電動(dòng)修復(fù)和滲透性反應(yīng)墻聯(lián)合修復(fù)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

閆鵬飛，張 棟，姜艷朋

（1.威海博通熱電股份有限公司；2.威海第二熱電集團(tuán)有限公司，威海 264200）

現(xiàn)今，主流的土壤修復(fù)技術(shù)主要有生化修復(fù)法、電動(dòng)修復(fù)法、物理修復(fù)法等。由于土壤的組成復(fù)雜、污染物質(zhì)種類(lèi)多樣、性質(zhì)和類(lèi)型復(fù)雜，這都給土壤修復(fù)帶來(lái)了較大的挑戰(zhàn)，單單依靠一種技術(shù)已難以達(dá)到修復(fù)目的，因此，多技術(shù)聯(lián)合修復(fù)應(yīng)運(yùn)而生。

將電動(dòng)修復(fù)技術(shù)與滲透性反應(yīng)墻二者聯(lián)合起來(lái)對(duì)污染土壤進(jìn)行修復(fù)越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。該技術(shù)同時(shí)具有兩種修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，能夠同時(shí)對(duì)無(wú)機(jī)物和有機(jī)物污染土壤進(jìn)行原位修復(fù)，更重要的是該技術(shù)對(duì)滲透性較差的污染土壤也有極強(qiáng)的修復(fù)能力，不受場(chǎng)地、溫度等因素影響，同時(shí)能夠有效防止修復(fù)造成的次生污染，修復(fù)成本相對(duì)低廉。筆者綜述了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)該聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的科研成果，總結(jié)了研究現(xiàn)狀及實(shí)際應(yīng)用中存在的短板，為其將來(lái)的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 電動(dòng)修復(fù)和滲透性反應(yīng)墻聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

該技術(shù)是將具有還原性的滲透性反應(yīng)墻設(shè)置在電場(chǎng)中，污染土壤中的重金屬離子、大分子有機(jī)膠團(tuán)等在電動(dòng)力的驅(qū)動(dòng)下向兩端電極處移動(dòng)，在移動(dòng)的過(guò)程中，污染物質(zhì)被滲透性反應(yīng)墻降解。該技術(shù)能夠在移除污染物質(zhì)的同時(shí)有效降低污染物質(zhì)的毒性。目前，我國(guó)學(xué)者對(duì)該技術(shù)的研究還主要集中在理論研究階段，實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)鮮有報(bào)道；美國(guó)、加拿大、英國(guó)的學(xué)者對(duì)該技術(shù)較早進(jìn)行了關(guān)注，并且進(jìn)行了大量的實(shí)地修復(fù)試驗(yàn)。

2 電動(dòng)修復(fù)和滲透性反應(yīng)墻聯(lián)合修復(fù)技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展

2.1 對(duì)金屬物質(zhì)污染土壤修復(fù)

應(yīng)用電動(dòng)修復(fù)和滲透性反應(yīng)墻聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對(duì)As和Cd污染土壤進(jìn)行修復(fù)是目前研究的熱點(diǎn)。聯(lián)合修復(fù)對(duì)污染土壤中重金屬的去除效果比較顯著，但是在修復(fù)過(guò)程中滲透性反應(yīng)墻中還原性基質(zhì)的作用機(jī)理尚不明確，不同學(xué)者的研究結(jié)果存在較大差異。

江姿幸利用該技術(shù)對(duì)高濃度As污染土壤進(jìn)行修復(fù)，在單獨(dú)電動(dòng)修復(fù)條件下，As+5的去除效率為26.78%～26.91%，當(dāng)在電場(chǎng)中增加滲透性反應(yīng)墻時(shí)，As+5的去除效率迅速升至43.89%～70.25%[1]。試驗(yàn)中As+5在電場(chǎng)陽(yáng)極大量富集，這說(shuō)明As在電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下受離子遷移作用較為明顯。最終整體試驗(yàn)表明，單獨(dú)電動(dòng)修復(fù)時(shí)，電場(chǎng)作用下的離子遷移是As去除的主要原因，當(dāng)電場(chǎng)中增加還原性反應(yīng)墻時(shí)，反應(yīng)墻中納米級(jí)鐵粉的吸附作用起到了較大的輔助作用，F(xiàn)e0在修復(fù)過(guò)程中的還原作用表現(xiàn)不明顯。

通過(guò)開(kāi)展試驗(yàn)，學(xué)者Halk Chung等卻得出了完全相反的結(jié)論。試驗(yàn)結(jié)果顯示，單獨(dú)的電動(dòng)修復(fù)能夠去除污染土壤中90%的Cd，當(dāng)使用電動(dòng)和反應(yīng)墻聯(lián)合修復(fù)時(shí)，Cd的去除效率僅為70%[2]。在此試驗(yàn)條件下，電動(dòng)修復(fù)效果要高于聯(lián)合修復(fù)，尚有10%的Cd殘留在聯(lián)合修復(fù)后的土壤中，還有20%的Cd被反應(yīng)墻中的基質(zhì)所捕獲。

2.2 對(duì)非金屬物質(zhì)污染土壤修復(fù)

現(xiàn)階段，利用該聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對(duì)含氯有機(jī)物質(zhì)污染土壤修復(fù)的研究較多，如四氯乙烯（PCE）、三氯乙烯（TCE）等。另外，該技術(shù)對(duì)硝酸鹽污染土壤的修復(fù)也具有顯著成效。

2.2.1 對(duì)PCE污染的修復(fù)

滲透性反應(yīng)墻在電場(chǎng)中的相對(duì)位置不同，對(duì)污染土壤中PCE的去除效率具有很大影響。另外，多種輔助方法的介入，可以顯著降低土壤中PCE的濃度。袁菁等通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模型試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，滲透性反應(yīng)墻由電場(chǎng)的陽(yáng)極向電場(chǎng)中間推移時(shí)，PCE的去除效率從44%升高至57%；當(dāng)反應(yīng)墻繼續(xù)往陰極移動(dòng)時(shí)，PCE的最終去除效率能夠達(dá)到66%[3]。這是因?yàn)楫?dāng)反應(yīng)墻遠(yuǎn)離陽(yáng)極時(shí)，土壤中的PCE在電場(chǎng)的作用下發(fā)生遷移，能夠有足夠的時(shí)間與反應(yīng)墻中的還原介質(zhì)Fe0發(fā)生反應(yīng)。

2.2.2 對(duì)TCE污染的修復(fù)

如何合理搭配填充于反應(yīng)墻中基質(zhì)的密度和電動(dòng)修復(fù)的電場(chǎng)電壓梯度對(duì)提高三氯乙烯（TCE）的去除率至關(guān)重要。Hormg以Fe0作為反應(yīng)墻基質(zhì)，將該聯(lián)合修復(fù)技術(shù)應(yīng)用于土壤實(shí)地原位修復(fù)中，試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，土壤TCE污染濃度為1 500 mg∕kg時(shí)，F(xiàn)e0濃度為0.5 g∕cm3、電壓梯度為0.23～0.3 V∕cm、修復(fù)時(shí)間1年，能夠達(dá)到95%～99%的去除效率[4]。

2.2.3 對(duì)硝酸鹽污染的修復(fù)

電動(dòng)修復(fù)和滲透性反應(yīng)墻聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對(duì)受污染土壤中硝酸鹽具有較高的去除效率，能夠達(dá)到滿意的修復(fù)效果。在室內(nèi)實(shí)驗(yàn)室條件下，Chew等只利用電動(dòng)修復(fù)技術(shù)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，不同電壓對(duì)硝酸鹽污染土壤具有不同的去除率，硝酸鹽主要被轉(zhuǎn)化為NH3和N2，轉(zhuǎn)化率為54%～87%。同時(shí)，在電場(chǎng)中設(shè)置滲透性反應(yīng)墻能夠大大提高硝酸鹽的去除效率，但反應(yīng)墻中添加的還原劑的粒度是影響去除率的重要參數(shù)[5]。

3 存在的問(wèn)題

電動(dòng)修復(fù)和滲透性反應(yīng)墻聯(lián)合修復(fù)技術(shù)作為一項(xiàng)綠色、高效的原位土壤修復(fù)技術(shù)，雖然作用機(jī)理比較簡(jiǎn)單，但在修復(fù)過(guò)程中產(chǎn)生的各種理化反應(yīng)非常復(fù)雜。目前，該土壤聯(lián)合修復(fù)技術(shù)尚存在以下問(wèn)題。

一是運(yùn)用電動(dòng)修復(fù)和滲透性反應(yīng)墻聯(lián)合修復(fù)技術(shù)治理的污染物質(zhì)種類(lèi)還僅限于含氯有機(jī)物和砷、鎘等無(wú)機(jī)物，修復(fù)對(duì)象相對(duì)單一。在實(shí)際工程運(yùn)用中，實(shí)地污染土壤中的污染物情況非常復(fù)雜，種類(lèi)、濃度、溫度等都不盡相同，如何將該聯(lián)合修復(fù)技術(shù)結(jié)合其他輔助修復(fù)方法應(yīng)用到多種污染物質(zhì)的土壤修復(fù)中將是今后研究的新方向。

二是尚不能明確確定滲透性反應(yīng)墻在電場(chǎng)中的最佳位置。在電場(chǎng)中，反應(yīng)墻是在陽(yáng)極附近還是在陰極附近能夠達(dá)到較高的去除效率，不同學(xué)者對(duì)此有不同的見(jiàn)解。另外，反應(yīng)墻的最佳位置與受污染土壤中污染物質(zhì)的數(shù)量和種類(lèi)是否存在某種關(guān)聯(lián)尚不得知。當(dāng)電場(chǎng)中設(shè)置多個(gè)滲透性反應(yīng)墻時(shí)，墻間的相對(duì)位置及相對(duì)于兩極的位置如何確定，還需進(jìn)一步確定。

三是需要更深層次地研究在電場(chǎng)的作用下，滲透性反應(yīng)墻對(duì)污染土壤的修復(fù)機(jī)理。土壤中的污染物質(zhì)在電場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下向兩極遷移的過(guò)程中，反應(yīng)墻是如何發(fā)揮作用的目前有兩種觀點(diǎn)：一種是污染物質(zhì)被反應(yīng)墻中的基質(zhì)所吸附進(jìn)而被去除；另一種是污染物質(zhì)與基質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)而被去除。到底哪種機(jī)理起主導(dǎo)作用，不同的學(xué)者有不同的見(jiàn)解。

四是滲透性反應(yīng)墻中的還原性基質(zhì)絕大部分都是Fe0，并且其粒度已經(jīng)達(dá)到納米級(jí)。納米級(jí)的Fe0成本比較高，實(shí)際工程需要大量使用，會(huì)造成土壤修復(fù)成本偏高。人們需要尋找一種低廉、高效的還原物質(zhì)來(lái)替代納米級(jí)的Fe0，為該聯(lián)合修復(fù)技術(shù)大規(guī)模應(yīng)用于實(shí)際工程掃除成本障礙。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，我國(guó)土地資源比較緊張，污染土壤修復(fù)越來(lái)越受到重視。電動(dòng)修復(fù)和滲透性反應(yīng)墻聯(lián)合修復(fù)技術(shù)結(jié)合了兩種修復(fù)方法的優(yōu)點(diǎn)，具有修復(fù)效果好、集成化程度高、無(wú)次生污染等特點(diǎn)，在土壤原位修復(fù)領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。隨著研究的深入，該聯(lián)合修復(fù)技術(shù)將逐漸完善，并在我國(guó)土壤修復(fù)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。

1 江姿幸.滲透性反應(yīng)墻對(duì)于砷污染土壤進(jìn)行電動(dòng)力法復(fù)育影響之研究[D].高雄：臺(tái)灣中山大學(xué)，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，張力升.電動(dòng)力技術(shù)結(jié)合Fe0反應(yīng)墻處理四氯乙烯污染粘土：電位坡降及處理時(shí)間之影響[A].臺(tái)灣第二屆土壤與地下水處理技術(shù)研討會(huì)論文集[C].臺(tái)南：臺(tái)灣成功大學(xué)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.