电动力学强化重金属污染土壤原位修复技术研究.doc

重金属污染土壤的电动原位修复技术研究 王 慧1，马建伟1，范向宇1，罗启仕2 1. 清华大学环境科学与工程系，环境模拟与污染控制国家重点联合实验室，北京 100084； 2上海市环境科学研究院，上海 200233电动力学修复技术作为一种新型的修复技术，由于其处理土壤污染的高效性，近几年来受到了越来越多的关注。综述了电动力学修复技术原理及近几年来其在重金属修复中的最新研究进展，阐述了电动力学修复技术相对于其它修复技术的优势，并指出了电动修复技术中需要克服的技术障碍，探讨了其大规模商业应用的可行性。电动技术能够强化土壤物质的传质过程，能够高效、快速定向迁移土壤中重金属离子达到去除的目的；同时电动可以与其它修复技术结合发展出系列组合修复技术，具有广泛的应用前景。从单一电动到复合电动是今后电动力学技术发展的重要方向。目前对污染物质复合电动力学效应下的迁移机理及模型、不同土壤性质（组分、酸碱性等）对于污染物质去除效率及其调控措施的研究仍需进一步深入。 重金属电动力学原位土壤修复 表1 电动修复中的几种主要的电动效应 Table 1 Main electrokinetic effect on remediation by electrokinetics 电动效应 运动物质 速度 与土壤性质关系 电渗析[3-5] 空隙水 较慢 密切 电迁移[1,6] 带电离子 快 较小 电 泳[7-9] 胶体粒子 较慢 密切 中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1672-2175（2007）01-0-05目前土壤污染问题日益严重，其中以重金属和有机物污染最为突出，在世界范围内引起了普遍的关注。土壤污染不仅会直接影响农作物的生长，而且会间接造成地下水的污染，给人类生活带来潜在的威胁。针对这种严峻的现状目前发展了一系列的污染土壤的治理技术。其中，原位修复技术由于其简便、快捷、低耗的特点而被认为是一种绿色的修复方法。 在诸多的原位修复技术中，电动力学修复技术是近十年才兴起的一种新型修复技术，在实验中已经取得了可喜成果，目前已证实了其在处理常见重金属如Pb、Cr、Cd、Cu、Hg、Zn及放射性核素等方面的有效性。但是，该技术目前大多处于室内实验阶段，应用层面的研究需要进一步深入。本文系统阐述了电动力学修复技术的基本原理和最新研究进展，指出了研究中需要克服的技术障碍，并对其应用前景了展望。 电动力学修复（electrokinetic remediation）技术由于其高效、无二次污染、节能、原位的修复特点，被称为“绿色修复技术”。其基本原理是将电极插入受污染土壤或地下水区域，通过施加微弱电流形成电场，利用电场产生的各种电动力学效应（包括电渗析、电迁移和电泳等）驱动土壤污染物沿电场方向定向迁移，从而将污染物富集至电极区然后进行集中处理或分离[1]列出几种主要的电动效应同时在电动修复过程中会发生电极反应[1,10]：→O2+4H+E0=-1.23 V 阴极：2H2O+2e- →H2+2OH-E0=-0.83 V 由于水的电解作用导致电极附近pH值发生变化，其中阳极产生H＋而使得阳极区呈现酸性（pH值可能降至2左右），阴极产生OH－而使得阴极区呈现碱性（pH值可能升至12左右），同时带正电的H＋向阴极运动，带负电的OH－向阳极运动，分别形成了酸性迁移带和碱性迁移带[11-14]。 电动用于污染土壤的修复首先由美国的Acar[15]提出，并进行了直接的电动原位去除重金属的研究，通过将电极直接插入土壤中利用电渗析和电迁移作用去除土壤中的污染物质。在对Pb的去除实验中发现，Ca和Pb在阳极附近被部分去除，并在另外地方发生沉积；阴极附近Ca的沉积阻塞土壤空隙进而阻止了Pb和其它物质的进一步迁移。Acar[15]同时认为电迁移是物质传输的主要动力。 直接电动原位去除重金属由于在阳极和阴极上生成的H＋和OH－使得阳极的pH降至2以下，阴极pH升至12以上，H＋和OH－分别在电场作用下向阴极和阳极迁移扩散影响整个土壤体系的化学过程。氢离子有利于物质从土壤表面的解吸附和土壤中盐类物质的溶解，并降低土壤电渗透系数和zeta电位，使得电渗流减弱；氢氧根离子迁移过程中会导致金属离子的提前沉淀进而降低去除效率；一些两性金属的阳离子也可能在碱性环境下变为酸根阴离子而改变迁移方向；沉淀的形成堵土壤空隙同时使得电压降的增加，能耗增加。已有的研究结果表明，直接的原位去除方法由于不能很好地控制土壤体系pH的变化，处理效率往往较低。pH变化影响土壤中离子的吸附与解吸、沉淀及溶解并影响电渗析速度，这会对土壤中重金属的存在形态和迁移特征产生重大影响，因而如何控制土壤pH是土壤电动修复的关键问题之一。为了提高去除效率通常需要一些增强的措施，并因此衍生出了一系