重金屬污染土壤電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

劉文慶，祝 方，馬少云

（太原理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，山西 太原 030024）

目前我國土壤污染日益加劇，呈現(xiàn)新老污染物質(zhì)并存、無機(jī)物有機(jī)物復(fù)合污染的局面。我國受重金屬污染的耕地面積已達(dá)2 000萬hm2，占全國耕地面積的1／6。過量的重金屬可引起生物生理功能紊亂、營養(yǎng)失調(diào)，且重金屬不易遷移、不易隨水淋濾、不易被微生物分解，可通過食物鏈進(jìn)入人體產(chǎn)生富集，從而影響人體內(nèi)蛋白質(zhì)的活性。

重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)主要包括電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)［1］、螯合劑修復(fù)技術(shù)［2］、鈍化修復(fù)技術(shù)［3］、可滲透反應(yīng)墻技術(shù)［4］、生物修復(fù)技術(shù)［5］等。其中，電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)是把電極插入受污染的土壤并通入直流電，土壤中的污染物質(zhì)在外加電場作用下發(fā)生定向移動并在電極附近累積，定期將電極抽出處理，可將污染物去除。目前電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)成為污染場地修復(fù)中最有發(fā)展前景的技術(shù)之一。鑒于此，本文綜述了重金屬污染土壤電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展。

1 重金屬污染土壤的電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)

1.1 極性交換技術(shù)

極性交換技術(shù)是在特定的時(shí)間間隔改變極性，使陽極產(chǎn)生的氫離子和陰極產(chǎn)生的氫氧根離子中和，防止堿性帶和酸性帶的形成。席永慧等［6］采用極性交換技術(shù)修復(fù)鉛污染原狀土壤，可有效地改善陰陽極附近的pH 值，特別是可以中和陰極產(chǎn)生的OH-，解析堿性區(qū)重金屬的沉淀，重金屬Pb的去除率達(dá)60.2%。但是，極性交換的時(shí)間間隔難以掌握，為了控制極性交換的時(shí)間間隔，Pazos等［7］在錳污染土壤中添加酸堿指示劑，根據(jù)指示劑顏色變化控制極性交換的頻率，但是實(shí)際操作中難以觀察土壤斷面指示劑顏色的變化，同時(shí)比較了采用極性交換和不切換極性的土壤修復(fù)效果，結(jié)果表明修復(fù)7.6 d不切換極性的Mn的去除率僅為14%，而采用極性交換的Mn的去除率達(dá)72%；路平等［8］采用交換電極法強(qiáng)化電動修復(fù)，探討了交換電極頻率為2d和4d鉻污染土壤的修復(fù)效果，結(jié)果表明采用固定電極修復(fù)2d發(fā)生聚焦效應(yīng)，修復(fù)8d鉻的去除率達(dá)59.04%，采用交換電極頻率為2d和4d，修復(fù)8d鉻的去除率分別為86.10%和70.18%，且修復(fù)過程中pH 值保持中性范圍。極性交換能提高電流密度和修復(fù)效率，但其切換電極的周期難以控制，且隨著修復(fù)的進(jìn)行，產(chǎn)生的氫離子和氫氧根離子也會減少，切換電極的周期將不再適合。

1.2 逼近陽極技術(shù)

逼近陽極技術(shù)是一種新型的電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)，修復(fù)前在土壤中距離陰極不同處分別插入一系列電極，隨著修復(fù)的進(jìn)行重金屬離子在電場作用下不斷向陰極遷移，當(dāng)陽極附近的重金屬濃度達(dá)到修復(fù)要求時(shí)，切換工作陽極，以此類推。在電動力學(xué)修復(fù)過程中，離陽極越近氧化還原電位越高，pH 值越低。鄭燊燊等［9］利用逼近陽極技術(shù)在修復(fù)過程中采用固定陰極，有序切換陽極陣列，以達(dá)到提高修復(fù)效率的目的，并對比了逼近陽極法與傳統(tǒng)電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，結(jié)果表明逼近陽極法可使不同土壤剖面的pH 值降低，使重金屬的自由態(tài)增多，其去除率增加，還可降低能耗，且修復(fù)耗時(shí)為常用方法的60%。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是修復(fù)效果好，可降低能耗，缺點(diǎn)是對陽極移動距離和時(shí)間難以控制。

1.3 注入緩沖溶液技術(shù)

注入緩沖溶液技術(shù)是為了控制pH 值的變化，往陰陽電極區(qū)加入緩沖溶液，特別是為了控制陰極pH值的變化。在緩沖液的選擇中，檸檬酸由于其良好的生物降解性、重金屬離子絡(luò)合性、極好的溶解性、安全無毒性，因此常被用作調(diào)節(jié)pH 值的緩沖溶液。周東美等［10］采用檸檬酸和乳酸作為緩沖溶液，EDTA 作為絡(luò)合劑，對重金屬鉻污染的黃棕壤進(jìn)行了電動力學(xué)修復(fù)試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：檸檬酸與土壤中Cr（Ⅲ）發(fā)生較強(qiáng)的絡(luò)合作用，可顯著增加土壤總鉻的去除率；采用緩沖溶液可改變陰極區(qū)的酸度，且可影響電動過程中電滲析流的大小和鉻在土柱中的分配。張艷杰等［11］在電動力學(xué)修復(fù)電鍍污泥的過程中使用檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液來控制陰極pH 值的變化，結(jié)果表明：陰極緩沖溶液控制pH 值，可影響修復(fù)過程中電流的變化和重金屬形態(tài)分布，提高修復(fù)效率；當(dāng)pH=3時(shí)，Ni和Cu 的修復(fù)效果較好，其去除率分別為70%和59%；當(dāng)pH=5時(shí)，Pb的修復(fù)效果最好，其去除率達(dá)46%。Gent等［12］在電動力學(xué)修復(fù)鉻鎘污染土壤時(shí)采用檸檬酸調(diào)節(jié)陰極電解液的pH 值，并進(jìn)行現(xiàn)場修復(fù)，結(jié)果表明：當(dāng)檸檬酸控制陰極pH 值為4時(shí)，修復(fù)6個(gè)月Cr和Cd的去除率分別達(dá)到78%和70%。陳鋒等［13］在電動力學(xué)修復(fù)鉻污染土壤時(shí)采用注入緩沖溶液控制陰極電解產(chǎn)生的OH-，以提高修復(fù)效率，并對比了醋酸和鹽酸的修復(fù)效果，結(jié)果表明：鹽酸中和控制最為有效，Cr（VI）去除率達(dá)到90.8%。Krishna等［14］采用醋酸作為陰極緩沖溶液，氫氧化鈉溶液作為陽極緩沖溶液，修復(fù)高嶺土中鎘、鉻、鎳復(fù)合污染，鉻、鎳、鎘的去除率分別高達(dá)68%～71%、71%～73%、87%～94%。陳學(xué)軍等［15］采用pH=5.0的檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液對模擬鎘污染土壤進(jìn)行了電動力學(xué)修復(fù)，結(jié)果表明：陽極附近Cd的去除率達(dá)99%以上。劉劍等［16］在陽極分別添加檸檬酸、乙酸和乙酸銨緩沖溶液來研究土壤中銅的遷移效果，結(jié)果表明：添加緩沖溶液可以有效防止陰極土壤的堿化，陽極室加入檸檬酸可以和Cu2+絡(luò)合，使遷移效果更好。

綜上分析可見，注入緩沖溶液的優(yōu)點(diǎn)是能很好地控制體系的pH 值，增加離子強(qiáng)度，提高電流密度，可絡(luò)合重金屬促進(jìn)其遷移，提高修復(fù)效率；缺點(diǎn)是需要的緩沖溶液量會變化，只能靠經(jīng)驗(yàn)加入。

2 電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)與其他修復(fù)技術(shù)的聯(lián)用

2.1 電動力學(xué)-可滲透反應(yīng)墻（PRB）聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

電動力學(xué)與可滲透反應(yīng)墻（PRB）聯(lián)合修復(fù)技術(shù)結(jié)合了電動力學(xué)修復(fù)和PRB兩種修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，該聯(lián)合修復(fù)技術(shù)在電動力的作用下，使毒性較高的重金屬污染物向陰極遷移，重金屬污染物與滲透性反應(yīng)墻內(nèi)的填充物質(zhì)反應(yīng)，使重金屬離子變?yōu)榉€(wěn)定、低毒形態(tài)，并且可富集處理。張瑞華等［17］對電動力-PRB技術(shù)聯(lián)合修復(fù)鉻污染土壤進(jìn)行了研究，原位電動力-PRB聯(lián)用技術(shù)是在陽極加入沙子層和鐵屑層，其優(yōu)點(diǎn)在于不用頻繁更換兩極的電解液，鐵PRB能成功地?cái)r截Cr（Ⅵ），使其在陽極附近積聚、還原、沉淀下來，PRB中的Fe0可以還原重金屬，同時(shí)消耗了H+，生成了OH-，并維持了pH 值的穩(wěn)定，且原位聯(lián)用技術(shù)修復(fù)效率可達(dá)90%，修復(fù)效果較好。Chung等［4］采用電動力學(xué)與PRB 聯(lián)合修復(fù)Cd污染土壤時(shí)，卻得到了相反的結(jié)論：單獨(dú)采用電動力學(xué)修復(fù)時(shí)，Cd的去除率高達(dá)90%；電動力學(xué)與PRB聯(lián)合修復(fù)時(shí)，Cd的去除率僅為70%。這是因?yàn)閱为?dú)使用電動力學(xué)修復(fù)的去除機(jī)制為電動力作用，而電動力學(xué)與PRB聯(lián)合修復(fù)的去除機(jī)制為反映材料的吸附作用。顯然Cr（Ⅵ）在修復(fù)系統(tǒng)受離子遷移的影響較為明顯，而對Cd的修復(fù)反應(yīng)墻中的吸附材料對Cd 的影響較為明顯。電動力學(xué)-PRB聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可徹底將土壤中的重金屬去除，便于回收利用；缺點(diǎn)是修復(fù)重金屬污染物種類較少，隨著修復(fù)的進(jìn)行重金屬富集在PRB 上，需要不斷更換PRB，從而增加了修復(fù)經(jīng)費(fèi)。

2.2 電動力學(xué)-吸附聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

電動力學(xué)與吸附聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是將分散的重金屬污染物在電動力的作用下定向地遷移到吸附區(qū)，通過更換吸附劑實(shí)現(xiàn)重金屬的原位去除。由于在吸附劑上附著還原劑、酸性基團(tuán)，可以改變重金屬的氧化還原狀態(tài)、土壤體系的pH 值，從而提高了電動力學(xué)修復(fù)的效果。竹炭是一種新型的吸附材料，由于特殊的微孔結(jié)構(gòu)和生物學(xué)特征，已被應(yīng)用于電動力學(xué)修復(fù)試驗(yàn)中。馬建偉等［18］采用電動力學(xué)-竹炭吸附原位試驗(yàn)修復(fù)重金屬鎘污染土壤，試驗(yàn)結(jié)果表明：在電場的作用下可有效提高重金屬污染物與竹炭的碰撞頻率，能夠有效去除電動力作用下遷移的重金屬，且重金屬不會穿透吸附區(qū)，通過更換吸附材料可以使重金屬達(dá)到徹底去除目的；試驗(yàn)采用48h周期性切換電極處理，可以提高Cd的去除率，12dCd的去除率達(dá)79.6%，并且很好地維持了土壤體系的pH 值和水分條件。謝國木梁等［19］采用電動力學(xué)-竹炭吸附聯(lián)合修復(fù)重金屬污染河涌底泥，添加竹炭有利于重金屬從底泥中遷出，顯著提高了重金屬的去除率，重金屬Zn、Ni的去除率分別達(dá)到80%、95%。電動力學(xué)-吸附聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以選擇合適的吸附劑防止重金屬污染物進(jìn)入電極室，及時(shí)更換吸附劑使其保持活性，利用吸附劑的循環(huán)再生，可以節(jié)省費(fèi)用；缺點(diǎn)在于隨著修復(fù)的進(jìn)行吸附劑附著大量的污染物質(zhì)，導(dǎo)致吸附劑的活性降低，電阻增大，電流密度減小，修復(fù)效率下降。

2.3 電動力學(xué)-離子交換膜聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

電動力學(xué)與離子交換膜聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是在陽極和土壤、陰極和土壤之間分別加入陰離子選擇性膜、陽離子選擇性膜，阻止氫離子和氫氧根離子進(jìn)入土壤，更好地控制了整個(gè)體系的pH 值變化，從而避免了金屬氫氧化物沉淀的形成。Chen等［20］研究電動力學(xué)修復(fù)重金屬Pb、Cd污染土壤時(shí)，使用陽離子交換膜進(jìn)行試驗(yàn)，該膜對陽離子具有極好的通透性，可阻止陰離子通過，并可維持良好的pH 值環(huán)境，修復(fù)60h 后，Pb 和Cd 的去除 率分別達(dá)到68.7%和38.7%。Darmawa等［21］研究在陰極和土壤處理區(qū)之間加入飽和氫離子的陽離子交換樹脂，該膜可阻止陰極產(chǎn)生的氫氧根離子進(jìn)入土壤體系，并可捕獲在電動力作用下遷移來的重金屬離子。電動力學(xué)-離子交換膜聯(lián)合技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可維持原有土壤的性質(zhì)，有效地控制整個(gè)系統(tǒng)pH 值的變化；缺點(diǎn)是離子選擇膜的使用會增加成本，在修復(fù)過程中膜會堵塞，使電阻加大，電流密度減小，修復(fù)效率下降。

2.4 電動力學(xué)-螯合劑聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

重金屬離子在土壤中會發(fā)生吸附、沉淀，從而導(dǎo)致重金屬的遷移能力降低，并可限制電動力學(xué)修復(fù)污染土壤的效率。螯合劑與重金屬作用可形成在較寬pH 值范圍內(nèi)穩(wěn)定的螯合物，增加重金屬的溶解度和遷移性，因此電動力學(xué)與螯合劑聯(lián)用技術(shù)是使螯合劑與重金屬作用形成穩(wěn)定的螯合物，在電場的作用下隨電流遷移富集在一定的區(qū)域，螯合物提高了重金屬的遷移速率。吳丹亞等［22］對EDDS 與電動力學(xué)聯(lián)合修復(fù)銅礦區(qū)Cu／Zn污染土壤的效果進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：電動力學(xué)修復(fù)前先采用EDDS浸泡土壤，有利于Cu／Zn 的溶出，EDDS 對Cu 與Zn均具有很強(qiáng)的絡(luò)合能力，但電滲析方向與絡(luò)合物遷移的方向相反，并且較低用量的EDDS對土壤中Cu和Zn 電動去除效果不明顯。方一豐等［23］將EDTA 加入陰極液，電解產(chǎn)生的氫氧根離子與EDTA 反應(yīng)形成EDTA 陰離子，在電動力的作用下，EDTA 陰離子進(jìn)入土壤與Pb2+形成可溶性化合物，提高了Pb2+的遷移性，Pb 的去除率可達(dá)82.1%。Suzuki等［24］研究了在電動力學(xué)修復(fù)試驗(yàn)中添加EDDS對土壤Pb、Cd修復(fù)的影響，結(jié)果表明：電動力學(xué)與螯合劑聯(lián)合技術(shù)提高了重金屬Pb 的去除率；但Cd-EDDS帶負(fù)電與Cd2+移動的方向相反，因此Cd積累在土壤中間位置。Giannis等［25］研究了螯合劑對土壤鎘、鎳、鉛的修復(fù)效率，結(jié)果表明：螯合劑在高pH 值環(huán)境中向陽極遷移；在低pH 值條件下重金屬集中在土壤中間。另外，還有一些天然的低分子有機(jī)酸如檸檬酸、酒石酸等可作為螯合劑。Gidarakos等［26］研究了檸檬酸、乙二胺四乙酸（EDTA）作為螯合劑對重金屬的去除效果，結(jié)果表明適當(dāng)增加試驗(yàn)時(shí)間可提高Cd和Zn的去除率。電動力學(xué)-螯合劑聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是修復(fù)效率高，操作簡單易行；缺點(diǎn)是需要根據(jù)特定環(huán)境、重金屬污染物的種類和濃度、土壤的組成和結(jié)構(gòu)嚴(yán)格控制螯合劑修復(fù)土壤重金屬的條件，而且多余的螯合劑可能會污染環(huán)境。

2.5 電動力學(xué)-電超聲波聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

超聲波在傳播過程中會產(chǎn)生熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)以及空化效應(yīng)，電動力學(xué)與電超聲波聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是利用超聲波產(chǎn)生效應(yīng)作用于重金屬污染土壤，使污染的重金屬脫離土壤溶解在溶液中，從而提高電動力學(xué)修復(fù)的效果。鄭雪玲等［27］進(jìn)行了超聲波強(qiáng)化電動力學(xué)修復(fù)銅污染土壤的室內(nèi)研究，探討了超聲波與電動力學(xué)聯(lián)合技術(shù)修復(fù)銅污染土壤的可行性，結(jié)果表明連續(xù)施加3h 頻率為50kHz的超聲波，隨著超聲波聲強(qiáng)的增大，修復(fù)效果增強(qiáng)；當(dāng)聲強(qiáng)達(dá)到150V 時(shí)，陰極附近的Cu富集質(zhì)量比C／C0為1.25%，比未施加超聲波時(shí)提高了43%。Chung等［28］采用電動力學(xué)與超聲波耦合技術(shù)修復(fù)重金屬鎘污染的砂質(zhì)土壤，結(jié)果表明該聯(lián)合技術(shù)可有效提高砂質(zhì)土壤中Cd的去除率。電動力學(xué)-超聲波聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是超聲波可快速穿透細(xì)微的空隙，避免其他化學(xué)試劑的加入，維持土壤原有環(huán)境；缺點(diǎn)是該技術(shù)還不成熟，處于試驗(yàn)階段。

2.6 電動力學(xué)-生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

2.6.1 電動力學(xué)-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

電動力學(xué)與植物聯(lián)合修復(fù)是通過施加電場改變重金屬和營養(yǎng)物質(zhì)的活性，促進(jìn)植物吸收營養(yǎng)物質(zhì)和對重金屬的利用，使重金屬從土壤轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)［29］。Cang等［30］研究了電動力學(xué)與印度芥菜聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤，結(jié)果表明電壓梯度為2V／cm時(shí)修復(fù)效果最佳。倉龍等［31］研究了水平交換電場與BDDS螯合誘導(dǎo)植物聯(lián)合修復(fù)Cu／Zn污染土壤，結(jié)果表明：水平交換電場可有效控制土壤pH 值的劇烈變化，土壤Cu／Zn聚集在土壤中間，Cu的含量高達(dá)1 015mg／kg，便于植物吸收。Bi等［32］研究認(rèn)為直流電只會改變重金屬的遷移方向和分布情況，而交流電還可以增強(qiáng)植物的生物能，提高重金屬從地下部分向地上部分的遷移效率。陳海峰等［33］采用盆栽試驗(yàn)研究了垂直電場與植物的協(xié)同作用，結(jié)果表明施加1V／cm 的電場比不施加電場黑麥草吸收Cu的量增加了311mg／kg?？梢?，單向直流電場正負(fù)電極反應(yīng)使電極附近變得過酸和過堿，植物生長和重金屬去除都會受到影響。

2.6.2 電動力學(xué)-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

電動力學(xué)-微生物聯(lián)合修復(fù)是利用電動力學(xué)效應(yīng)增強(qiáng)重金屬的生物可利用性，為微生物提供適宜的溫度、氧化還原和pH 值條件，最終利用微生物將污染物降解。Lee等［34］研究了電動力學(xué)與好氧微生物、厭氧微生物聯(lián)合修復(fù)污染土壤，結(jié)果表明電動力學(xué)與厭氧微生物聯(lián)合修復(fù)的效率最高，污染土壤中重金屬Co、Mn、Ni、Zn 的去除效率分別達(dá)到72.5%、66.4%、57.9%和76.7%。電動力學(xué)-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是最終產(chǎn)物不會形成二次污染；缺點(diǎn)是處理過程耗時(shí)長，要求條件苛刻，特定的生物只能吸收、利用、降解、轉(zhuǎn)化特定類型的污染物。

3 電動力學(xué)修復(fù)重金屬污染土壤的影響因素

3.1 pH 值的影響

土壤的pH 值變化對電動力學(xué)修復(fù)影響很大，pH 值影響著重金屬的氧化還原、吸附脫附、沉淀溶解、表面電荷和電滲析流的方向，而且pH 值變化還影響土壤表面Zeta電位。陰極電解水產(chǎn)生OH-，陽極電解水產(chǎn)生H+，OH-和H+在電場的作用下移動，分別形成堿性帶和酸性帶，酸性帶使重金屬溶解在土壤溶液中，促進(jìn)電動力學(xué)修復(fù)；堿性帶使重金屬發(fā)生沉淀，抑制電動力學(xué)修復(fù)。在電動力學(xué)修復(fù)試驗(yàn)中，pH 值是最重要的影響因素，因此改善土壤pH 值是研究電動力學(xué)修復(fù)試驗(yàn)的關(guān)鍵。謝囯樑等［19］采用周期性切換電極，使土壤中pH 值從陽極到陰極變化趨于平緩。陳學(xué)軍［15］等在陰極室和土壤間加陽離子交換膜，用檸檬酸-檸檬酸鈉緩沖溶液沖洗電極，使土壤保持酸化。

3.2 Zeta電位的影響

土壤中Zeta電位影響電滲速率，因此也影響重金屬在土壤中的遷移速率。電動修復(fù)Zeta電位升高，可加快電動力學(xué)修復(fù)的效率。土壤中pH 值增加，酸根離子濃度就會增加，Zeta電位絕對值增加，強(qiáng)化了酸根離子在土壤表面的吸附，在電動力學(xué)修復(fù)中保證土壤緩沖能力的情況下，防止重金屬在堿性條件下沉淀。Zeta電位對土壤pH 值和土壤的緩沖能力有一定的影響，Zeta電位會影響電滲析流。羅啟仕等［1］研究了土壤pH 值與土壤Zeta電位的關(guān)系，當(dāng)土壤pH 值大于3時(shí)，相同pH 值條件下高嶺土Zeta電位比自然土更小，即高嶺土顆粒表面的負(fù)電荷更多。

3.3 電極材料的影響

不同的電極材料、電極材料的形狀及電極的排列都會對電動力學(xué)修復(fù)產(chǎn)生影響，不同的電極材料會影響其在電動修復(fù)中電場的分布、放電速率。周邦智等［35］研究了不同電極材料對剩余污泥重金屬去除率的影響，結(jié)果表明在相同條件下陰極采用高純石墨電極、銅電極和鐵電極，剩余污泥中重金屬去除率分別為16.15%、18.86%和18.32%。由于銅、鐵陰極比石墨陰極的電壓梯度和氫析出電壓均高，釋放氫的速率降低，重金屬遷移的推動力增大，從而提高了修復(fù)效率。利用多電極可形成二維交叉電場，可得到更好的修復(fù)效果。Zhang等［36］在電動力學(xué)修復(fù)鉻污染的土壤試驗(yàn)中采用4個(gè)電場模式對鉻污染土壤進(jìn)行修復(fù)，結(jié)果表明使用二維交叉模式可以阻止污染重金屬Cd向下遷移，修復(fù)效率更高。

3.4 土壤溫度的影響

電動力學(xué)修復(fù)過程中，電流過大會產(chǎn)生一定的熱量，導(dǎo)致土壤的溫度升高，影響電遷移和電滲過程，進(jìn)而降低修復(fù)效率，因此在電動力學(xué)修復(fù)試驗(yàn)中，選擇最佳的電流密度，減少電流帶來的熱效應(yīng)的影響，可提高重金屬污染物的去除率。胡宏韜等［37］研究了電動力學(xué)修復(fù)過程中陽極和陰極附近土壤溫度的變化，結(jié)果表明陽極和陰極附近土壤溫度分別升高到26.9℃、38.6℃，呈現(xiàn)出由陽極到陰極溫度逐漸變大的趨勢，因?yàn)殛帢O附近土壤的電阻增大，產(chǎn)生的焦耳熱更多，降低了修復(fù)效率。從文獻(xiàn)的調(diào)研結(jié)果看，電流密度一般小于0.5mA／cm2，在這個(gè)限度范圍內(nèi)適當(dāng)?shù)卦黾与娏?、提高溫度將有利于金屬從土壤體系中解析下來，增大整個(gè)體系中的離子強(qiáng)度，提高電流密度，從而提高修復(fù)效果。

3.5 土壤理化性質(zhì)的影響

影響電動力學(xué)修復(fù)的土壤理化性質(zhì)主要包括土壤黏土礦物和土壤孔隙率。土壤黏土礦物具有膠體性質(zhì)，可影響陽離子交換量進(jìn)而影響修復(fù)效率，這是因?yàn)榫哂休^大陽離子交換量的黏?？墒怪亟饘俚慕馕茏瑁瑥亩档土似淙コ?。土壤孔隙水電解產(chǎn)生的氫離子可與土壤表面接觸，促進(jìn)了被吸附重金屬離子的解吸，但孔隙過大氫離子與土壤表面接觸減少，可導(dǎo)致被吸附的重金屬不能完全解吸。樊廣平等［38］以我國理化性質(zhì)存在巨大差異的3 種典型土壤（紅壤、黃棕壤和黑土）為例，研究了土壤理化性質(zhì)對電動力學(xué)修復(fù)效果的影響，結(jié)果表明土壤的理化性質(zhì)決定了土壤中Cu形態(tài)，因此紅壤中低的pH值決定了酸溶態(tài)的Cu含量比其他土壤高，在同等條件下紅壤中Cu的去除率最高。

3.6 土壤含水率的影響

電動力學(xué)修復(fù)中土壤含水率必須達(dá)到一定值，土壤含水率過低修復(fù)效果會不明顯。陳鋒［39］選用重鉻酸鉀作為污染物，研究土壤含水率對電動修復(fù)效率的影響程度，結(jié)果表明：當(dāng)含水率為30%時(shí)，Cr（VI）的去除率僅為1.2%；當(dāng)土壤含水率提高到40%和45%時(shí)，其去除率增幅很大，分別提高到52.8%和89.7%。說明土壤含水率很少時(shí)Cr（VI）的去除率很低，適當(dāng)提高土壤含水率對電動修復(fù)效率的影響很大，但當(dāng)土壤含水率增加到一定值時(shí)，土壤含水率對電動修復(fù)效率的影響很小。土壤中含水量不同，土壤介質(zhì)的導(dǎo)電能力也不同，電流密度就會變化，從而影響重金屬離子的遷移［40］。孟凡生等［41］采用梯度試驗(yàn)研究了土壤含水率對重金屬鉻的去除率，結(jié)果表明：土壤含水率分別為45%、50%、55%、60%、70%時(shí)，重金屬鉻的去除率隨含水率的升高而增大；當(dāng)土壤含水量為45%時(shí)，Cr（VI）的去除率為11.6%，而當(dāng)土壤含水率為70%時(shí)，Cr（VI）的去除率可達(dá)61.5%。

4 存在的問題與展望

電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)對重金屬污染土壤的修復(fù)具有良好的效果，且具有以下優(yōu)點(diǎn)：①對環(huán)境影響小，不產(chǎn)生二次污染，不需要挖掘而直接處理；②可修復(fù)低滲透性土壤；③花費(fèi)少，經(jīng)濟(jì)可行，重金屬污染物可回收利用；④裝置簡單，操作方便，能耗低；⑤可以與很多修復(fù)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用。在修復(fù)重金屬污染土壤方面電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)具有良好的應(yīng)用前景，但是電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)研究仍處于模擬試驗(yàn)階段，不足之處有：①電動力學(xué)涉及很多復(fù)雜的物理、化學(xué)過程，影響了重金屬的傳質(zhì)；②很多研究只能定量描述修復(fù)效果的最佳條件，還未找到一套修復(fù)效率高、費(fèi)用低、可操作性強(qiáng)的工藝。

今后電動力學(xué)修復(fù)重金屬污染土壤技術(shù)研究工作應(yīng)著重以下幾個(gè)方面：①研究開發(fā)新的電動力學(xué)修復(fù)裝置；②深入研究重金屬的傳質(zhì)機(jī)理，了解各物相存在形態(tài)和分配以及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律；③分析電動力學(xué)修復(fù)過程中影響修復(fù)效率的因素及其相互之間的關(guān)系，進(jìn)而提高修復(fù)效率；④開展電動力學(xué)修復(fù)重金屬污染土壤技術(shù)的現(xiàn)場研究，并結(jié)合實(shí)際問題研究修復(fù)工藝；⑤結(jié)合物理、化學(xué)、生物上的工藝與電動力學(xué)聯(lián)合修復(fù)受污染的土壤，形成一個(gè)工藝流程，進(jìn)一步深入研究各流程工藝的運(yùn)行機(jī)理，并采用適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型加以模擬，進(jìn)而確定各項(xiàng)工藝流程的最優(yōu)參數(shù)，使電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)形成工業(yè)化模式，更好地修復(fù)受污染的土壤，這將會為修復(fù)污染的土壤做出巨大的貢獻(xiàn)。

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