本發(fā)明屬于重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種永久性修復(fù)重金屬污染土壤的電動(dòng)修復(fù)裝置。

背景技術(shù)：

所謂的“永久性修復(fù)”就是要把被污染土壤（包括淤泥和其他固體廢棄物）等介質(zhì)中的重金屬提取出來(lái)。從理論上講，重金屬提取方法包括物理的、化學(xué)的和生物的三大類(lèi)。其中，電動(dòng)修法技術(shù)（electrokinetic processing，EK）主要是物理技術(shù)，盡管它有可能與化學(xué)的或者生物的技術(shù)復(fù)合從而形成新的修復(fù)模式。

早在上世紀(jì)80年代，就有人利用電力來(lái)提取土壤中的重金屬。1993年，美國(guó)人Acar首次發(fā)表了旨在闡釋電動(dòng)修復(fù)原理的文章，代表了電動(dòng)修復(fù)技術(shù)正式形成。大約1995年左右，國(guó)內(nèi)就有人做小規(guī)模研究。但國(guó)內(nèi)目前能查閱到的最早的文章是在本世紀(jì)初周東美和鄧昌芬（2003）的發(fā)表在《農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)》上的《重金屬污染土壤的電動(dòng)修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展》。

電動(dòng)修復(fù)的基本原理都是將電極插入受污染的土壤中，在施加直流電后，土壤孔隙中的水溶液產(chǎn)生電滲流，使得帶電金屬陽(yáng)離子向陰極發(fā)生電遷移，同時(shí)帶電陰離子向陽(yáng)極遷移，多種遷移運(yùn)動(dòng)的疊加載著重金屬污染物離開(kāi)處理區(qū)的土壤，并在陰陽(yáng)兩極通過(guò)沉積或者離子交換、吸附、萃取等方式被去除，從而達(dá)到修復(fù)的目的。在電動(dòng)修復(fù)過(guò)程中，可以發(fā)生電解、電滲流和電遷移等現(xiàn)象，主要影響因素包括水的電解、土壤性質(zhì)、重金屬種類(lèi)和濃度等。國(guó)內(nèi)外學(xué)者的主要研究?jī)?nèi)容包括：

1、如何控制堿性帶，提高修復(fù)效率。在電動(dòng)修復(fù)過(guò)程中，在距離陰極1/3~2/3處理箱總長(zhǎng)度的空間范圍內(nèi)，會(huì)產(chǎn)生pH值≥9的“堿性帶”。大多數(shù)重金屬在遇到堿性帶時(shí)，就與OH^-結(jié)合形成氫氧化物沉淀，從而導(dǎo)致遷移過(guò)程的中斷，導(dǎo)致修復(fù)失敗。為了控制堿性帶的范圍，提高修復(fù)效率，許多學(xué)者提出了改進(jìn)意見(jiàn)，常見(jiàn)的有酸堿中和法、陽(yáng)離子選擇性膜法、電滲析法、絡(luò)合劑法、表面活性劑法、氧化還原法、EK-生物技術(shù)聯(lián)用法和Lasagna^TM法。

2、電動(dòng)力供給方式。包括：（1）直流電的控制電流法和控制電壓法；（2）交直流電交替使用的技術(shù)和方法。一般地，直流電的電場(chǎng)梯度為(0.4～2V/cm)和電流密度(2～5mA/cm²)。

3、電動(dòng)修復(fù)的機(jī)理及其影響因素的研究。主要包括污染物遷移的方式、機(jī)制及其數(shù)學(xué)模型等。研究土壤類(lèi)型及其性質(zhì)對(duì)修復(fù)效果的影響等。有關(guān)研究對(duì)改善電動(dòng)修復(fù)的效率具有重要指導(dǎo)意義。

4、應(yīng)用研究。包括電修復(fù)Cu污染土壤；利用電滲流原理從污泥中脫水；利用Tween80、硝酸、EDTA等控制陰極pH；利用EK修復(fù)Cr、Pb、Zn、Cd、Hg等重金屬污染土壤等。也包括對(duì)淤泥、底泥和有機(jī)污染物污染土壤的修復(fù)。

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)的空間位置看，電動(dòng)修復(fù)技術(shù)可以分成原地原位、原地異地修復(fù)和異地異位三大類(lèi)。本發(fā)明屬于為實(shí)現(xiàn)原地異位技術(shù)而設(shè)計(jì)的修復(fù)裝置。目前國(guó)內(nèi)在原地異位技術(shù)上的典型專(zhuān)利技術(shù)如下。

專(zhuān)利CN1695834（公開(kāi)日2005-11-16）《重金屬污染土壤的電動(dòng)力學(xué)修復(fù)方法》：一種重金屬污染土壤的電動(dòng)力學(xué)修復(fù)方法，采用離子交換膜將陰極與受試土樣分隔開(kāi)，并用多孔陶瓷板置于離子交換膜與土壤之間防治離子交換膜堵塞，利用電極自身產(chǎn)生的H⁺和OH^-，并借助離子交換膜的阻隔作用，控制電動(dòng)力學(xué)修復(fù)過(guò)程中土壤的pH值，加速污染物的溶出和遷移。處理后陽(yáng)極溶液保持強(qiáng)酸性，用于清洗、再生離子交換膜。陰極溶液保持強(qiáng)堿性，大多數(shù)重金屬陽(yáng)離子與氫氧根離子結(jié)合生成沉淀，通過(guò)沉淀、離心純化得到純度重金屬化合物，而得到凈化后的堿性陰極溶液用于中和土壤的酸。該方法具有安全可靠、操作方便和成本低廉等優(yōu)點(diǎn)，修復(fù)后土壤的pH值能基本恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。

專(zhuān)利CN1714955（公開(kāi)日2006-01-04）《重金屬污染土壤陰極酸化電動(dòng)力修復(fù)工藝》：本發(fā)明公開(kāi)了一種重金屬污染土壤陰極酸化電動(dòng)力修復(fù)工藝，其主要步驟為：將經(jīng)自然風(fēng)干去雜質(zhì)的土壤中加入離子水，攪拌靜置處理，處理的污染土壤裝入電動(dòng)力修復(fù)裝置的土壤室，然后向各極電解室中輸入電解液后靜置，再通入直流電，污染土壤中的重金屬在修復(fù)過(guò)程中不斷從土壤中解吸出來(lái)，并在電場(chǎng)的作用下遷移出土壤，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬污染土壤的治理。本發(fā)明的工藝具有修復(fù)時(shí)間短，易操作，重金屬去除率較高等特點(diǎn)，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

專(zhuān)利CN201511038U（公開(kāi)日2010-06-23）《電動(dòng)力修復(fù)鉻污染土壤裝置》：一種電動(dòng)力復(fù)合修復(fù)鉻污染土壤裝置，它包括陽(yáng)極區(qū)、陰極區(qū)和電源，它還包括多孔介質(zhì)砂石層和鐵屑層，陽(yáng)極區(qū)和陰極區(qū)內(nèi)分別放置陽(yáng)極緩沖溶液和陰極緩沖溶液，并分別與電源兩極相接；陽(yáng)極區(qū)與陰極區(qū)的相對(duì)面上依次設(shè)置多孔介質(zhì)砂石層和鐵屑層，與陰極區(qū)之間形成對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)的修復(fù)區(qū)。本實(shí)用新型在電動(dòng)力作用下，電極附近土壤溶液發(fā)生電化學(xué)元素反應(yīng)，改變土壤中的氧化還原電位、pH值等理化性質(zhì)，加快土壤固體上重金屬的解吸，提高土壤溶液中重金屬的濃度，從而強(qiáng)化植物的吸收、積累，使土壤中微生物群體的多樣性和活力大大增加，增加了作物的產(chǎn)量。

專(zhuān)利CN102284474A（公開(kāi)日2011-12-21）《利用電能修復(fù)污染土壤和處理固體廢物的方法及裝置》：本發(fā)明涉及一種修復(fù)污染土壤和處理固體廢物的方法及裝置，在土壤/固廢兩端分設(shè)陰極和陽(yáng)極反應(yīng)池，底部設(shè)補(bǔ)水層，補(bǔ)充水中含能提高有機(jī)污染物和重金屬在水中溶解度的化學(xué)藥劑，頂部覆蓋可更換的污染物收集層，內(nèi)部設(shè)置可更換的人工聚焦帶。通過(guò)施加高電壓和大電流使土壤/固廢溫度升至數(shù)十乃至數(shù)百度，揮發(fā)性有機(jī)污染物因高溫從中揮發(fā)出來(lái)，非揮發(fā)性有機(jī)污染物和重金屬隨水上升至收集層在水蒸發(fā)后滯留在收集層內(nèi)，部分重金屬離子沿電場(chǎng)方向遷移到電極池和人工聚焦帶內(nèi)。陰、陽(yáng)兩極產(chǎn)生的氫氣和氧氣被分別收集起來(lái)用于焚燒揮發(fā)出來(lái)的、收集層內(nèi)和聚焦帶內(nèi)的污染物；氧氣還可制成臭氧氧化土壤/固廢內(nèi)或已清理出來(lái)的污染物。

專(zhuān)利CN102357522A（公開(kāi)日2012-02-22）《一種采用復(fù)極性電極電動(dòng)修復(fù)鉻污染土壤的方法》：本發(fā)明公開(kāi)了一種復(fù)極性電極電動(dòng)修復(fù)鉻污染土壤的方法，適合污染土壤的異位修復(fù)。該方法首先構(gòu)建復(fù)極性電動(dòng)反應(yīng)裝置，裝置由可調(diào)控直流電源、石墨陽(yáng)極、陽(yáng)極槽、硬質(zhì)塑料板網(wǎng)、土壤室、陰極槽、石墨陰極組成。采用上述復(fù)極性電動(dòng)反應(yīng)裝置，取六價(jià)鉻污染土壤，土壤含水量30～50％，去除土壤中較大塊的雜質(zhì)，攪拌均勻，填充到土壤室中，然后同時(shí)向兩個(gè)電極槽中加水，使兩個(gè)電極槽的液面高度與土壤室中土壤表面保持一致，然后通以直流電，電壓梯度為1.0～2.0V/cm。保持通電時(shí)間120～144小時(shí)，修復(fù)結(jié)束。修復(fù)結(jié)束后，土壤從陽(yáng)極區(qū)到陰極區(qū)pH可保持在6.0～8.0之間；Eh在300～85mV之間?？傘t去除率達(dá)到74.2～81.5％，六價(jià)鉻去除率達(dá)到84.1～89.6％。

專(zhuān)利CN104492796A（公開(kāi)日2015-04-08）《一種電動(dòng)修復(fù)重金屬污染土壤的方法》：本發(fā)明屬于土壤修復(fù)領(lǐng)域，公開(kāi)了一種電動(dòng)修復(fù)重金屬污染土壤的方法，所述的方法步驟包括如下：配置模擬重金屬污染的土壤備用；自制電動(dòng)試驗(yàn)裝置：主要包括5個(gè)反應(yīng)槽，依次順序?yàn)椋宏?yáng)極室、土壤室、陰極室、土壤室及陽(yáng)極室，反應(yīng)槽之間有含分子篩的滲透性反應(yīng)墻PRB，此外還包括陰/陽(yáng)極室盛裝陰/陽(yáng)極電極和陰/陽(yáng)極工作液，以及直流穩(wěn)壓供電電源；再將污染土壤裝填于自制電動(dòng)試驗(yàn)裝置中；運(yùn)行電動(dòng)試驗(yàn)，一周后取土壤進(jìn)行重金屬分析測(cè)試。

專(zhuān)利CN204276511U（公開(kāi)日2015-04-22）《一種重金屬污染土壤的修復(fù)裝置》：一種重金屬污染土壤的修復(fù)裝置，采用可移動(dòng)式風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)作為污染土壤電動(dòng)修復(fù)的供電電源，通過(guò)風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能電池發(fā)電輸出直流電，同時(shí)用蓄電池充電，靠蓄電池向電動(dòng)修復(fù)設(shè)備提供穩(wěn)定的電能，蓄電池的輸出分別與電動(dòng)修復(fù)設(shè)備兩端的正負(fù)電極連接，正負(fù)電極分別放在陽(yáng)極池、陰極池中，陽(yáng)極池、陰極池外通過(guò)泵和管道分別與兩側(cè)工作液儲(chǔ)罐連接，重金屬污染土壤放置在電動(dòng)修復(fù)設(shè)備中間，并通過(guò)兩側(cè)的燒結(jié)玻璃濾板與陽(yáng)極池、陰極池隔開(kāi)。本實(shí)用新型將可移動(dòng)式風(fēng)光互補(bǔ)供電系統(tǒng)作為污染土壤電動(dòng)修復(fù)的電源，解決了偏遠(yuǎn)污染場(chǎng)地輸電難的問(wèn)題，節(jié)能省電，有效降低該技術(shù)的運(yùn)行成本。

專(zhuān)利CN104550215A（公開(kāi)日2015-04-29）《電動(dòng)修復(fù)重金屬污染土壤的方法和設(shè)備》：一種電動(dòng)修復(fù)重金屬污染土壤的方法，在污染土壤兩端設(shè)置電解池，電解池內(nèi)插入電極，在電極之間連接可調(diào)節(jié)電極電勢(shì)的電壓源，如果污染物離子或者污染物化合物帶正電，則設(shè)置負(fù)電極電勢(shì)絕對(duì)值高于正電極電勢(shì)絕對(duì)值。此外，將進(jìn)液裝置和排液裝置分別與電解池相連，為電解池中加入和排出電解液。本發(fā)明還公開(kāi)了電動(dòng)修復(fù)重金屬污染土壤的設(shè)備，它包括電壓源、土壤室、電解池、電極、排液管、進(jìn)液管和進(jìn)液泵。本發(fā)明能夠提高污染物去除率、降低能耗，并且設(shè)備簡(jiǎn)單、成本低廉。

專(zhuān)利CN103418607A（公開(kāi)日2013-12-04）《一種污染土壤磁助電動(dòng)修復(fù)裝置》：本發(fā)明公開(kāi)了一種污染土壤磁助電動(dòng)修復(fù)裝置。通過(guò)外加電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用，使土壤中的污染物質(zhì)加速富集于規(guī)定區(qū)域，達(dá)到清潔土壤的目的。本發(fā)明裝置包括電極液添加管、陽(yáng)極板、處理區(qū)、陰極柱、電極室、磁鐵、外殼、電極液排放管。將污染土壤置于處理區(qū)，電極液經(jīng)過(guò)管道進(jìn)入電極室區(qū)，然后在外加電磁場(chǎng)的作用下土壤中的污染物迅速遷移，提高了局部污染物的濃度。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、建造成本低、易于操作，而且可以實(shí)現(xiàn)了土壤中多種污染物的降解去除。

專(zhuān)利CN103406347A（公開(kāi)日2013-11-27）《一種可用于富集土壤中重金屬及有機(jī)物的方法》：本發(fā)明公開(kāi)了一種可用于富集土壤中重金屬及有機(jī)物的方法，其特征在于通過(guò)搭建電動(dòng)富集系統(tǒng)在土壤中形成電場(chǎng)，通過(guò)電滲流、電遷移作用將土壤中的重金屬及有機(jī)物富集在某一區(qū)域，然后進(jìn)行分離、提純；所述電動(dòng)富集系統(tǒng)電動(dòng)富集系統(tǒng)由可調(diào)控直流電源、陽(yáng)極室、陰極室、土壤、電極、陽(yáng)離子交換膜組成；陽(yáng)極室及陽(yáng)極，陰極室及陰極位于電動(dòng)反應(yīng)系統(tǒng)的兩側(cè)，土壤位于兩電極的中間，陰極室與土壤之間設(shè)置陽(yáng)離子交換膜，可調(diào)控直流電源連接陽(yáng)極與陰極。采用本發(fā)明提供的方法進(jìn)行富集，較植物富集時(shí)間短，不受自然因素的影響且對(duì)重金屬富集不具有專(zhuān)一性，進(jìn)而達(dá)到廢棄物資源化和修復(fù)土壤的目的。

專(zhuān)利CN203380185U（公開(kāi)日2014-01-08）《一種利用電動(dòng)力修復(fù)污染土壤的裝置》：本實(shí)用新型公開(kāi)了一種利用電動(dòng)力修復(fù)污染土壤的裝置，包含直流電源、土壤修復(fù)反應(yīng)器、電極、陽(yáng)離子交換膜。該裝置可通過(guò)在土壤兩端施加直流電壓、形成直流電場(chǎng)，使重金屬、有機(jī)物等在電遷移和電滲流等作用下得以去除?？捎糜诟鞣N土壤中的重金屬及有機(jī)物的去除。采用本裝置修復(fù)污染土壤快速、有效，不受自然因素的影響。

專(zhuān)利CN103736718A（公開(kāi)日2014-04-23）《重金屬污染土壤的電動(dòng)修復(fù)方法及其裝置》：本發(fā)明涉及重金屬污染土壤的電動(dòng)修復(fù)方法及其裝置，本發(fā)明提供一種重金屬污染土壤的電動(dòng)修復(fù)裝置，所述裝置包括前處理系統(tǒng)、直流穩(wěn)壓電源、電動(dòng)電極等、主控制系統(tǒng)及后處理系統(tǒng)，其中，主控制系統(tǒng)連接并控制所述前處理系統(tǒng)、直流穩(wěn)壓電源和后處理系統(tǒng)；直流穩(wěn)壓電源為電動(dòng)電極提供電源。電動(dòng)土壤修復(fù)技術(shù)可實(shí)現(xiàn)重金屬污染土壤的原位修復(fù)，不產(chǎn)生二次污染，處理成本較低。解決了常規(guī)土壤修復(fù)技術(shù)設(shè)備投資高、處理成本高、易造成二次污染等難題。

專(zhuān)利CN103752596A（公開(kāi)日2014-04-30）《修復(fù)污染土壤中金屬離子的方法及裝置》：本發(fā)明公開(kāi)了一種修復(fù)污染土壤中金屬離子的方法及裝置。該方法是將電動(dòng)力學(xué)和靜電紡絲納米纖維膜PRB兩種修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用以修復(fù)污染土壤中的金屬離子。該裝置包括土壤室和分別設(shè)于土壤室兩端的陽(yáng)極室、陰極室，土壤室與陽(yáng)極室之間、土壤室與陰極室之間各設(shè)有一層靜電紡絲納米纖維膜PRB，陽(yáng)極室內(nèi)設(shè)有陽(yáng)極，陰極室內(nèi)設(shè)有陰極，陽(yáng)極和陰極分別與直流電源的兩端相連。本發(fā)明的方法及裝置將電動(dòng)力學(xué)與靜電紡絲納米纖維膜PRB聯(lián)用以提高PRB反應(yīng)介質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度和耐化學(xué)腐蝕性能、可高效去除污染土壤中的金屬離子。

專(zhuān)利CN102806228A（公開(kāi)日2012-12-05）《一種污染土壤異位電動(dòng)修復(fù)裝置及其方法》：本發(fā)明的目的是避免聚焦現(xiàn)象發(fā)生、縮短電動(dòng)修復(fù)時(shí)間，從而提高修復(fù)效果和降低修復(fù)費(fèi)用。為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是這樣的，一種污染土壤異位電動(dòng)修復(fù)裝置，包括土壤承載系統(tǒng)、電極系統(tǒng)和電極工作液噴淋系統(tǒng)。所述土壤承載系統(tǒng)的底部多孔層Ⅰ。所述電極系統(tǒng)包括分別設(shè)置在土壤承載系統(tǒng)上下方的上電極和下電極，工作時(shí)，所述上、下電極所帶電荷相反。所述電極工作液噴淋系統(tǒng)包括安裝在所述土壤承載系統(tǒng)下方的若干噴淋嘴，工作時(shí)，所述噴淋嘴向上噴出工作液。

專(zhuān)利CN102941217A（公開(kāi)日2013-02-27）《一種圓筒式布置電極電動(dòng)力修復(fù)裝置和方法》：本發(fā)明公開(kāi)了一種圓筒式布置電極電動(dòng)力修復(fù)裝置和方法，屬于環(huán)保設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的裝置由電極液儲(chǔ)存箱、電極液閥門(mén)、至少兩個(gè)有共同圓心的圓環(huán)形或弧形電極室和電極、電極液流量計(jì)、加液泵閥門(mén)、加液泵、吸附層組成；電極位于電極室內(nèi)，且和外接直流電源相連；電極室和加液泵相連。所述的方法為：通過(guò)對(duì)待處理的污染場(chǎng)地的污染情況，選擇合適的電極室數(shù)量，將電極室和電極埋入地下，通過(guò)加液泵將電極液注入電極室；給電極通電，從而使污染場(chǎng)地里面的重金屬離子被吸附到吸附層上的吸附材料上，從而達(dá)到去除重金屬的目的。本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，工程造價(jià)低，使用范圍廣；本發(fā)明提供的方法具有經(jīng)濟(jì)、高效、節(jié)能、快速等優(yōu)點(diǎn)。

專(zhuān)利CN103170499A（公開(kāi)日2013-06-26）《一種土壤或污泥中重金屬和有機(jī)污染物的電動(dòng)去除方法》：本發(fā)明提供一種土壤或污泥中重金屬和有機(jī)污染物的電動(dòng)去除方法，該方方法使用如下的電動(dòng)去除裝置，其包括：旋轉(zhuǎn)滾筒，其上覆蓋有導(dǎo)電材料，導(dǎo)電材料外面包覆有反應(yīng)材料層；齒輪，其設(shè)置成環(huán)繞所述旋轉(zhuǎn)滾筒；外側(cè)閉環(huán)鉸鏈履帶，其由導(dǎo)電材料制成，并通過(guò)嚙合在所述齒輪上而閉環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)；閉環(huán)輸送履帶，其用來(lái)輸送土壤或污泥，并穿過(guò)所述外側(cè)閉環(huán)鉸鏈履帶與所述旋轉(zhuǎn)滾筒之間的縫隙而被壓緊在所述旋轉(zhuǎn)滾筒上。通過(guò)使用所述裝置及選擇合適的操作工業(yè)參數(shù)，能快捷有效地同時(shí)去除受污染土壤或污泥中的重金屬和/或有機(jī)污染物，操作簡(jiǎn)便、去除效率高，具有良好的工業(yè)應(yīng)用前景。

專(zhuān)利CN103316909A（公開(kāi)日2013-09-25）《用于重金屬或有機(jī)物污染土壤的電動(dòng)力學(xué)修復(fù)裝置及方法》：本發(fā)明屬于環(huán)境治理技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于重金屬或有機(jī)物污染土壤的電動(dòng)力學(xué)修復(fù)裝置及方法。該裝置由直流電源、陽(yáng)極室、氣體收集裝置、土壤室、陽(yáng)極電極和陰極電極組成。本發(fā)明裝置在電動(dòng)壓力下，電極附近土壤溶液發(fā)生電化學(xué)元素反應(yīng)，改變土壤中的氧化還原電位、pH值等理化性質(zhì)，通過(guò)羥丙基-β-環(huán)糊精可以使低滲透性的土壤保持一個(gè)較高的電導(dǎo)率，加快土壤固體上重金屬或者有機(jī)物的解吸。

綜觀以上各專(zhuān)利，存在以下問(wèn)題：

（1）以往的所有“原地異位”修復(fù)裝置都是實(shí)驗(yàn)裝置，而不是可用于實(shí)際修復(fù)工程的大型裝備。

（2）由于使用了濾紙、離子交換膜、分子篩、玻璃濾板和多孔陶瓷板等相對(duì)脆弱的材料，一般只能用于實(shí)驗(yàn)室，而不適合用于實(shí)際工程。

（3）將重金屬分離時(shí)需要使用高速離心機(jī)等實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，成本極高，同樣不適用于實(shí)際工程。

（4）有的專(zhuān)利技術(shù)沒(méi)有提出專(zhuān)門(mén)處理堿性帶的解決方案，在實(shí)際使用過(guò)程中，重金屬會(huì)在距離陰極1/3-2/3處理箱總長(zhǎng)度的空間范圍內(nèi)遭遇pH值≥9的“堿性帶”，形成氫氧化物沉淀，從而導(dǎo)致重金屬無(wú)法遷移出土壤系統(tǒng)，最終導(dǎo)致修復(fù)失敗。

（5）在陽(yáng)極區(qū)使用的鐵屑等其他金屬，在修復(fù)過(guò)程中會(huì)因電解反應(yīng)進(jìn)入土壤并向陰極遷移，在遇到堿性帶時(shí)形成的氫氧化鐵沉淀導(dǎo)致Pb、Cd、Hg等重金屬的共沉淀，影響重金屬的去除效率。

（6）用石墨作電極時(shí)，如果厚度薄，則容易破碎；若厚度大，則會(huì)使得裝備的重量大大增加。而金屬電極在溫度較高（≥90℃或更高）、極酸或極堿、大電流條件下，都會(huì)受到強(qiáng)烈腐蝕，經(jīng)常性更換電極將導(dǎo)致土壤修復(fù)成本大幅上漲。

（7）若采用風(fēng)能和太陽(yáng)能的供電系統(tǒng)，對(duì)于大型修復(fù)工程來(lái)說(shuō)，需要配置大功率發(fā)電站，不適用于商業(yè)化操作。

（8）若需要使用大量專(zhuān)用電解液或工作液池，會(huì)使修復(fù)裝備變得結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積也變大。

（9）“原位電動(dòng)修復(fù)”時(shí)，電動(dòng)力和電極液的損耗都很大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷問(wèn)題，滿(mǎn)足土壤修復(fù)實(shí)際工程需求，本申請(qǐng)發(fā)明提供了一種“原地異位”的重金屬污染土壤電動(dòng)修復(fù)裝置。所謂“原地異位”是指將本發(fā)明裝備運(yùn)抵污染場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)，然后將污染土壤挖掘出來(lái)放置于處理箱中，污染土壤經(jīng)修復(fù)后再放歸原地。該裝備具有與以往技術(shù)不同的結(jié)構(gòu)，不使用濾紙、離子交換膜、分子篩、玻璃濾板和多孔陶瓷板等脆弱材料，也沒(méi)有高速離心機(jī)等實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，沒(méi)有電解液室或工作液室；在陽(yáng)極區(qū)不使用容易引發(fā)共沉淀的等其他金屬；而使用了專(zhuān)門(mén)的堿性帶控制裝置（CAMP袋）來(lái)控制被處理土壤的pH值，使其pH值 維持在2~4之間；使用了自有復(fù)合陰極專(zhuān)利技術(shù)，可將重金屬在其遷移出土壤體系后快速捕獲；整套修復(fù)裝備根據(jù)實(shí)際修復(fù)工程的需要而設(shè)計(jì)，便于土壤裝卸。與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明在堿性帶控制、加快重金屬遷移速度、提高修復(fù)速度與效率和大型裝備樣式等方面均有創(chuàng)新性進(jìn)展。

本發(fā)明公開(kāi)了一種重金屬污染土壤的電動(dòng)修復(fù)裝置，該裝置包括直流電源1和單個(gè)或若干個(gè)處理單元通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)組成；每個(gè)處理單元包括絕緣處理箱2、COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極3、堿性帶控制器CAMP袋4、惰性板狀陽(yáng)極5、加固系統(tǒng)6、支撐系統(tǒng)7、傳動(dòng)-傾倒系統(tǒng)8、LED警示燈9；其中，所述絕緣處理箱2包括箱體2-1和導(dǎo)流板2-2，其中導(dǎo)流板2-2可拆卸連接；所述COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極3包括陰極材料室3-1、惰性陰極板3-2和陰極支撐軸3-3；加固系統(tǒng)6包括槽體框架6-1和加強(qiáng)筋6-2；支撐系統(tǒng)7包括底座7-1和支撐架7-2，所述支撐架7-2固定在所述底座7-1之上；傳動(dòng)-傾倒系統(tǒng)8包括轉(zhuǎn)動(dòng)主軸8-1、電動(dòng)機(jī)8-2、減速機(jī)8-3、輸出軸8-4、齒輪8-5、齒圈8-6、滑輪8-7、導(dǎo)軌8-8、電動(dòng)機(jī)控制開(kāi)關(guān)8-9；所述絕緣處理箱2被所述槽體框架6-1及所述加強(qiáng)筋6-2包圍并加固；所述轉(zhuǎn)動(dòng)主軸8-1是所述絕緣處理箱2和加固系統(tǒng)6的翻轉(zhuǎn)軸，通過(guò)所述轉(zhuǎn)動(dòng)主軸8-1將所述絕緣處理箱2及加固系統(tǒng)6與所述支撐架7-2相連；所述轉(zhuǎn)動(dòng)主軸8-1被所述COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極3包裹，所述陰極支撐軸3-3與所述轉(zhuǎn)動(dòng)主軸8-1同軸；所述槽體框架6-1的中間設(shè)置有所述齒圈8-6，所述電動(dòng)機(jī)8-2和所述減速機(jī)8-3通過(guò)所述齒輪8-5與所述齒圈8-6嚙合并帶動(dòng)處理箱2轉(zhuǎn)動(dòng)；所述滑輪8-7和所述導(dǎo)軌8-8起輔助支撐和穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)作用；所述電動(dòng)機(jī)控制開(kāi)關(guān)8-9控制所述電動(dòng)機(jī)8-2的啟動(dòng)與關(guān)閉；部分所述加強(qiáng)筋6-2及部分所述支撐架7-2為中空，可供電纜線通過(guò)；所述COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極3、所述堿性帶控制器CAMP袋4、所述惰性板狀陽(yáng)極5依次排列置于處理箱2之中；所述COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極3和所述惰性板狀陽(yáng)極5分別與所述直流電源1的正負(fù)極相連；當(dāng)所述直流電源1的正負(fù)極與所述絕緣處理箱2的陰陽(yáng)極聯(lián)通時(shí)，所述LED警示燈9亮起，否則熄滅。

進(jìn)一步的，所述絕緣處理箱2材料選自厚度t為0.1cm-50cm的玻璃鋼、聚四氟乙烯、改性PP板、改性塑料中的一種。

進(jìn)一步的，所述絕緣處理箱2可設(shè)置為上開(kāi)口的半圓形、立方柱、長(zhǎng)方柱、梯形柱及其他任意柱狀筒體的形式之一或它們的組合。所述絕緣處理箱2設(shè)置為上開(kāi)口半圓形筒體時(shí)，筒體內(nèi)徑r為0.1m-50m、外徑h為r+t，寬度w為2r+2t，長(zhǎng)度l為0.2~100m；陰極柱3的半徑為0.01m~20m，長(zhǎng)度≤lm。

進(jìn)一步的，所述COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極3、堿性帶控制器CAMP袋4、惰性板狀陽(yáng)極5的形狀與所述絕緣處理箱2形狀一致，并置于絕緣處理箱2之內(nèi)；所述COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極3的厚度是所述堿性帶控制器CAMP袋4長(zhǎng)度的1/2-1/50；所述轉(zhuǎn)動(dòng)主軸8-1被所述COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極3包裹，且所述陰極支撐軸3-3與所述轉(zhuǎn)動(dòng)主軸8-1同軸。

進(jìn)一步的，所述陰極支撐軸3-3選擇聚四氟乙烯材料。

進(jìn)一步的，所述絕緣處理箱2、COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極3、惰性板狀陽(yáng)極5的工作條件（簡(jiǎn)稱(chēng)“特定理化條件”）為溫度≤120℃、1≤pH值≤14、電流密度1 A/m²-6000A/m²?！疤囟ɡ砘瘲l件”是絕緣處理箱2、COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極3、惰性板狀陽(yáng)極5等部件制作材料的限定。電極材料除了石墨電極外，還可以是導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電塑料、碳纖維電極或其他任何結(jié)構(gòu)型和復(fù)合型導(dǎo)電合成材料，一般要求體電阻率小于10^-1Ω/cm²；對(duì)于其他直接與土壤接觸的部件，其制作材料為玻璃鋼、聚四氟乙烯、改性PP板和改性塑料板等。

進(jìn)一步的，直流電源1的生產(chǎn)廠家、型號(hào)、輸出電壓和輸出電流等參數(shù)沒(méi)有特殊偏好和要求，但應(yīng)保證在修復(fù)期間被處理土壤中的“電能密度指數(shù)”K∈[2~1，000，000]，單位：A.V.m^-3。其中，“電能密度指數(shù)”K被定義為：，其中I是電流值，單位為安培；U是電壓值，單位為伏特；V是被處理土壤的體積，單位為立方米。

進(jìn)一步的，所述支撐系統(tǒng)7、所述傳動(dòng)-傾倒系統(tǒng)8與所述絕緣處理箱2構(gòu)成一個(gè)整體；所述惰性陰極板3-2與所述轉(zhuǎn)動(dòng)主軸8-1之間有絕緣層阻隔。

進(jìn)一步的，所述電動(dòng)機(jī)8-2的功率為P，且；其中W_T=W₁+W₂+W₃，W₁為絕緣處理箱2的重量，W₂為所述槽體框架6-1、加強(qiáng)筋6-2、齒圈8-6、導(dǎo)軌8-8的總重量，W₃為被處理的土壤、淤泥、固體廢棄物、礦石、廢水及重金屬活化劑的總重量；a為土壤密度，且1≤a≤3；b為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，且3≤b≤6。

進(jìn)一步的，所述絕緣處理箱2的翻轉(zhuǎn)速度可選擇10~60秒鐘翻轉(zhuǎn)90°。所述滑輪8-7與導(dǎo)軌8-8可用齒輪和齒圈代替；所述傳動(dòng)-傾倒系統(tǒng)8可用液壓系統(tǒng)代替。

進(jìn)一步的，LED警示燈9用于指示系統(tǒng)的工作狀態(tài)，提醒操作人員注意高壓危險(xiǎn)和用電安全。當(dāng)直流電源1的正負(fù)極與絕緣處理箱2的陰陽(yáng)極聯(lián)通時(shí)，LED警示燈9亮起；否則熄滅。本發(fā)明的其他部件均符合一般用電安全和工程技術(shù)要求。

進(jìn)一步的，所述的污染土壤電動(dòng)修復(fù)裝置適用于重金屬（放射性、有機(jī)）污染土壤（淤泥、固體廢棄物）的修復(fù)，也可應(yīng)用于稀有、稀土、分散和貴金屬貧礦的富集和提取。本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

第一，采用了“原地異位”技術(shù)，可以避免電極接地造成的電力浪費(fèi)，將電動(dòng)力完全應(yīng)用于土壤修復(fù)，既節(jié)省了能源，又提高了修復(fù)速度，并進(jìn)一步節(jié)省了人力、物力和財(cái)力等方面的成本。

第二，使用了COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極和CAMP袋。COMBOPO陰極可以將陽(yáng)離子重金屬濃縮，通過(guò)沉淀、吸附和固化等方式，將重金屬“囚禁于”體積很小的陰極材料中。還可以為重金屬的回收利用成為可能。CAMP袋具有控制土壤酸堿度和加速重金屬的遷移速度的作用。

第三，處理箱與COMBOPO陰極同軸，一方面可以使在處理箱內(nèi)部的陽(yáng)極與陰極的距離處處相等，使得土壤處理變得均勻；另一方面減小了陰極的體積，在相同條件下，可以處理更多的土壤。

第四，特殊的支架和傳動(dòng)系統(tǒng)使得修復(fù)好的土壤的卸載十分方便、快速和安全。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明所述電動(dòng)修復(fù)裝置的電源與各個(gè)處理單元之間的連接關(guān)系圖。

圖2為本發(fā)明電動(dòng)修復(fù)裝置的一個(gè)單元的正視圖。

圖3為本發(fā)明電動(dòng)修復(fù)裝置的一個(gè)單元的側(cè)視圖。

圖4為本發(fā)明電動(dòng)修復(fù)裝置的一個(gè)單元的俯視圖。

圖5為本發(fā)明電動(dòng)修復(fù)裝置的A-A’剖視圖。

其中：

1 直流電源、2 絕緣處理箱：2-1 箱體、2-2 導(dǎo)流板、3 COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極、3-1陰極材料室、3-2惰性陰極板、3-3陰極支撐軸、4 堿性帶控制器CAMP袋、5 惰性板狀陽(yáng)極、6加固系統(tǒng)、6-1 槽體框架、6-2 加強(qiáng)筋、7 支撐系統(tǒng)、7-1底座、7-2支撐架、8 傳動(dòng)-傾倒系統(tǒng)、8-1 轉(zhuǎn)動(dòng)主軸、8-2 電動(dòng)機(jī)、8-3 減速機(jī)、8-4 輸出軸、8-5 齒輪、8-6 齒圈、8-7 滑輪、8-8 導(dǎo)軌、8-9 電動(dòng)機(jī)控制開(kāi)關(guān)、9 LED警示燈。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明特征作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

如圖1所示，本發(fā)明所述的重金屬污染土壤的電動(dòng)修復(fù)裝置由直流電源（1）和若干個(gè)處理單元通過(guò)串聯(lián)或并聯(lián)組成。

如圖2-5所示，每個(gè)處理單元包括：絕緣處理箱（2）、COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極（3）、堿性帶控制器CAMP袋（4）、惰性板狀陽(yáng)極（5）、加固系統(tǒng)（6）、支撐系統(tǒng)（7）、傳動(dòng)-傾倒系統(tǒng)（8）、LED警示燈（9）。其中絕緣處理箱（2）包括箱體（2-1）和導(dǎo)流板（2-2），導(dǎo)流板（2-2）是可選的；COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極（3）包括陰極材料室（3-1）、惰性陰極板（3-2）和陰極支撐軸（3-3）；加固系統(tǒng)（6）包括槽體框架（6-1）和加強(qiáng)筋（6-2）；支撐系統(tǒng)（7）包括底座（7-1）和支撐架（7-2）；傳動(dòng)-傾倒系統(tǒng)（8）包括轉(zhuǎn)動(dòng)主軸（8-1）、電動(dòng)機(jī)（8-2）、減速機(jī)（8-3）、輸出軸（8-4）、齒輪（8-5）、齒圈（8-6）、滑輪（8-7）、導(dǎo)軌（8-8）和電動(dòng)機(jī)控制開(kāi)關(guān)（8-9）組成。

所述絕緣處理箱（2）被所述槽體框架（6-1）及所述加強(qiáng)筋（6-2）包圍并加固；所述轉(zhuǎn)動(dòng)主軸（8-1）是所述絕緣處理箱（2）和加固系統(tǒng)（6）的翻轉(zhuǎn)軸，通過(guò)所述轉(zhuǎn)動(dòng)主軸（8-1）將所述絕緣處理箱（2）及加固系統(tǒng)（6）與所述支撐架（7-2）相連。工作中，箱體作往復(fù)式半圓周轉(zhuǎn)動(dòng)。所述轉(zhuǎn)動(dòng)主軸（8-1）被所述COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極（3）包裹，所述陰極支撐軸（3-3）與所述轉(zhuǎn)動(dòng)主軸（8-1）同軸，但兩者不同質(zhì)，陰極支撐軸（3-3）為聚四氟乙烯等剛性絕緣材料制成。所述槽體框架（6-1）的中間設(shè)置有所述齒圈（8-6），所述電動(dòng)機(jī)（8-2）和所述減速機(jī)（8-3）通過(guò)所述齒輪（8-5）與所述齒圈（8-6）嚙合并帶動(dòng)處理箱（2）轉(zhuǎn)動(dòng)。所述滑輪（8-7）和所述導(dǎo)軌（8-8）起輔助支撐和穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)作用。所述電動(dòng)機(jī)控制開(kāi)關(guān)（8-9）控制所述電動(dòng)機(jī)（8-2）的啟動(dòng)與關(guān)閉。部分所述加強(qiáng)筋（6-2）及部分所述支撐架（7-2）為中空，可供電纜線通過(guò)。所述COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極（3）、所述堿性帶控制器CAMP袋（4）、所述惰性板狀陽(yáng)極（5）依次排列置于絕緣處理箱（2）之中。所述COMBOPO可拆卸更換式復(fù)合陰極（3）和所述惰性板狀陽(yáng)極（5）分別與所述直流電源（1）的正負(fù)極相連。當(dāng)所述直流電源（1）的正負(fù)極與所述絕緣處理箱（2）的陰陽(yáng)極聯(lián)通時(shí)，所述LED警示燈（9）亮起，否則熄滅。

本發(fā)明所述的重金屬污染土壤的電動(dòng)修復(fù)裝置工作過(guò)程如下：

污染土壤來(lái)源：湖南某污染場(chǎng)地附近農(nóng)田重金屬污染土壤。

污染重金屬元素：Cd、Cu、Pb和Zn等。

原始土壤中重金屬濃度：見(jiàn)表1。由表1可見(jiàn)，本污染場(chǎng)地的污染物主要是重金屬Cd（濃度3.04mg/kg）和Pb（濃度653.74mg/kg），它們分別超出國(guó)家土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)15.20倍和18.68倍，超出三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)3.04倍和1.31倍。

表 湖南某污染場(chǎng)地附近農(nóng)田Cd、Pb污染土壤電動(dòng)修復(fù)前后重金屬元素濃度對(duì)比

修復(fù)流程：（1）將重金屬污染土壤的電動(dòng)修復(fù)裝置用車(chē)載入現(xiàn)場(chǎng)。（2）用人工或機(jī)械方式將待修復(fù)土壤（原始土壤）挖出約2m³，并轉(zhuǎn)移至絕緣處理箱中的堿性帶控制器CAMP袋內(nèi)，數(shù)量視絕緣處理箱大小而定。（3）加入特制的重金屬活化劑，再1:1比例加入潔凈水，攪拌均勻，置于布袋中。（4）用自制非標(biāo)可編程SynC交直流混合供電電源在電極上按照特殊程序和時(shí)間間隔交替施加一定電壓和電流的交流電和直流電，分別經(jīng)過(guò)24小時(shí)和48小時(shí)后，等量采集布袋中不同典型位置的土壤樣品若干個(gè)，經(jīng)充分混合后，送實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)其中的Cd和Pb等元素的濃度。

修復(fù)效果分析：經(jīng)過(guò)24處理后，土壤中Cd和Pb元素的濃度分別變成了2.19mg/kg和541.17mg/kg，去除率分別是28.03%和17.22%。

經(jīng)過(guò)48處理后，土壤中Cd和Pb元素的濃度分別變成了0.82mg/kg和222.32mg/kg，去除率分別是73.03%和65.99%。相對(duì)于土壤質(zhì)量一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的4.10倍和6.35倍；相對(duì)于土壤質(zhì)量三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的0.82倍和0.44倍。

由此可見(jiàn)，利用本裝置，可以在48小時(shí)內(nèi)有效降低土壤中的Cd和Pb等重金屬元素。對(duì)于本實(shí)施例中的重金屬元素，原始土壤中超標(biāo)的Cd元素和Pb元素經(jīng)過(guò)48小時(shí)的處理，土壤中的濃度分別下降約73%和66%。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說(shuō)明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在上述說(shuō)明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無(wú)法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引伸出的顯而易見(jiàn)的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。