電動(dòng)修復(fù)重金屬污染土壤的研究進(jìn)展

儲(chǔ)陸平，周書葵，榮麗杉，肖江，田林玉，李嘉麗

(南華大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 衡陽 421001)

在城市化和工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程中，土壤重金屬污染問題已不容忽視。重金屬污染嚴(yán)重影響土壤的質(zhì)量和使用價(jià)值，造成植被生長受到抑制、農(nóng)作物產(chǎn)量降低，重金屬隨食物鏈作用于人體或通過水、植物等介質(zhì)在人體內(nèi)蓄積，對(duì)人類生活和身體健康產(chǎn)生危害[1-2]。

土壤重金屬污染物的多元化和復(fù)雜化使得其在土壤中移動(dòng)性差、滯留時(shí)間長、恢復(fù)的難度大。重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)一般分為物理方法、化學(xué)方法、生物方法。物理方法是利用污染物與土壤顆粒間的物理特性差異，分離或固定土壤中的重金屬；化學(xué)方法是指加入固化劑或穩(wěn)定劑后，與受污染土壤中的重金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，重金屬被固化劑包裹或被穩(wěn)定劑吸附、沉淀、絡(luò)合等，防止或阻礙土壤中重金屬遷移的技術(shù)；生物方法指以生物的基礎(chǔ)代謝活動(dòng)來降低土壤中的重金屬含量或改變土壤中重金屬離子的賦存形態(tài)來治理污染土壤。盡管它們的修復(fù)效果較好，但存在耗費(fèi)大量資源、占用土地、二次污染和降低土壤肥力等問題，難以大規(guī)模應(yīng)用。我國土壤修復(fù)初期，異位修復(fù)占主導(dǎo)地位。可是土壤的運(yùn)輸導(dǎo)致污染事件頻發(fā)，所以當(dāng)代及未來，原位修復(fù)占主導(dǎo)地位。在低滲透性的土壤，電動(dòng)力學(xué)(EK)已成為原位修復(fù)的重要方式[3]。

1 電動(dòng)修復(fù)技術(shù)原理

電動(dòng)修復(fù)的基本原理是在污染地下水或土壤兩側(cè)插入電極，施加直流電后形成直流電場，在電場的作用下，使得土壤或地下水中呈游離狀態(tài)的帶電荷污染物發(fā)生定向遷移(電遷移、電滲析共同作用)，然后再對(duì)遷移至陰陽極兩域的目標(biāo)污染物進(jìn)行集中處理，達(dá)到修復(fù)地下水和土壤的目的[4]。除此之外，電極表面還會(huì)發(fā)生如下電解水反應(yīng)[5]：

2H2O-4e-→O2↑+4H+E0= -1.229(陽極)

2H2O+2e-→H2↑+2OH-E0= -0.828(陰極)

電動(dòng)修復(fù)污染土壤被認(rèn)為是最有希望的土壤凈化過程之一，因?yàn)槠湓诘蜐B透性土壤(如粘土)中具有高去除效率和時(shí)間效率[6]。電動(dòng)修復(fù)一般有以下幾種：①原位修復(fù)，即直接在污染現(xiàn)場插入電極后進(jìn)行修復(fù)；②序批修復(fù)，是將被污染土壤輸送至修復(fù)設(shè)備分批處理，處理好以后再運(yùn)回原處；③動(dòng)電柵修復(fù)，即電極依次排開。不管電極以怎樣的方式配置，第一選擇始終是原位修復(fù)法。在電動(dòng)修復(fù)的基礎(chǔ)上與其它技術(shù)聯(lián)用，能提高修復(fù)效率、降低能耗，從而大力推廣電動(dòng)修復(fù)的應(yīng)用。

2 電動(dòng)修復(fù)重金屬污染土壤影響因素

土壤是人類生存的根本所在，卻又是各種污染物的主要?dú)w宿。土壤重金屬污染來源廣泛，分布極為不均，使得土壤修復(fù)的難度增大，具有隱蔽性、長期性、不可逆性等特點(diǎn)。一般來說，電動(dòng)修復(fù)重金屬污染土壤的影響因素有：土壤性質(zhì)、電場強(qiáng)度、電極材料、pH，電解液種類或濃度、運(yùn)行時(shí)間、通電方式等也會(huì)對(duì)修復(fù)效果產(chǎn)生影響[7]。為了提高EKR的性能，最近的研究主要集中在改善所使用的電極系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和配置，控制土壤pH值的措施，增加不同的試劑來改善金屬溶度，以及使用不同的電解質(zhì)來增加系統(tǒng)電導(dǎo)率[8]。

2.1 土壤性質(zhì)

電動(dòng)修復(fù)適用于輕粘土、沙粉土、黏土等多種類別的土壤。酸堿緩沖容量、含水率、液限、塑限、土壤電阻等理化性質(zhì)也影響著修復(fù)效果[9]。有研究表明，當(dāng)塑性指數(shù)>35時(shí)，污染土壤進(jìn)行修復(fù)時(shí)會(huì)產(chǎn)生過度的收縮而影響重金屬的去除[10]。

2.2 電場、電極

在電化學(xué)反應(yīng)器中的方法通常由電流或傳質(zhì)決定，而這又很大一部分由主電極之間的距離的影響控制。所以，電極的配置和電極材料的選擇尤其重要。電極材料性能要求耐酸性腐蝕和高電流密度下的承受能力，目前使用較多的是石墨、鐵、鉑、鈦銥合金等[11]。另外，以石墨作主要電極，將聚吡咯(PPy)附著在化學(xué)合成的亞麻布(LF)上作為輔助電極。經(jīng)過驗(yàn)證，PPy-LF-3是一種具有優(yōu)良吸附性能的導(dǎo)電材料，并證明其能同時(shí)吸附和還原Cr(Ⅵ)[12]。

相比電極材料的選擇，電極配置的作用更加突出。當(dāng)前大多數(shù)電動(dòng)修復(fù)實(shí)驗(yàn)所采用的電極均為能產(chǎn)生均勻電場的板狀電極，可以均勻修復(fù)受污染土壤，但也存在如濃差極化現(xiàn)象、電極反應(yīng)劇烈等問題，這會(huì)消耗更多的電能，不利于對(duì)修復(fù)成本的控制。電場強(qiáng)度的分布會(huì)影響土壤pH的變化進(jìn)而影響到最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果。陳海峰等[13]研究了金屬絡(luò)合物在垂直電場作用下的遷移規(guī)律，發(fā)現(xiàn)當(dāng)電場強(qiáng)度增大時(shí)，乙二胺四乙酸(EDTA)與Cu、Zn所形成的絡(luò)合物的遷移速度也隨之增大，其遷移方向也因電場方向的改變而轉(zhuǎn)換，這對(duì)凈化深層的土壤和降低淋浴風(fēng)險(xiǎn)有重要意義。水平交換直流電場可顯著提升鎘污染土壤的修復(fù)效率，長期的直流電場修復(fù)會(huì)導(dǎo)致電極附近的土壤的酸堿化，不利于植物生長，而極性交換技術(shù)能避免陰極室的堿性環(huán)境，有效控制土壤pH，促進(jìn)植物對(duì)重金屬的吸收，是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法[14]。

Putra等[15]在電動(dòng)輔助植物系統(tǒng)(EAPR)去除鉛的實(shí)驗(yàn)中，首次將陰極置于中心位置，陽極分布于四周，考察EK對(duì)深層土壤重金屬的影響及植物修復(fù)效果。結(jié)果顯示，該二維電極結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了Pb2+由土壤深層遷移至表層的能力，有利于早熟禾根部對(duì)Pb的吸收、運(yùn)輸、富集。這表明此類研究不再局限于一維電極，同時(shí)也論證了電動(dòng)強(qiáng)化技術(shù)對(duì)深層土壤修復(fù)的可行性。劉芳等[16]利用MATLAB對(duì)電極的空間構(gòu)型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)。模擬結(jié)果顯示，正六邊形的電極構(gòu)型對(duì)多種重金屬的電動(dòng)修復(fù)去除效率的提高最為明顯，而且實(shí)驗(yàn)所涉及的鉛、銅、鎳、鎘這幾種重金屬沉淀發(fā)生越早，其去除率越低。

三維電極相對(duì)于板狀、片狀等二維電極而言，它是在反應(yīng)區(qū)加入粒狀電極材料，使得顆粒狀電極之間形成細(xì)小電場，這能大大縮短傳質(zhì)距離，加快物質(zhì)的移動(dòng)速度，充分利用有限空間下發(fā)生電解反應(yīng)。三維電極較二維電極的能量消耗大大降低，其電流效率和單位時(shí)空處理效率也得到提高。實(shí)驗(yàn)中，電極距離減小后明顯提高了去除率，因較小的電極間距而產(chǎn)生更強(qiáng)的電場強(qiáng)度，有利于傳質(zhì)和增加降解效率。然而，非常短的電極的距離可導(dǎo)致操作困難和粒子溶解，所以2 cm為最佳電極距離[17]。

2.3 電壓、電流

Acar和Gao等認(rèn)為電動(dòng)修復(fù)體系中可移動(dòng)金屬離子的數(shù)量與電流強(qiáng)度大小有著緊密聯(lián)系[18-19]。樊廣萍等[20]在對(duì)比不同試劑對(duì)電流和電滲流的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，不斷加入的硝酸可以使其電流強(qiáng)度增大，但也會(huì)導(dǎo)致土壤溶液中離子強(qiáng)度增大，較高的離子強(qiáng)度會(huì)壓縮雙電層，同樣也會(huì)降低電滲流。李瑞等[21]在高場強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)條件下，發(fā)現(xiàn)土壤陰陽極附近土壤pH值迅速變化，對(duì)發(fā)生的物理化學(xué)過程有明顯的影響，有利于土壤重金屬類污染物的遷移。高場強(qiáng)下，反應(yīng)溫度較高，有利于有機(jī)污染物的熱脫附去除；反應(yīng)電流較大，電滲析效率提高，能更好地去除土壤污染物。實(shí)驗(yàn)過程中，電解水產(chǎn)生的氫氣和氧氣覆蓋在電極表面，降低電極導(dǎo)電性，這稱為活化極化；電極表面形成的白色不溶鹽類造成的導(dǎo)電性降低稱為電阻極化，均會(huì)導(dǎo)致電流急劇降低[22]。

2.4 pH

控制pH值在適宜范圍內(nèi)是修復(fù)工作的關(guān)鍵。電解水會(huì)造成靠近兩極土壤pH值的變化進(jìn)而在陰極形成沉淀，可以通過緩沖溶液法、離子交換膜法以及切換電極法等改善修復(fù)環(huán)境中pH來實(shí)現(xiàn)，但是往往由于操作復(fù)雜而難以實(shí)現(xiàn)。可滲透反應(yīng)復(fù)合電極法是在電極上附著一層由活性炭、Fe0、沸石等活性反應(yīng)物質(zhì)構(gòu)成的復(fù)合電極，可以對(duì)修復(fù)過程中的pH變化起到緩沖作用，重金屬離子遷移到反應(yīng)材料時(shí)被截獲并通過氧化還原反應(yīng)固定下來，修復(fù)結(jié)束后再通過對(duì)電極上的污染物集中處理，具有去除率高、解決偏極現(xiàn)象的優(yōu)點(diǎn)[23]。

2.5 電解質(zhì)(離子強(qiáng)度)

當(dāng)前普遍使用酸、堿、鈉鹽、鉀鹽等作為電解質(zhì)，對(duì)土壤重金屬的電動(dòng)修復(fù)已取得了良好的效果，而關(guān)于鐵鹽作為電解質(zhì)的卻鮮有報(bào)道[20，24-25]。有研究表明[26]，鐵鹽溶解后Fe(Ⅲ)可以消耗陰極電解產(chǎn)生的OH-，具有保持陰極附近土壤pH值和促進(jìn)電解反應(yīng)的特性，在適宜電場強(qiáng)度和修復(fù)時(shí)間下對(duì)Zn污染土壤的總?cè)コ士蛇_(dá)54.1%。Fe(NO3)3作為陰極電解質(zhì)與陽離子交換膜組合修復(fù)之后可以使土壤pH值保持在2.8～9.3，電動(dòng)修復(fù)技術(shù)和活性炭纖維(ACF)結(jié)合可以提高修復(fù)效率。綜合不同因素對(duì)修復(fù)效果的影響大小，可以得出：電壓>陽極電解液的pH>電極間隙和Pb的最高去除率達(dá)到80.53%[27]。王蓉等[28]選擇7種不同的電解質(zhì)作為強(qiáng)化劑對(duì)鎘污染的蠶沙進(jìn)行電動(dòng)修復(fù)，通過對(duì)電壓梯度、介質(zhì)pH和電解質(zhì)種類進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，發(fā)現(xiàn)EDTA的修復(fù)效果要遠(yuǎn)優(yōu)于另外6種強(qiáng)化劑，主要是因?yàn)镋DTA屬于人工合成螯合劑，其配位原子較多，能與重金屬發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)而極大促進(jìn)了重金屬的解吸。另外，郭曉方等[29]研究了EDTA處理重金屬后的動(dòng)力學(xué)機(jī)理，發(fā)現(xiàn)EDTA能在土壤中降解，離子態(tài)和螯合態(tài)重金屬可以被深層土壤攔截并固定，進(jìn)而保護(hù)地下水不被重金屬污染，這表明在施用量不高的情況下，EDTA強(qiáng)化電動(dòng)修復(fù)帶來的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)是可控的。小分子有機(jī)酸(如酒石酸、草酸等)是土壤可溶性有機(jī)物中的一大類，因其具有大量的羧基、氨基等活性官能團(tuán)，能夠以酸化或絡(luò)合作用改變重金屬在土壤中的賦存形態(tài)，進(jìn)而影響土壤重金屬的環(huán)境行為[30-31]。

3 電動(dòng)及其它技術(shù)的聯(lián)合修復(fù)

雖然電動(dòng)修復(fù)有很多諸如操作簡單、對(duì)環(huán)境影響小、原位修復(fù)受污染土壤、處理效果好、沒有二次污染、適用性廣等優(yōu)點(diǎn)，但是還是存在一些問題[7]：①會(huì)產(chǎn)生聚焦現(xiàn)象、場地修復(fù)均勻性差；②對(duì)電極的腐蝕耐受能力有要求；③需將土壤中重金屬活化，增強(qiáng)目標(biāo)重金屬離子遷移能力；④目前大多研究還處于實(shí)驗(yàn)室階段，難以將電動(dòng)修復(fù)應(yīng)用到實(shí)際場地。單一使用電動(dòng)技術(shù)修復(fù)含有Cu、Cr、Pb、PAHs、菲、芘等重金屬的土壤效率并不高，而對(duì)含Cd、Zn污染土壤的凈化率能達(dá)到82%和73%[32-33]。

所以，應(yīng)當(dāng)發(fā)展電動(dòng)力學(xué)與其它技術(shù)的聯(lián)合修復(fù)。目前已經(jīng)有很多學(xué)者針對(duì)不同重金屬的特點(diǎn)對(duì)電動(dòng)修復(fù)進(jìn)行了優(yōu)化和設(shè)計(jì)，他們選擇的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)基本可以分為以下幾種情況。

3.1 EK+淋洗

土壤淋洗是利用淋洗劑溶解土壤固相中的重金屬，轉(zhuǎn)移到淋洗劑液相后把富含重金屬的廢水進(jìn)行回收處理，從而達(dá)到修復(fù)土壤的目的[34]。對(duì)于重金屬污染土壤，一般可以選擇無機(jī)酸、有機(jī)酸、絡(luò)合劑等作為淋洗劑。重金屬離子在土壤中，會(huì)因不同的pH環(huán)境產(chǎn)生沉淀或吸附現(xiàn)象，大大降低了離子的遷移效率和電動(dòng)修復(fù)的效率，而淋洗劑可以促進(jìn)土壤重金屬離子的解吸，并有效解決陰極電解水產(chǎn)生的堿性環(huán)境致使重金屬發(fā)生沉淀的現(xiàn)象，確保在電動(dòng)修復(fù)過程中離子的移動(dòng)能力[35]。此外，影響土壤洗脫效果的因素有：土壤細(xì)粒含量、水土比、洗脫次數(shù)和時(shí)間等。

李正嵩等[36]以槐糖脂生物表面活性劑對(duì)鉻污染土壤進(jìn)行電動(dòng)修復(fù)，基于槐糖脂結(jié)構(gòu)含有的羧基官能團(tuán)的特性，考察槐糖脂濃度、電解液離子強(qiáng)度和酸度對(duì)鉻離子解吸附的影響，結(jié)果表明，在添加槐糖脂后對(duì)修復(fù)體系中總Cr和Cr6+的去除率分別提高了155.3%和134.8%。當(dāng)僅使用硝酸來修復(fù)受鈾污染的土壤時(shí)，很難將土壤凈化到允許放射性水平，而在環(huán)境氧化條件下，碳酸氫鹽、強(qiáng)無機(jī)酸和弱有機(jī)酸如抗壞血酸和檸檬酸已被用于從土壤中去除鈾，并且在高溫下加入氧化劑后洗滌效率增加，但是在設(shè)備運(yùn)行期間會(huì)產(chǎn)生大量的廢氣(NOx或SOx)。Kim等[37]利用電動(dòng)修復(fù)原理去除土壤中的鈾，通過實(shí)驗(yàn)確定了陰極室中電解質(zhì)的最佳pH值低于2.35，在這個(gè)條件下能減少廢電解質(zhì)體積和金屬氧化物體積。同時(shí)，電動(dòng)設(shè)備對(duì)洗過的土壤中鈾的去除率水平達(dá)到95%以上，且廢電解質(zhì)在1～3周后可以重新應(yīng)用。當(dāng)使用EDTA絡(luò)合劑修復(fù)具有難溶性的碳酸鉛污染土壤時(shí)，實(shí)驗(yàn)過程中EDTA陰離子可與碳酸鉛發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)生成溶解態(tài)的絡(luò)合物，但存在溶解速率較低和絡(luò)合劑利用率不高的問題，通過降低電壓和互換電極等方式可以增加 EDTA在土壤中的停留時(shí)間并與碳酸鉛充分接觸，從而提高EDTA的利用率。研究表明，EDTA 加入電場修復(fù)體系中顯著增強(qiáng)了鉛離子的移動(dòng)性，對(duì)Pb 的最大去除率可達(dá) 82.1%[38]。樊廣萍等[20]指出，關(guān)于電動(dòng)修復(fù)土壤重金屬的研究對(duì)象多為人為添加污染物的土壤，而針對(duì)現(xiàn)有的重金屬污染土壤的修復(fù)并不多見，于是他們將絡(luò)合劑EDTA、乳酸、檸檬酸以及硝酸加入含Cu、Pb、Ni等重金屬和Cr6+的重金屬污染場地，明顯增強(qiáng)了其在電場中的遷移和去除。

3.2 EK+PRB

電動(dòng)(EK)-可滲透反應(yīng)屏障(PRB)技術(shù)是近些年熱門的土壤以及地下水修復(fù)技術(shù)，其基本原理是指污染土壤或地下水在外加電場的作用下，重金屬離子或某些有機(jī)質(zhì)污染物定向遷移至可滲透性反應(yīng)墻處并與其中的填充物發(fā)生沉淀、吸附、氧化還原和生物降解反應(yīng)并截留，從而降低污染物的含量，目前主要對(duì)地下水污染工程的應(yīng)用為主。對(duì)現(xiàn)有的污染場地而言，EK和PRB技術(shù)單獨(dú)使用還不足以滿足需求：單獨(dú)采用EK修復(fù)時(shí)，處理效果受重金屬溶解性、污染物脫附能力以及有機(jī)物性質(zhì)等影響[18]。PRB的使用要求污染物集中處理，而EKR-PRB 技術(shù)結(jié)合兩者的優(yōu)點(diǎn)，其中EK能使重金屬離子向電極兩端遷移，污染物質(zhì)與填料材料充分反應(yīng)。所以，制備出能高效截留重金屬的新型材料或優(yōu)化制備現(xiàn)有材料，提升處理效果并降低修復(fù)成本，是PRB技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。常見的PRB材料有：活性炭、零價(jià)鐵、納米零價(jià)鐵和還原鐵粉等。

Lee和Chung以霧化爐渣為介質(zhì)試驗(yàn)EK-PRB聯(lián)合修復(fù)污染土壤的效果，與僅用EK處理比較，加入PRB后TCE和Cd的去除率由70%提高到90%[39]。Zhang等[40]采用EK與水滑石燒成體為基礎(chǔ)的PRB的組合修復(fù)受Cr(Ⅵ)污染土壤。結(jié)果表明，是PRB和EK協(xié)同作用的效果：EK帶動(dòng)陰離子鉻酸鹽富集到陽極區(qū)和PRB介質(zhì)(水滑石燒成體)吸收并固定是有效補(bǔ)救和高效率凈化的關(guān)鍵。他們認(rèn)為，鉻(Ⅵ)的去除效率在聯(lián)合系統(tǒng)顯著增強(qiáng)，EK-PRB組合系統(tǒng)在有鉻酸鹽和各種陰離子污染物的較大區(qū)域的修復(fù)具有高度自適應(yīng)和有效性。單文盼等[24]優(yōu)化了殼聚糖納米纖維膜(CNFM)的制備條件并協(xié)同電動(dòng)技術(shù)處理土壤中的金屬銅和鉻，實(shí)驗(yàn)中重金屬離子可能是由于螯合作用而被吸附在膜上，并顯著提高了對(duì)重金屬的去除效率(Cu由34.9%提高到82%，Cr由11.7%提高到91%)。

3.3 EK+植物

近年來，很多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，通過篩選對(duì)不同重金屬或多種重金屬具有良好耐受性的植物，即超累積植物，利用這一特性對(duì)目標(biāo)土壤進(jìn)行修復(fù)，能取得良好效果。雖然植物修復(fù)因成本較低、過程便捷、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而具有廣泛的發(fā)展前景，但其修復(fù)周期太長且易受重金屬生物有效性等環(huán)境因素的影響，導(dǎo)致修復(fù)效果有限。將超積累植物與直流電場聯(lián)合作用，能夠增加有效態(tài)重金屬含量，在電化學(xué)和電動(dòng)力作用下向植物根系部遷移，并促進(jìn)植物吸收和積累，提高植物修復(fù)效率。電動(dòng)力-植物修復(fù)系統(tǒng)的組成一般分為：外加電源、電極對(duì)、植物以及污染土壤。電動(dòng)強(qiáng)化機(jī)理可分為以下三點(diǎn)：①提升植物生長代謝速率；②提高土壤重金屬的生物利用率；③影響土壤微生物生命活動(dòng)[41]。

Tahmasbian與Sinegani發(fā)現(xiàn)植物膜在電場作用下的滲透性大大提高，這有益于重金屬離子進(jìn)入植物體內(nèi)[42]。Lim等[43]利用電場刺激印度芥菜對(duì)重金屬污染土壤中鉛的攝取，在直流電和EDTA共同作用下，印度芥菜地上部的鉛迅速積累，修復(fù)效率顯著提高，同時(shí)他們還優(yōu)化了石墨電極配置和植物的培育期數(shù)目。肖文丹等[44]采用直流電場與東南景天聯(lián)合修復(fù)某電鍍廠周邊鎘污染土壤，在添加劑協(xié)同作用下明顯增加了土壤有效態(tài)鎘含量，并且在豬糞堆肥-交換直流電場的聯(lián)合作用下對(duì)東南景天地上部生物量提高了135%。蒼龍等[45]以黑麥草為研究對(duì)象，在施加直流電場與交換電場下檢驗(yàn)黑麥草對(duì)土壤中銅和鋅的富集能力。結(jié)果顯示，無論采用哪種電場方式均可促進(jìn)植物的生長及對(duì)重金屬的富集轉(zhuǎn)運(yùn)，但電場方向會(huì)對(duì)重金屬富集的位置產(chǎn)生影響；交換電場可以有效控制土壤pH而有利于植物吸收，但對(duì)植物修復(fù)的強(qiáng)化效果要弱于單向直流電場。通過修復(fù)實(shí)例可以得出，電動(dòng)-植物修復(fù)重金屬呈現(xiàn)明顯再分布現(xiàn)象，直流電場作用下抑制了植物生物量，添加劑的使用可以改善這種現(xiàn)象，而交換電場可提升植物生物量但強(qiáng)化效果不足，使用交流電場或交換電場使得重金屬更容易向土壤中部富集，便于植物吸收且能控制土壤pH值在適宜范圍內(nèi)，對(duì)防止土壤酸堿化有重要意義。

3.4 EK+微生物

某些土壤微生物的代謝能釋放增強(qiáng)金屬絡(luò)合性及其流動(dòng)性的有機(jī)酸，使重金屬在孔隙水的作用下遷移出土壤，同時(shí)改變土壤pH值來增加土壤中的金屬生物可利用度[46]。另一方面通過微生物代謝的吸收、吸附、沉降等作用，將重金屬固定在土壤中以減少進(jìn)入食物鏈的量[47]。然而，微生物降解重金屬的能力有限，對(duì)環(huán)境變化敏感，存在細(xì)胞死亡及耐受性等問題。通過改善微生物培養(yǎng)的通風(fēng)條件、投加營養(yǎng)物質(zhì)等可以增強(qiáng)微生物生存能力。這種技術(shù)可以用來凈化烴-重金屬復(fù)合污染土壤。

張燦燦等[48]對(duì)某污染土壤中的高環(huán)芳烴(PAHs)進(jìn)行工程水平的電動(dòng)-微生物聯(lián)合修復(fù)試驗(yàn)，建立了二維空間對(duì)稱電場以提高電場作用面積并從污染土壤土著微生物中篩選出優(yōu)勢菌種——功能性PAHs降解菌劑。隨著降解過程的進(jìn)行，土壤呈弱酸性，對(duì)電極進(jìn)行周期性切換，不僅能改善微生物的代謝條件而使微生物保持活性，還能加快PAHs的氧化進(jìn)程以增強(qiáng)PAHs的生物可利用性。電動(dòng)-微生物處理后期會(huì)面臨土壤中難降解重金屬比重增大，導(dǎo)致生物降解效率下降的問題。微生物修復(fù)面臨修復(fù)處理后的殘留污染物被強(qiáng)烈吸附，無法被微生物降解，很難將環(huán)境恢復(fù)到原始狀態(tài)的難題。在很長一段時(shí)間內(nèi)，這些殘留物會(huì)緩慢釋放，產(chǎn)生二次污染，而且關(guān)于這些殘留物的最終去向以及其潛在毒性研究實(shí)驗(yàn)較少[49]。Dong等[50]將電動(dòng)-生物聯(lián)用技術(shù)應(yīng)用在石油烴和鉛復(fù)合污染土壤上，一般地，飽和烴可以比芳族烴更容易生物降解，而樹脂瀝青質(zhì)芳烴幾乎不能被降解。實(shí)驗(yàn)中向兩極電解液加入調(diào)節(jié)劑控制pH來減少對(duì)微生物的危害。為提高總石油烴的去除效率，在前批次實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上在陽極通入2.0 g/L Tween80，反應(yīng)30 d后，總石油烴、鉛的去除率分別為88.3%，81.7%。為了更好發(fā)揮生物降解作用，下一步應(yīng)考慮采用其他有針對(duì)性的技術(shù)手段對(duì)污染土壤中殘留的難生物利用的重金屬進(jìn)行深度處理。

4 結(jié)論

隨著土壤污染越來越受到重視，土壤電動(dòng)修復(fù)的功能也備受關(guān)注。目前，電動(dòng)修復(fù)重金屬污染土壤的研究取得了較為可觀的成果，但主要是人為配制污染土壤的實(shí)驗(yàn)室研究，而實(shí)地修復(fù)的情況更為復(fù)雜，需要綜合考慮多種因素。為了克服實(shí)際應(yīng)用場地中的問題，有必要改善不利因素，以期電動(dòng)技術(shù)能更好地為凈化重金屬污染土壤服務(wù)。實(shí)驗(yàn)中控制好電場、電壓、pH、電解質(zhì)等因素，針對(duì)修復(fù)土壤的特點(diǎn)，選取合適的聯(lián)用修復(fù)方式，能大大降低修復(fù)成本、提高修復(fù)效率。基于這些原理和實(shí)例，土壤電動(dòng)力學(xué)修復(fù)策略可以改進(jìn)為一種環(huán)保、可持續(xù)、低成本、高效的修復(fù)技術(shù)。