陽極逼近電動力學(xué)法（AA-EK）去除土壤中重金屬的研究.pdf

1、目前我國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hm<'2>.我國每年因土壤污染而減產(chǎn)糧食約1000萬噸,另外還有1200萬噸糧食污染物含量超標,兩者的直接經(jīng)濟損失達200多億元.土壤中重金屬污染嚴重威脅人類健康和生態(tài)系統(tǒng)安全,對其進行控制與治理已十分必要. 電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)是近年來發(fā)展起來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、周期較長等缺點限制了其廣泛應(yīng)用.為節(jié)約能耗,本研究對修復(fù)裝置及工藝進行了優(yōu)化設(shè)計與改進,采用陽極逼近電動力學(xué)(AA-EK)法輔以陽離子交換膜和適當?shù)木彌_液對模擬污染土壤和實際污染土壤及污泥進行了處理.AA-EK法工作過程為:電動力學(xué)修復(fù)過程中,每經(jīng)過一段時間,陽極附近土壤修復(fù)較徹底后,將陽極向陰極方向移動適當距離,進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)萃取法對所研究土壤處理前后重金屬及其他營養(yǎng)元素的化學(xué)形態(tài)和含量進行了分

3、析.實驗結(jié)果結(jié)合相關(guān)的數(shù)學(xué)理論對修復(fù)機理進行了研究,并建立了重金屬在電場作用下的遷移分布模型.論文還對修復(fù)土壤的生態(tài)功能進行了評價. 與普通電動力學(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.實驗采用了1V.cm<'-1>的恒電勢梯度,經(jīng)過60h的電動處理,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法處理實際汞污染土壤,經(jīng)過120h的處理,汞的去除率達90.5﹪.同樣采用AA-EK法處理污泥,處理時間為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47﹪. 依據(jù)電動修復(fù)的實驗數(shù)據(jù),根據(jù)電動修復(fù)的機理建立了污染物在電場作用下遷移的瞬態(tài)平衡模型,由計算的結(jié)果與實驗數(shù)據(jù)對照看出,模型都能夠很好地反映重金屬在電場作用下遷移規(guī)律.根據(jù)該模型,采用陽極逼近電動力學(xué)(AA-EK)法可以充分利用陽極附近的氫離子濃度高和陽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.法電動修復(fù)

6、的理論基礎(chǔ).該模型可用用于探討優(yōu)化電動修復(fù)工藝,進一步地改進可望用于電動修復(fù)的設(shè)計和分析. 土壤修復(fù)不能以犧牲土壤質(zhì)量和生產(chǎn)力為代價,本研究從生態(tài)學(xué)角度對修復(fù)效果進行了評價.研究了電動力學(xué)修復(fù)對土壤肥力指標(有機碳、速效氮、速效磷和速效鉀)、土壤酶活性(過氧化氫酶、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)果顯示電動力學(xué)修復(fù)可以提高土壤營養(yǎng)元素的生物可利用性,速效氮、磷和鉀的提高率分別達0.44、3.31和1.25倍,

7、有機碳的形態(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,尤其對堿性磷酸酶的活性影響尤為顯著,適度的電動力學(xué)修復(fù)有助于維護土壤酶的活性和促進細菌的繁殖.由此得出適度的電動力學(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