电动修复和渗透性反应墙联合修复技术应用进展

闫鹏飞，张 栋，姜艳朋

（1.威海博通热电股份有限公司；2.威海第二热电集团有限公司，威海 264200）

现今，主流的土壤修复技术主要有生化修复法、电动修复法、物理修复法等。由于土壤的组成复杂、污染物质种类多样、性质和类型复杂，这都给土壤修复带来了较大的挑战，单单依靠一种技术已难以达到修复目的，因此，多技术联合修复应运而生。

将电动修复技术与渗透性反应墙二者联合起来对污染土壤进行修复越来越受到国内外学者的重视。该技术同时具有两种修复技术的优点，能够同时对无机物和有机物污染土壤进行原位修复，更重要的是该技术对渗透性较差的污染土壤也有极强的修复能力，不受场地、温度等因素影响，同时能够有效防止修复造成的次生污染，修复成本相对低廉。笔者综述了近年来国内外学者对该联合修复技术的科研成果，总结了研究现状及实际应用中存在的短板，为其将来的发展提供理论依据。

1 电动修复和渗透性反应墙联合修复技术

该技术是将具有还原性的渗透性反应墙设置在电场中，污染土壤中的重金属离子、大分子有机胶团等在电动力的驱动下向两端电极处移动，在移动的过程中，污染物质被渗透性反应墙降解。该技术能够在移除污染物质的同时有效降低污染物质的毒性。目前，我国学者对该技术的研究还主要集中在理论研究阶段，实验室模型试验鲜有报道；美国、加拿大、英国的学者对该技术较早进行了关注，并且进行了大量的实地修复试验。

2 电动修复和渗透性反应墙联合修复技术应用进展

2.1 对金属物质污染土壤修复

应用电动修复和渗透性反应墙联合修复技术对As和Cd污染土壤进行修复是目前研究的热点。联合修复对污染土壤中重金属的去除效果比较显著，但是在修复过程中渗透性反应墙中还原性基质的作用机理尚不明确，不同学者的研究结果存在较大差异。

江姿幸利用该技术对高浓度As污染土壤进行修复，在单独电动修复条件下，As+5的去除效率为26.78%～26.91%，当在电场中增加渗透性反应墙时，As+5的去除效率迅速升至43.89%～70.25%[1]。试验中As+5在电场阳极大量富集，这说明As在电场驱动下受离子迁移作用较为明显。最终整体试验表明，单独电动修复时，电场作用下的离子迁移是As去除的主要原因，当电场中增加还原性反应墙时，反应墙中纳米级铁粉的吸附作用起到了较大的辅助作用，Fe0在修复过程中的还原作用表现不明显。

通过开展试验，学者Halk Chung等却得出了完全相反的结论。试验结果显示，单独的电动修复能够去除污染土壤中90%的Cd，当使用电动和反应墙联合修复时，Cd的去除效率仅为70%[2]。在此试验条件下，电动修复效果要高于联合修复，尚有10%的Cd残留在联合修复后的土壤中，还有20%的Cd被反应墙中的基质所捕获。

2.2 对非金属物质污染土壤修复

现阶段，利用该联合修复技术对含氯有机物质污染土壤修复的研究较多，如四氯乙烯（PCE）、三氯乙烯（TCE）等。另外，该技术对硝酸盐污染土壤的修复也具有显著成效。

2.2.1 对PCE污染的修复

渗透性反应墙在电场中的相对位置不同，对污染土壤中PCE的去除效率具有很大影响。另外，多种辅助方法的介入，可以显著降低土壤中PCE的浓度。袁菁等通过实验室模型试验发现，渗透性反应墙由电场的阳极向电场中间推移时，PCE的去除效率从44%升高至57%；当反应墙继续往阴极移动时，PCE的最终去除效率能够达到66%[3]。这是因为当反应墙远离阳极时，土壤中的PCE在电场的作用下发生迁移，能够有足够的时间与反应墙中的还原介质Fe0发生反应。

2.2.2 对TCE污染的修复

如何合理搭配填充于反应墙中基质的密度和电动修复的电场电压梯度对提高三氯乙烯（TCE）的去除率至关重要。Hormg以Fe0作为反应墙基质，将该联合修复技术应用于土壤实地原位修复中，试验数据显示，土壤TCE污染浓度为1 500 mg∕kg时，Fe0浓度为0.5 g∕cm3、电压梯度为0.23～0.3 V∕cm、修复时间1年，能够达到95%～99%的去除效率[4]。

2.2.3 对硝酸盐污染的修复

电动修复和渗透性反应墙联合修复技术对受污染土壤中硝酸盐具有较高的去除效率，能够达到满意的修复效果。在室内实验室条件下，Chew等只利用电动修复技术，试验数据表明，不同电压对硝酸盐污染土壤具有不同的去除率，硝酸盐主要被转化为NH3和N2，转化率为54%～87%。同时，在电场中设置渗透性反应墙能够大大提高硝酸盐的去除效率，但反应墙中添加的还原剂的粒度是影响去除率的重要参数[5]。

3 存在的问题

电动修复和渗透性反应墙联合修复技术作为一项绿色、高效的原位土壤修复技术，虽然作用机理比较简单，但在修复过程中产生的各种理化反应非常复杂。目前，该土壤联合修复技术尚存在以下问题。

一是运用电动修复和渗透性反应墙联合修复技术治理的污染物质种类还仅限于含氯有机物和砷、镉等无机物，修复对象相对单一。在实际工程运用中，实地污染土壤中的污染物情况非常复杂，种类、浓度、温度等都不尽相同，如何将该联合修复技术结合其他辅助修复方法应用到多种污染物质的土壤修复中将是今后研究的新方向。

二是尚不能明确确定渗透性反应墙在电场中的最佳位置。在电场中，反应墙是在阳极附近还是在阴极附近能够达到较高的去除效率，不同学者对此有不同的见解。另外，反应墙的最佳位置与受污染土壤中污染物质的数量和种类是否存在某种关联尚不得知。当电场中设置多个渗透性反应墙时，墙间的相对位置及相对于两极的位置如何确定，还需进一步确定。

三是需要更深层次地研究在电场的作用下，渗透性反应墙对污染土壤的修复机理。土壤中的污染物质在电场的驱动下向两极迁移的过程中，反应墙是如何发挥作用的目前有两种观点：一种是污染物质被反应墙中的基质所吸附进而被去除；另一种是污染物质与基质发生氧化还原反应而被去除。到底哪种机理起主导作用，不同的学者有不同的见解。

四是渗透性反应墙中的还原性基质绝大部分都是Fe0，并且其粒度已经达到纳米级。纳米级的Fe0成本比较高，实际工程需要大量使用，会造成土壤修复成本偏高。人们需要寻找一种低廉、高效的还原物质来替代纳米级的Fe0，为该联合修复技术大规模应用于实际工程扫除成本障碍。

4 结语

当前，我国土地资源比较紧张，污染土壤修复越来越受到重视。电动修复和渗透性反应墙联合修复技术结合了两种修复方法的优点，具有修复效果好、集成化程度高、无次生污染等特点，在土壤原位修复领域有着广阔的应用前景。随着研究的深入，该联合修复技术将逐渐完善，并在我国土壤修复领域发挥重要作用。

1 江姿幸.渗透性反应墙对于砷污染土壤进行电动力法复育影响之研究[D].高雄：台湾中山大学，2005.

2 Halk Chung，MyungHo Lee.A new Method for Remedial Treatment of Contaminated Clayey Soils by Electrokinetics Coupled with Permeable Reactive Barriers[J].Electrochimica Acta，2007，（52）：3427-3431.

3 袁 菁，张力升.电动力技术结合Fe0反应墙处理四氯乙烯污染粘土：电位坡降及处理时间之影响[A].台湾第二届土壤与地下水处理技术研讨会论文集[C].台南：台湾成功大学出版社.2001.

4 Horng J J.A Model Study of Ionic Transport and Its Role in Electrokinetic Treatment of Contaminated Soils[D].Seattle：University of Washington，1993.

5 Chew C F，Zhang T C.In-Situ Remediation of Nitrate-Contaminated Ground Water by Eemediation of Nitrae-Contaminated Ground Water by Electrokinetic/Iron Wall Processes[J].Water Science and Technology，1998，38（7）：135-142.