乙酸强化下通电方式对电动修复受重金属污染高岭土的影响

电动修复作为一种绿色的土壤污染修复技术,因具有成本低、操作简单、不易造成二次污染等特点而有巨大的应用前景。以高岭土作为实验材料,研究了不同电场施加方式条件下铜、锌重金属的去除规律。为了进一步提高效率,实验配制pH为3.5的乙酸溶液并加入高岭土中,加入后可以加快土壤酸化并降低重金属沉淀区域的影响。相比于电解液为蒸馏水的情况,pH突变点向阴极靠近,从S3、S4片层移动到了S4、S5片层。加入乙酸后,实验最大电流和反应384 h后的电流相比未加乙酸升高较为明显。在相同条件下,电场强度为0.5 V·cm-1时反应最高电流为60~139 m A,电场强度为1.0V·cm-1时为108~170 m A,电场强度为1.5 V·cm-1时为152~290 m A。在相同条件下反应384 h后的实验最低电流,电场强度为0.5 V·cm-1时为33~70 m A,电场强度为1.0 V·cm-1时为41~83 m A,电场强度为1.5 V·cm-1时为71~123m A。高电场强度有利于去除土壤中的低浓度重金属污染物。相比电极室未添加乙酸的实验组,污染物去除率提高15%以上。     

电动增强技术修复镉污染土壤及其修复机理

选择小分子有机酸——酒石酸、草酸作为增强试剂,研究在不同浓度小分子有机酸作用下,电动修复土壤重金属镉Cd(Ⅱ)的迁移和去除机制。实验中以胡敏素为吸附剂并将其以包裹的形式添加在在电动装置中,以乙酸-乙酸钠为电解液,同时在两极室之间循环电解液以控制土壤p H值变化。结果表明,电动修复技术促进了重金属的去除。小分子有机酸的加入使弱酸提取态的重金属镉Cd(Ⅱ)的去除率大大提高,可达67.07%。不同浓度的小分子有机酸对电动修复的促进效果不同,随着浓度的持续增加,电动修复效果降低。     

几种典型土壤对电动修复镉污染效果的影响

选择5种典型土壤进行了镉污染的电动修复研究。结果表明,经12 d电动修复后,黑土、潮土、红壤、水稻土和黄棕壤中镉的去除率依次为16.7%、21.0%、47.1%、10.7%和12.6%。红壤靠阳极附近Cd含量由初期435 mg·kg-1降至32.4 mg·kg-1,迁移率高达92.5%。黑土、红壤和潮土都维持了较高的电流强度和电渗流量,但由于红壤对碱的缓冲能力较强,修复效果最好。水稻土中电渗流量高,但由于电流低,镉的去除率不高,说明电动修复中电迁移作用强于电渗析。修复后,土壤中可交换态镉、碳酸盐结合态镉、铁锰氧化物结合态镉总量减少,残渣态镉总量增加,有机结合态在阳极附近总量减少、阴极附近总量增加。上述结论揭示了电动修复的土壤镉污染的主要机制,通过镉的运动轨迹和形态分布,可预测不同土壤的电动修复效果,同时能改变不同土壤的电动修复策略,为场地修复提供参考。     

电动修复技术对土壤中镉迁移的影响

以镉含量为200 mg·kg~(-1)的模拟污染土壤为研究对象,使用电动修复技术对土壤中的镉进行去除。实验研究了不同修复电压下电流密度、电解液pH值、土壤中镉含量的变化,并重点研究了修复电压对土壤中镉迁移的影响规律。实验结果表明,通电电压越大,电场强度越强,镉的迁移量越大,电动修复效率越高,当修复电压为50 V时,阴极区域附近镉的迁移量与修复电压为5 V时相同位置镉的迁移量相比可以提高30%,实验结果为重金属污染土壤电动修复过程中镉的迁移量化研究提供了参考。     

不同增强剂的电动技术对土壤中镉去除及土壤酶活性的影响

为了探讨基于不同增强剂的电动技术对重金属污染土壤的修复效果,采用0.1%浓度的草酸、柠檬酸、已二胺四乙酸(EDTA)、甲基甘氨酸二乙酸(MGDA)作为阴极电解液,电压梯度3 V·cm~(-1)连续通电10 d,同时考查土壤中Cd的电迁移效果以及土壤酶(脲酶、酸性磷酸酶、过氧化氢酶)活性的变化。结果表明:相对于传统电动法(清水组),增强剂明显提高了Cd在土壤中的迁移效果,且人工螯合剂效果优于有机酸,对总Cd去除率为MGDA(63.08%)EDTA(23.75%)柠檬酸(18.43%)草酸(16.41%)清水(8.73%)。相比于清水组,EDTA抑制了土壤中3种酶活性,柠檬酸、草酸可以改善脲酶和过氧化氢酶的活性,MGDA显著提高了3种酶的活性。结合Cd去除率和酶的影响分析,MGDA不仅能显著提高电动修复效率,且具备较低的土壤环境风险。     

阳极pH对Fe(Ⅲ)强化阴极电动修复Pb污染土壤的影响

土壤的pH值对电动力修复技术至关重要。利用Fe(NO3)3作为阴极电解液,不仅可以消耗电解产生的OH-,不会对土壤造成二次污染,并且修复后土壤的pH相对较低。在土壤室和阴极室之间添加活性炭纤维和阳离子膜,增强修复效果。采用配制的Pb污染土壤,在电场强度为1 V·cm-1的条件下进行实验,研究不同pH(3、4、5)的柠檬酸-柠檬酸钠阳极电解液对电动力学修复Pb污染土壤效果的影响。结果表明:在利用Fe(Ⅲ)-活性炭纤维强化电动修复时,添加的阳极电解液pH值越小,Pb的去除效果越好;各阳极电解液pH值递增梯度相对应Pb的截面最大去除率分别为:80.53%、53.1%和40.69%。通过分析残留在土壤中Pb的重金属形态,得到在距离阳极4 cm处的土壤截面中Pb主要以较稳定的、环境毒性较低的有机态和残渣态存在。     

5种钝化剂对镉砷污染稻田的田间修复效果对比

为选取费效比高的镉砷复合污染稻田土壤修复材料,比较了黏土矿物和调理剂不同投加组合对稻田土壤中镉砷的田间修复效果,并且针对种植水稻进行了修复效果的验证;研究了修复前后稻田土壤镉砷的有效形态变化、镉砷的形态分布变化、土壤理化性质变化、成熟期水稻产量和水稻各部分镉砷的含量。结果表明,修复100 d后,不同修复材料的二乙烯三胺五乙酸提取态Cd浓度与空白对照组相比均有明显下降;各修复材料均能提高土壤中Cd的残余态(RS)和As的有机结合态(OM)。修复材料处理后,土壤pH均有所提升,其他理化性质初期虽有所变化,但最终会恢复到空白对照组的水平附近;除1 kg·m~(-2)的膨润土处理外,其他材料处理后水稻干谷产量均有所提升;农田调理剂处理后水稻的可食用部分Cd含量最低,修复率达到72.0%。水稻的可食用部分As含量无显著差异,籽粒中Cd和As平均含量符合食用标准。调理剂在田间修复镉砷复合污染稻田土壤中有明显优势,黏土矿物仅适用于镉污染农稻田土壤的修复。     

应用籽粒苋修复镉污染农田土壤的潜力

针对农田土壤镉污染问题,采用超富集植物籽粒苋并配施不同组合的外源活化剂进行盆栽实验和田间实验,并测定籽粒苋及根系土壤中镉含量并计算富集系数。结果表明,在盆栽实验的不同处理组中,施加磷酸二氢钾(0.74 mmol·kg~(-1))、EDTA(2 mmol·kg~(-1))和柠檬酸(4 mmol·kg~(-1))最有助于提高籽粒苋对Cd的提取修复效率。田间实验中添加活化剂(EDTA和柠檬酸)后籽粒苋的根、茎和叶组织对Cd的富集能力分别是不添加活化剂处理组的2.10、1.84和2.76倍;与对照组相比,籽粒苋的根、茎和叶部分的Cd含量都显著提高(P0.05),这说明外源活化剂促进了籽粒苋对土壤中Cd的吸收,提高了修复效率。每年种植两茬籽粒苋并添加活化剂,Cd的去除率可达4%～10%。种植超富集植物并配施活化剂既可以提高修复效率,又可以节约修复成本。     

电动与渗透反应格栅联合修复镉污染地下水实验

通过实验方法研究了地下水中镉污染的电动力学修复效果，并分析其迁移变化特征。实验结果表明，电动修复中由于阴阳两极的氧化还原反应造成电极附近pH值产生明显变化，其中阳极附近的pH值由开始时的7.0逐渐变小到6.8，而阴极附近则相反，由开始时6.9逐渐增大到9.1，表明土壤的酸碱条件变化明显。Cd浓度变化反映在自然渗透条件下含水层中重金属污染物的迁移能力较弱，阳极附近地下水中Cd的去除率仅8.4%，而在电场作用下地下水中重金属的浓度发生明显变化，使得重金属污染物能在电极附近富集而被去除，当实验电场强度为0.5 V/cm时，Cd在阴极的累积使得阳极附近地下水中去除率为72.9%，说明电动修复重金属Cd污染地下水的效果明显好于自然渗透状态。     

有色金属冶炼厂镉污染土壤淋洗除镉

以云南省某废弃有色金属冶炼厂镉污染土壤为研究对象,分别采用单一淋洗和复合淋洗方法探究盐酸、FeCl3、鼠李糖脂淋洗剂及淋洗条件对土壤中镉去除效果的影响。结果表明,在盐酸(1 mol·L~(-1))+鼠李糖脂(2%)配比为2∶1,液固比为8∶1,淋洗时间为24 h的条件下,土壤中镉的去除率可达86.78%,可将镉污染强度为1 180 mg·kg~(-1)的土壤修复至满足《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准》(GB 36600-2018)第二类用地管制值(Cd172 mg·kg~(-1))的要求。该方法可有效去除土壤中活性态镉,使土壤生物毒性明显降低。     

表面活性剂增效电动技术修复多环芳烃污染土壤

研究了电动修复过程中修复时间和表面活性剂Triton X-100、鼠李糖脂对多环芳烃芘污染土壤的修复效果的影响。结果表明,在电动修复过程中,随着修复时间的增加,芘的去除率相应提高。通过向电解液中添加表面活性剂Triton X-100,芘的去除率从11.64%提高到了23.42%,当在电解液中添加浓度为40倍CMC的鼠李糖脂后去除率升高至36.29%,阳极附近土壤甚至达到了92.49%,这表明Triton X-100和鼠李糖脂均能促进土壤中芘的溶解和迁移,鼠李糖脂的促进作用高于Triton X-100。     

酒石酸强化重金属复合污染模拟土壤电动修复过程及机理分析

为提高电动修复重金属复合污染土壤的效率,通过配制重金属复合污染模拟土壤,构建电动修复实验装置,利用2因素完全随机实验设计研究了酒石酸浓度和时间对重金属去除效果的影响;采用BCR法对土壤金属赋存形态进行了分析表征。结果表明:与对照相比,以酒石酸为电解液显著提高了重金属的去除率;重金属去除率受酒石酸浓度和修复时间影响显著;以0.05 mol·L~(-1)酒石酸为电解液修复120 h后,重金属去除效果最好,重金属总去除率为86.15%,Cu~(2+)、Mn~(2+)、Cd~(2+)、Pb~(2+)、Zn~(2+)的去除率分别为75.67%、98.11%、85.1%、70.75%和90.9%。BCR分析表明,酒石酸有助于提高土壤中弱酸提取态重金属含量,提高了重金属的迁移性能,从而有利于电动修复过程。     

氨水循环增强电动力学技术去除土壤中的氟

为了探讨氨水增强电动力学技术修复氟污染土壤的效果及对土壤p H值的影响,在自制的电动力学装置中,1V/cm电解电压下,以氨水作电解液,采用连续循环的方式进行研究。结果显示,氨水连续循环不仅增大了修复过程中的电流值,且使通过土壤的电流更加稳定,在提高土壤氟迁移效率的同时降低了能耗。在设定的浓度中(0、0.01、0.1和0.2mol/L),土壤氟的去除率随着氨水浓度的升高而增加,0.2 mol/L氨水具有最大电流值26.8 m A,土壤氟的去除率也达到57.9%,氨水循环增强时两极土壤p H值差异减小。采用氨水循环增强电动力学技术,可有效修复氟污染土壤,土壤中剩余氨还可以提高土壤肥力。     

可变电荷土壤介入应急混凝处置镉污染的可行性研究

以南方可变电荷土壤作为突发高浓度镉污染水体应急混凝处置的强化混凝药剂,考察了可变电荷土壤介入应急处置对混凝效果的影响。并模拟构建了镉污染应急处置产生沉积物,通过静态释放实验方式,开展了可变电荷土壤介入应急混凝处置对含镉沉积物中Cd释放的影响的研究。结果表明混凝时,在偏碱性条件下,投加可变电荷土壤有利于提高镉的去除率,可以将水体镉浓度由1.892 mg·L-1降到30μg·L-1。在静态释放实验中,不同的溶解氧条件下镉释放量存在差异,但可变电荷土壤介入应急混凝处置都不同程度地促进了沉积物中Cd的释放。在镉污染水体的应急处置中投加可变电荷土壤来强化混凝可以有效降低水体的残余镉浓度,但可变电荷土壤的介入使得沉积物组分发生了变化,使得混合沉积物在应急处置后具有二次污染的风险。     

交流电场联合有机物料强化东南景天修复重金属镉污染土壤

针对土壤重金属污染植物修复效率低的问题,采用盆栽实验,通过施加多种强度的交流电场(0、0.5、1.0 V·cm~(-1))和不同种类的有机物料(黄腐酸钾、紫云英),研究了交流电场及其与有机物料联合对重金属超积累植物东南景天修复重金属镉污染土壤效率的作用。结果表明,交流电场促进了东南景天的生长和对重金属的吸收,以0.5 V·cm~(-1)作用最佳,在电场处理组20 d后东南景天地上部Cd积累量比不施加电场的处理组提高了48.1%。交流电场和有机物料联用可以进一步提升东南景天对土壤镉的累积,施加黄腐酸钾处理组有利于土壤酸可提取态Cd的提高,比对照组提高了16.35%。在交流电场为0.5 V·cm~(-1)条件下,以0.3%施用效果最佳,施加黄腐酸钾和紫云英分别是对照组(施加交流电场,不施加有机物料)的3.65倍和1.73倍。有机物料和交流电场的共同作用极大地促进了东南景天镉的积累。     

镉污染胶东棕壤的电动力学修复研究

在Cd污染的胶东棕壤土体两端加以1 V/cm的直流电压梯度进行电动力学修复.考察了电动力学修复过程中阴阳极电解液pH、电渗流量和电流密度的变化,并将处理后的土体分6段进行了分析,主要参数为pH、电导率、土壤中Cd的浓度及其形态分析.结果表明,经过445.0 h的电动力学修复,阳极附近3段土壤中Cd的去除率分别达到98.19%、97.01%和96.24%;阴极附近3段土壤中出现了Cd富集现象,且pH为5.88的土壤段Cd的富集率最高.     

铜污染场地土壤的原位电动强化修复

电动修复技术是一种新型的污染土壤修复技术,相关的理论和实验室小试研究较多,但鲜见野外现场条件下的原位修复研究。本研究以某电镀厂铜污染区为修复对象,以可生物降解的络合剂乳酸和柠檬酸为阴极池增强试剂,考察在原位条件下电动修复技术对土壤中铜的去除效率,并评估修复过程的电能消耗。结果表明:在电压梯度7.5 V·m~(-1),阴极池乳酸和柠檬酸浓度为0.5 mol·L~(-1),处理24 d(乳酸处理)和17 d(柠檬酸处理)的条件下,乳酸处理较柠檬酸处理电流要高、且阴阳极池溶液和土壤的pH、电导率变化要小;乳酸处理后土壤铜含量明显下降(阳极和阴极附近土壤铜去除率分别为52.6%和35.7%),而柠檬酸处理条件下阳极和阴极附近铜的去除效率分别为27.2%和~(-1)7.5%,这可能与其较低的电流和较短的处理时间有关。与现有文献比较,乳酸处理总能耗(15.7 k Wh·m~(-3))处于较低水平,而Cu的去除率处于较高水平(35.7%~52.6%),优于文献报道的电动修复去除效率和电能消耗。     

生物炭对Cd污染土壤的修复效果与机理

通过修复培养实验和BCR连续提取实验研究牛粪生物炭(DM)和水稻秸秆生物炭(RS)对2种镉污染土壤的修复效果、影响因素及修复后的Cd的形态分布,探讨可能存在的修复机理。经56 d修复后,与CK相比,5%添加量的牛粪生物炭(DM5%)和水稻秸秆生物炭(RS5%)使TCLP提取态Cd在S1土壤中分别降低了15%和18%,在S2土壤中分别降低了5%和6%。但生物炭添加量为1%时对S2土壤中Cd无显著修复效果。DM5%和RS5%处理使Cd的酸可溶态在S1土壤中降低8.66%和9.25%,在S2土壤中降低7.86%和13.4%,相应的残渣态在S1土壤中升高8.30%和10.54%,在S2土壤中升高8.67%和14.92%。同时,DM5%和RS5%处理使土壤p H提高了7.69%~13.13%,TCLP提取态P增高了0.046~0.39 mg·g~(-1)。结果表明,添加量为5%的牛粪生物炭和秸秆生物炭可有效修复Cd污染土壤。     

电动力耦合PRB技术修复POPs污染土壤

针对传统电动法修复土壤中持久性有机污染物(POPs)效率较低的问题,研究了电动力耦合渗透性反应墙(PRB)技术以提高污染物去除效率。以菲和2,4,6-三氯苯酚为目标污染物,铁碳混合物作为PRB填料,通过预实验确定了污染物的迁移方向及PRB的设置位置(靠近阴极),探究最佳修复时间和电压梯度下人工配制模拟污染土壤中目标污染物的去除效果。结果表明:菲和2,4,6-三氯苯酚都是随着电渗流从阳极向阴极进行迁移。在电压梯度为1 V·cm~(-1),控制铁碳PRB的pH为4,铁碳质量比为6∶1的条件下,经过15 d的修复,菲总去除率可比传统电动力技术提高69.86%,2,4,6-三氯苯酚总去除率可比传统电动力技术提高71.53%。研究表明,电动力耦合PRB比传统电动力技术有明显的优势,在修复有机污染土壤方面具有良好的发展前景。     

有机酸对成都平原镉污染土壤的淋洗效果

以成都平原某化工厂附近受Cd污染的2种土壤为对象,采用振荡淋洗技术,研究了有机酸在不同浓度、固液比、振荡时间和复合淋洗条件下对重金属Cd的去除效果。实验结果表明:柠檬酸和酒石酸对Cd含量为22.78 mg·kg~(-1)的SLT-01土壤具有更好的去除效果,分别达到73%和62%,而乙酸和草酸的去除能力较低;随着固液比的降低,有机酸对Cd的去除率逐步提高;随着时间的增加,Cd的去除率波动增加;柠檬酸和酒石酸复合淋洗并没有提高Cd的去除率;振荡淋洗前后土壤结构未发生明显变化。综合考虑土壤中Cd的去除效果和成本,选择柠檬酸作为最佳淋洗剂;最佳实验条件:溶液浓度为0.10 mol·L~(-1),固液比为1∶20,淋洗时间为8 h。