重金属污染土壤电动修复增强技术的研究

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电动修复技术通过在土壤两侧放置电极,接入直流电压形成电场,利用重金属离子在电场中定向移动的原理,将重金属富集在阴阳极电解池,然后通过抽出电解液等措施将其从土壤中去除,具有原位操作简单、可同时去除多种重金属、成本低等优势;但该修复技术也存在如“聚焦效应”、“极化效应”等问题,需要通过和其他技术联用或者添加增强剂的方式进行强化。此外,由于电动修复目前主要集中在理论和实验室研究,缺乏场地应用相关数据和经验,需要将其更多的应用到土壤实地修复中进行研究。本文首先以砷污染土壤作为研究对象,设置传统电动修复(EK)、电动修复联合可渗透反应墙(EK/PRB)、阴极逼近(EK/M)、阴极逼近联合可渗透反应墙(EK/PRB/M)四种修复实验,探究阴极逼近与PRB对电动修复的影响和实用价值。结果表明:初始电压梯度1 V/cm、修复时间4 d,EK/PRB/M中砷的平均去除效率为44.55%,相比EK、EK/M、EK/PRB实验,分别提高了40.32%、24.25%、23.38%;各实验最初电流密度在3.5 m A/cm~2左右;EK/PRB/M土壤p H以及电导率更高,更多的砷溶解到土壤液相中,在电渗流和电迁移的作用下分别向阴与阳极移动,遇到PRB时则被吸附,消除了砷的“聚焦效应”;EK/PRB/M能耗(61.4 Wh)相比EK、EK/M分别降低了27.1 Wh、65.3 Wh;EK/PRB/M可以在降低能耗基础上提高砷的修复效率。然后以重金属镉污染土壤为研究对象,在实验室中设置EK1(固定电极)、EK2(每4 d交换1次)、EK3(每2 d交换1次)三种不同电极交换频率的电动修复实验,探究交换频率对电动修复的影响。结果表明:在电压梯度1 V/cm,修复时间8 d,EK3对总镉的去除率为40.29%;在电压和修复时间相同的情况下,EK3相比EK1、EK2总镉去除率分别提高了39.42%、7.41%;各实验电流密度初始值都在1.2 m A/cm~2左右;随着交换频率的增加,电动修复系统整体p H范围集中在酸性范围,重金属镉迁移更容易,去除效率更高。最后在实地进行重金属镉污染农田土壤的电动修复,探究电动修复场地应用的影响因素和修复效果。试验表明:在电压梯度1 V/m、修复14 d后,土壤点位的总镉去除率最高可达48.75%,植物有效态镉去除率最高可达91.43%;场地修复的电流密度在0.75~3.25 m A/cm~2之间波动,幅度大且频繁;由于场地属于开放系统,土壤自身调节更强,修复前后土壤的p H及电导率变化不大;对于总镉以及植物有效态镉来说,含量高的点位其对应的去除率更高,这表明电动修复针对重金属含量高的污染土壤修复的效果更为明显。
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