二维叠加电场电动修复铬污染土壤的研究

摘要

铬渣的无防护措施堆放是造成土壤铬污染的主要原因，虽然大多数企业产生的含铬废渣通过资源化利用等途径，已经得到了有效治理，但是曾经没有采取防渗措施的堆放场地周围的土壤已经被严重污染，如不及时有效的治理，仍然对环境有潜在的风险。 电动修复技术是近几十年发展起来的土壤原位修复技术，国内外学者对电动修复技术的机理和应用进行了大量试验研究，有些国家已开展了实际工程应用。然而，电动修复应用过程中需要土壤处于浸水条件，若污染土壤无防渗层，污染物会随水流向土壤深层迁移，污染深层土壤甚至地下水，对环境造成风险。另外，电动修复时阴极电解液产生的大量OH-，进入土壤与重金属离子结合形成沉淀，这对电动修复有阻碍作用。 针对以上问题，本研究设计了二维叠加电场的方式，对青岛某化工厂原铬渣堆放场的高含量铬污染土壤进行试验室模拟修复。通过对无电场、水平电场、垂直电场、叠加电场等不同电场应用方式的对比试验，考察在传统电动修复过程中铬随水向深层土壤的迁移情况，以及叠加电场对铬的迁移的影响，验证叠加电场作用的电动修复能否在去除铬的同时阻止铬污染深层土壤。根据不同pH条件下土壤解吸试验，选出有利解吸的pH序列，并按此pH序列进行乙酸调控阴极电解液pH的强化电动修复，筛选出去除效果好、能耗低的pH值。初步研究了海绵铁可渗透反应墙-电动技术联用并循环电解液的强化方法，探讨了此方法对去除率的提高效果以及能耗。 通过对上述试验结果进行分析研究，得到以下结论： (1)电动修复过程中六价铬(Cr(VI))在土壤中以阴离子形式存在，向阳极运移。不加电场和水平电场的电动处理方式，在运行过程中Cr(VI)随水向土壤深层迁移，说明在被修复土壤无防渗措施情况下，使用水清洗或传统电动修复技术，有污染深层土壤的风险。二维叠加电场作用下，土壤Cr(VI)平均去除率为48.87％，同时处理过程中Cr(VI)的下渗被有效的控制。而土壤中残渣态的铬含量占40％～50％左右，由于电动修复对残渣态的铬基本没有去除效果，造成总铬平均去除率仅为37.34％。 (2)理想状态的土壤，进行阳极在上、阴极在下的二维电场电动修复时，Cr(VI)受水平方向、垂直方向电场力、重力、水力梯度以及浓度梯度等作用的合力，使其运动轨迹类似于斜向上的抛物线。 (3)不同pH条件下，铬在水-土系统中的解吸过程分两个阶段：首先迅速解吸，达到最大值后，随着时间的推移，又有部分离子重新吸附在土壤表面，经过缓慢的动态平衡后，再次达到平衡。 (4)阴极电解液pH控制在2附近时Cr(VI)平均去除率达到91.75％，总铬平均去除率为51.17％；pH在6附近时Cr(VI)平均去除率达到79.90％，总铬平均去除率为49.30％；pH在10附近时Cr(VI)平均去除率达到56.01％，总铬平均去除率为52.31％，均比不控制阴极电解液pH时有所提高。综合考虑能效成本，pH控制在10附近比较合理。由于土壤的强缓冲能力，土壤pH并没有因为电解液pH降低而大幅降低，最低pH在5.6左右。 (5)海绵铁与电动修复组合试验中，异位联用时，阴极池pH控制效果不明显，Cr(VI)及总铬的去除率提高不显著。然而，在原位联用时，阴极电解池pH得到控制，最低在4左右。土壤中Cr(VI)几乎全被去除，但是由于海绵铁本身的还原作用，以及新生铁胶体的吸附作用，土壤整体的总铬平均去除率提高不明显。此外，通过电解液循环使用，电动修复过程中节约了大量的水。原位海绵铁渗透反应墙与电动修复联用，并循环电解液的方法具有很好的实用价值及研究前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

0前言

1绪论

1.1土壤中铬的污染现状、来源及危害

1.1.1土壤中铬的污染现状

1.1.2土壤中铬的来源

1.1.3铬的危害

1.2铬在土壤中的迁移转化

1.3铬污染土壤的修复技术

1.4电动力学修复土壤的研究进展

1.4.1电动力学原理

1.4.2铬污染土壤的电动修复研究进展

1.5学术构想与研究内容

1.5.1学术构想

1.5.2理论依据

1.5.3研究内容

2叠加电场作用下铬污染土壤电动修复研究

2.1土壤的采集及前处理

2.2土壤理化性质分析

2.2.1分析方法

2.2.2分析结果

2.3叠加电场作用下的电动修复

2.3.1试验装置设计

2.3.2试验设计与运行

2.3.3测试方法

2.3.4质量控制

2.3.5结果与讨论

2.4 小结

3阴极pH调控强化土壤电动修复的研究

3.1研究设想

3.2污染土壤中铬在不同pH条件下的解吸

3.2.1试验设计

3.2.2试验方法

3.2.3结果与讨论

3.3控制阴极pH的电动修复研究

3.3.1试验设计

3.3.2试验方法

3.3.3结果与讨论

3.4小结

4电动技术与海绵铁联用修复铬污染土壤的初步研究

4.1研究设想

4.2试验设计与运行

4.3结果与讨论

4.3.1处理过程中电流的变化

4.3.2处理过程中电解液pH的变化

4.3.3处理过程中电解池中Cr(Ⅵ)的变化

4.3.4处理后土壤的pH变化

4.3.5处理后土壤中Cr(VI)的分布

4.3.6处理后土壤总铬的去除率

4.3.7能耗成本分析

4.4小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

致谢

个人简历及发表的学术论文