电动力学新技术及其在重金属污染土壤修复中的应用研究

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在我国经济快速发展的同时,土壤重金属污染现象日益严重,已经成为亟待解决的重要环境问题。电动力学修复技术作为一种新兴的土壤原位修复技术,因其具有去除污染物范围广,成本低,效果好等优点,广受关注。然而,在电动力学修复的过程中,阴、阳两极电解液会发生电解反应,从而导致阳极附近pH显著降低和阴极附近pH显著升高,引起极化现象和聚焦效应,成为制约该技术应用的重要瓶颈。本课题提出的一种电动力学修复新技术,即在经典电动力学修复技术的基础上,引入对重金属离子具有较高吸附性的纳米纤维膜和电解液循环机制,旨在克服经典电动力学修复技术固有的缺陷。论文研究了纤维膜种类及用量、膜组装方式,修复电压、时间、电极溶液及其循环方式对模拟系统pH、铅离子分布、修复效率的影响规律,系统考察了电动力学修复新技术的特征,获得如下一些实验结果:(1)pH是影响电动力学修复的关键因素。在经典电动力学修复中,阳极区土壤会酸化,阴极区土壤会碱化,聚焦现象明显,单纯地延长修复时间或者提高修复电压,并不能有效地提高修复效率。而电动力学修复新技术中,铅离子印迹膜的引入,可以在Pb2+进入电解液前将其吸附,从而实现阴阳两极电解液的循环中和,对土壤的性质影响小,避免了因电解造成的土壤酸/碱化和聚焦现象的产生,提高了Pb2+的移除效率。(2)在电动力学修复新技术中,不同类型的纤维膜,对Pb2+的吸附效果不同。其中,PVA/DTC纳米纤维膜吸附效果较差,而铅离子印迹膜在电解液的pH=4.60时,具有较好的吸附容量。(3)在电动力学修复新技术中,铅离子印迹膜的引入,提高了修复效率,但在不同的位置,膜的吸附效果存在着明显的差异,在阴极室一侧和循环池的膜吸附量更高。(4)在循环池、土壤中央、土壤室与阴极室之间使用铅离子印迹膜并实时更新,将有利于提高修复效率,降低总体能耗。(5)与经典电动力学修复技术相比较,可以通过延长电动力学新技术的修复时间,达到合理的修复效果。如修复电压为30V,修复时间为96h时,土壤中Pb2+的移除率提高至40.83%,土中的残余量为595mg/kg,基本达到了展览会II类用地(土中残余量<600mg/kg)的标准。结论:电动力学修复新技术克服了经典电动力学修复技术中,修复效率随时间延长而降低、土壤性质发生显著改变的缺点。但是,该技术受到膜性能的影响很大,且修复效率还有待提升,有必要对该技术进一步深入研究。
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