電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)是處理污染土壤的一項(xiàng)新的化學(xué)技術(shù)方法,，已進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)應(yīng)用階段,。電動(dòng)力學(xué)修復(fù)是通過電化學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的復(fù)合作用(電滲,、電遷移和電泳等)驅(qū)動(dòng)污染物富集到電極區(qū)，進(jìn)行集中處理或分離的過程,。近年來,，中國(guó)先后開展了銅、鉻等重金屬,、菲和五氯酚等有機(jī)污染土壤的電動(dòng)修復(fù)技術(shù)研究,。
與傳統(tǒng)的清洗法、生物處理法等污染土壤修復(fù)技術(shù)相比,，電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)具有成本低,、適用范圍廣(原位及異位修復(fù)皆可，處理飽和,、不飽和土壤皆可),、接觸有害物質(zhì)少、可控性強(qiáng),、處理快速且比較*(重金屬去除效率一般都可以達(dá)到90%以上),、不破壞原有自然生態(tài)環(huán)境(只處理陰陽(yáng)兩極之間的污染物,不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生其他影響)等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于小范圍的粘質(zhì)的多種重金屬污染土壤和可溶性有機(jī)物污染土壤的修復(fù),。不過對(duì)于不溶性有機(jī)污染物,，需要化學(xué)增溶，易產(chǎn)生二次污染,。
電動(dòng)力學(xué)法的基本原理是在污染土壤區(qū)域插入電極，施加直流電后形成電場(chǎng),，土壤中的污染物在直流電場(chǎng)作用下定向遷移,，富集在電極區(qū)域，再通過其他方法(電鍍,、沉淀/共沉淀,、抽出、離子交換樹脂等)去除,。
電動(dòng)力學(xué)修復(fù)過程中污染物的遷移機(jī)理有3個(gè)現(xiàn)象:
(1)電滲析：土壤孔隙表面帶有負(fù)電荷,，與孔隙水中的離子形成雙電層，在外加電場(chǎng)作用下,，土壤中的孔隙水從陽(yáng)極向陰極方向流動(dòng),。隨孔隙水遷移的污染物質(zhì)富集在陰極附近，可以被抽出進(jìn)行處理;
(2)電遷移：帶電離子或配位體在外加電場(chǎng)作用下向電性相反的電極遷移(正離子向陰極遷移, 負(fù)離子向陽(yáng)極遷移)的過程;
(3)電泳：土壤中帶電膠體粒子,，包括細(xì)小土壤顆粒,、腐殖質(zhì)及微生物細(xì)胞等，在外加電場(chǎng)作用下的遷移,。從而可以除去這些膠體粒子和吸附在這些顆粒上的污染物質(zhì),。
總之,，電動(dòng)力學(xué)修復(fù)的目的是使土壤中的污染物質(zhì)在外加電場(chǎng)作用下通過電滲析, 電遷移和電泳發(fā)生定向移動(dòng)并在電極附近累積起來, 從而被除去。
電動(dòng)力學(xué)處理過程中陽(yáng)極應(yīng)該選用惰性電極如石墨,、鉑,、金、銀等,，在實(shí)際應(yīng)用中多選用高品質(zhì)的石墨電極,，陰極可以用普通的金屬電極。陽(yáng)極產(chǎn)生的H+ ,在直流電場(chǎng)的作用下向陰極遷移,這樣就容易形成酸性遷移帶,。酸性遷移帶的形成促使重金屬離子從土壤表面解吸及溶解,進(jìn)行遷移,。電動(dòng)力學(xué)修復(fù)重金屬污染土壤的影響因素
pH值的影響
土壤的pH值變化對(duì)電動(dòng)力學(xué)修復(fù)影響很大，pH值影響著重金屬的氧化還原,、吸附脫附,、沉淀溶解、表面電荷和電滲析流的方向,，而且pH值變化還影響土壤表面Zeta電位,。
Zeta電位的影響
土壤中Zeta電位影響電滲速率，因此也影響重金屬在土壤中的遷移速率,。電動(dòng)修復(fù)Zeta電位升高,，可加快電動(dòng)力學(xué)修復(fù)的效率。
土壤溫度的影響
電動(dòng)力學(xué)修復(fù)過程中,，電流過大會(huì)產(chǎn)生一定的熱量,，導(dǎo)致土壤的溫度升高，影響電遷移和電滲過程,，進(jìn)而降低修復(fù)效率,，因此在電動(dòng)力學(xué)修復(fù)試驗(yàn)中，選擇佳的電流密度,，減少電流帶來的熱效應(yīng)的影響,，可提高重金屬污染物的去除率。
土壤理化性質(zhì)的影響
影響電動(dòng)力學(xué)修復(fù)的土壤理化性質(zhì)主要包括土壤黏土礦物和土壤孔隙率,。土壤黏土礦物具有膠體性質(zhì),，可影響陽(yáng)離子交換量進(jìn)而影響修復(fù)效率，這是因?yàn)榫哂休^大陽(yáng)離子交換量的黏?？墒怪亟饘俚慕馕茏?，從而降低了其去除率。土壤孔隙水電解產(chǎn)生的氫離子可與土壤表面接觸,，促進(jìn)了被吸附重金屬離子的解吸,，但孔隙過大氫離子與土壤表面接觸減少，可導(dǎo)致被吸附的重金屬不能*解吸,。
土壤含水率的影響
電動(dòng)力學(xué)修復(fù)中土壤含水率必須達(dá)到一定值,，土壤含水率過低修復(fù)效果會(huì)不明顯,。
電極材料的影響
不同的電極材料、電極材料的形狀及電極的排列都會(huì)對(duì)電動(dòng)力學(xué)修復(fù)產(chǎn)生影響,，不同的電極材料會(huì)影響其在電動(dòng)修復(fù)中電場(chǎng)的分布,、放電速率。
技術(shù)應(yīng)用中出現(xiàn)的一些問題
酸性帶遷移
酸性帶遷移電動(dòng)力學(xué)修復(fù)過程中, 陽(yáng)極上水的電解反應(yīng)使得陽(yáng)極附近H+濃度增加,pH值下降, 從而形成了酸性帶,。在外加電場(chǎng)的作用下, 酸性帶通過電滲析流, 擴(kuò)散流和水平對(duì)流從陽(yáng)極向陰極遷移,。隨著酸性帶的遷移, 土壤的pH值下降, 雖然有利于重金屬離子溶解, 但如果pH 值過低會(huì)使土壤的Zeta電位變化到零電位, 甚至改變符號(hào)。這樣會(huì)導(dǎo)致電滲析流減弱或變向,為了修復(fù)過程的進(jìn)行, 必須增大電壓以保持一定的電滲析流, 從而使得能耗加大, 修復(fù)成本增加,。
土壤pH控制
電動(dòng)力學(xué)過程中陰極上的電解反應(yīng)使得陰極附近OH-濃度增加, pH值上升, 從而形成了堿性帶,。在外加電場(chǎng)的作用下, 堿性帶也通過電滲析流向陽(yáng)極遷移。在堿性環(huán)境中, 重金屬離子易形成不溶沉淀物,。重金屬沉淀吸附到土壤顆粒上不隨電滲析流遷移, 為了過程的進(jìn)行,有必要向土壤中加入酸,。加酸的不利之處是, 會(huì)引起土壤酸化, 目前無法確定土壤恢復(fù)酸堿平衡所需時(shí)間, 此外, 加酸也會(huì)影響土壤的Zeta電位, 導(dǎo)致電滲析流的減弱或變向。極化問題
通過的電動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn), 發(fā)現(xiàn)了3 個(gè)導(dǎo)致電流降低的極化現(xiàn)象:活化極化,、電阻極化和濃差極化現(xiàn)象,。
(1)活化極化:電極上水的電解產(chǎn)生氣泡(氫氣和氧氣)會(huì)覆蓋在電極表面,這些氣泡是良好的絕緣體, 從而使電極的導(dǎo)電性下降, 電流降低。
(2)電阻極化:在電動(dòng)力學(xué)過程中會(huì)在陰極上形成一層白色膜, 其成分是不溶鹽類或雜質(zhì),。這層白膜吸附在電極上會(huì)使電極的導(dǎo)電性下降, 電流降低,。
(3)濃差極化:這是由于電動(dòng)力學(xué)過程中H+向陰極遷移,OH-向陽(yáng)極遷移的速率緩慢引起的(其速率總小于離子在電極上放電的速率), 從而使得電極附近的離子濃度小于溶液中的其他部分。如果酸堿沒有被及時(shí)中和, 就會(huì)使電流降低,。
實(shí)際應(yīng)用中常用技術(shù)手段
極性交換技術(shù)
極性交換技術(shù)是在特定的時(shí)間間隔改變極性,，使陽(yáng)極產(chǎn)生的氫離子和陰極產(chǎn)生的氫氧根離子中和，防止堿性帶和酸性帶的形成,。極性交換能提高電流密度和修復(fù)效率,，但其切換電極的周期難以控制，且隨著修復(fù)的進(jìn)行,，產(chǎn)生的氫離子和氫氧根離子也會(huì)減少,，切換電極的周期將不再適合,。
逼近陽(yáng)極技術(shù)
逼近陽(yáng)極技術(shù)是一種新型的電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù),，修復(fù)前在土壤中距離陰極不同處分別插入一系列電極，隨著修復(fù)的進(jìn)行重金屬離子在電場(chǎng)作用下不斷向陰極遷移,，當(dāng)陽(yáng)極附近的重金屬濃度達(dá)到修復(fù)要求時(shí),，切換工作陽(yáng)極，以此類推,。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是修復(fù)效果好,，可降低能耗，缺點(diǎn)是對(duì)陽(yáng)極移動(dòng)距離和時(shí)間難以控制,。
注入緩沖溶液技術(shù)
注入緩沖溶液技術(shù)是為了控制pH值的變化,，往陰陽(yáng)電極區(qū)加入緩沖溶液,，特別是為了控制陰極pH值的變化。在緩沖液的選擇中,，檸檬酸由于其良好的生物降解性,、重金屬離子絡(luò)合性、*的溶解性,、安全無毒性,，因此常被用作調(diào)節(jié)pH值的緩沖溶液。注入緩沖溶液的優(yōu)點(diǎn)是能很好地控制體系的pH值,，增加離子強(qiáng)度,，提高電流密度，可絡(luò)合重金屬促進(jìn)其遷移,，提高修復(fù)效率;缺點(diǎn)是需要的緩沖溶液量會(huì)變化,，只能靠經(jīng)驗(yàn)加入。
總結(jié)與展望
電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)在處理土壤重金屬污染方面有很好的效果及很多優(yōu)點(diǎn),，但是其應(yīng)用效果取決于土壤中重金屬離子的溶解與沉淀程度,，在實(shí)際應(yīng)用中為解決這些問題此可能會(huì)引起土壤的酸化，發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生新的污染,。今后電動(dòng)力學(xué)修復(fù)重金屬污染土壤技術(shù)研究工作應(yīng)著重研究開發(fā)新的電動(dòng)力學(xué)修復(fù)裝置,，提高修復(fù)效率。更多的開展電動(dòng)力學(xué)修復(fù)重金屬污染土壤技術(shù)的現(xiàn)場(chǎng)研究,，并結(jié)合實(shí)際問題研究修復(fù)工藝,，使電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)形成工業(yè)化模式，更好地修復(fù)受污染的土壤,，這將會(huì)為修復(fù)污染的土壤做出巨大的貢獻(xiàn),。
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