电动力学修复污染土壤的改进技术

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1、电动力学修复污染土壤的改进技术章节设置总结与展望电动力学修复技术改进电动力学修复机理电动力学修复机理图1-1 电动力学修复机理示意图将电极插入土壤中，加上直流电压后形成电场，引起土壤空隙水中带有电荷的离子和土壤颗粒在电场中产生各种电动力学效应，使污染物在土壤中定向迁移，并富集在电极区域，再通过一系列后处理将其去除电动力学修复机理电迁移电渗析电解反应电泳（1）电解反应 电解反应主要是电极两端水的电解。在电场作用下，阴、阳极发生如下反应：2H2O-4e-O2+4H+ （阳极）4H2O+4e-2H2+4OH- （阴极） 由式阴、阳极反应可见，电极反应在阴、阳极分别产生大量的OH-和H+，会导致电极附

2、近的pH值相应地升高和下降。（2）电渗析 电渗析作用是由于土壤孔隙表面带有负电荷，可以与空隙水的离子形成双电层，从而引起空隙水溶液沿电场从阴极向阳极流动的现象。 空隙水的电渗析流速u与空隙水的介电常数、土壤表面的平均zeta电位、电场强度E成正比，与空隙水的粘度成反比，可用以下方程表示： 由于zeta电位受到pH的影响，当土壤的表面电荷零电位点（point of zero charge, PZC）位于pH时，表面电荷为负值，电渗析方向为由正极流向负极；而当PZC大于pH时，表面电荷变为正值，电渗析方向相应变相反方向，所以在实际修复过程中控制pH有助于提高电渗析流速。（3）电迁移 电迁移是指直流

3、电场中正离子向阳级迁移，负离子向阴极迁移的过程。 电动力学过程中，阴、阳极电解反应产生的OH-形成的碱性带和H+形成的酸性带会同时朝对向土壤区域迁移；而H+迁移速率约为OH-的1.8倍，导致土壤中大部分区域的pH下降，当酸性带同碱性带相遇时，土壤的pH会发生剧变。土壤pH的变化会影响污染物在土壤上的吸附-解吸行为，从而改变污染物的可移动性和可利用性，影响土壤的修复效果。（4）电泳 电泳描述的是土壤中带电胶体粒子的迁移过程。吸附在土壤胶体粒子的污染物质通过随胶体粒子的迁移，达到去去除效果。电泳的运动方向和大小取决于电场和毛细孔隙的直径等，所以在密实型的土壤中，表现出的电泳作用并不明显。 大量的实

4、验室实验和现场试验已经证明，电动力学技术可高效地去除土壤中的重金属离子和有机污染物，其中重金属离子包括铬、铜、铅、汞、氟、锌、锰等，有机污染物包括苯酚、苯、菲类、酚类等。 在实验和实际应用中电动力学技术还存在着一些不可忽视的问题，如工作液和土壤pH值变化大严重影响电动力学修复；污染物的溶解性差和脱附能力弱，不利于去除，需要后处理；以及耗能量较高等，这些都限制了该技术的有效应用。 为了进一步提高电动力学技术对土壤中污染物的去除率，国内外许多学者对其进行了一些改进。研究较多的技术改进主要有： 工作液性质状态的改进 电场分布的改进 土壤掺杂 联用技术 降低能耗的改进 电动力学修复技术改进电场分布的改

5、进工作液pH值调节土壤掺杂极化问题的缓解电动力学联合修复技术降低能耗的改进（1）极化问题的缓解 提高电动力学修复的效率常采用的方法有: 实验装置设计中在电极室附近添加循环系统，当电渗析流很慢时用冲洗液或直接用自来水冲刷电极，减少气泡和惰性白色膜的影响。 弄清楚受污染土壤的缓冲能力，并通过改换冲洗液以控制土壤的 pH值在一定的范围内。 电动力学修复过程中会出现极化问题，主要包括活化极化、电阻极化和浓差极化。 活化极化：指电极反应产生的气体( 阳极氧气和阴极氢气) 会附着在电极表面增加电阻，减小土壤区域的有效电位梯度。 电阻极化：指电解过程中阴极电极表面会附着一层惰性白色膜，降低电极的导电性能，从

6、而降低电流。 浓差极化：是由于电动力学修复过程中H+向阴极迁移速率和OH-向阳极迁移速率总小于离子在电极上放电的速率，从而引起电极表面的离子浓度小于周围溶液中的离子浓度，酸碱没有及时被中和将会导致电流下降。（2）电场分布的改进 电极的形状、大小、排列以及极距都会影响电动力修复效果。传统的电动力学修复装置中使用的是两块大小形状完全相同的电极板，得到均匀电场。 罗启仕等利用柱状电极代替片状电极开发了一种非均匀电动力学修复技术，并利用非均匀电场对土壤中无机离子( NO3-和SO42-）、2,4-二氯酚的迁移性进行了研究，结果表明： 在1.0V/cm电压梯度下不饱和沙壤土中NO3-和SO42-的电迁移