一種通過(guò)極性切換與場(chǎng)強(qiáng)補(bǔ)充的電極轉(zhuǎn)置方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有機(jī)污染土壤的修復(fù)技術(shù)，具體說(shuō)是一種通過(guò)極性切換與場(chǎng)強(qiáng)補(bǔ)充的 電極轉(zhuǎn)置方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 電動(dòng)方法修復(fù)有機(jī)污染土壤是目前一種新興技術(shù)。在已有的電動(dòng)修復(fù)過(guò)程中，將 電極插入到污染土壤中，形成電極矩陣，施加微弱直流電形成電場(chǎng)。在電化學(xué)反應(yīng)和電動(dòng)效 應(yīng)的聯(lián)合作用下，能夠有效去除土壤中的有機(jī)污染物。
[0003] 前期研究過(guò)程中利用MXN個(gè)矩陣電極等距網(wǎng)格排列，通過(guò)周期性的陰陽(yáng)極的極 性切換，形成對(duì)稱電場(chǎng)，消除了修復(fù)死角，實(shí)現(xiàn)了電場(chǎng)有效區(qū)的全覆蓋（CN102294350B)。但 由于降解效率與電場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，該四點(diǎn)電極布設(shè)方式導(dǎo)致網(wǎng)格單元內(nèi)中心為場(chǎng)強(qiáng)最弱區(qū) 域，電化學(xué)氧化作用較小，有機(jī)污染物的降解效率最低（Li et al.，2010)。因此，電場(chǎng)強(qiáng)度 的空間差異性導(dǎo)致有機(jī)污染物去除效率的空間不均一性。所以，如何利用電極附近強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng) 對(duì)有機(jī)污染物的高效降解，通過(guò)電極布設(shè)模式轉(zhuǎn)置的方式，補(bǔ)充強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)區(qū)面積，彌補(bǔ)對(duì)稱電 場(chǎng)的中心區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)較弱的缺點(diǎn)，避免電動(dòng)修復(fù)有機(jī)污染土壤效率的空間差異，對(duì)提高電動(dòng) 修復(fù)有機(jī)污染土壤的整理效率具有重大意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為實(shí)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)補(bǔ)充，增加電場(chǎng)的強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)區(qū)面積，解決電動(dòng)修復(fù)有機(jī)污染土壤效率的 空間不均一性，提高有機(jī)污染土壤的整體修復(fù)效率的目的，提供了一種通過(guò)極性切換與場(chǎng) 強(qiáng)補(bǔ)充的電極轉(zhuǎn)置方法。
[0005] 本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：一種通過(guò)極性切換與場(chǎng)強(qiáng)補(bǔ)充的電 極轉(zhuǎn)置方法，由周期性極性切換的四點(diǎn)電極形成的全覆蓋對(duì)稱電場(chǎng)，和五點(diǎn)電極形成的中 心強(qiáng)化電場(chǎng)互相轉(zhuǎn)置構(gòu)成，包括以下步驟：
[0006] 四電極模式：
[0007] 設(shè)置時(shí)間控制器參數(shù)，使時(shí)間控制器1與時(shí)間控制器2閉合時(shí)間同步，時(shí)間控制器 3與時(shí)間控制器4閉合時(shí)間同步，而時(shí)間控制器1、2與時(shí)間控制器3、4閉合時(shí)間異步，時(shí)間 控制器5打開(kāi)，進(jìn)而控制1號(hào)、2號(hào)電極與3號(hào)、4號(hào)電極的極性相反；
[0008] 設(shè)置時(shí)間控制器參數(shù)，使時(shí)間控制器1與時(shí)間控制器3閉合時(shí)間同步，時(shí)間控制器 2與時(shí)間控制器4閉合時(shí)間同步，而時(shí)間控制器1、3與時(shí)間控制器2、4閉合時(shí)間異步，時(shí)間 控制器5打開(kāi)，進(jìn)而控制1號(hào)、3號(hào)電極與2號(hào)、4號(hào)電極的極性相反；
[0009] 重復(fù)上述步驟若干次；
[0010] 五電極模式：
[0011] 設(shè)置時(shí)間控制器參數(shù)，使時(shí)間控制器1、2、3、4閉合時(shí)間同步，時(shí)間控制器5與時(shí)間 控制器1、2、3、4異步，進(jìn)而控制1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)電極與5號(hào)電極的極性相反。
[0012] 所述四電極模式中，控制1號(hào)、2號(hào)電極與3號(hào)、4號(hào)電極的極性相反，具體為：
[0013] 當(dāng)繼電器1和繼電器2閉合、繼電器3和繼電器4打開(kāi)時(shí)，1號(hào)和2號(hào)電極為正極、 3號(hào)和4號(hào)電極為負(fù)極；當(dāng)繼電器3和繼電器4閉合、繼電器1和繼電器2打開(kāi)時(shí)，1號(hào)和2 號(hào)電極為負(fù)極、3號(hào)和4號(hào)電極為正極。
[0014] 所述四電極模式中，控制1號(hào)、3號(hào)電極與2號(hào)、4號(hào)電極的極性相反，具體為：
[0015] 當(dāng)繼電器1和繼電器3閉合、繼電器2和繼電器4打開(kāi)時(shí)，1號(hào)和3號(hào)電極為正極、 2號(hào)和4號(hào)電極為負(fù)極；當(dāng)繼電器2和繼電器4閉合、繼電器1和繼電器3打開(kāi)時(shí)，1號(hào)和3 號(hào)電極為負(fù)極、2號(hào)和4號(hào)電極為正極。
[0016] 所述五電極模式中，控制1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)電極與5號(hào)電極的極性相反，具體為：
[0017] 當(dāng)繼電器1、繼電器2、繼電器3、繼電器4打開(kāi)，繼電器5閉合時(shí)，1、2、3、4號(hào)電極 為負(fù)極，5號(hào)電極為正極；當(dāng)繼電器1、繼電器2、繼電器3、繼電器4閉合，繼電器5打開(kāi)時(shí)， 1、2、3、4號(hào)電極為正極，5號(hào)電極為負(fù)極。
[0018] 本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
[0019] 1.四電極布設(shè)與五點(diǎn)電極布的轉(zhuǎn)置，可彌補(bǔ)單一電極布設(shè)方式的弱場(chǎng)強(qiáng)區(qū)域，增 加強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)區(qū)面積50%，從而提高電動(dòng)修復(fù)的整體空間修復(fù)效率。
[0020] 2.在電場(chǎng)有效區(qū)全覆蓋的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)區(qū)的互補(bǔ)，解決了電動(dòng)修復(fù)有機(jī)污 染土壤效率的空間不均一性，提高了有機(jī)污染土壤的整體修復(fù)效率。
【附圖說(shuō)明】
[0021] 圖1為四電極布設(shè)極性切換方式與強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)區(qū)圖；
[0022] 圖2為五電極布設(shè)方式及強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)區(qū)圖；
[0023] 圖3為四電極布設(shè)與五電極布設(shè)的場(chǎng)強(qiáng)互補(bǔ)圖；
[0024] 圖4為本發(fā)明極性切換與電極模式轉(zhuǎn)置流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0026] 實(shí)施例1
[0027] 本實(shí)施例所修復(fù)的污染土壤為實(shí)驗(yàn)室配置的石油污染土壤，所采的土壤為棕壤， 出去肉眼可見(jiàn)的雜質(zhì)和草木根，室內(nèi)自然風(fēng)干后過(guò)2mm篩子，石油采自遼河油田曙光采油 廠某油坑。配置成含油量50g/kg石油污染土壤。配制成石油污染土壤后自然風(fēng)干放置7 天，待石油與土壤混合均勻后，用純凈水將土壤濕度調(diào)節(jié)到25%后，裝入到土壤盒內(nèi)，土壤 盒長(zhǎng) 22cm，寬 22cm，高 10cm。
[0028] 污染土壤中布置五根根電極，分別命名為1、2、3、4、5號(hào)電極，電極材質(zhì)為石墨電 極，直徑lcm，高11cm，其中1、2、3、4號(hào)電極間距離為20cm，5號(hào)電極在1、2、3、4號(hào)電極的中 心線點(diǎn)。參見(jiàn)圖1-圖3布置電極。通過(guò)調(diào)整時(shí)間控制器參數(shù)控制繼電器吸合順序達(dá)到電 極切換不同極性的目的，具體流程如圖4所示，包括 ：
[0029] -開(kāi)關(guān)電源GS，開(kāi)關(guān)電源GS輸入端接斷路器QF，開(kāi)關(guān)電源輸出端連接到時(shí)間控制 器1、2、3、4、5常開(kāi)觸點(diǎn)上，時(shí)間控制器1常開(kāi)觸點(diǎn)另一端連接到繼電器1、2線圈上；時(shí)間控 制器2常開(kāi)觸點(diǎn)另一端連接到繼電器3、4線圈上；時(shí)間控制器3常開(kāi)觸點(diǎn)另一端連接到繼 電器1、3線圈上；時(shí)間控制器4常開(kāi)觸點(diǎn)另一端連接到繼電器2、4線圈上；時(shí)間控制器5常 開(kāi)觸點(diǎn)另一端連接到繼電器5、6線圈上；每個(gè)繼電器觸點(diǎn)公共端上配備一個(gè)電極，繼電器 1、 2、3、4常開(kāi)觸點(diǎn)接到開(kāi)關(guān)電源正極，常閉觸點(diǎn)接到開(kāi)關(guān)電源負(fù)極；繼電器5常開(kāi)觸點(diǎn)接到 開(kāi)關(guān)電源正極，繼電器6常開(kāi)觸點(diǎn)接到開(kāi)關(guān)電源負(fù)極。
[0030] 連接完成后，控制流程如下：
[0031] 步驟一、設(shè)置時(shí)間控制器參數(shù)。在四電極模式下，狀態(tài)1下，時(shí)間控制器1與時(shí)間 控制器2閉合時(shí)間同步，時(shí)間控制器3與時(shí)間控制器4閉合時(shí)間同步，而時(shí)間控制器1、2與 時(shí)間控制器3、4閉合時(shí)間異步，時(shí)間控制器5永遠(yuǎn)打開(kāi)；狀態(tài)2下，時(shí)間控制器1與時(shí)間控 制器3閉合時(shí)間同步，時(shí)間控制器2與時(shí)間控制器4閉合時(shí)間同步，而時(shí)間控制器1、3與時(shí) 間控制器2、4閉合時(shí)間異步，時(shí)間控制器5永遠(yuǎn)打開(kāi)；在模式2下，時(shí)間控制器1、2、3、4閉 合時(shí)間同步，時(shí)間控制器5與時(shí)間控制器1、2、3、4異步。
[0032] 步驟二、在四電極模式下，狀態(tài)1下點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕控制系統(tǒng)運(yùn)行，當(dāng)繼電器1和繼 電器2閉合、繼電器3和繼電器4打開(kāi)時(shí)，1號(hào)和2號(hào)電極為正極、3號(hào)和4號(hào)電極為負(fù)極； 當(dāng)繼電器3和繼電器4閉合、繼電器1和繼電器2打開(kāi)時(shí)，1號(hào)和2號(hào)電極為負(fù)極、3號(hào)和4 號(hào)電極為正極。在模式1，狀態(tài)2下點(diǎn)擊啟動(dòng)按鈕控制系統(tǒng)運(yùn)行，當(dāng)繼電器1和繼電器3閉 合、繼電器2和繼電器4打開(kāi)時(shí)，1號(hào)和3號(hào)電極為正極、2號(hào)和4號(hào)電極為負(fù)極；當(dāng)繼電器 2和繼電器4閉合、繼電器1和繼電器3打開(kāi)時(shí)，1號(hào)和3號(hào)電極為負(fù)極、2號(hào)和4號(hào)電極為 正極。
[0033] 步驟三、經(jīng)過(guò)N輪切換后，切換到五電極模式，當(dāng)繼電器1、繼電器2、繼電器3、繼 電器4打開(kāi)，繼電器5閉合時(shí)，1、2、3、4號(hào)電極為負(fù)極，5號(hào)電極為正極；當(dāng)繼電器1、繼電器 2、 繼電器3、繼電器4閉合，繼電器5打開(kāi)時(shí)，1、2、3、4號(hào)電極為正極，5號(hào)電極為負(fù)極。
[0034] 通過(guò)電極極性切換與電極布設(shè)方式的轉(zhuǎn)置，可彌補(bǔ)單一電極布設(shè)方式的弱場(chǎng)強(qiáng)區(qū) 域，增加強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)區(qū)面積50%，提高整體修復(fù)效率。
[0035] 修復(fù)結(jié)果見(jiàn)附表1。
[0036] 表 1
[0037]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種通過(guò)極性切換與場(chǎng)強(qiáng)補(bǔ)充的電極轉(zhuǎn)置方法，其特征在于，通過(guò)布設(shè)中心補(bǔ)充電 極，由周期性極性切換的四點(diǎn)電極形成的全覆蓋對(duì)稱電場(chǎng)，和五點(diǎn)電極形成的中心強(qiáng)化電 場(chǎng)互相轉(zhuǎn)置構(gòu)成，包括以下步驟： 四電極模式： 設(shè)置時(shí)間控制器參數(shù)，使時(shí)間控制器1與時(shí)間控制器2閉合時(shí)間同步，時(shí)間控制器3與 時(shí)間控制器4閉合時(shí)間同步，而時(shí)間控制器1、2與時(shí)間控制器3、4閉合時(shí)間異步，時(shí)間控制 器5打開(kāi)，進(jìn)而控制1號(hào)、2號(hào)電極與3號(hào)、4號(hào)電極的極性相反； 設(shè)置時(shí)間控制器參數(shù)，使時(shí)間控制器1與時(shí)間控制器3閉合時(shí)間同步，時(shí)間控制器2與 時(shí)間控制器4閉合時(shí)間同步，而時(shí)間控制器1、3與時(shí)間控制器2、4閉合時(shí)間異步，時(shí)間控制 器5打開(kāi)，進(jìn)而控制1號(hào)、3號(hào)電極與2號(hào)、4號(hào)電極的極性相反； 重復(fù)上述步驟若干次； 五電極模式： 設(shè)置時(shí)間控制器參數(shù)，使時(shí)間控制器1、2、3、4閉合時(shí)間同步，時(shí)間控制器5與時(shí)間控制 器1、2、3、4異步，進(jìn)而控制1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)電極與5號(hào)電極的極性相反。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)極性切換與場(chǎng)強(qiáng)補(bǔ)充的電極轉(zhuǎn)置方法，其特征在 于，所述四電極模式中，控制1號(hào)、2號(hào)電極與3號(hào)、4號(hào)電極的極性相反，具體為： 當(dāng)繼電器1和繼電器2閉合、繼電器3和繼電器4打開(kāi)時(shí)，1號(hào)和2號(hào)電極為正極、3號(hào) 和4號(hào)電極為負(fù)極；當(dāng)繼電器3和繼電器4閉合、繼電器1和繼電器2打開(kāi)時(shí)，1號(hào)和2號(hào) 電極為負(fù)極、3號(hào)和4號(hào)電極為正極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)極性切換與場(chǎng)強(qiáng)補(bǔ)充的電極轉(zhuǎn)置方法，其特征在 于，所述四電極模式中，控制1號(hào)、3號(hào)電極與2號(hào)、4號(hào)電極的極性相反，具體為： 當(dāng)繼電器1和繼電器3閉合、繼電器2和繼電器4打開(kāi)時(shí)，1號(hào)和3號(hào)電極為正極、2號(hào) 和4號(hào)電極為負(fù)極；當(dāng)繼電器2和繼電器4閉合、繼電器1和繼電器3打開(kāi)時(shí)，1號(hào)和3號(hào) 電極為負(fù)極、2號(hào)和4號(hào)電極為正極。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通過(guò)極性切換與場(chǎng)強(qiáng)補(bǔ)充的電極轉(zhuǎn)置方法，其特征在 于，所述五電極模式中，控制1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)電極與5號(hào)電極的極性相反，具體為： 當(dāng)繼電器1、繼電器2、繼電器3、繼電器4打開(kāi)，繼電器5閉合時(shí)，1、2、3、4號(hào)電極為負(fù) 極，5號(hào)電極為正極；當(dāng)繼電器1、繼電器2、繼電器3、繼電器4閉合，繼電器5打開(kāi)時(shí)，1、2、 3、4號(hào)電極為正極，5號(hào)電極為負(fù)極。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種通過(guò)極性切換與場(chǎng)強(qiáng)補(bǔ)充的電極轉(zhuǎn)置方法，它由電動(dòng)修復(fù)中四點(diǎn)電極和五點(diǎn)電極轉(zhuǎn)置完成。四點(diǎn)電極采取網(wǎng)格矩陣的布設(shè)方式，通過(guò)周期性的極性切換，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)修復(fù)區(qū)域的全覆蓋，且電極周邊電場(chǎng)強(qiáng)度較大；五點(diǎn)電極布設(shè)方式是在四點(diǎn)電極中心布置1根補(bǔ)充電極，有效覆蓋面積只有50%，但中心補(bǔ)充電極區(qū)域場(chǎng)強(qiáng)較大。因此，通過(guò)極性切換與電極轉(zhuǎn)置，在電場(chǎng)有效區(qū)全覆蓋的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)區(qū)的補(bǔ)充。本發(fā)明可將強(qiáng)場(chǎng)強(qiáng)區(qū)面積增加50%，解決了電動(dòng)修復(fù)有機(jī)污染土壤效率的空間不均一性問(wèn)題，提高了有機(jī)污染土壤的整體修復(fù)效率，是電動(dòng)修復(fù)有機(jī)污染土壤技術(shù)中一種高效的電極布置方式。
【IPC分類】B09C1-08, B09C1-00
【公開(kāi)號(hào)】CN104646403
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310595675
【發(fā)明人】郭書(shū)海, 李婷婷, 吳波
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所
【公開(kāi)日】2015年5月27日
【申請(qǐng)日】2013年11月22日