[发明专利]一种电动力修复铬污染地下水的装置及修复方法

说明书

技术领域

本发明属于地下水污染修复技术领域，特别涉及一种电动力修复铬污染地下水的装置及修复方法。

背景技术

地下水是自然界水循环的重要组成部分，与人类活动和生存息息相关。随着生产的发展，地下水重金属污染的问题日益严重，已经成为当前人类所面临的最紧迫的环境污染问题之一。对全国118个城市地下水质量进行评价中，64%有的城市地下水受到严重的污染，33%的城市地下水受到轻度污染，而仅 3%的城市地下水基本洁净，其中地下水铬污染尤其引人注目。地下水存在于土壤空隙和地下岩石裂隙中，由于地下水与其重金属污染物质的物理化学作用过程十分复杂，其污染进程往往十分隐蔽和缓慢，既不容易及早发现，又难以在较短时间内治理奏效，因此地下环境的污染治理比地表环境更为复杂和困难，从而对修复技术也要求较高。

通常情况下对重金属污染的土壤和地下水多采用植物修复等技术，但此类型修复的周期长且见效慢因为重金属污染物在土壤中主要与腐殖质类天然有机质结合而吸附在土壤颗粒上，并稳定存在，不易被植物高效吸收，所以增加了重金属污染物从土壤中去除的难度，使传统的植物修复效率降低，而地下水污染的抽出处理则耗费较大，应用受到限制。

电动修复是一种原位修复技术，它的基本机理是：水饱和土壤在电场的作用下，水发生电解反应，阴极产生氢气和氢氧根离子，阳极产生氧气和氢离子，阳极产生的氢离子在电场和浓度梯度的作用下，向土壤内部迁移和扩散，氢离子在迁移和扩散的过程中，置换和溶解土壤中的重金属污染物，被溶解后的重金属污染物在电场和浓度梯度的作用下，以离子迁移和电渗的方式朝阴极方向定向迁移，从而达到去除土壤污染物的目的。电动修复过程中

最主要的电极反应如下（E0为标准电极电位）：

阳极反应2H₂O－4e^－→O2↑+4H⁺，E₀=－1.229 V；

阴极反应2H₂O+2e^－→H2↑+2OH^－，E₀=－0.828 V；

由于电解反应，阳极产生氢离子，阴极产生氢氧根离子，阳极产生的氢离子有利于重金属的活化，使其迁移至阴极而富集。阴极产生的氢氧根离子使重金属离子沉淀，阻塞修复体空隙，不利于电迁移和电渗流。与化学清洗法和化学还原法相比，具有耗费人工少、维护管理简单、化学试剂使用少、不破坏修复体的基本结构和特性、基本无二次污染、经济效益高等优点；与化学固化法相比，是一种成本低、可实现污染物质彻底清除的修复技术；与物理修复相比，耗费人工少，不需要施工而影响外界景观和周围环境；与生物修复技术相比，具有投资少、见效快的优点。另外，电修复技术还可以与其它技术形成复合污染治理工艺。

同时，电动修复技术也存在一些局限性：①不适合用于含水率低的修复体，在含水率10％以下效果变差；②由于同一修复体的成分差异，局部矿物质高，电导性好，造成电流异常，也可能影响修复体原来的性状；③电解反应产生二次污染物，如氧化还原反应产生副产物氯气等；④腐蚀问题，如碳、石墨、铂等电极腐蚀后残留在修复体中。

此外，电动修复过程中，修复体的pH值及氧化还原电位的极端改变，也会造成修复效果变差。实际上，因为阳极电解产生的大量氢离子在电场作用下不断迁移，致使土壤的pH值下降，虽然有利于重金属离子溶解，但如果pH值过低就会使土壤的Zeta变化到零电位，甚至改变符号。这样就会导致电渗流减弱，严重会导致逆渗流现象发生。

很多研究者利用有机酸作为电动修复的强化剂，且实现了对污染物较高的去除率。有机酸不但可以用来调节pH值，而且还具有一定的缓冲和鳌合功能，能促使污染物溶解从而有利于污染物的去除。常用的有机酸主要有乙酸、柠檬酸、乳酸等，其中柠檬酸的鳌合性能最好，应用最为广泛。有机酸是一种可生物降解、对环境友好的强化剂，它的强化作用主要有两方面：一是控制pH值，使修复系统维持在较稳定的酸性环境，有利于重金属的溶解去除以及防止阴极附近碱化沉淀；二是鳌合作用，促进重金属鳌合溶解于水相中，提高了重金属的可迁移性。但有机酸的应用对电渗流的影响也是值得关注的，因为有机酸的过度使用也会导致修复体阴离子增多而降低Zeta电位，直接影响电渗流的大小甚至方向。

发明内容