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电动法及其增强技术修复镉污染土壤的试验研究

彭良梅  
【摘要】:面对日益严峻的镉污染土壤形势以及采用不同的修复技术存在的各种缺点,本论文采用具有高效、快速、适宜于黏性土壤以及对环境不会产生大的扰动的电动法来修复土壤中的镉,对于解决土壤资源匮乏以及日益严重的镉污染具有十分重要的意义。 在研究国内外电动修复技术研究的基础上,以Cd模拟污染土壤为研究对象,考察电动法对土壤中Cd的迁移去除效果。试验首先分析了供试土壤的基本性质,以考察供试土壤在采用电动法的适宜性;其次分析了土壤中的Cd在不同pH条件下以及不同浓度的乙酸、柠檬酸、乙二胺四乙酸(EDTA)存在下对Cd的吸附解吸情况,以考察对电动法迁移效果的潜在影响;再次是采用电动法作为修复方法,考察Cd在不同电压梯度以及施加乙酸、柠檬酸、EDTA作为增强剂时的电动迁移效果。试验结果表明: (1)供试土壤呈弱碱性,有机质含量偏高,并且土壤的酸碱缓冲能力较强,不易于使土壤酸化,这些基本的土壤性质都增强了电动效应发生的难度。 (2)Cd在土壤中的吸附量随着土壤pH的升高而显著增大。在pH低于3时土壤对镉的吸附量较小,在pH为3-6阶段吸附量迅速增加,而当pH大于6后土壤对镉的吸附量已趋于平衡。 (3)有机酸不但能够有效的降低土壤pH值,而且能与Cd形成水溶性的络合物加大了Cd在土壤中的解吸能力。随着有机酸浓度的增大,对Cd的解吸能力也逐渐增强。在相同浓度的有机酸情况下,EDTA对Cd的解吸能力强于柠檬酸强于乙酸。在采用有机酸解吸后土壤的pH都存在着不同程度的降低,加入柠檬酸对土壤pH值的改变强于乙酸,强于EDTA。 (4)在传统的电动法中,分别采用1v/cm、2v/cm、3v/cm作为电压梯度来修复土壤中的Cd。三组试验都呈现出了相似的实验现象以及变化规律,电压梯度越强,电动效应越明显,Cd在土壤中的迁移效果也越好。但是仅采用传统电动法时Cd的迁移效果整体不明显,需要采取其他增强措施以提高其迁移能力。 (5)在采用乙酸、柠檬酸、EDTA三种有机酸作为增强剂来提高电动法迁移效果的试验中,三组试验都有效的提高了电动修复过程中Cd在土壤中的迁移能力。其中乙酸和柠檬酸主要发挥了其酸性作用,有效的抑制了阴极液体的碱化,控制整个土壤区都维持在酸性范围之内;而EDTA主要发挥了对Cd的螯合作用,使土壤中的Cd形成带负电的螯合物,增强了其移动性。采用柠檬酸作为电解液的整体迁移效果优于乙酸,并且在整个土壤区域没有呈现出Cd的积累现象。当采用乙酸作为电解液时Cd在靠近阴极区的土壤中发生积累现象,C/C0达到了1.67。采用EDTA作为电解液时EDTA与Cd形成的可溶性螯合物带负电,Cd从阴极向阳极迁移,并在靠阳极的第二个土壤区域发生积累现象,在其他三个土壤区域也都有较好的迁移效果。相对于传统的电动法在施用增强剂后都明显的提高了Cd在土壤中的迁移效果。 (6)有机酸的加入不但能够有效的增强Cd的迁移能力而且也改变了其在土壤中的赋存形态。土壤中的Cd整体上从不稳定态向稳定态转移,其中可交换态百分含量都呈现出不同程度的增加;而碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机态的百分含量有所减少;残渣态百分含量随着总镉含量的减少而增加,随着总镉的积累而减少。 (7)通过试验研究确定了土壤中的Cd能够在电动作用下向阴极发生迁移,并且在施加有机酸作为增强剂时能够有效的增强Cd的迁移能力,具有较好的修复效果。由此作为“绿色修复”技术的电动法将会是一种很具前景的镉污染土壤修复技术。


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