电动修复重金属污染土壤技术是极具前景的环境友好型技术,早已受到国内外研究者的关注。污染土壤电动修复技术的开创者是美国人Acar,最早构建出电动修复装置模型并实验应用,通过电动技术使离子迁移从而去除污染物。通过查阅文献可知,电动修复近年来发展较快但大部分均为实验室研究,实际工程应用方面的研究还有所欠缺。目前,美国、荷兰、德国、法国、日本等近10个国家和地区已经在该领域相继开展了研究工作并取得了一系列成果[6],科学家主要从事对此课题以下几个方面的研究,分别为针对不同性质土壤的研究、对增强修复效果方法的研究、对控制电流法和控制电压法不同方法下处理效果的研究、关于电动修复反应机理和污染物迁移机制的研究等[7]。
国内外有诸多学者在这领域开展研究,发表了多篇论文,主要有Jing-yuanWang等人对铅、铜、二甲苯、菲同时污染的高岭土进行电动修复实验,处理6天后,铅、铜、二甲苯、菲的去除率分别为35%、62%、93%、67%,证明了电动修复技术去除重金属和有机物可行[8];Mainia等使用硫酸铜为模型污染物,16天后铜的去除率为86%[9];Puppala等使用电动修复技术处理铅污染土壤,在阴极池电解中加入醋酸控制pH为5~6,此时可有效去除铅[10];王业耀等人研究影响电动修复铬污染土壤的因素,包括电压梯度、添加缓冲液等,并不断优化条件,使铬的最高去除率达97.8%[11]。
近几年,我国科研院所对电动修复的研究取得了阶段性突破。中国地调局地科院资源所将位于湘江流域多种重金属复合污染场地为处理对象,使用电动修复技术。陈明等在野外条件下对选定的三种典型土壤进行了5个批次
的中试实验,测定其中重金属含量。处理时间2天后,土壤中主要重金属的总含量可以降低70%左右,处理时间3天后,对于Cu、Pb、Zn、Cd和Hg等重金属,土壤中活动性比较强的可溶态、离子交换态和碳酸盐结合态及活动性较差的铁锰氧化物结合态、有机结合态乃至残渣态均有良好的去除效果。处理更长时间后,会有更多的重金属以更快的速度从土壤中解析出来并被去除。此次试验加入该课题组研制的金属活化剂,可以使土壤重金属大量活化进入水溶液中,也不会破坏土壤结构造成环境污染,此外,他们还降低土壤电阻,使其从15000欧姆最低降至15欧姆左右,这些措施都可以大大增强重金属的去除效率,减少了修复时间,提高了经济效益。研究表明,与国内外相同规模的电动修复技术相比较,应用本次研究成果修复土壤的时间成本远远低于国内外同类成果,并且取得了良好的处理效果。
电动修复技术是一个新兴高效、极具潜力的原位修复技术,它的原理很简单,影响其修复效果的因素有电压梯度、电流密度、极化现象、电极材料及其布局、土壤的理化性质等[12]。在实验室研究中,我们可以通过人为控制,改变不同外界条件,从而进行单因素分析,探究每个条件对土壤修复效果的影响,结合相关知识推断影响原因。但是应用于土壤修复过程中时,会涉及诸多干扰因素,使得研究面临一定的困难,目前我国还有许多相关研究需要开展和完善,需要更多的研究数据进行对比与参考,从文献检索的结果可知,虽然我国科学家已经在这一领域研究近10年的时间,但是进展比较缓慢,很多问题亟待解决,还存在一些有待完善的领域:比如对电动修复过程中土壤内其他离子相互作用的研究,而不是将土壤理想化处理;土壤与电解液在电场力作用下pH会有很大改变,产生的氢氧根离子会与重金属生成沉淀,或者在酸性或碱性条件下重金属价态会发生改变,如何更为有效控制pH,从而保证离子的定向迁移,提高去除效率,也是一个需要解决的难题。