电动修复中电迁移和电渗流交互作用对阴离子迁移的影响机制及其调控

In the process of electrokinetic (EK) remediation of contaminated soil, the anions migration direction of electromigration and electroosmotic flow is inconsistent, which directly affects the migration of anion and the removal of the contaminants under the direct current electric field. However, the relevant domestic and foreign research reports are very limited, and the conventional EK theory could not describe and clarify the migration behavior of anions during EK process. On the basis of our research of EK remediation over the years, this project intends to investigate the effect of different control measures on the electromigration and electroosmotic flow by selecting some typical anions as the research object and quartz sand, kaolin and simulated soil as the medium. By computing and determining the electromigration and electroosmosis coefficient and the migration rate of anion in different mediums during EK process, to illuminate the migration pattern and influence mechanism of typical anionic under the interactions of electromigration and electroosmotic flow. Take PAHs contaminated soil for example, the effect of the interaction of electromigration and electroosmotic flow on the migration of anion oxidants and the degradation mechanism of PAHs are evaluated. Through these studies, to reveal the effect mechanism of anion migration under the interaction between electromigration and electroosmotic flow migration, obtain the optimized empirical equation discribing the anions migration, improve the basic theory of EK remediation, and provide basic data for the study of the migration of substances, which has important theoretical value and application prospects.

在污染土壤电动修复中，阴离子的电迁移和电渗流的迁移方向不一致，其交互作用直接影响了阴离子在电场作用下的迁移和污染物的去除效率。然而国内外相关的研究报道非常有限，且传统的电动修复理论无法科学阐明和描述阴离子在电场中的迁移行为。本项目拟在多年来开展污染土壤电动修复研究的基础上，选择典型阴离子为研究对象，以石英砂、高岭土和模拟土壤等为介质，研究不同控制措施对电迁移和电渗流的影响，计算和测定电迁移系数和电渗系数以及典型阴离子在土柱中的迁移速率，阐明典型阴离子在电迁移和电渗流交互作用下的迁移规律和影响机制。同时以PAHs污染土壤为例，研究电迁移和电渗流交互作用对阴离子氧化剂的迁移和对PAHs的降解机制。通过上述研究，旨在揭示电迁移和电渗流交互作用对阴离子迁移的影响机制，获得阴离子电动迁移的优化经验方程，完善电动修复的基础理论，为电动修复中物质迁移规律提供基础性研究资料，具有重要的理论价值和应用前景。

本项目针对电动修复中阴离子在电迁移和电渗流共同作用下的复杂迁移行为和调控难点，以典型阴离子（CrO42-、S2O82-、EDTAPb2-）为研究对象，以石英砂、高岭土、蒙脱土等为介质，研究了不同控制措施对电迁移和电渗流速率以及阴离子迁移速率的影响，初步建立了阴离子迁移的经验方程；同时以PCBs和PAHs污染土壤为例，研究了不同强化措施对S2O82-阴离子（氧化剂）迁移的影响机制以及对土壤中有机污染物的降解效率；此外还探讨了采用电极自产氧化剂（ClO-）并通过电场迁移至土柱从而降解有机物的规律和机制。研究结果表明电场强度是影响阴离子电迁移的主要因素，而介质颗粒的zeta电位是影响阴离子电渗析的主导因素；通过调节体系的pH比调节体系离子强度更容易影响介质的zeta电位和控制阴离子迁移，是一种有效的调控措施；在此基础上建立了在三种不同介质（石英砂、高岭土、蒙脱土）中典型阴离子迁移的经验方程；PCBs和PAHs污染土壤的电动-氧化试验表明，阳极投加过硫酸盐可利用电渗流输送到土柱中，获得较高的PCBs去除效率（30.8%），优于阴极投加过硫酸盐处理（18.9%），而通过在阴极设置离子膜来减弱阴极的还原氛围可有效提高阳极投加的过硫酸盐向土柱中的迁移和对PAHs的去除效率（从33.2%提高到87.2%）；研发了以氯化钠为支持电解质，采用镀钌钛合金电极作为阳极原位产生氧化剂（ClO-）并通过电场输送到土柱中，同时采用阴阳极混合的方式提高其输送效率，有机污染物（石油烃）的去除率最高可达67%。本研究在国际上较早开展了电迁移和电渗流交互作用对典型阴离子迁移的影响研究，阐明了电迁移和电渗流交互作用对典型阴离子的影响机制，初步建立了典型阴离子的迁移方程，提出了阴离子迁移的调控措施并将其应用于污染土壤的电动-氧化联合修复。相关研究结果将能为电动修复中物质迁移规律提供基础性资料，同时为电动-氧化联合修复技术的理论研究和实际应用奠定研究基础。