土壤电动修复技术及其研究进展

张涛++陈明功++刘宗亮

摘要 概括了当前电动修复技术的原理及国内外的研究进展，分析其优缺点和存在的问题，并提出该技术与其他土壤修复技术联用的发展趋势。

关键词 土壤污染；电动修复技术；研究进展

中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）22-0164-02

Abstract The principle of current electrokimtic remediation technology and the research progress both at home and abroad were summarized. The advantages and disadvantages of this technology were analyzed，and the development trend of combining the technology with other soil remediation technologies was put forward.

Key words soil pollution；electrokinetic remediation technology；research progress

土壤是人类生存和发展的重要物质基础，因此土壤被称为世界上最重要的能源。近些年来，随着工业的飞速发展，大量有毒有害固体废弃物、废水和废气被排放到环境当中，导致了环境中土壤的严重污染[1-2]。土地受到污染后，其表层土壤容易在自然力的作用下进入到大气和水体中，进而造成大气污染、地下水污染等各种次生生态环境问题[3]。

1 污染土壤修复技术

土壤修復技术是一项涉及环境、物理、化学、生物等多个学科的综合技术。根据采取的技术和原理不同，总体上可以分为物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术[4-6]。

1.1 物理修复技术

物理修复技术主要包括换土、翻土、客土和热脱附法。赵 涛等[7]在HgCl、HgS、Hg（NO3）2·H2O、HgO、HgSO4中加入MgCl2、CaCl2和NaCl后的热重分析发现，MgCl2对5种汞化合物热脱附过程影响最大，降低了汞化合物热脱附的初始温度，表明MgCl2可以促进汞污染土壤中汞化合物的转化，有利于土壤汞污染的热脱附修复。

1.2 化学修复技术

化学修复技术主要包括化学淋洗、化学固定和玻璃化技术。Xu Hui[8]等利用无机酸、有机酸、硫酸和络合剂去除沙漠土壤中的钚污染，研究表明污染物的去除效率依赖于间歇式浸取过程，同时移除效率随着液固比、温度和搅拌时间的增加而增加，最高可以达到90%的去除率。

1.3 生物修复技术

生物修复技术主要包括植物、微生物修复。贾伟涛等[9]介绍了利用能源植物（例如甜高粱）来修复重金属污染土壤的研究情况，指出将土壤修复与生物能源生产有机结合，是绿色、生态、环保的可持续发展道路。

2 电动修复技术

2.1 原理

电动修复技术是向受污染土壤中通入直流电，在电迁移和电渗的作用下，土壤中的重金属离子向电极区聚集，然后将电极区电解液抽出处理，从而达到修复的目的[10]。

在电动修复过程（图1）中，发生的电子转移主要是电极上水的电解反应。阴极：2H2O+2e-→2OH-+H2（g）；阳极：H2O→2H++12O2（g）。

2.2 评价

优点：该技术处理污染土壤具有高效性，不需要投入化学药剂，修复过程对环境影响较小，具有十分广泛的应用前景。缺点：该技术不适用于渗透性高、传导性差的土壤，且技术水平要求较高[11]。

存在的问题：不适合含水率低的修复体、偏极效应（电极反应引起pH值剧烈变化及由此导致的土壤中重金属过早沉淀问题）、电解反应产生二次污染、电极腐蚀等。其中偏极效应和电极腐蚀的问题最为突出，对于电极腐蚀，还没有很好的解决方法，而在偏极效应的问题上，实验室解决效果都很好，但设计过于复杂，难以应用于实际工程当中。

2.3 国内外研究进展

目前，国内外关于电动修复技术的研究，主要是通过解决或减缓偏极效应以及改变污染物的状态，从而提高污染物的去除效率或稳定化的一系列强化技术。

Cai Z P等[12]在土壤中插入多个阳极，采用逼近阳极的方法增强电动修复，在相同处理时间内，可以大大提高尾矿中Cu的去除率；Matteo Masi等[13-14]研究表明，电动修复受外加电场的强度和调节剂类型影响，使用EDTA作为调节剂和提高电压梯度能够显著提高重金属的去除，可用于修复具有高酸性缓冲能力沉积物中的重金属。

2.4 发展方向

随着现在土壤污染情况的复杂化，单一的电动修复技术不能很好地修复一些污染土壤，发展复合型土壤修复技术，已经成为了当前电动复领域研究开发的热点。

李婷婷等[14]针对石油污染物难以去除的特点，以含油量为50 mg/g的石油污染土壤为研究对象，每5 min切换1次电极极性，建立空间和场强上完全对称的电场。结果表明，1 V/cm的电压梯度，在电场作用和电极极性切换条件下，当电动-微生物修复处理时间增加时，石油去除率得以显著提高。

电动-可渗透反应墙（EKR-PRB）耦合技术，结合了电动修复技术和可渗透反应墙的优点。Zhang Jia等[15]将电动修复与可渗透反应屏障技术结合起来，利用模拟装置，在20～30 V电压，污染物Cr浓度为0.16～1.65 mg/g条件下，可以有效修复大面积污染土壤中的铬和各种阴离子污染物。

2.5 应用案例

现在许多关于电动修复技术的研究还局限于实验室之中，实施的技术要求比较高，不能立即满足实际工程应用的要求。到目前为止，该项技术仅在国外有相关的工程实例，而国内还没有相关报道。

美国旧金山发生一起地下储油罐泄露，利用电动修复-生物通风联用技术来处理受污染的土壤，在222.97 m2的污染土壤上安装56个电极通入直流电以及冲洗38.1 cm下的致密砾岩层，然后将污染物利用生物通风除去，修复前污染物浓度为100～2 200 mg/kg，修复后污染物浓度为100 mg/kg。

3 参考文献

[1] 李秀悌，顾圣啸，郑文杰，等.重金属污染土壤修复技术研究进展[J].环境科学与技术，2013，36（12）：203-208.

[2] 赵金艳，李莹，李珊珊，等.我国污染土壤修复技术及产业现状[J].中国环保产业，2013（3）：53-57.

[3] 宋云，尉黎，王海见.我国重金属污染土壤修复技术的发展现状及选择策略[J].环境保护，2014（3）：32-39.

[4] 张强，刘彬，刘巍，等.污染土壤的物化修复治理技术[J].化学通报，2014，77（4）：328-332.

[5] 宋云，尉黎，王海见.我国重金属污染土壤修复技术的发展现状及选择策略[J].环境保护，2014（9）：32-36.

[6] 李社锋，李先旺，朱文淵，等.污染场地土壤修复技术及其产业经营模式分析[J].环境工程，2013，31（6）：96-103.

[7] 赵涛，王兴润，杨晓进，等.氯盐对汞化合物污染土壤热脱附过程的影响[J].环境科学研究，2015，28（7）：425-430.

[8] XU Hui，ZHOU Ronghu，LI Weiping，et al.Removal of plutonium from contaminated soil by chemical leaching[J].Procedia Environmental Scie-nces，2016，31：392-400.

[9] 贾伟涛，吕素莲，冯娟娟，等.利用能源植物治理土壤重金属污染[J].中国生物工程杂志，2015，35（1）：88-95.

[10] 范筱林，王中正.土壤原位修复技术研究进展[J].农业与技术，2015，35（18）：29-30.

[11] 李社锋，李先旺，朱文渊，等.污染场地土壤修复技术及其产业经营模式分析[J].环境工程，2013，31（6）：96-99.

[12] CAI Z P，CHEN D R，FANG Z Q，et al.Enhanced electrokinetic remedi-ation of copper contami-nated soils near a mine tailing using the approaching-anode technique[J].Journal of Environmental Engineering，2016，142（2）：1-6.

[13] MASI M，IANNELLI R，LOSITO G.Ligand-enhanced electrokinetic re-mediation of metal-contaminated marine sediments with high acid buffering capacity[J].Environ Sci Pollut Res，2015，23（11）：1-11.

[14] 李婷婷，张玲妍，郭书海，等.完全对称电场对电动-微生物修复石油污染土壤的影响[J].环境科学研究，2010，23（10）：1262-1267.

[15] ZHANG Jia，XU Yunfeng，LI Wentao，et al.Enhanced remediation of Cr（VI）-contaminated soil by incorporating a calcined-hydrotalcite-based permeable reactive barrier with electrokinetics[J].Journal of Hazardous Materials，2012，239/240：128-134.