污染土壤的电动修复.pdf

第三届环境模拟与樗絷控制学术研讨会论文 污染土壤的电动修复 陆小成，陈露洪，毕树平’ 污染控制与资源化国家重点实验室 南京大学化学系， 2 l 0 0 9 3 全球很多地区的土壤已经受到重金属和难降解有机物的严重污染目前土壤修复问题正 E l 益受到重视，相关技术在国内外迅速发展起来但是一些常规的物理化学法以及生物法存 在一些不足例如固化法会严重影响土壤的结构和微生物环境；而生物修复法效率、低周期 长近十年发展起来的电动修复法很好的解决了这些不足，成为土壤修复的发展方向这个 技术早期应用在土木工程中，主要用于水坝和地基的脱水和夯实耀在土壤修复方萄的优点 主要有：( 1 ) 可以处理其它方法不能处理的低渗透性土壤；( 2 ) 不必向土壤中加入环境不友好的 物质．( 3 ) 修复时间短，实验室研究表踞修复时间不会超过一个月：( 4 ) 实际工程治理成本低， 比如杜邦公司实际治理T C E ( 三氯乙烯) 污染的土壤，费用仅为$ 4 s ．8 0 ，y d 3 ～、电修复的基本原理以及影响因素 电修复的基本原理是将电极插入受污染的土壤中，在电极上施加直流电后，两电极之间 形成直流电场，由于土壤颗粒表面具有双电层，并且孔隙溶液中离子或颗粒物带有电荷，电 场条件下土壤孔隙中的水电渗同时带电离子电迁，多种迁移运动的叠加将载着污染物离开处 理区，从而达到修复的目的峨影响电修复效率的主要因素有两点：( 1 ) 水的电解。

当对插在 土壤中的电极施加较高的直流电场( 5 V ) 时，会导致水的电解在阳极产生氢离子，在阴极产生 氯氧根离子，使得阳极p H 降低至2 ，阴极p H 升高到1 2 土壤溶液p H 变化影响污染物的溶 鳃度、形态以及在土壤表面的吸附特性；同时p H 变化影响土壤表面z e t a 电位对商岭土而 言，在靠近阳极区．z e 纽电位升高至1 0 m v ，电渗流减小甚至方向相反，而在阴极区z e t a 电 位降至．5 4 m V ，电渗流增大，这种现象导致了土壤中形成不均匀的流线，甚至是流量的中断 f 2 ) ±壤本身化学性质因为±壤的特征影响着污染物去除动力学，包括吸附、离子交换和缓 冲能力等等，比如伊利土和蒙脱土要比高岭土具有较高的吸附能力和阳离子交换当量，在这 种类型的土壤中，电渗流比较低，电修复比较困难 二、国际上电修复研究的现状 我们检索了上世纪9 0 年代至今这～领域所有被S C I 收录的文献，大约1 3 0 篇，主要以实 验室研究为主，实际工程应用研究还不是很成熟他们的工作大致可以从四个方面加以概述 ( 1 1 能量施加方式在所有实验室研究中只有两种方式即恒电流和恒电压，它们各自的指标分 别为电流密度( 2 。

5 m ～c m 2 ) 和电场梯度( O ．4 —2 v ／m ) ，对这两种能量施加区别文献没有指明，但 是从实验结果来看，恒电流方式下电渗流速相对稳定 2 ) 土壤类型目前文献中采用的土 壤有两大类：( a ) 低表面电荷、低p H 缓冲的土壤．比如高岭土 b ) 高表面电荷，高p H 缓冲 的土壤比如伊利土和蒙脱土，两者的化学性质主要差别在于土壤碳酸盐含量不同 3 ) 实验装 嚣为了控制土壤体系p H 变化，提高修复效率许多学者在这方面做了努力，改进了最初 的装置常见的增强实验装置有( a ) 使用无毒的缓冲吹扫液比如醋酸溶液、氯化钠溶液 b ) 加 入络合剂或者氧化剂维持金属离子的可溶态，或者加入表活性剂促使非极性的有机物溶解 f c l 周期性的冲洗电极，消除氢离子和氢氧根离子在两电极的积累 d ) 在阴阳极使用离子交换 膜阻止电极区的氢离子和氢氧根离子进入土壤，维持土壤体系的p H 稳定 4 ) 机理方面的研 ’通讯联系^ T e l ：0 2 5 ·6 2 0 5 8 4 0E - m a I j ：b 讧P @ n J “e d uc n —1 6 3 — 第三届环境模拟与污染控割学术研讨会论文 究主要是污染物迁移机制和数学模型的建立，对于电场作用下污染物的迁移机制目前得到承 认的有两种，即电迁和电渗。

但是对两种迁移机制对总迁移量的贡献相对大小说法还不～， A c a r 认为污染物以电迁移为主，电迁对总迁移量比电渗大一个数量级；而s h a p i o 则认为土壤 溶液中，以电渗为主而其它的迁移方式都可以忽略不计，这两种观点是对立的在数学模型 方面，则是以电荷平衡和物料平衡为依据，建立数学方程描述污染物去除量和去除率Y e u n 2 和D a t l a 的模型包括了电迁、电渗、吸附以及p H 的影响，数值计算的结果和理论吻合较好 三、国内电修复研究的现状 国内从2 0 0 0 年以来陆续有学者在这领域开展研究，发表了1 0 多篇论文研究主要包括 电修复铜污染土壤、利用电场从污泥中脱水以及用1 ’w e e n8 0 作为表面活性剂增强修复土壤中 疏水性有机物吐此外还有用硝酸和E D T A 作为缓冲溶液控制阴极p H 用碳酸钠控制阳极p H 来处理铜污染的土壤，整个土壤体系的p H 成功维持在3 —7 ，铜的去除率为5 5 ．6 ％【) 】 四、电动修复存在的问题 从文献检索的结果着，尽管这一领域已经有近1 0 年的研究，但是进展比较缓慢在他们 的研究中还存在一些不足 1 ) 以前大多数文献中把土壤看作是惰性和稳定的物质，在修复过 程中士壤矿物没有化学过程，仅考察土壤溶液体系中污染物浓度变化，显然这种不考虑土壤 化学性质影响的处理方法是有缺陷的。

因为土壤矿物在酸性条件下会溶解，影响土壤胶体表 面性质和土壤溶液，使得电动修复复杂化 2 ) 从实验的结果和文献的报道知道在被处理区域， 土壤溶液p H 从阳极到阴极逐渐升高，而污染物的形态和p H 关系很大，只有可溶的污染物才 能迁移而其它沉积和吸附态的就很难迁移，以前绝大多数文献中都没有涉及形态这一重要问 题，显然这种处理实验的方法是不准确的现在已有文献开始关注这～问题⋯ 五、对电动修复的思考以及前景的展望 电动修复作为一个新兴高效的原位修复技术尽管原理比较简单，但是其中涉及的物理、 化学过程以及土壤组分的性质却使问题变得相当复杂目前还有很多的基础研究需要开展和 完善，比如土壤矿物在不同p H 条件下溶出对电修复的影响．不同土壤中污染物的迁移机制， 污染物在不同的p H 条件下的形态规律，以及如何降低能耗提高修复效率等等这些研究工 作需要电化学、土壤学等诸领域的通力合作而且电动修复技术发展成熟，必将为我国的土 壤修复做出巨大贡献 参考文献 [ 1 】P r b s c e i nR ．F8 n dH i c k sR ．E ，，R e m o v a lo f c o n 诅n t i n a n t s 如ms o i l sb ye l e c 嫡c 船l d s ，s c i e n c e ． 2 6 0 ．4 9 8 —5 0 3 ． [ 2 】S h eP ，L i uz ．，D i n gF ．x ．，Y 姐gJ ．G ．a n dL i ux ．，s u r f h c t a n te n h a n c e de l e c t r o r e m e d i a t i o no f p h e n a n 妇∞RC h i n c s eJ ．C h e m ．E n g ，2 0 0 3 ，l l ，7 3 —7 8 ． [ 3 ] z h o uD ．M ．，R o m 托．z ．锄dK u nC ．，E l e c 订0 c h e m i c a lr e m e d i a t i o no fc o p p e rc o n t a m i n a t e d k a 0 1 i I l i t cb yc o n d i d o n i n ga n o l y t e 蛆dc a t h o l y t ep Hs i m u l 锄e o u s l yJ ．E n v i r o n m e m a l ．S c i e n c e s ( C h j n a ) ，2 0 0 3 ，1 5 ，3 9 6 4 0 0 ． [ 4 】S u e rY B ．，G i t y eK ．，a n dA l l 羽B ．，S p e c i a d o n 锄d 如m s p o r to f h 韶Ⅳym e t a l sa n d m a c r o e l e m e n t s d 嘶n ge l e c 呐r e r n e d i a d o n ，E n v i r o n ．S c i ．T e c h n 0 1 ．2 0 0 3 ，3 7 ，1 7 7 ．1 8 1 ． 一1 6 4 — 。