综述

电渗析法修复重金属污染土地

—水饱和或悬浮土壤处理方法

Lisbeth M. Ottosen, Pernille E.Jensen,Gunvor M.Kirkelund, Celia Dias-Ferreira,Henrik K.Hansen

电渗析土壤修复法是去除重金属一种方法。要取到好的结果之前要获得固定的、水饱和土壤基质和用于补救的悬浮污泥。这两种不同的土壤处理方法有着不同的用途。第一个是当不要求快速补救时用于原位或现场处理,因为重金属的去除率依赖电极之间的距离,在实际应用中电极间距必须有一定的距离。搅拌可缩短传递距离几毫米,使得有以一个快速、持续过程。本文第一次直接比较两种方法。搅拌悬浮补救法比水饱和土壤修复法速度更快，即使交换膜之间的距离更长。使用搅拌悬浮补救法时土壤酸化后速度最快,遵循了重金属迁移规律。这可能表明搅拌设置在阴离子交换膜中运用会更有效。

1 介绍

污染土壤中重金属可以由一个电动直流磁场和基于电动修复这种形式的(EKR)方法去除。电动法中重金属被土壤颗粒吸附而沉淀,在外加电场中受电场力而移动,而后重金属解吸是成功实施补救至关重要的一步。酸性环境能促进重金属解吸。在EKR土壤酸化法,阳极电解反应产生H +离子,随后和重金属一起运送到负电极。在一个全面描述EKR的理论在评估工业污染土壤过程中被发现并给出了结果。EKR的一个主要的优势修复彻底性,而其他的方法往往做不到。

电渗析土壤修复法(EDR)是电动法去除土壤中金属一种。在EDR技术中，离子交换膜用于分离土壤和促进处理,而被动膜用于其他EKR技术。当使用离子交换膜时使用悬浮土壤法是可能的,因为它们在这种处理解决方案和悬浮污泥法中阻碍土壤离子直接混合。EDR有这样两个选择应用功能:(A)将土壤作为一个平稳、湿单元(原位或现场)或(B)将土壤作为悬浮单元。最好选择取决于具体运用位置和土壤性质。一个例子是石灰土,土地拥有者希望快速修复。因为石灰性土壤酸化进展非常缓慢阻碍快速修复,因此添加增强解决土壤解吸重金属物质可能是必要的。这里选择(B)方案是最好的。如果有必要提高解决方案悬浮法可以很好使土壤混合,且因为在固定的情况下交换膜可以放置更近,可使电动驱动重金属离子距离更短。另一个例子是水上半部分被污染地方的修复,这种位置地下水的水位较深，对快速修复没有特定要求。从经济的角度最好选择是将电极放置单元直接放置在污染土壤的原位处理。

在目前工作中，第一次在实验室中直接对水中压实土壤和悬浮土壤的电渗析补救法进行了比较。这个实验中使用了三种不同的被工业铜和铅污染土壤。

2 材料和方法

2.1实验土壤和分析

在这个调查中用到了三种工业污染土壤:土壤A:取样于一个废弃木材防腐站点(深度10 - 25厘米)。土壤B和C采取于原有的几堆的污染土壤,原先抽样土

壤来自两个不同的受污染的站点。土壤通过4 mm筛目后用于实验。

土壤预处理后使用丹麦标准的259“测定金属在水、污泥和沉积物，通常指南推荐原子吸收分光光度法测定—将1.0 g干燥土壤和20.0毫升(1:1)硝酸30分钟加热到120度”,来描述土壤中的铜和铅测量浓度。用真空器使液体通过0.45m过滤器从固体颗粒中分离，然后稀释到100毫升。铜和铅浓度使用ICP 测量。土壤pH值测定是通过10.0 g干土溶解在25毫升1.0 M氯化钾中。1小时后用pH电极辐射器测量pH值。有机物质测定在550ºC条件下30分钟有机物质损失量。在假设所有碳酸盐物都是钙碳酸条件下，使用Scheibler方法测定后计算。对初始土壤五个测定量的分析先以完成。实验用土壤的三个测定量的分析也已完成。

2.2电渗析修复实验

电渗析实验分为两组:一组实验用固定土壤，另一组实验用搅拌土(图1),其他所有条件都保持相同。圆柱细胞是由聚甲基丙烯酸甲酯制成，内部直径为8厘米。离子交换膜来自Ionics膜(阴离子交换膜AR204 SZRA B02249C和阳离子交换膜CR67HUY N12116B)。Permascand制作的铂涂层电极将被使用。电源(惠普E3612A)用来维持一个恒定的电流。

电极间隔5厘米长,在每个电极隔间瓶中注入500毫升0.01 M NaNO3(用硝酸调整到2一样)。固定土壤实验组中隔间室长1.5厘米,而在搅拌土悬浮液实验中中央隔室的长度是5厘米。实验期间为使土壤保持悬浮状态，可用连接在一个开销搅拌器(RW11基本从IKA)上的系在玻璃棒上的塑料皮瓣搅拌头持续转动来维系。最初在洞口3厘米以下悬挂放置搅拌器,但实验不同阶段悬挂高度略有不同。进行五组实验(一个搅拌和一个固定),每组的特征如表1所示。

图1:图(a)实验中压实土壤细胞达到水饱和状态，图(b)实验期间搅拌混合液使土壤悬浮在蒸馏水中。(AN=阴离子交换膜,CAT=阳离子交换膜)

表1:电渗析补救实验记录(每个实验装置组包括一个悬浮土壤法和一个固定土

壤法)

3 结果与讨论

3.1土壤特性

三组实验土壤的一些特征和丹麦土地利用最敏感限制值如表2所示。土壤中的铜含量引人关注,但只有土壤A和C超过限制值。在B和C两个土壤中铅浓度超过了限制值10倍因子(土壤A没有被Pb污染)。EDR实验中这三个土壤主要特征差异很大：碳酸盐含量、有机质损失量和细分数。

表2:土壤的特征值和丹麦土地利用最敏感限制值

3.2 电渗析实验结果

EDR实验结果如表3所示。每个实验给出了电压范围。修复定义为实验结束时不同部位的土壤颗粒重金属质量总和与基于初始浓度计算的初始重金属质量之间的比值。去除百分比是指在实验结束时计算去除的重金属质量除以原始土壤中重金属总质量的百分数。修复率在77%和111%之间变化，这是由于在工业污染土壤中污染物分布不均匀。

表3:电渗析修复结果(*最大电源电压、电流3 mA)

3.3对比和固定修复搅拌

在A1实验中铜的去除较成功，实验A1-sus和A1-sta,去除比例分别为77%和70%(表3)。相应的最终铜浓度是290mg/kg和330mg/kg。因此,最终铜浓度达到限制值要求。在两个石灰性土壤实验(系列B1和C1,表3)中铜和铅去除较少,即使电荷转移高于A1实验。此前EDR已证明pH值更高的石灰土比在非钙质土壤中铜和铅去除更好。这是因为一小部分重金属与钙质部分土壤共沉淀,当碳酸盐酸化溶解在海水中而发生迁移。PHKCl不到6时迁移就开始了。在B1和C1系列实验中这个PHKCl虽高于6.5，但此PH条件下铜和铅电迁移不会发生。

在B2和C2系列实验中搅拌法和固定法中铜去除比例具有明显的差别(表3)。在这两种情况下,搅拌法去除率明显高于固定法。B2系列实验中铅有同样的趋势。不同的实验结束时碳酸盐含量如(图2),在任何情况下,悬浮法碳酸盐含量比固定法更低,这可能是去除百分比更高的原因。大部分碳酸盐已经溶解,因而更多的铜（和C2中的铅)发生电迁移。实验b2-sus铅的最终浓度仍达270mg/kg,超过限制值(试验之前铜初值已低限定值),而C2-sus实验中铜浓度是790mg/kg，