以电动原理为基础的化学联用法对重金属污染土修复研究

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重金属污染土修复是近些年环境治理面临的一个棘手的问题,尤其是尾矿区、制革和电镀等工业区附近的土壤,其所含重金属成分复杂,往往是多种重金属共同污染,且含量较高。电动法因可实现土中离子的定向移动,且具有操作简单、修复速度快等优势,被广泛研究,但聚焦效应、重金属去除率分布不均匀等缺陷是电动法在实际应用过程中需解决的关键问题。本文针对电动法的缺陷,提出以电动原理为基础的化学联用法。首先明确电动法在修复铬、镉、铜、镍和铅等单一重金属污染土和混合重金属污染土过程中的电压梯度、电流、电解液浓度、土壤残余浓度和耗电量等参数的变化;然后针对因电解液中重金属浓度过高而导致的聚焦和修复效果差等问题,采用电化学还原法和化学沉淀法降低修复过程中电解液中的重金属浓度,以优化电动法;最后,重点从去除率、能耗节约性等角度验证联用法作用下的单一及混合污染土修复效果,进一步优化修复技术参数。研究成果可为电动法修复重金属污染土提供理论借鉴和数据支持。研究结论如下:(1)电动法修复过程中,电流先增大后减小,在10~40 h之间出现峰值,之后逐渐减小并趋于稳定。电解液的重金属浓度随时间不断上升,在修复4 d时就基本达到饱和,对土壤中重金属离子的迁移引导力降低甚至失去容纳能力。这时,单纯增加通电时间对修复效果贡献不大。电动法修复作用下,土壤重金属污染物的去除率分布不均,对于铬污染土,阴极和阳极附近界面的污染物去除率分别为82.16%、0.24%,阳极附近的污染物出现较为严重的聚焦效应。(2)牺牲铁阳极电解水方式有助于将铬(Ⅵ)还原成铬(Ⅲ),并调控p H在5~6.5使其生成沉淀达到分离去除。重金属铬的最佳沉淀参数:电压梯度为0.8 V·cm-1,电流密度大于6.67 m A·cm-2,电极面积为90 cm2,电极距离为15 cm。Na OH+Ca(OH)2组合试剂可实现镉、铜、镍和铅的最佳沉淀,阴极电解液最佳净化参数为:p H在10~11,沉淀时间15 min。(3)在以电动原理为基础的化学联用法试验研究中证实,联用法中电解液的重金属浓度较电动法明显降低,基本维持在200~300 mg·L-1。铬、镉、铜、镍和铅单一重金属污染土的去除率分别较电动法提高3.53%、19.50%、7.80%、36.50%和24.79%;混合重金属污染土的去除率分别较电动法提高12.08%、22.10%、26%、32.30、29.28%。同时,联用法的电流明显低于电动法,在5 d的修复周期内,联用法的耗电量较电动法节省0.53 k W·h。联用方法不仅有助于提高混合污染土的修复效果,增强能耗节约的经济性,而且可将污染物转移为可回收的沉淀物中,联用方法更适合于工程中的应用。
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