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三维电极装置。


背景技术：

2.农田重金属污染是由于废弃物中重金属在土壤中过量沉积而引起的土壤污染。过量重金属可引起植物生理功能紊乱、营养失调，减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，影响氮素供应。重金属污染物在土壤中移动性很小，不易随水淋滤，不为微生物降解，通过食物链进入人体后，潜在危害极大。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.电动修复指在电场作用下将土壤中的污染物通过电迁移或电渗流等方式从土壤中去除的过程。目前，土壤电动修复多采用二维平板电极，即二维电极法，因为污染物迁移困难和移动路径长，普遍存在污染土壤修复效率不理想的问题。
5.三维电极又称粒子电极或床电极，是在传统的二维电解槽主极板间填装粒状或碎屑状电极材料，使其成为新的一级(第三极)。与传统二维电极相比，三维电极可加增加单位槽体积的电极表面积，增大物质移动速度，提升物质传质效果，缩短传质距离，提高电流效率，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：

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三维电极装置。
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，包括由电绝缘材料构成的硬质管体，所述硬质管体的壁上设有多个通孔，所述硬质管体的管腔通过所述多个通孔与外界连通；所述硬质管体内设有多个由上至下依次分布的粒子电极，上、下相邻的粒子电极互不接触且通过线性连接件连接，所述线性连接件由电绝缘材料构成。
9.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高度位置，互不影响，且管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。此外，本实用新型的粒子电极杆中，上、下相邻的粒子电极互不接触且通过线性连接件连接，故在粒子电极杆的制作或维护过程中，可方便在硬质管体内按计划布置粒子电极或卸出已安装粒子电极。
10.本实用新型中，外界可理解为硬质管体以外的空间。
11.一般地，通孔的数量在保证硬质管体强度的情况下，越多越好。更进一步地，通孔可透水，但不透土壤。
12.进一步地，所述线性连接件为绳索、链条、硬质连接棒中的一种。可选地，所述绳索为pe单丝、带有绝缘层的铁丝或玻璃管/棒。
13.进一步地，所述多个粒子电极设于同一线性连接件上。可选地，所述线性连接件穿过粒子电极，并通过环氧树脂胶等胶黏剂与粒子电极实现相对固定。可选的，硬质管体的顶端设有可拆卸的顶盖。更进一步地，线性连接件的上端固定于顶盖上。
14.一般地，上、下相邻的粒子电极之间的间距可根据需要确认，确保相邻的粒子电极的电化学反应互不干扰即可。
15.进一步地，所述线性连接件的上端固定于硬质管体的顶部，所述线性连接件的下端固定于硬质管体的底部。如此，可使得粒子电极更稳定地定位于硬质管体的相应位置内，当线性连接件为绳索或链条时，如此设置是十分必要的。
16.进一步地，所述粒子电极与硬质管体的管腔间隙配合；线性连接件与硬质管体的管腔间隙配合。
17.进一步地，所述硬质管体为圆管，外径为1-5cm。
18.可选地，硬质管体由玻璃或塑料制成。
19.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。
20.可选的，粒子电极可为活性炭、石墨或各类负载型粒子电极。
21.进一步地，所述硬质管体的底部呈向下凸起的锥形，更进一步为圆锥形，以使得粒子电极杆具有更强的破土能力，以更便于插入待修复土壤中。
22.用于修复污染土壤的三维电极装置，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如上所述的粒子电极杆。
23.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多根呈阵列状排布的粒子电极杆。
24.进一步地，所述固定板的数量至少为2块，模块化设计，可进一步方便粒子电极杆的布置、回收，提升效率。
25.可选地，固定板由硬质防水材料构成。
26.可选地，固定板的顶侧设有提手，以方便布置。
27.进一步地，固定板由具有一定厚度的硬质防水板材制成，其顶面两侧装有提手，中央具有数个均匀排布的小孔，小孔孔径与粒子电极杆外径一致。硬质管体穿过小孔，通过粘
接、铆接或螺栓等方式固定在固定板上；硬质管体的顶端位于固定板上侧，硬质管体位于固定板下方的区段的长度为25-35cm。
28.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。
29.本实用新型将三维电场电动修复技术用于土壤修复，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，三维电极装置能够提高电流效率和处理能力，可有效修复污染土壤。
30.本实用新型的三维电极装置结构简单、合理，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。
31.本实用新型的三维电极装置可制作成模块化单元形式，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。
32.本实用新型将多个粒子电极集成于硬质管体内，并使之由上至下依次分布，形成粒子电极杆，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。
33.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；此外，本实用新型的粒子电极杆制作、维护方便。
附图说明
34.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。
35.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。
36.图3是本实用新型的一些实施例的杆体的结构简图。
37.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
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，包括由电绝缘材料构成的硬质管体3-2-1，所述硬质管体3-2-1的壁上设有多个通孔，所述硬质管体3-2-1的管腔通过所述多个通孔与外界连通；所述硬质管体3-2-1内设有多个由上至下依次分布的粒子电极3-2-3，上、下相邻的粒子电极3-2-3互不接触且通过线性连接件3-2-2连接，所述线性连接件3-2-2由电绝缘材料构成。所述硬质管体的底部具有向下凸起圆锥部3-2-4。
41.所述线性连接件3-2-2为pe单丝。所述多个粒子电极3-2-3设于同一线性连接件3-2-2上。所述线性连接件3-2-2的上端固定于硬质管体3-2-1的顶部，所述线性连接件3-2-2的下端固定于硬质管体3-2-1的底部。所述粒子电极3-2-3与硬质管体3-2-1的管腔间隙配合；线性连接件3-2-2与硬质管体3-2-1的管腔间隙配合。所述多个粒子电极3-2-3穿制在直
径为0.15mm的pe单丝(线性连接件3-2-2)上，上、下相邻的粒子电极的间距为1.5cm。
42.所述硬质管体3-2-1为圆管，外径为5cm。所述粒子电极3-2-3为石墨粒子电极，呈圆柱状，直径为5mm，长度为6mm。
43.参见图1和图3，用于修复污染土壤的三维电极装置，包括相对设置的阴极1和阳极2，所述阴极1和阳极2之间设有多根如上所述的粒子电极杆3-2。还包括4块固定板3-1，所述固定板设置于阴极1和阳极2之间；所述固定板3-1上固定有多根呈阵列状排布的粒子电极杆3-2(4*4，分4排分布，每排4根)，构成反应模块3。固定板由硬质防水板材制成，其顶面两侧装有提手3-3，中央具有数个均匀排布的小孔，小孔孔径与粒子电极杆外径一致。硬质管体穿过小孔，通过粘接、铆接或螺栓等方式固定在固定板上；硬质管体的顶端位于固定板上侧，硬质管体位于固定板下方的区段的长度为30cm。
44.利用上述装置进行农田土壤修复的方法，具体步骤如下：
45.(1)分别将阴极和阳极插入农田土壤中；
46.(2)将固定板及其上的粒子电极杆设置于阴极和阳极之间的农田土壤中；
47.(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。
48.选取一块中等污染程度的cd污染农田土壤利用上述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。4块固定板均匀排列在电场中间，具体设置为2排2列。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。
49.2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27％和18％。
50.实施例2
51.参见图2，一种粒子电极杆，包括由电绝缘材料构成的硬质管体3-2-1，所述硬质管体3-2-1的壁上设有多个通孔，所述硬质管体3-2-1的管腔通过所述多个通孔与外界连通；所述硬质管体3-2-1内设有多个由上至下依次分布的粒子电极3-2-3，上、下相邻的粒子电极3-2-3互不接触且通过线性连接件3-2-2连接，所述线性连接件3-2-2由电绝缘材料构成。所述硬质管体的底部具有向下凸起圆锥部3-2-4。
52.所述线性连接件3-2-2为pe单丝。所述多个粒子电极3-2-3设于同一线性连接件3-2-2上。所述线性连接件3-2-2的上端固定于硬质管体3-2-1的顶部，所述线性连接件3-2-2的下端固定于硬质管体3-2-1的底部。所述粒子电极3-2-3与硬质管体3-2-1的管腔间隙配合；线性连接件3-2-2与硬质管体3-2-1的管腔间隙配合。所述多个粒子电极3-2-3穿制在直径为0.15mm的pe单丝(线性连接件3-2-2)上，上、下相邻的粒子电极的间距为1cm。
53.所述硬质管体3-2-1为圆管，外径为5cm。所述粒子电极3-2-3为活性炭粒子电极，呈球形，直径为5mm。
54.参见图1和图3，用于修复污染土壤的三维电极装置，包括相对设置的阴极1和阳极2，所述阴极1和阳极2之间设有多根如上所述的粒子电极杆3-2。还包括4块固定板3-1，所述固定板设置于阴极1和阳极2之间；所述固定板3-1上固定有多根呈阵列状排布的粒子电极杆3-2(4*4，分4排分布，每排4根)，构成反应模块3。固定板由硬质防水板材制成，其顶面两侧装有提手3-3，中央具有数个均匀排布的小孔，小孔孔径与粒子电极杆外径一致。硬质管
体穿过小孔，通过粘接、铆接或螺栓等方式固定在固定板上；硬质管体的顶端位于固定板上侧，硬质管体位于固定板下方的区段的长度为30cm。
55.利用上述装置进行农田土壤修复的方法，具体步骤如下：
56.(1)分别将阴极和阳极插入农田土壤中；
57.(2)将固定板及其上的粒子电极杆设置于阴极和阳极之间的农田土壤中；
58.(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。
59.选取一块中等污染程度的cr污染农田土壤利用上述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。4块固定板均匀排列在电场中间，具体设置为2排2列。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。
60.2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34％和21％。
61.实施例3
62.参见图2，一种粒子电极杆，包括由电绝缘材料构成的硬质管体3-2-1，所述硬质管体3-2-1的壁上设有多个通孔，所述硬质管体3-2-1的管腔通过所述多个通孔与外界连通；所述硬质管体3-2-1内设有多个由上至下依次分布的粒子电极3-2-3，上、下相邻的粒子电极3-2-3互不接触且通过线性连接件3-2-2连接，所述线性连接件3-2-2由电绝缘材料构成。所述硬质管体的底部具有向下凸起圆锥部3-2-4。
63.所述线性连接件3-2-2为玻璃棒。所述多个粒子电极3-2-3设于同一线性连接件3-2-2上。所述线性连接件3-2-2的上端固定于硬质管体3-2-1的顶部，所述线性连接件3-2-2的下端固定于硬质管体3-2-1的底部。所述粒子电极3-2-3与硬质管体3-2-1的管腔间隙配合；线性连接件3-2-2与硬质管体3-2-1的管腔间隙配合。所述多个粒子电极3-2-3穿制在直径为2mm的玻璃棒(线性连接件3-2-2)上，上、下相邻的粒子电极的间距为1.5cm。
64.所述硬质管体3-2-1为圆管，外径为5cm。所述粒子电极3-2-3为石墨粒子电极，呈圆柱状，直径为5mm，长度为6mm。
65.参见图1和图3，用于修复污染土壤的三维电极装置，包括相对设置的阴极1和阳极2，所述阴极1和阳极2之间设有多根如上所述的粒子电极杆3-2。还包括4块固定板3-1，所述固定板设置于阴极1和阳极2之间；所述固定板3-1上固定有多根呈阵列状排布的粒子电极杆3-2(4*4，分4排分布，每排4根)，构成反应模块3。固定板由硬质防水板材制成，其顶面两侧装有提手3-3，中央具有数个均匀排布的小孔，小孔孔径与粒子电极杆外径一致。硬质管体穿过小孔，通过粘接、铆接或螺栓等方式固定在固定板上；硬质管体的顶端位于固定板上侧，硬质管体位于固定板下方的区段的长度为30cm。
66.利用上述装置进行农田土壤修复的方法，具体步骤如下：
67.(1)分别将阴极和阳极插入农田土壤中；
68.(2)将固定板及其上的粒子电极杆设置于阴极和阳极之间的农田土壤中；
69.(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。
70.选取一块中等污染程度的pb污染农田土壤利用上述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。4块固定板均匀排列在电场中间，具体设置为2排2列。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，本实施例和单独二维电动修复pb的平均去除率分别为23％和11％。
72.表1各实施例的工艺条件表
[0073][0074]
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。
[0075]
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。