污染土壤电动修复研究进展

介绍了电动修复的原理及其电极反应,概述了阴极电解引起高pH区的控制方法;综述了电动修复的研究与应用进展.电动修复经济有效,在污染土壤修复领域有着广泛的应用前景.     

交换电极法强化电动修复铬污染土壤

pH值是影响污染土壤电动修复的主要因素。为此提出了交换电极法强化电动修复,并对该技术进行了实验研究。实验土壤Cr污染浓度为506.36 mg/kg,工作电压为1 V/cm,结果显示,固定电极方向运行模式下,运行2 d,产生聚焦效应,运行8 d,碱性区Cr(III)残留量和酸性区Cr(VI)残留量较大,分别是97.88 mg/kg和328 mg/kg,总铬去除率为59.04%。采用交换电极法,交换频率为4 d,运行8 d,总铬去除率为70.18%;交换频率为2 d,运行8 d,总铬去除率高达86.10%,土壤中总铬平均含量从506.36 mg/kg降至73.56 mg/kg,达到酸性土壤环境质量一级标准。该技术可控制土壤pH值在中性范围,电流密度高,不添加化学试剂,操作简单。     

电动修复不同形态铬污染土壤的研究

研究了土壤中铬的价态对电动修复效率的影响以及电动修复前后土壤中铬形态的变化.结果表明,电动修复对于土壤中1 000 mg Cr(Ⅵ)/kg的去除效果明显,总铬去除率达59.7%;而对1 000 mg Cr(Ⅲ)/kg的去除效率较低,仅为6.2%;Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)(各500 mg/kg)同时污染的土壤,铬的去除率介于中间,为18.7%.电动修复前后,土壤中铬的形态也发生了明显的变化.其中,电动修复对土壤中Cr(Ⅵ)的提取形态影响最大,而对Cr(Ⅲ)提取形态并无太大的影响.总体上,电动修复后对于生物有效的弱酸可提取态铬的浓度都保持在较低水平,预期铬的环境风险(物理流动性和生态风险)将大大降低.     

污染土壤电动修复增强方法研究进展

污染土壤电动修复是一项新兴绿色原位修复技术。其原理是在土壤上施加直流电场 ,利用电迁移和电渗去除污染物 ,土壤pH、Zeta电位以及土壤化学性质等因素影响电动修复效果。为了提高修复效率和扩大电动修复应用范围 ,现在已经发展了针对不同类型土壤和污染物的增强修复技术。本文归纳总结了 1995年以来土壤电动修复中常用增强处理效果的 8种方法 ,即酸碱中和法、阳离子选择膜法、电渗析法、络合剂法、表面活性剂法、氧化 还原法、EK 生物联用和LasagnaTM法 ,且对每种方法的典型实验装置、增强原理、方法特点和适用范围等进行了分析和讨论 ,为以后的实验设计提供了有益的参考     

重金属污染土壤的强化电动修复技术研究进展

在土壤重金属污染日益严重的背景下,寻找一种简单高效的土壤修复技术刻不容缓。电动修复技术由于操作简单、处理污染物多样、修复快速、成本低廉等优点,成为重金属污染土壤修复领域的研究热点。简述了中国土壤重金属污染的现状,电动修复的原理及其影响因素,综述了近年来国内外有关强化电动修复重金属污染土壤的研究进展及国内外应用实例,分析了电动修复技术中存在的问题,最后指明了强化电动修复技术未来的研究方向。     

土壤中铬电动修复过程及影响因素

实验筛选出阳极pH、阴极pH、电压梯度、电极形状4种影响因素,以黏土为研究对象,设计正交实验和对比实验研究铬的电动修复过程。结果表明,最重要的影响因素为电压梯度,其他影响因素重要性排序为阳极pH、阴极pH、电极形状;在电压梯度为1.5 V·cm-1下,以去离子水作为电解质,分别控制阴极和阳极pH在11和3,取得很好的去除效果,144 h后铬迁移率达到80.9%。总铬和六价铬分布规律类似,从阳极到阴极呈现逐渐下降的趋势。经过电动修复后土壤中水溶态铬比例减少,可氧化态和残渣态比例增大。铬电动修复控制系统在微电流范围内可取得很好的去除效果。     

铬污染土壤电动修复过程中典型阴离子的迁移特征

为揭示典型阴离子在电动修复六价铬污染土壤过程中的迁移行为,以人工配置的Cr (Ⅵ)污染蒙脱石模拟供试土壤,蒸馏水作为阴阳极电解液,在电压梯度为2 V·cm⁻¹的条件下进行电动修复实验;并分别对比分析各组实验的电流、pH、电导率、能量损耗参数的变化。结果表明,5种阴离子在土壤电动修复过程中的迁移顺序为：${{\rm{NO}}_3^ - \gt {\rm{Cr}}\left( {{\text{Ⅵ}}} \right) \approx {\rm{C}}{{\rm{l}}^ - } \gt {\rm{SO}}_4^{2 - } \gg {\rm{PO}}_4^{3-}}$。相比于酸性土壤,偏中性的土壤环境更利于Cr(Ⅵ)向阳极的迁移,而酸性土壤会导致电动修复过程能耗的增加,更容易产生聚焦现象。土壤中${{\rm{CO}}_3^{2 - }}$、OH⁻和${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$的存在,能有效地缓解电动修复过程中产生的聚焦现象,而且能加速土壤中Cr(Ⅵ)的去除;${{\rm{PO}}_4^{3 - }}$的存在能将Cr(Ⅵ)的去除率提高到99.9%以上。本研究结果可为电动修复六价铬污染土壤电解液的选择提供参考。     

利用电动技术强化有机污染土壤原位修复研究

电动修复技术是近几年发展起来的一种新型土壤修复技术，由于其处理的高效性受到了越来越多的关注。本文介绍了利用电动技术强化土壤有机污染物原位修复的原理及其最新进展。电动强化有机物污染修复的基本原理是利用电动效应对有机物的迁移作用或者强化生物修复过程（注入营养物、电子受体和活性微生物等）达到去除污染物的目的。研究表明，该技术不破坏生态环境，安装操作简单成本低廉，具有广泛的应用前景，其中电动强化原位生物修复和能够适应于各种不同成分污染（如有机物重金属复合污染）的多技术联合是今后电动技术发展的重要方向。     

污染土壤电动修复及供能方式研究进展

污染土壤电动修复是一项新兴的绿色原位修复技术.其原理是在土壤上施加直流电场,利用电迁移和电渗流去除污染物.电动修复的效率主要受到土壤pH、Zeta电位以及土壤化学性质等因素影响.在研究中使用的供能方式有两种控制电位法和控制电流法.这两种供能方式有不同特点和应用范围.控制电压法在理论模型、酸碱增强法以及阳离子膜增强修复方面有着广泛应用;控制电流法在计算目标污染物的迁移数、电渗析修复法以及难溶性重金属污染物的修复中得到应用.     

高浓度铬污染土壤水浸泡与电动修复联合处理实验

对含铬量为2 142 mg/kg的铬污染土壤首先使用蒸馏水进行6轮浸泡试验,然后再进行电动修试验。土壤经过浸泡、通电24 h和72 h处理后总铬的去除率分别为:47%、61%和70%,表明预浸泡可以显著降低电动修复的负荷从而降低整个土壤修复费用。电动修复过程中对土壤两端的温度进行了测量以间接反映土壤电阻的分布和变化情况。结果显示土壤电阻逐渐上升,从阴极端开始逐渐过渡到阳极端,60 h之后达到最高值并保持稳定。电动修复的电流效率随土壤中铬浓度的降低而下降。此外,浸泡和电动修复均导致整个土壤和各断面铬浓度分布不均匀性增大。     

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。     

重金属污染土壤电动力学修复技术

电动力学修复技术是把电极插入受污染的土壤并通入直流电 ,发生土壤孔隙水和带电离子的迁移。土壤中的污染物质在外加电扬作用下发生定向移动并在电极附近累积 ,抽出处理从而被除去。新兴的电动力学原位修复技术去除土壤重金属污染正越来越多地被各国研究人员接受。一系列实验规模的研究和技术已日渐成熟 ,其中Lasagna技术和Electro klean技术已在美国肯塔基州和路易斯安那州等地进行了原位修复     

硝酸根对零价铁去除地下水中六价铬的影响

通过批实验和连续通流的柱模拟实验对比研究了存在NO3-和不存在NO3-条件下零价铁（Fe0）去除Cr（Ⅵ）的反应特征,并对比分析了NO3-对零价铁（Fe0）去除Cr（Ⅵ）的影响。批实验结果表明,在不同初始pH条件下,NO3-的加入均使得零价铁（Fe0）去除Cr（Ⅵ）的速率升高;当初始pH=7时,NO3-的促进作用最强,反应速率是无NO3-条件下的2.1倍。柱实验结果表明,NO3-的加入使得Fe0去除Cr（Ⅵ）的反应分成了3个不同的阶段：高效期（1025 PV）。在高效期,反应中的NO3-表现为对Fe0反应位点的竞争,抑制了Cr（Ⅵ）还原。在后期的2个阶段中,反应中NO3-则呈现明显的促进作用。NO3-的存在使得零价铁（Fe0）柱趋于整体性同步钝化,延长了Fe0柱的运行寿命,并且增加了零价铁（Fe0）柱对Cr（Ⅵ）的去除效率。NO3-对Fe0去除Cr（Ⅵ）反应的促进作用原因是由于NO3-与Fe0反应产生Fe3O4,Fe3O4可以还原Cr（Ⅵ）,并且具有阻滞反应的产物在Fe0表面堆积和促进电子传导作用。     

还原稳定剂配伍对铬污染土壤的稳定化效果

以某铬盐生产场地内的铬(Cr)污染土壤为研究对象,探讨了多硫化钙(CPS)、硫酸亚铁(FeSO4)、零价铁粉(Fe0)、葡萄糖和淀粉单用或复配对土壤中六价铬(CrⅥ))含量和浸出毒性的影响。结果表明：添加质量比3%的CPS和FeSO4对土壤Cr（Ⅵ）的还原率分别为81.5%和46.4%,而Fe0无显著还原作用,但FeSO4和Fe0对Cr（Ⅵ）的稳定效率分别为95.2%和90.9%,明显高于CPS(83.0%);养护5 d时,CPS+FeSO4对土壤Cr（Ⅵ）的还原率和稳定效率分别为99.8%和97.0%,但养护30 d时,其还原率和稳定效率分别显著降低1.3和8.0个百分点;与CPS+FeSO4类似,CPS+Fe0对土壤Cr（Ⅵ）的还原率随养护时间增加而显著降低,但其稳定效率并未随养护时间增加而显著降低;此外,与CPS-6相比,Fe0参与的复配处理对土壤总Cr和Cr（Ⅵ）的稳定效率显著增加,均达到99.8%以上,浸出浓度均小于0.05 mg·L-1;有机碳源参与的复配处理的还原率和稳定效率均随养护时间的增加而增加,其中CPS+Fe0+葡萄糖处理养护30 d时土壤Cr（Ⅵ）为0.24 mg·kg-1,总Cr和Cr（Ⅵ） 浸出浓度均小于0.05 mg·L-1,满足《重金属污染场地土壤修复标准》（DB 43 1165-2016-T）要求。同等药剂添加比例下,还原稳定剂复配可以取长补短,提高药剂对土壤Cr（Ⅵ）的还原率和稳定效率。     

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 mA,电场强度为1.0 V·cm-1时为108~170 mA,电场强度为1.5 V·cm-1时为152~290 mA。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 mA,电场强度为1.0 V·cm-1时为41~83 mA,电场强度为1.5 V·cm-1时为71~123 mA。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。     

不同化学还原体系下铬污染土壤的处理效率

以某场地两种典型铬污染土壤（Soil A和Soil B）为研究对象,探讨了不同药剂对土壤Cr6+的还原效果以及洗脱效果。结果表明,Na2S较FeSO4对土壤中Cr6+有更好的还原效果,还原率和总还原效率均可大于99%;具体工艺参数为：Na2S添加倍数5倍且pH值5~7。FeSO4和Na2S对Cr6+均有很好的洗脱效果,可将两种土壤洗脱液中Cr6+还原完全（未检出）;具体工艺参数：FeSO4添加倍数5倍且pH值5~7或者Na2S添加倍数5倍且pH值5。综合考虑还原和洗脱效果,最优的工艺参数为Na2S添加倍数5倍且pH值5。通过经济性分析,处理1 t污染土壤Soil A和Soil B的药品费用分别为3.55元和59.52元。     

铜污染土壤电动修复研究

应用实验方法研究了土壤重金属污染的电动力学修复方法,分析了土壤重金属污染物的迁移和变化特征。实验结果表明,在电场作用下土壤中重金属的浓度分布发生明显变化,使得大部分重金属能在电极附近富集而被去除。当实验的电场强度为0.5 V/cm时,在阳极附近土壤中铜的去除效率达到71.1%。阳极附近的pH值由开始时的6.8逐渐变小到4.4,而阴极附近则相反,由开始时的6.6逐渐增大到9.1,此外电动修复过程中电极附近的温度会发生相应的变化。