有关重金属污染土壤的电动力学修复研究

摘 要：在本案，为了对受过重金属污染的土壤其电动力学的修复性能进行研究，笔者自制了实验装置，采取提高电压法和间歇断电法两种办法，实现了单一重金属污染土壤中重金属去除率的提高，该实验取得了预期的效果，与此同时也研究了多离子污染土壤的电动修复。

关键字：重金属污染 土壤 电动力学 修复研究

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（a）-0-02

就现阶段科技发展的水平而言，能为修复受过重金属污染的土壤提供多种方法，在这些方法中，属电动力学最优，理由是它对土壤的负面影响小，且修复效果好、修复速度快。该方法被广泛应用于各工程领域，包括：地基化学灌浆、工程排降水、土壤修复等。

在本案，笔者认为只有完全熟知土壤电动力学修复的相关影响因素，才能把握住土壤电动力学修复的关键。土壤修复的影响因素包括：电流大小、电势梯度、电极材料、土壤酸碱值、重金属性质、受污染土壤的特性等。基于电动力学的实际应用效果，在原有基础上又研究开发出能实现电动力学的更高效以及应用更普及的手段：阳离子选择膜法、pH值中和法、Lasagra法、络合剂法、氧化还原法等。但是这些方法的实际应用中，或多或少均存在诸如：引起二次污染、成本过高、应用复杂、添加外加剂等问题。所以，电动力学的研究落脚点就在于：电场时间的控制、外加剂的添加、电位的损失、金属离子间的彼此作用等。

针对上述问题，笔者选取提高电压法与间歇断电发两种方法，通过自制试验研究电动力学对受到镉离子污染的土壤的修复，以及处理Pb/Cd/Cu三种复合离子的效果。

1 试验

1.1 实验材料

（1）所需仪器：全自动电化学分析仪酸碱值测量，DDS-11A型电导率仪，电压、电流均很稳定的YJ83/2双路直流电源，3510型原子吸收光谱仪金属质量分数的测量。

（2）试验土样（如表1）。

（3）试验试剂：硝酸铅、硝酸铜、硝酸镉皆为分析纯。

1.2 试验手段

（1）试验装置（如图1）

（2）制备试样：称取若干自然风干的土样以土壤含水量的实际需求为依据，通过湿土（含有1000 mg/kg质量分数的金属离子污染）计算出金属硝酸物的质量在50 mL去离子水中溶入硝酸物加入土样并选取搅拌棒进行充分搅拌至均匀加水达到实验需要的含水量将分为5层的污染土样分别装入模型的土壤室分层压实后整平土柱表面安装到实验模型上。

（3）分析手段：试验中，阴极溶液池3～4间的酸碱值可以选用醋酸进行控制对溶液池的电导率、酸碱值以及系统中的电流进行监测试验后，分割土样至8段，分割标准为10 mm/1段分别对土样的金属离子质量分数、酸碱值、电导率、含水率进行测量。

土样中金属离子质量分数的测定：分段取出0.01 g地土样放置入100 mL规格的磨口锥形瓶浓硝酸的足量添加选取超声波振荡1 h、静置12 h选取离心机对其进行离心操作取出上清液选取蒸馏水定容至250 mL采取原子吸收分光光度法对Cd离子的浓度进行测量计算出土壤中金属的质量分数（对样品分别备置两份分析资料，求取平均值）。

土样酸碱值的分段测定：风干土样比五的土水质量添加入离子水通过超声对其振荡30 min、静置30 min提取悬浮液搅拌悬浮液测定悬浮液的酸碱值。

（4）计算去除率以及电能消耗：

1）计算电能的消耗：

Ec= ∫UIdt

Ec-对单位质量污染物进行处理的耗电量；U-试验中选取的电压；mc-试验修复的污染物质量；t-运行时间；I-试验中的土样电流。

2）计算去除率：

Er=×100%

Er-金属最终去除率；mt-试验后残留于土样之中的金属质量；mo-实验之前加入的土样中金属质量。

2 讨论

2.1 提高断电法与间歇断电法的结果分析

下图为EK10/EK11段土样的酸碱值、电导率、含水量、Cd理智质量分数：

由图2可得出：在实验过程中，阴极的酸碱值如不能得到控制，土样在2/3阳极地方会有一个PH值过渡区，原因是阴极处产生的OH-不断往阳极迁移的速度是阳极处产生的H+不断往阴极迁移的速度的1/2倍。由图2可以得出本案中笔者选取的试验对阴极酸碱值采取了控制办法：将醋酸添加入阴极池至土样呈酸性，源于池中有OH-的出现，所以才会造成图2中所示的酸碱值由阴极向阳极递减的现象。由此可以得出：醋酸添加的时间与邻近阴极处得酸碱值有关。

由上图3中可以得出：电导率越靠近阳极、阴极的土样，其电导率越高，电导率呈“碗型”变化，但是土样处于土壤室中心的，其电导率处于极低的状态。高电导率土壤中H+ 的含量高酸碱值低近阳极；靠近阴极处电导率较高，理由是土样中存在源自阴极池的OH-，以及含量很高的Cd.

2.2 受多离子污染的土壤的电动修复

上述对各土样的酸碱值、含水量、电导率、Cd离子量的试验结果如图5所示。

（1）土样的电导率、酸碱值、含水率的电能消耗以及质量分数的呈现规律为：电导率―碗型；酸碱值―由阴极往阳极递减，整个过程都被控制在酸性程度；含水率―由阴极往阳极递增，初始含水率低于阳极端却高于阴极端。

（2）由图5可以得出：试验中选取的三类离子均在阴极的近处集结，Pb/Cu的质量分数，其第8段低于第7段。三类离子的去除率为：Cu―68.56%；Pb―75.31%；Cd―69.90%，其电能消耗均为5.0612 kJ/g。该实验结果与单一离子性质的电动试电动修复试验比较分析得出：电能消耗更高、离子修复效果更低，原因是多离子的存在可以实现初始污染浓度增长近三倍；离子间的彼此作用能够影

响到。

参考文献

[1] 席永慧，梁穑嫁，周光华.重金属污染土壤的电动力学修复试验研究[J].同济大学学报（自然科学版），2010，38（11）.

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[3] 陈学军，申哲民，句炳新，等.模拟镉污染土壤的电动力学修复研究[J].环境化学，2005，24（6）.

[4] 袁松虎.持久性有毒物质污染土壤/沉积物的电动力学修复技术和机理研究[D].武汉：华中科技大学，2007.