吸附棒3-2(1排4根，总计8根吸附棒)和2排粒子电极杆3-1(1排3根，总计6根粒子电极杆)，所述2排吸附棒3-2和2排粒子电极杆3-1相间排布。固定板由硬质防水材料构成，其两侧设有提手3-4，固定板上均匀间隔排布两种小孔，两种小孔孔径分别与吸附棒和粒子电极杆的外径一致。吸附棒和粒子电极杆穿过固定板小孔，通过焊接、铆接、螺纹连接或螺栓等方式固定在固定板上；吸附棒的顶端位于固定板的上方，吸附棒和粒子电极杆位于固定板下方的区段的长度为30cm。4块固定板3-3拼接，形成一整体矩形板块。1块固定板及固定于该固定板上的粒子电极杆和吸附棒，构成吸附反应装置3。
47.吸附材料为活性炭。内腔的长度为1.5cm；粒子电极为石墨粒子电极，尺寸为φ5*6mm。
48.利用该装置修复污染农田土壤的方法包括以下步骤：
49.(1)分别将阴极和阳极插入待修复污染农田土壤中；
50.(2)将上述吸附反应装置3布置在阴极和阳极之间的农田土壤中，使得吸附棒插入农田土壤内，粒子电极杆插入农田土壤内；
51.(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，修复农田土壤；
52.(4)待吸附棒内的吸附材料达到吸附饱和时，停止通电，将装置取出，移除花管内旧的吸附材料；
53.(5)多次重复步骤(2)、(3)、(4)，待农田土壤内污染物浓度降至修复目标值后，即完成土壤修复。
54.选取一块中等污染程度的cd污染农田土壤利用上述装置进行修复，同时设置单独电动修复进行对照。电动修复所用阳极为石墨电极板，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。固定板均匀排列在电场中间，4块固定板的具体设置方式为2排2列。吸附棒和粒子电极杆的高度均与电极的高度一致。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。
55.2个月后，随机选取4个点的污染土检测，本实施例和单独电动修复时，土壤中cd的平均去除率分别为55％和18％。
56.实施例2
57.一种粒子电极杆，包括由电绝缘材料构成的杆体3-1-1，所述杆体3-1-1具有多个由上至下依次分布的内腔3-1-4，各内腔3-1-4内分别设有1个粒子电极3-1-3；所述内腔3-1-4的侧壁上开设有通孔，使得内腔3-1-4与外界连通。所述内腔呈圆柱状。
58.各上、下相邻的内腔3-1-4之间设有隔板3-1-2，所述隔板3-1-2由电绝缘材料构成，隔板与杆体的长度方向垂直。
59.所述杆体3-1-1呈圆柱状，外径为5cm。所述杆体3-1-1和隔板均由pe材料构成。
60.用于修复污染土壤的装置，包括相对设置的阴极1和阳极2，所述阴极1和阳极2之间设有多根吸附棒3-2和多根如上所述的粒子电极杆3-1。
61.所述吸附棒3-2包括花管和填充于花管内的吸附材料，所述花管由pe材料构成。所述花管的外径为10cm。
62.还包括4块固定板3-3，所述固定板设置于阴极1和阳极2之间，所述固定板3-3上固定有2排吸附棒3-2(1排4根，总计8根吸附棒)和2排粒子电极杆3-1(1排3根，总计6根粒子电
极杆)，所述2排吸附棒3-2和2排粒子电极杆3-1相间排布。固定板由硬质防水材料构成，其两侧设有提手3-4，固定板上均匀间隔排布两种小孔，两种小孔孔径分别与吸附棒和粒子电极杆的外径一致。吸附棒和粒子电极杆穿过固定板小孔，通过焊接、铆接、螺纹连接或螺栓等方式固定在固定板上；吸附棒的顶端位于固定板的上方，吸附棒和粒子电极杆位于固定板下方的区段的长度为30cm。4块固定板3-3拼接，形成一整体矩形板块。1块固定板及固定于该固定板上的粒子电极杆和吸附棒，构成吸附反应装置3。
63.吸附材料为零价铁和沸石。内腔的长度为1cm；粒子电极为活性炭电极，呈球形，尺寸为φ5mm。
64.利用该装置修复污染农田土壤的方法包括以下步骤：
65.(1)分别将阴极和阳极插入待修复污染农田土壤中；
66.(2)将上述吸附反应装置3布置在阴极和阳极之间的农田土壤中，使得吸附棒插入农田土壤内，粒子电极杆插入农田土壤内；
67.(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，修复农田土壤；
68.(4)待吸附棒内的吸附材料达到吸附饱和时，停止通电，将装置取出，移除花管内旧的吸附材料；
69.(5)多次重复步骤(2)、(3)、(4)，待农田土壤内污染物浓度降至修复目标值后，即完成土壤修复。
70.选取一块中等污染程度的cr污染农田土壤利用上述装置进行修复，同时设置单独电动修复进行对照。电动修复所用阳极为石墨电极板，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。固定板均匀排列在电场中间，4块固定板的具体设置方式为2排2列。吸附棒和粒子电极杆的高度均与电极的高度一致。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。
71.2个月后，随机选取4个点的污染土检测，本实施例和单独电动修复时，土壤中cr的平均去除率分别为45％和21％。
72.实施例3
73.一种粒子电极杆，包括由电绝缘材料构成的杆体3-1-1，所述杆体3-1-1具有多个由上至下依次分布的内腔3-1-4，各内腔3-1-4内分别设有1个粒子电极3-1-3；所述内腔3-1-4的侧壁上开设有通孔，使得内腔3-1-4与外界连通。所述内腔呈圆柱状。
74.各上、下相邻的内腔3-1-4之间设有隔板3-1-2，所述隔板3-1-2由电绝缘材料构成，隔板与杆体的长度方向垂直。
75.所述杆体3-1-1呈圆柱状，外径为5cm。所述杆体3-1-1和隔板均由pe材料构成。
76.用于修复污染土壤的装置，包括相对设置的阴极1和阳极2，所述阴极1和阳极2之间设有多根吸附棒3-2和多根如上所述的粒子电极杆3-1。
77.所述吸附棒3-2包括花管和填充于花管内的吸附材料，所述花管由pe材料构成。所述花管的外径为15cm。
78.还包括4块固定板3-3，所述固定板设置于阴极1和阳极2之间，所述固定板3-3上固定有2排吸附棒3-2(1排4根，总计8根吸附棒)和2排粒子电极杆3-1(1排3根，总计6根粒子电极杆)，所述2排吸附棒3-2和2排粒子电极杆3-1相间排布。固定板由硬质防水材料构成，其
两侧设有提手3-4，固定板上均匀间隔排布两种小孔，两种小孔孔径分别与吸附棒和粒子电极杆的外径一致。吸附棒和粒子电极杆穿过固定板小孔，通过焊接、铆接、螺纹连接或螺栓等方式固定在固定板上；吸附棒的顶端位于固定板的上方，吸附棒和粒子电极杆位于固定板下方的区段的长度为30cm。4块固定板3-3拼接，形成一整体矩形板块。1块固定板及固定于该固定板上的粒子电极杆和吸附棒，构成吸附反应装置3。
79.吸附材料为零价铁。内腔的长度为1cm；粒子电极为石墨粒子电极，尺寸为φ5*6mm。
80.利用该装置修复污染农田土壤的方法包括以下步骤：
81.(1)分别将阴极和阳极插入待修复污染农田土壤中；
82.(2)将上述吸附反应装置3布置在阴极和阳极之间的农田土壤中，使得吸附棒插入农田土壤内，粒子电极杆插入农田土壤内；
83.(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，修复农田土壤；
84.(4)待吸附棒内的吸附材料达到吸附饱和时，停止通电，将装置取出，移除花管内旧的吸附材料；
85.(5)多次重复步骤(2)、(3)、(4)，待农田土壤内污染物浓度降至修复目标值后，即完成土壤修复。
86.选取一块中等污染程度的pb污染农田土壤利用上述装置进行修复，同时设置单独电动修复进行对照。电动修复所用阳极为石墨电极板，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。固定板均匀排列在电场中间，4块固定板的具体设置方式为2排2列。吸附棒和粒子电极杆的高度均与电极的高度一致。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。
87.2个月后，随机选取4个点的污染土检测，本实施例和单独电动修复时，土壤中pb的平均去除率分别为47％和11％。
88.表1各实施例的工艺条件表
[0089][0090]
由图4可知，各实施例的土壤修复效果明显优于单独采用二维电动修复的效果。
[0091]
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。