電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)是在受污染土壤或地下水區(qū)域置入導(dǎo)電電極,然后施加一定的電壓形成直流電場(chǎng),利用電場(chǎng)產(chǎn)生的各種電動(dòng)力學(xué)效應(yīng)如電遷移、電滲析和電泳等使土壤孔隙中水分子、無(wú)機(jī)離子、有機(jī)分子和微生物細(xì)胞等作定向遷移運(yùn)動(dòng),從而將土壤中的目標(biāo)污染物定向遷移至一定的區(qū)域,將污染物質(zhì)從土壤或地下水中分離出來(lái)。鄭州德森環(huán)境就詳細(xì)分享下銅污染土壤電動(dòng)修復(fù)技術(shù)
一、技術(shù)原理
1.Cu的變化特征
經(jīng)過(guò)電動(dòng)修復(fù)后土壤兩極附近水樣的Cu濃度的變化如圖2和圖3所示。即陽(yáng)極附近由初始狀態(tài)512.5 mg/kg逐漸下降,隨著電解過(guò)程的進(jìn)行,Cu濃度逐漸降低到最后t=28 h時(shí)的濃度148.1 mg/kg。由此可分析得到Cu在電場(chǎng)作用下是向陰極發(fā)生遷移,并在陽(yáng)極附近Cu的濃度下降較快,而在陰極附近由于Cu的累積開(kāi)始時(shí)的濃度逐步升高。
Cu的變化特征表明,在電場(chǎng)作用下Cu能夠向陰極富積而使污染土壤中的濃度分布產(chǎn)生變化,陰極的Cu逐漸累積而陽(yáng)極的離子濃度則有所變小,加之環(huán)境的pH值變化也會(huì)使重金屬濃度在電解槽土壤中的分布發(fā)生變化。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,陰陽(yáng)兩極附近的取樣區(qū)距離電極距離在1.O cm范圍內(nèi),取樣重量每次約0.5 g,陰極附近土壤約占實(shí)驗(yàn)土壤的5%,處理后陰極附近富積Cu的土壤可被集中后處理。
2. pH值變化規(guī)律
土壤的pH值變化原因主要在于電場(chǎng)作用下,水溶液中的H+和OH-同時(shí)向兩極移動(dòng)并發(fā)生電解使兩極附近發(fā)生pH值變化,即在陰極附近H+被消耗而在陽(yáng)極室OH -被消耗,因此陰極室pH值升高而陽(yáng)極室pH值降低。另外,可能由于H+向陰極區(qū)遷移的速率高于OH -向陽(yáng)極區(qū)遷移的速率以及電極端水的電解導(dǎo)致的氫離子和氫氧根離子的富集,使得實(shí)驗(yàn)中陰極室pH升高程度高于陽(yáng)極室pH值降低的程度。當(dāng)H+向陰極室遷移的遷移帶與OH-向陽(yáng)極室遷移的遷移帶相遇時(shí)發(fā)生中和反應(yīng)而使土壤的pH值變化較小。而且由于pH值的升高使得重金屬離子在陰極附近土壤中還可能形成沉淀,降低土壤重金屬的遷移和去除效率。
3.電解槽中濕度變化
實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后電極端見(jiàn)氣泡產(chǎn)生且溫度升高,土壤的溫度變化如圖6和圖7所示,由圖可見(jiàn),樣品中陽(yáng)極附近溫度的變化過(guò)程由初始狀態(tài)的24.8℃逐漸變大最后到達(dá)28.2℃,陰極附近溫度的變化則由初始狀態(tài)的24.8℃逐漸變大后到達(dá)37.8℃,增加的幅度更大,表現(xiàn)出由陽(yáng)極到陰極溫度逐漸變大趨勢(shì)。主要原因在于在陰極附近,由于電場(chǎng)的作用初始階段離子濃度變大,而到后期階段,陰極附近的pH明顯升高而電導(dǎo)率降低,土壤的電阻增大等引起土壤溫度上升更快。
二、優(yōu)點(diǎn)
(1)電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)是土壤重金屬污染修復(fù)的有效方法,實(shí)驗(yàn)表明,污染物Cu在外加電場(chǎng)作用下,在土壤中產(chǎn)生遷移變化并主要是在陰極附近產(chǎn)生富集,主要遷移方向是由陽(yáng)極向陰極,表明電場(chǎng)作用強(qiáng)化遷移效果明顯。其中在陽(yáng)極Cu的濃度下降較快,實(shí)驗(yàn)中在陽(yáng)極附近土壤中去除率為71. 1%。
(2)修復(fù)過(guò)程中由于陰陽(yáng)兩極的氧化還原反應(yīng)造成電極附近pH值產(chǎn)生明顯變化,其中陰極附近pH值上升到達(dá)9.1,而陽(yáng)極附近pH值下降到4.4,說(shuō)明電解方法進(jìn)行重金屬污染土壤的修復(fù)治理中,能使土壤原來(lái)的酸堿條件發(fā)生改變,需進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)控。另外,由于外加電場(chǎng)的作用使土壤pH值和電導(dǎo)率等產(chǎn)生變化,引起土壤的電阻增大等使土壤溫度在陰極附近升高達(dá)到37.8℃。
(3)目前電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)尚存在不足而難以推廣應(yīng)用,如對(duì)于污染物的選擇性不高,電極區(qū)昀pH值酸化調(diào)節(jié)對(duì)土壤環(huán)境有不利影響及當(dāng)目標(biāo)污染物濃度低而其他物質(zhì)濃度高時(shí)能耗較大等。需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究以尋求能提高修復(fù)效果和降低能耗等的方法,如可采用絡(luò)合劑和有機(jī)酸強(qiáng)化重金屬遷移效果及應(yīng)用電極逼近等復(fù)合電動(dòng)修復(fù)技術(shù)加以完善,從而克服當(dāng)前土壤電動(dòng)力學(xué)修復(fù)的相關(guān)技術(shù)問(wèn)題。