陽(yáng)極逼近電動(dòng)力學(xué)法（AA-EK）去除土壤中重金屬的研究.pdf

1、目前我國(guó)耕地受重金屬污染的約為1/5,大多數(shù)城市近郊和礦山附近土壤的都受到了不同程度的污染.重金屬的污染中Cd污染較普遍,污染面積近1000萬(wàn)hm<'2>.我國(guó)每年因土壤污染而減產(chǎn)糧食約1000萬(wàn)噸,另外還有1200萬(wàn)噸糧食污染物含量超標(biāo),兩者的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)200多億元.土壤中重金屬污染嚴(yán)重威脅人類健康和生態(tài)系統(tǒng)安全,對(duì)其進(jìn)行控制與治理已十分必要. 電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一種快速污染土壤修復(fù)技術(shù),其所存在的能耗高和

2、周期較長(zhǎng)等缺點(diǎn)限制了其廣泛應(yīng)用.為節(jié)約能耗,本研究對(duì)修復(fù)裝置及工藝進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)與改進(jìn),采用陽(yáng)極逼近電動(dòng)力學(xué)(AA-EK)法輔以陽(yáng)離子交換膜和適當(dāng)?shù)木彌_液對(duì)模擬污染土壤和實(shí)際污染土壤及污泥進(jìn)行了處理.AA-EK法工作過(guò)程為:電動(dòng)力學(xué)修復(fù)過(guò)程中,每經(jīng)過(guò)一段時(shí)間,陽(yáng)極附近土壤修復(fù)較徹底后,將陽(yáng)極向陰極方向移動(dòng)適當(dāng)距離,進(jìn)而逐步縮短工作電極間的距離,以提高修復(fù)效率.利用連續(xù)萃取法對(duì)所研究土壤處理前后重金屬及其他營(yíng)養(yǎng)元素的化學(xué)形態(tài)和含量進(jìn)行了分

3、析.實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合相關(guān)的數(shù)學(xué)理論對(duì)修復(fù)機(jī)理進(jìn)行了研究,并建立了重金屬在電場(chǎng)作用下的遷移分布模型.論文還對(duì)修復(fù)土壤的生態(tài)功能進(jìn)行了評(píng)價(jià). 與普通電動(dòng)力學(xué)修復(fù)法相比,AA-EK法中土壤pH下降更快且比較均勻,氧化還原電位變化的范圍較小,電導(dǎo)率較低.實(shí)驗(yàn)采用了1V.cm<'-1>的恒電勢(shì)梯度,經(jīng)過(guò)60h的電動(dòng)處理,AA-EK法中鎘的去除率為80﹪,能耗為31.52 kWh.m<'-3>;普通電動(dòng)力學(xué)法中鎘的去除率為68﹪,能耗為59.2

4、9kWh.m<'-3>.采用AA-EK法處理實(shí)際汞污染土壤,經(jīng)過(guò)120h的處理,汞的去除率達(dá)90.5﹪.同樣采用AA-EK法處理污泥,處理時(shí)間為120h,重金屬的平均去除率分別為:Cd為83.7﹪、Cu為71.3﹪、Ni為64.8﹪、Pb為65.1﹪和zn為72.2﹪;而普通電動(dòng)力學(xué)法中五種重金屬的去除率分別為:Cd為57.4﹪、Cu為56.3﹪、Ni為44.5﹪、Pb為34.4﹪和zn為61.3﹪.結(jié)果表明AA-EK法可以高效快速去除

5、土壤中重金屬污染物,去除速率提高了18﹪,節(jié)能率達(dá)47﹪. 依據(jù)電動(dòng)修復(fù)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),根據(jù)電動(dòng)修復(fù)的機(jī)理建立了污染物在電場(chǎng)作用下遷移的瞬態(tài)平衡模型,由計(jì)算的結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)照看出,模型都能夠很好地反映重金屬在電場(chǎng)作用下遷移規(guī)律.根據(jù)該模型,采用陽(yáng)極逼近電動(dòng)力學(xué)(AA-EK)法可以充分利用陽(yáng)極附近的氫離子濃度高和陽(yáng)極附近土壤鎘含量下降陜的規(guī)律,從而提高氫離子與鎘離子的置換率,加速去除重金屬.即該模型可以初步提供AA-EK.法電動(dòng)修復(fù)

6、的理論基礎(chǔ).該模型可用用于探討優(yōu)化電動(dòng)修復(fù)工藝,進(jìn)一步地改進(jìn)可望用于電動(dòng)修復(fù)的設(shè)計(jì)和分析. 土壤修復(fù)不能以犧牲土壤質(zhì)量和生產(chǎn)力為代價(jià),本研究從生態(tài)學(xué)角度對(duì)修復(fù)效果進(jìn)行了評(píng)價(jià).研究了電動(dòng)力學(xué)修復(fù)對(duì)土壤肥力指標(biāo)(有機(jī)碳、速效氮、速效磷和速效鉀)、土壤酶活性(過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和堿性磷酸酶)以及微生物數(shù)量等的影響.結(jié)果顯示電動(dòng)力學(xué)修復(fù)可以提高土壤營(yíng)養(yǎng)元素的生物可利用性,速效氮、磷和鉀的提高率分別達(dá)0.44、3.31和1.25倍,

7、有機(jī)碳的形態(tài)及含量變化不大.鎘的幾種形態(tài)中,可交換態(tài)鎘的含量顯著影響酶的活性和土壤微生物的數(shù)量,尤其對(duì)堿性磷酸酶的活性影響尤為顯著,適度的電動(dòng)力學(xué)修復(fù)有助于維護(hù)土壤酶的活性和促進(jìn)細(xì)菌的繁殖.由此得出適度的電動(dòng)力學(xué)修復(fù)不但可以成功地去除土壤中的重金屬,而且還可能成為一種恢復(fù)生態(tài)的環(huán)境友好修復(fù)技術(shù). 總之,本文的AA-EK適度的電動(dòng)修復(fù)技術(shù)不但可以快速去除土壤中的重金屬污染,而且本身還是一種環(huán)境友好的修復(fù)技術(shù),該技術(shù)在處理重金屬污染