非均匀电场下电极排布方式对土壤中铜和锌电动力修复效果的影响

摘要

土壤重金属污染是国内外亟待解决的环境问题，它具有累积性、滞后性、隐蔽性和不可逆性，一般难以恢复或治理。电动力修复技术(EK)是近十年来发展起来的一种污染土壤修复技术，其基本原理是：土壤中的水在电场力的作用下发生电解反应，阴极产生氢气和氢氧根离子，阳极产生氧气和氢离子，阳极产生的氢离子在电场和浓度梯度的作用下，向土壤内部迁移和扩散，氢离子在迁移和扩散的过程中，置换和溶解土壤中的重金属污染物，被溶解后的重金属污染物在电场作用下，以离子迁移和电渗的方式朝阴极方向定向迁移，从而达到去除土壤污染物的目的。 本论文通过改变不同的电极排布方式，研究了电动力修复技术对土壤中铜、锌离子迁移效果的影响。试验土样为山东黄岛粘土，其中含有Fe、Cr、Zn。电极采用Ti柱状电极，直径2mm。 第一阶段，在含有酚酞的土样中插入不同数目的阴、阳电极，以此考察电极排布对酸碱区域分别的影响，通过酚酞颜色变化来判断修复过程中土样酸碱区域的分布情况。其中电极排布方式分别为：阴-阳、阴-阴-阳、阴-阴-阴-阳，操作电压为5.0V，土样初始Cu2+浓度为304mg/L。试验结果表明，采用阴-阴-阳的三电极排布方式时，土样中酸性区域面积最大，有利于Cu2+迁移并去除。第二阶段，土样初始Cu2+浓度为580mg/L，Zn2+浓度为119mg/L，试验采用阴-阴-阳的三电极排布方式，土样中阴阳极之间的距离均为4.5cm，通过改变阴-阳-阴极之间的角度(简称CAC角度)和操作电压，研究其对Cu，Zn离子迁移效果的影响。CAC角度分别为0°，20°，40°和60°，操作电压为10.5V，结果表明，CAC角度为0°，20°，40°和60°时，单位能耗(1kW·h)所迁移的Cu离子质量分别为1.44g，1.69g，1.30g，2.35g，Zn离子质量分别为0.25g，0.29g，0.21g，0.28g。可见，60°时，Cu迁移效果最好，而Zn迁移效果和角度之间的关系不明显；CAC角度为60°，改变操作电压，分别为10.0V，10.5V，11.0V，单位能耗(1kW·h)所迁移的Cu离子质量分别为2.33g，2.35g，1.73g，而Zn离子的质量分别为0.29g，0.28g，0.41g。 本课题考察了电动力修复技术中电极排布方式和电压对污染土壤中铜、锌离子迁移效果的影响。其中对铜离子迁移的影响比较显著，为重金属污染土壤电动力修复的理论研究和实际应用提供了依据。

目录

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声明

1. INTRODUCTION

2. LITERATURE REVIEW

2.1. Definition of Soil Eiectrokinetic Remediation (EKR)

2.1.1. Electro kinetic Phenomena in Soils

2.1.2. Ion Migration

2.1.3. Electrolysis

2.1.4. Soil pH and Geochemical Reactions

2.2. Practical Aspects of EKR

2.2.1. Soil Type and Contaminant Concentration

2.2.2. Electrolyte Enhancement

2.2.3. Voltage and Current Levels

2.2.4. Electrode Requirements

2.2.5. Electric Field Distribution

2.2.6. Electrode Configuration and Time Requirements

2.2.7. Energy Expenditure

3. METHODOLOGY

3.1. Materials

3.2. Experimental Methods

3.3. Analytic Methods

3.3. Quality Assurance

4. RESULTS AND DISCUSSION

4.1. Stage Ⅰ

4.1.1. Visual description of the samples after EKR testing

4.1.2. Electric Current

4.1.3. The pH distribution and its relationship with Cu migration

4.2. Stage Ⅱ

4.2.1. Electric Current

4.2.2. Energy consumption

4.2.3. Comparison of metal migration

4.2.4. Comparison of energy efficiency

4.2.5. Spatial distribution of cooper and zinc

4.2.6. Relation between pH and metal migration

5. CONCLUSIONS

Refernces

Acknowledgments