铬污染土壤电动修复技术影响因素

铬（Cr）是一种银白色金属元素，自然界一般不存在游离态的铬，铬元素在地壳里的浓度范围为80～200毫克/公斤，铬化合物是重要的无机化工产品，是人类生产生活的重要基础材料，在社会发展中，具有不可替代的作用。铬及其化合物对生命体有较大毒性，其中六价铬具有“三致效应”可在人体内积累。近年来随着铬化工行业的迅猛发展，大量含铬废水、废渣、废气排放到环境中去。我国有约400万亩耕地因铬污染而废耕，约3000万亩耕地存在铬污染风险。土壤铬污染后果严重，影响长远，而修复效果滞后，探究高效铬污染修复技术是许多国家优先选项、也是污染治理领域亟需突破的技术瓶颈。目前铬污染土壤的修复主要从物理、化学、生物及其交叉领域着手，电动修复技术是基于物理原理的电化学修复方法，具有费效比低，操作简单，耗时相对较短，去除效率高、对土壤结构、地形地貌、地面景观、地表植被破坏小等优势。电动修复适用于低渗透性，低氧化还原电位，高阳离子交换容量和高粘度土壤。为了提高修复效率，国内外学者进行了大量的理论和应用研究，并取得了一些进展。

1 含铬污染物性质

土壤中的铬元素的化合价主要是三价和六价，以六价为主。Cr（Ⅲ） 主要以Cr（H2O）3 +6等阳离子的形式呈现，以沉淀形式存在;Cr（Ⅲ）的氢氧化物、碳酸化物均为沉淀形式，Cr（VI）主要以Cr2O2-7 、CrO2-4 等阴离子的形式呈现，在很大的pH范围内均为可溶，不易被土壤颗粒吸附。不同价态的铬对应的反应机理不一致，导致修复的难度提高。一定條件下，天然土壤中以Cr（Ⅲ）和Cr（VI）形式存在的铬，可通过络合、溶解沉淀、氧化还原、吸附解吸等过程发生迁移和转化。土壤中迁移和转化主要受土壤pH值和氧还化原电位（Eh）的制约和影响，例如土壤中Cr（Ⅵ）在有机质等还原物质作用下，易被还原为Cr（Ⅲ） ，并转变为有机结合态和沉淀态等存在状态固定下来，失去移动性。

尹晋等研究了土壤中铬的价态对电动修复效率的影响，对于污染浓度均为1克/公斤的Cr（VI）、Cr（Ⅲ）污染土壤，Cr（T）去除率分别达到了59.7%、6.2%、Cr（VI）、Cr （Ⅲ）均匀混合污染的土壤样品修复率则仅为18.7%，Cr（Ⅵ）的可提取形态受影响最大， Cr（Ⅲ）的可提取形态几乎不受影响。李青青等采用BCR四步连续提取法对电动修复前后铬污染土壤中铬的形态变化进行分析，结果表明，可氧化态和弱酸可提取态的铬受到了较大影响，去除率较高，而残渣态影响轻微，含量几乎不变。

2 电流电场特性

早期研究多采用的是均匀电场，有文献报道表明均匀电场具有一系列不足，易致土壤固化、酸化，随着反应进行到一定程度，费效比迅速升高，而采用非均匀电场则能弥补这些不足，并可以加强系统的稳定性。

在酸性条件下，采用弱直流电透过被污染的土体，若使用较大直流电，效果则降低，因为电流的热效应导致土壤温度升高而影响去除效率。间歇直流电能够减少电极腐蚀和降低阳极的电能消耗，不影响去除效率。电场的应用方式和电压梯度对效率有一定影响，Zhang P等使用水平电场和垂直电场形成的二维叠加电场对铬污染土壤进行了电动修复研究，孟凡生等对受铬酸钾污染的高岭土进行了电动修复研究，发现电压梯度范围为1～1.5V/厘米时修复效果较为经济有效。邵友元等以黏土为研究对象，通过正交试验和对比试验研究发现，电压梯度是首要影响因素，其次为两极pH，电极形状。

3 电极材料特性

阳极电极材料应选用石墨、金、银、铂、钛合金等惰性材质，通常使用石墨电极，阴极通常使用普通金属电极，也可用石墨等材质，研发新型电极是未来突破电动技术瓶颈的关键技术之一。

苏凤等以铁作为阳极，石墨作为阴极对铬污染黄土进行了电动修复研究，结果发现，Cr（Ⅵ）还原为Cr（Ⅲ）占主导反应，铁作为阳极可以增强阳极的还原反应，提高电动修复的去除率。刘峥等采用钛—铁双阳极去除电镀废水中Cr（Ⅵ）进行了研究，去除率最高达96.57%。付融冰等将零价铁、沸石等活性材料附着在电极上构成可渗透反应复合电极对铬的去除效果进行了研究，发现在铬的去除效果及pH控制方面都有明显的改善和提高，胡士勤等通过发明一种使用塑料电极构成的电动修复系统，具有快速降低重金属含量，环境友好的优点。蔡宗平等采用不同电极材料（石墨、不锈钢和钛板）对尾矿附近的土壤进行电动修复，研究了修复效率及土壤pH随时间的变化情况。

潘大伟等发明一种以活性炭构建复极性电动反应装置，Cr（Ⅵ）、Cr（T）去除率可以达到84.1%～89.6%、74.2%～81.5%。孙孝庆以活性炭构建复极性电极能够使Cr（Ⅵ）还原成Cr（Ⅲ），活性碳可以和水解产生的氢离子发生反应，以降低土壤pH和氧化还原电位，若采用铁屑构建复极性电极，会达到同样的效果，只是反应机理有些区别。

4 电极布置及构型

电极平面布置一般采用三角形、正方形和六边形，范向宇等通过对几种布置形式的分析比较得出“中”字形和六边形为最优布置形式，刘芳等从电场强度的有效性角度出发进一步指出，1-D-1型的正方形是一维电极构型最优选择，2-D-3型的正六边形是二维构型中最优的电极构型，土壤pH值的变化、重金属的去除与电场强度的分布有密切关系。近年来，有研究者采用3-D电极系统结合活性炭电极构成的电动修复系统对受铬污染土壤进行修复研究;Yan Y等使用活性碳铁离子作为第三极，Cr（Ⅵ）的去除率为80.2%;F Xued等通过将二维电极与具有石墨电极作为第三电极的可渗透反应屏障（PRB）耦合来研究铬污染土壤的三维电动力学修复，对污染土壤的浸出效率和去除率均有较好的效果。

作者简介：王春风，男，硕士研究生，农艺师。研究方向：农业技术研究推广及土壤修复。