[發明專利]一種電動力修復鉻污染地下水的裝置及修復方法

有效

• 申請號: 201210591985.0
• 申請日: 2012-12-28
• 公開（公告）號: CN103011349A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 何理;馮茂
• 申請（專利權）人: 華北電力大學
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461;C02F1/66;C02F1/62
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司 11246
• 代理人: 薄觀玖

技術領域

本發明屬于地下水污染修復技術領域，特別涉及一種電動力修復鉻污染地下水的裝置及修復方法。

背景技術

地下水是自然界水循環的重要組成部分，與人類活動和生存息息相關。隨著生產的發展，地下水重金屬污染的問題日益嚴重，已經成為當前人類所面臨的最緊迫的環境污染問題之一。對全國118個城市地下水質量進行評價中，64%有的城市地下水受到嚴重的污染，33%的城市地下水受到輕度污染，而僅?3%的城市地下水基本潔凈，其中地下水鉻污染尤其引人注目。地下水存在于土壤空隙和地下巖石裂隙中，由于地下水與其重金屬污染物質的物理化學作用過程十分復雜，其污染進程往往十分隱蔽和緩慢，既不容易及早發現，又難以在較短時間內治理奏效，因此地下環境的污染治理比地表環境更為復雜和困難，從而對修復技術也要求較高。

通常情況下對重金屬污染的土壤和地下水多采用植物修復等技術，但此類型修復的周期長且見效慢因為重金屬污染物在土壤中主要與腐殖質類天然有機質結合而吸附在土壤顆粒上，并穩定存在，不易被植物高效吸收，所以增加了重金屬污染物從土壤中去除的難度，使傳統的植物修復效率降低，而地下水污染的抽出處理則耗費較大，應用受到限制。

電動修復是一種原位修復技術，它的基本機理是：水飽和土壤在電場的作用下，水發生電解反應，陰極產生氫氣和氫氧根離子，陽極產生氧氣和氫離子，陽極產生的氫離子在電場和濃度梯度的作用下，向土壤內部遷移和擴散，氫離子在遷移和擴散的過程中，置換和溶解土壤中的重金屬污染物，被溶解后的重金屬污染物在電場和濃度梯度的作用下，以離子遷移和電滲的方式朝陰極方向定向遷移，從而達到去除土壤污染物的目的。電動修復過程中

最主要的電極反應如下（E0為標準電極電位）：

陽極反應2H₂O－4e^－→O2↑+4H⁺，E₀=－1.229?V；

陰極反應2H₂O+2e^－→H2↑+2OH^－，E₀=－0.828?V；

由于電解反應，陽極產生氫離子，陰極產生氫氧根離子，陽極產生的氫離子有利于重金屬的活化，使其遷移至陰極而富集。陰極產生的氫氧根離子使重金屬離子沉淀，阻塞修復體空隙，不利于電遷移和電滲流。與化學清洗法和化學還原法相比，具有耗費人工少、維護管理簡單、化學試劑使用少、不破壞修復體的基本結構和特性、基本無二次污染、經濟效益高等優點；與化學固化法相比，是一種成本低、可實現污染物質徹底清除的修復技術；與物理修復相比，耗費人工少，不需要施工而影響外界景觀和周圍環境；與生物修復技術相比，具有投資少、見效快的優點。另外，電修復技術還可以與其它技術形成復合污染治理工藝。

同時，電動修復技術也存在一些局限性：①不適合用于含水率低的修復體，在含水率10％以下效果變差；②由于同一修復體的成分差異，局部礦物質高，電導性好，造成電流異常，也可能影響修復體原來的性狀；③電解反應產生二次污染物，如氧化還原反應產生副產物氯氣等；④腐蝕問題，如碳、石墨、鉑等電極腐蝕后殘留在修復體中。

此外，電動修復過程中，修復體的pH值及氧化還原電位的極端改變，也會造成修復效果變差。實際上，因為陽極電解產生的大量氫離子在電場作用下不斷遷移，致使土壤的pH值下降，雖然有利于重金屬離子溶解，但如果pH值過低就會使土壤的Zeta變化到零電位，甚至改變符號。這樣就會導致電滲流減弱，嚴重會導致逆滲流現象發生。

很多研究者利用有機酸作為電動修復的強化劑，且實現了對污染物較高的去除率。有機酸不但可以用來調節pH值，而且還具有一定的緩沖和鰲合功能，能促使污染物溶解從而有利于污染物的去除。常用的有機酸主要有乙酸、檸檬酸、乳酸等，其中檸檬酸的鰲合性能最好，應用最為廣泛。有機酸是一種可生物降解、對環境友好的強化劑，它的強化作用主要有兩方面：一是控制pH值，使修復系統維持在較穩定的酸性環境，有利于重金屬的溶解去除以及防止陰極附近堿化沉淀；二是鰲合作用，促進重金屬鰲合溶解于水相中，提高了重金屬的可遷移性。但有機酸的應用對電滲流的影響也是值得關注的，因為有機酸的過度使用也會導致修復體陰離子增多而降低Zeta電位，直接影響電滲流的大小甚至方向。

發明內容