典型重金属污染土壤淋洗增强电动修复技术研究与应用

Nowadays, China faces challenges on prevention of heavy metal contaminated soil. Developing of basic national situation based remediation technology has important research value and practical significance. Especially for low permeable soil, application of traditional technology is very limited due to the problem of its hydraulic conductivity. Electrokinetic is an emerging in-situ remediation technology and suitable for low permeable contaminated soil. In recent years, combined technology has shown better remediation effect and been attracted more and more research and attention. This research focused on cadmium (Cd) and lead (Pb) contaminated low permeable soil, and expected washing as prepositive processing of electrokinetic remediation. Study solubilization of Cd and Pb by different effluent chemicals, as well as their electrokinetic removal efficiency under different electrochemical conditions. Analyze controlling factors and key steps of the whole process, and construct washing enhanced electrokinetic remediation system based on Cd and Pb. Besides, carry out field experiment of Cd/Pb contaminated soil remediation to verify and improve the remediation mechanism. Ultimately, evaluate the combined technology from the perspectives of economy, stability and safety, to provide scientific basis and case support for the application of the washing enhanced electrokinetic remediation technology.

我国面临土壤重金属污染防治难题，研发基于基本国情的重金属污染土壤修复技术具有重要研究价值和现实意义。特别是对于低渗透性土壤，由于水力传导性问题，传统技术应用受到很大限制。电动技术是一种新兴的原位修复技术，可以处理其它技术方法不能或较难处理的低渗透性污染土壤。近年来，联用技术表现出更优的修复效果，受到越来越多的研究和关注。本项目以镉、铅重金属和低渗透性土壤为典型，将淋洗作为电动修复前置技术手段。研究不同淋洗剂对镉、铅淋洗增溶效果，以及电动条件下混合有淋洗剂的镉、铅污染土壤去除效果，分析淋洗及电动全过程控制因素和关键步骤，基于重金属形态解析土壤中镉、铅转化机理和迁移机制，构建基于镉、铅的重金属污染土壤淋洗增强电动修复技术体系；同时，开展镉/铅污染土壤修复现场小试，验证和完善修复机理，全面评价一体化修复技术的经济性、稳定性、安全性，为技术应用提供科学依据和案例支撑。

本研究通过改变淋洗剂种类和淋洗条件分析淋洗剂对污染土壤中重金属去除效果的影响；利用筛选后确定的淋洗剂对污染土壤进行淋洗-电动耦合修复，通过电动过程中土体和电解液中重金属浓度变化规律和电极微观表征结果综合阐明其过程反应机理，初步获得稳定电场下淋洗-电动耦合条件下重金属去除机制。通过研究得到以下结论：.（1）土壤类型及土壤中重金属浓度水平、不同形态占比等均对淋洗效果有一定影响。柠檬酸、盐酸、EDTA二钠盐对重金属具有较好的增溶效果，使得土壤中部分重金属转化为离子态，可用于支撑后续电动修复。而淋洗物理条件，即震荡、超声等对淋洗效果影响不显著，此处分析判断为：受试土壤经过研磨筛分等预处理，土壤颗粒粒径已经很小，震荡、超声的物理条件并未能实质上影响其对其重金属淋洗效果。为此，对于后续其他研究，建议采用研磨预处理和震荡方式，确保污染土壤与淋洗剂充分接触。.（2）在电动实验过程中，通过向阴阳极两端施加柠檬酸、盐酸等体系内选用的淋洗剂，可在一定程度上缓解和控制电解液pH，使得电解液不至于发生过酸、过碱情况，从而有效提高体系电流和电动效率，促进土壤体系内具有持续稳定的电流。电动修复过程中，土壤中离子态物质会在电场作用下发生定向迁移，包括目标污染重金属离子以及体系中大量存在的Fe离子和其他阴离子等，这些均在电动修复过程中同步发生。对于后续其他研究，建议同步检测土壤中阴阳离子组成及总量，作为支撑电动修复的体系关键前置参数。.（3）在淋洗-电动耦合修复条件下，土壤中铅、锌、镉等均发生一定程度的增溶和迁移，其土壤中去除效率收到电场、时间等影响，。淋洗-电动耦合体系相较于传统淋洗修复减少了废液产生量、避免了繁琐的固液分离步骤，相较于现有电动修复提升了土壤重金属可迁移态占比、提高了体系电流和修复效率，是一项具有发展前景的土壤重金属修复技术。