电动修复铅锌矿场周边重金属污染土壤

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电动修复技术以其所用化学试剂少、能耗低、修复彻底、成本低、污染物重金属可回用等优点,成为具有较好发展前途的绿色修复技术。该技术适用于原位及异位修复,不会对环境产生其他影响;可以处理饱和、不饱和土壤;重金属去除效率高,在修复重金属污染土壤方面有着良好的应用前景。但电动修复土壤重金属污染过程中容易产生“聚焦效应”,OH-与重金属离子产生氢氧化物沉淀,因而影响了修复效率,目前报道有通过酸控制pH值,络合剂增加金属溶解量,离子交换膜调节pH值等方法来改进电动修复的效果,这些改进措施可以在一定程度上提高重金属的去除效率,但仍存在弊端。例如:化学试剂容易造成二次污染,运行费用较高,操作复杂等等。本文针对近年来铅锌矿场周边土壤越来越严重的重金属污染现状,探讨了改进电动修复铅锌矿场周边土壤重金属污染的技术,得到如下结果:  对比了络合剂EDTA对电动修复效率的影响,在阴极室未添加EDTA的情况下,土壤中的pH值较高,不利于铅离子的迁移。在阴极室使用0.1mol·L-1EDTA后,铅的迁移率明显提高,大部分的铅移向了阳极区。48小时后,添加EDTA的电动修复法总铅去除率达到76%,高于不添加EDTA的电动修复法49%的总铅去除率。电动修复过程中两极的氧化还原反应造成电极附近pH值产生明显的变化,说明电动修复重金属污染土壤时,能使土壤原来的酸碱条件发生改变,需进行相应的调控。电动处理时加入络合剂EDTA可明显增加对土壤中铅的迁移和富集,提高修复效率,但络合剂EDTA的使用需控制用量,因属于化学试剂,会导致二次污染和增加修复成本。  探讨了不添加化学试剂、不增加阴极室距离的逼近阳极修复技术,通过在修复过程中固定阴极,有序切换阳极阵列以不断逼近阴极,缩短两极间的距离达到增强修复效果的目的。逼近阳极增强的电动修复法在相同的修复时间内去除铅锌矿场周边土壤重金属锌污染的效率相比传统固定电极法有所提高,相比于固定阳极电动修复法的总锌去除效率37%,逼近阳极电动修复法总锌的去除效率为63%,有效提高了电动修复效率。归因于靠近阳极产生了更多的H+,重金属离子从土壤中解析出来。与固定电极电动修复过程相比,逼近阳极电动修复过程土壤中各处的pH值相对较低,而氧化还原电位则要高很多。可见,逼近阳极电动修复法提高修复效率和降低修复成本,是一种较适合的土壤中重金属去除的修复方法。  提出固定交换频率的交换电极法强化电动修复技术,不添加其他任何试剂。以固定电极方向的电动修复为对照,采用交换电极电动修复技术对华南地区铅锌矿场附近铅污染的土壤进行修复,探讨了交换频率为48h和96h时,铅的去除效率,土壤pH值和电流密度的变化。结果显示,工作电压为1.0V/cm,交换频率为48h,铅最大去除效率达到87%,远远大于传统固定电极运行模式的去除效率(61%)。另外,可以消除传统固定电极方向运行出现的“聚焦效应”。  为了消除电动修复的局限性,很多因素需要考虑。选择较好的电极材料来增加活化面积比较重要,因为重金属从土壤中迁移出需要通过电极完成。采用不同电极材料(石墨、不锈钢和钛板)电动修复尾矿附近的土壤。采用钛板电极材料修复土壤重金属镉48小时总镉去除率为40%,不锈钢电极总镉去除率为44%,石墨电极修复效率达到73%。去除效率的提高是归因于石墨电极相比不锈钢和钛板电极能提供电子转移所需的更活性界面,由于增加更多H+离子使镉离子从土壤中脱附出来迁移去除。
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