陰極逼近法電動修復(fù)貴州地區(qū)典型汞污染土壤的研究.pdf

1、汞及其化合物具有很強(qiáng)的神經(jīng)毒性和致畸作用（WHO，1990），且積累效應(yīng)和遺傳毒性明顯，一直是國內(nèi)外極為關(guān)注的優(yōu)先控制污染物。我國被Hg污染的耕地面積有3.2×104公頃，每年產(chǎn)生污染環(huán)境的Hg達(dá)1.9×108kg。貴州省是中國乃至世界上重要的產(chǎn)汞地區(qū)，產(chǎn)汞量約占全國的70％。當(dāng)?shù)啬承S礦周邊土壤或污灌農(nóng)田土壤中的汞含量高達(dá)24～347mg.kg-1，甚至超過700mg.kg-1，汞污染土壤的修復(fù)已經(jīng)迫在眉睫。 電動修復(fù)（EK）

2、技術(shù)是近十年來發(fā)展起來的一種污染土壤修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)具有生態(tài)環(huán)境破壞小，速度快等優(yōu)點(diǎn)。其影響因素包括修復(fù)過程的pH、土壤性質(zhì)、待去除重金屬元素的存在形態(tài)等。本論文以吸附－解吸平衡的界面遷移行為為主要機(jī)理，研究了汞在不同土壤中的解吸動力學(xué)特征及其對電動修復(fù)的影響。 實(shí)驗(yàn)中選取貴州地區(qū)三種典型汞污染土壤即水稻土I、水稻土II、旱作土進(jìn)行了汞的解吸的動力學(xué)機(jī)理及其影響因素的研究。結(jié)果顯示較低的pH值、較高的溫度、氧化性的環(huán)境都有利于H

3、g的解吸。pH每下降一個(gè)單位，水稻土I、水稻土II和旱作土的最大解吸率分別增大2.75、1.65和7.43個(gè)百分點(diǎn)。當(dāng)Eh<406mV時(shí)，Eh值每升高1mV，水稻土I、水稻土II和旱作土的最大解吸率分別提高0.17、0.15和0.21個(gè)百分點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中還發(fā)現(xiàn)：三種土壤的表觀解吸速率常數(shù)和pH成指數(shù)關(guān)系。此外，土壤本身的理化性質(zhì)對Hg的解吸也有重要影響。Hg的最大解吸率和土壤Eh，CEC呈顯著正相關(guān)，其相關(guān)系數(shù)分別為0.997、0.968；

4、和粘粒含量呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為-0.979。土壤中粘粒和有機(jī)質(zhì)都有增強(qiáng)土壤對Hg的吸附的作用，從而減輕pH和Eh等外部環(huán)境因素對Hg的最大解吸率的影響程度。三種土壤的最大解吸量和解吸速率大小順序一致，均為：水稻土II>水稻土I>旱作土。采用多種動力學(xué)方程實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合的結(jié)果表明：一級反應(yīng)動力學(xué)方程、Elovich方程和雙常數(shù)方程均可以很好地?cái)M合Hg的解吸量和時(shí)間的關(guān)系。結(jié)合熱力學(xué)理論的計(jì)算結(jié)果表明： Hg的擴(kuò)散是一個(gè)吸熱的物理過程

5、，升高溫度有利于反應(yīng)進(jìn)行。 其次，針對傳統(tǒng)固定陰極電動 (SC-EK) 修復(fù)存在的能耗高和周期長等缺點(diǎn)，本研究對修復(fù)裝置及工藝進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)與改進(jìn)，采用逼近陰極電動(AC-EK)法輔以陽離子交換膜和KI+I2溶液氧化絡(luò)合對上述3種汞污染土壤進(jìn)行了處理。固定陰極修復(fù)中通過添加KI+I2溶液，水稻土II中Hg的去除率可達(dá)68.6％，而未添加KI+I2溶液的對照組中汞的去除率僅為20.4％。這主要是由于KI+I2的增溶作用：KI+I2

6、溶液一方面提高了被處理土壤整體的氧化還原電位，另一方面能夠與土壤中的汞發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，而這兩者都能夠顯著地增大汞的溶解度，從而有效地提高汞的去除率。 本研究還進(jìn)一步采用逼近陰極電動（AC-EK）法進(jìn)行了土壤修復(fù)的研究：電動修復(fù)過程中，每隔一段時(shí)間，就將陰極向陽極方向移動適當(dāng)距離，以達(dá)到逐步縮短工作電極間距離的目的。與SC-EK法相比，AC-EK法中土壤pH下降更快且比較均勻，氧化還原電位變化的范圍較小，電導(dǎo)率較低。而根據(jù)前面的研究

7、，較低的pH和較高的氧化還原電位都有利于土壤中Hg的溶解和去除。實(shí)驗(yàn)采用了1V.cm-1的恒電勢梯度，經(jīng)過120 h的電動處理，AC-EK法中水稻土I、水稻土II和旱作土的去除率分別為91.2％、88.9％和69.2％，單位體積能耗分別為為65.78 kWh.m-3、77.26 kWh.m-3和67.11 kWh.m-3；SC-EK法中汞的去除率分別為69.5％，68.6％和41.7％，單位體積能耗分別為為88.33 kWh.m-3、1

8、07.45 kWh.m-3和74.99 kWh.m-3。結(jié)果表明AC-EK法可以高效快速去除土壤中汞，去除率提高了20.36％~27.54％，節(jié)能率達(dá)10.5％~28.1％。該技術(shù)在處理重金屬污染土壤方面具有良好的應(yīng)用前景。 本論文建立了污染物在電動修復(fù)中的分布模型：土壤中不同位置的pH值和該位置與陽極的距離成正比；而不同位置的Hg去除速率和該位置與陽極的距離成指數(shù)關(guān)系。該模型為AC-EK法電動修復(fù)提供了初步的理論基礎(chǔ)，并可以用