土壤電動修復技術及其研究進展

張濤++陳明功++劉宗亮

摘要 概括了當前電動修復技術的原理及國內外的研究進展，分析其優缺點和存在的問題，并提出該技術與其他土壤修復技術聯用的發展趨勢。

關鍵詞 土壤污染；電動修復技術；研究進展

中圖分類號 X53 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）22-0164-02

Abstract The principle of current electrokimtic remediation technology and the research progress both at home and abroad were summarized. The advantages and disadvantages of this technology were analyzed，and the development trend of combining the technology with other soil remediation technologies was put forward.

Key words soil pollution；electrokinetic remediation technology；research progress

土壤是人類生存和發展的重要物質基礎，因此土壤被稱為世界上最重要的能源。近些年來，隨著工業的飛速發展，大量有毒有害固體廢棄物、廢水和廢氣被排放到環境當中，導致了環境中土壤的嚴重污染[1-2]。土地受到污染后，其表層土壤容易在自然力的作用下進入到大氣和水體中，進而造成大氣污染、地下水污染等各種次生生態環境問題[3]。

1 污染土壤修復技術

土壤修復技術是一項涉及環境、物理、化學、生物等多個學科的綜合技術。根據采取的技術和原理不同，總體上可以分為物理修復技術、化學修復技術和生物修復技術[4-6]。

1.1 物理修復技術

物理修復技術主要包括換土、翻土、客土和熱脫附法。趙 濤等[7]在HgCl、HgS、Hg（NO3）2·H2O、HgO、HgSO4中加入MgCl2、CaCl2和NaCl后的熱重分析發現，MgCl2對5種汞化合物熱脫附過程影響最大，降低了汞化合物熱脫附的初始溫度，表明MgCl2可以促進汞污染土壤中汞化合物的轉化，有利于土壤汞污染的熱脫附修復。

1.2 化學修復技術

化學修復技術主要包括化學淋洗、化學固定和玻璃化技術。Xu Hui[8]等利用無機酸、有機酸、硫酸和絡合劑去除沙漠土壤中的钚污染，研究表明污染物的去除效率依賴于間歇式浸取過程，同時移除效率隨著液固比、溫度和攪拌時間的增加而增加，最高可以達到90%的去除率。

1.3 生物修復技術

生物修復技術主要包括植物、微生物修復。賈偉濤等[9]介紹了利用能源植物（例如甜高粱）來修復重金屬污染土壤的研究情況，指出將土壤修復與生物能源生產有機結合，是綠色、生態、環保的可持續發展道路。

2 電動修復技術

2.1 原理

電動修復技術是向受污染土壤中通入直流電，在電遷移和電滲的作用下，土壤中的重金屬離子向電極區聚集，然后將電極區電解液抽出處理，從而達到修復的目的[10]。

在電動修復過程（圖1）中，發生的電子轉移主要是電極上水的電解反應。陰極：2H2O+2e-→2OH-+H2（g）；陽極：H2O→2H++12O2（g）。

2.2 評價

優點：該技術處理污染土壤具有高效性，不需要投入化學藥劑，修復過程對環境影響較小，具有十分廣泛的應用前景。缺點：該技術不適用于滲透性高、傳導性差的土壤，且技術水平要求較高[11]。

存在的問題：不適合含水率低的修復體、偏極效應（電極反應引起pH值劇烈變化及由此導致的土壤中重金屬過早沉淀問題）、電解反應產生二次污染、電極腐蝕等。其中偏極效應和電極腐蝕的問題最為突出，對于電極腐蝕，還沒有很好的解決方法，而在偏極效應的問題上，實驗室解決效果都很好，但設計過于復雜，難以應用于實際工程當中。

2.3 國內外研究進展

目前，國內外關于電動修復技術的研究，主要是通過解決或減緩偏極效應以及改變污染物的狀態，從而提高污染物的去除效率或穩定化的一系列強化技術。

Cai Z P等[12]在土壤中插入多個陽極，采用逼近陽極的方法增強電動修復，在相同處理時間內，可以大大提高尾礦中Cu的去除率；Matteo Masi等[13-14]研究表明，電動修復受外加電場的強度和調節劑類型影響，使用EDTA作為調節劑和提高電壓梯度能夠顯著提高重金屬的去除，可用于修復具有高酸性緩沖能力沉積物中的重金屬。

2.4 發展方向

隨著現在土壤污染情況的復雜化，單一的電動修復技術不能很好地修復一些污染土壤，發展復合型土壤修復技術，已經成為了當前電動復領域研究開發的熱點。

李婷婷等[14]針對石油污染物難以去除的特點，以含油量為50 mg/g的石油污染土壤為研究對象，每5 min切換1次電極極性，建立空間和場強上完全對稱的電場。結果表明，1 V/cm的電壓梯度，在電場作用和電極極性切換條件下，當電動-微生物修復處理時間增加時，石油去除率得以顯著提高。

電動-可滲透反應墻（EKR-PRB）耦合技術，結合了電動修復技術和可滲透反應墻的優點。Zhang Jia等[15]將電動修復與可滲透反應屏障技術結合起來，利用模擬裝置，在20～30 V電壓，污染物Cr濃度為0.16～1.65 mg/g條件下，可以有效修復大面積污染土壤中的鉻和各種陰離子污染物。

2.5 應用案例

現在許多關于電動修復技術的研究還局限于實驗室之中，實施的技術要求比較高，不能立即滿足實際工程應用的要求。到目前為止，該項技術僅在國外有相關的工程實例，而國內還沒有相關報道。

美國舊金山發生一起地下儲油罐泄露，利用電動修復-生物通風聯用技術來處理受污染的土壤，在222.97 m2的污染土壤上安裝56個電極通入直流電以及沖洗38.1 cm下的致密礫巖層，然后將污染物利用生物通風除去，修復前污染物濃度為100～2 200 mg/kg，修復后污染物濃度為100 mg/kg。

3 參考文獻

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