沼渣粪便中超标重金属的电动去除设备和方法技术领域
本发明属于污染修复技术领域，涉及一种沼渣粪便中超标重金属的电动去除设备
和方法
背景技术
电动修复具有去除效率高、处理时间短、并能同时去除几种重金属等特点，特别是
对去除导水率较差、含水量高的畜禽粪便发酵物中重金属具有非常明显的优势。电动修复
修复技术是重金属污染修复的，但是大多都是集中在工业领域高污染浓度下的去除研究，
对中低污染浓度下重金属的去除研究现阶段比较少。畜禽粪便发酵物
迄今，畜禽粪便和沼渣已形成了鉰料化、肥料化、能源化成熟的综合处理利用模
式。但目前我国粪肥重金属严重超标，据测算，1个年出栏1万头的猪场经粪便排泄砷150kg
铜450－750kg,如果作为肥料施人土壤，将会对农田土壤造成严重的重金属污染。对重金属
超标问题处理技术多采取畜禽粪便、沼渣中的有害物质进行简单稀释理念，并未真正去除
它们中较高浓度的重金属有害物质。因此普遍存在由于农田长期施用畜禽粪便、沼渣制作
的有机肥，引发第二次污染，也成为目前中国大面积农田土壤重金属超标的主要原因之一。
有研究表明，我国农田土壤中重金属的重要来源之一为畜禽粪便有机肥的施用(Luo et
al.,2009)且尤以Cu、Zn的含量上升显著。
迄今，畜禽粪便的重金属去除处理技术尚属空白，有待研究应用。本发明能够提高
污染物去除率、降低能耗,并且设备简单、成本低廉
如中国专利文献公开了一种猪粪便中重金属去除技术[申请号：
200810071567.2]，将分别污水通过排污管网集中到集污池，用搅拌机将粪团打散均化，均
化后污水通过无堵塞污泥泵送到网筛，进行过滤，将粗渣从污水中分离出来，经过分筛后的
粪渣再通过螺旋挤压机挤干去除污水，使猪粪便干渣中的重金属被除去。该方法实现了猪
粪便的安全再利用。但是该方案会产生大量的重金属污水，后续处理较为麻烦，且要用到螺
旋挤压机等，设备投入成本较高。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种沼渣粪便中超标重金属的电动去除设
备。
本发明的另一目的是提供一种沼渣粪便中超标重金属的电动去除方法。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：一种沼渣粪便中超标重金属的电
动去除设备，包括电源，所述的电源的正极和负极分别连接阳极电解池和阴极电解池，在阳
极电解池和阴极电解池之间设有沼渣室，所述的阳极电解池通过阳极渗透墙与沼渣室连
接，阴极电解池通过阴极渗透墙与沼渣室连接。
在上述的沼渣粪便中超标重金属的电动去除设备中，所述的阳极渗透墙包括连通
阳极电解池和沼渣室的阳极滤膜组件，所述的阴极渗透墙包括连通阴极电解池和沼渣室的
阴极滤膜组件。
在上述的沼渣粪便中超标重金属的电动去除设备中，所述的阳极滤膜组件和阴极
滤膜组件分别包括孔径小于0.45μm的微孔滤膜。
在上述的沼渣粪便中超标重金属的电动去除设备中，所述的阳极电解池和阴极电
解池中设有阳极石墨电极和阴极石墨电极，所述的电源为可调节电势电源。
一种沼渣粪便中超标重金属的电动去除方法，包括以下步骤：
A、备料：取用猪粪经过好氧发酵得到的沼渣备用；
B、装填：将沼渣装入到沼渣室内，在阳极电解池、阴极电解池和沼渣室中加入水或
电解液；
C、电解：启动电源进行电解，维持一定时间。
6、根据权利要求5所述的去除重金属的方法，其特征在于，在步骤B中，所述的电解
液为0.01mol/L的NaNO3溶液，所述的沼渣室的液面高度为10cm。
在上述的电动去除方法中，所述的沼渣室用带孔隔板隔成五个反应槽，每个反应
槽的宽度相等，在步骤C电解完成后，测定每个反应槽内的Zn和Cu的含量，将Zn和Cu的含量
合格的反应槽内的沼渣取出，得到电动去除重金属的沼渣。
在上述的电动去除方法中，在步骤C中，阴极电解池的电势绝对值高于阳极电解池
的电势。
在上述的电动去除方法中，在步骤C中，通电电压根据阳极电解池和阴极电解池之
间的距离确定，通电总时长为48h。
在上述的电动去除方法中，所述的阳极电解池和阴极电解池分别连接有电解液供
料装置和电解液排料装置，在步骤C进行过程中，电解液供料装置和电解液排料装置分别向
阳极电解池和阴极电解池补充电解液和排出电解液。
与现有技术相比，本发明的优点在于：具有经济、有效、可原位修复、无物质添加优
点。
附图说明
图1是本发明提供的结构示意图。
图中：电源1、阳极电解池2、阴极电解池3、沼渣室4、阳极渗透墙5、阴极渗透墙6、阳
极滤膜组件7、阴极滤膜组件8、阳极石墨电极9、阴极石墨电极10、反应槽11。
具体实施方式
下述实施例中所用的试剂，如无特殊说明，可以从常规生化试剂商店购买得到。以
下实施例中的定量数据，均设置三次重复实验，结果取平均值。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种沼渣粪便中超标重金属的电动去除设备，包括电
源1，所述的电源的正极和负极分别连接阳极电解池2和阴极电解池3，在阳极电解池2和阴
极电解池3之间设有沼渣室4，所述的阳极电解池2通过阳极渗透墙5与沼渣室4连接，阴极电
解池3通过阴极渗透墙6与沼渣室4连接。
优选方案，阳极渗透墙5包括连通阳极电解池2和沼渣室4的阳极滤膜组件7，所述
的阴极渗透墙6包括连通阴极电解池3和沼渣室4的阴极滤膜组件8。阳极滤膜组件7和阴极
滤膜组件8分别包括孔径小于0.45μm的微孔滤膜，微孔滤膜安装在塑料支架上，塑料支架与
沼渣室4的两端分别固定连接，从而使阳极电解池2和阴极电解池3分别通过微孔滤膜连通
沼渣室4。
阳极电解池2和阴极电解池3中设有阳极石墨电极9和阴极石墨电极10，所述的电
源1为可调节电势电源，由于沼渣带有正点，因此在实际操作时需要将阴极电解池3的电势
绝对值高于阳极电解池2的电势绝对值，用可调节电势电源来调节。
实施例2
本实施例基于实施例1提供的设备，提供了一种沼渣粪便中超标重金属的电动去
除的方法包括以下步骤：
A、备料：取用猪粪经过好氧发酵得到的沼渣备用；
B、装填：将沼渣装入到沼渣室4内，在阳极电解池2、阴极电解池3和沼渣室4中加入
水或电解液；电解液为0.01mol/L的NaNO3溶液，所述的沼渣室4的液面高度为10cm，通电电
压根据阳极电解池2和阴极电解池3之间的距离确定，优选，根据阳极石墨电极9和阴极石墨
电极10的距离进行确定，并以2V/cm的距离设定总电压，即如阳极石墨电极9和阴极石墨电
极10的距离为100cm，则总电压为200V，当然，电压也可以根据实际的生产情况进行调节，如
调整为1V/cm、0.5V/cm等，通电总时长为20-100h，优选为48h，。
C、电解：启动电源1进行电解，维持一定时间。阴极电解池3的电势绝对值高于阳极
电解池2的电势。
优选方案，沼渣室4用带孔隔板隔成五个反应槽11，每个反应槽的宽度相等，在步
骤C电解完成后，测定每个反应槽11内的Zn和Cu的含量，将Zn和Cu的含量合格的反应槽11内
的沼渣取出，得到电动去除重金属的沼渣。再往反应槽11中加入新的沼渣，进行上述步骤去
除重金属。
在实际操作中，可以分两种方法添加新的沼渣，一种是直接将新的沼渣装入到空
置的反应槽11中；另一种是将其余反应槽11中的沼渣取出依次放入到前面的空置的反应槽
11中，并添加新的沼渣。
更优选地，阳极电解池2和阴极电解池3分别连接有电解液供料装置和电解液排料
装置，在步骤C进行过程中，电解液供料装置和电解液排料装置分别向阳极电解池2和阴极
电解池3补充电解液和排出电解液。在电解过程中，由于带点金属离子的迁移，阳极电解池2
和阴极电解池3的电势会发生改变，因此需要及时改变电解液的浓度，电解液供料装置可以
是用计量泵连接硝酸钠溶液储罐，通过计量泵往阳极电解池2和阴极电解池3内提供硝酸钠
溶液，电解液排料装置可以计量泵，计量泵分别连接阳极电解池2和阴极电解池3，用于排出
电解液。
实施例3
本实施例与实施例2的步骤基本相同，不同之处在于：
备料步骤：所用沼渣为衢州市某农业有限公司畜禽粪便好氧发酵后的沼渣，沼渣
样品经自然风干后、研磨、过筛(100目)后，采用硝酸－双氧水微波消解法测定重金属含量。
阳极电解池2、阴极电解池3为有机玻璃质电解槽，电源1为直流稳压电源，其中沼
渣室4和阳极电解池2、阴极电解池3之间装有孔径为0.45μm的微孔滤膜，微孔滤膜可以是反
渗透膜或超滤膜，固定在塑料支架上。将沼渣装入沼渣室4的反应槽11中，反应槽11之间用
栅栏隔离，向阳极电解池2和阴极电解池3加入蒸馏水或电解液，使沼渣室4的液面高度稳定
在10cm，阳极石墨电极9和阴极石墨电极10的距离为100cm，最后接通电路开始电解。整个试
验过程采用恒定电压，电压大小根据电极间距确定为150V(即1.5V/cm)，通电总时长为72h，
通电完成后分别测定五个反应槽11内沼渣的重金属含量。
沼渣室4的五个反应槽11由阳极电解池2向阴极电解池3的方向分别标号为1#、2#、
3#、4#和5#。下表为五个反应槽11电解前后pH值、重金属浓度(ppm)对比。
电动去除72小时后，发现沼渣中1#、2#反应槽11为电动去除Zn、Cu的有效工作区，
符合沼渣后续的农业利用要求。
3#、4#反应槽11的沼渣可依次加入到1#、2#反应槽11中，5#反应槽11中的沼渣加入
到3#反应槽11中，4#、5#反应槽11中加入新的沼渣，通过上述方法进行再次电动去除沼渣中
的重金属。
本方法具有经济、有效、可原位修复、无物质添加优点。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领
域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替
代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。