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2.2 EKR-PRB对有机物的去除机理
在零价铁处理有机氯化物体系中存在三种还原剂:金属铁(Fe0)、亚铁离(Fe2+)和氢(H)。金属铁对有机氯化物的还原脱氯目前认为有如下三种可能的反应路径:氢解、还原消除、加氢还原以及吸附作用等。
Arnold等认为Fe0对有机氯化物的转化是与脱氯还原反应在金属铁表面的吸附过程同时进行的,铁的效率不仅取决于铁的含量、溶液的pH值,并且还与零价铁颗粒的表面积有关。
3. 主要影响因素
3.1 污染物类型
目前,利用EKR-PRB技术对重金属及类金属污染土壤修复的研究主要涉及砷、镉、铬等。Chung等利用电动-零价铁氧化渗透墙技术处理土壤中的Cd,采用0.2V/cm电压密度,通电200h后,Cd的最终去除率为90%,有20%的Cd离子被反应墙中的材料所吸附。国内学者张瑞华和孙红文的实验研究表明,与单一电动修复对比,EKR-PRB联用方式对总铬去除率均可达90%左右,同时可以使两电极室、尤其是阳极室的电解液pH值在一定范围内基本保持不变。
EKR-PRB技术修复受硝酸盐污染的土壤效果明显。李晓岚以纳米零价铁粉墙结合电动修复法整治受硝酸盐污染的土壤,使用质量百分比为0.28%的纳米级铁粉(50~80 nm)可以达到98.06%的降解率。
EKR-PRB联合电动法技术还可处理三氯乙烯(TCE)、四氯乙烯(PCE)等含氯有机污染物。最大特点是不仅能将污染物从土壤中移除,而且能通过去氯作用减少其毒性。Chang和Cheng等以0.01 mol/L碳酸钠电解质作为修复系统操作溶液,零价铁墙放置于靠近阳极处,分别以0.5、1.0、2.0 V/cm的电压梯度进行通电10 d,发现电压梯度为2.0 V/cm时,PCE去除率最高,可达到90%-99%。
3.2 介质材料
零价铁是常用的反应墙基质材料,其比表面积和用量是去除土壤污染物的关键因素。为了提高其比表面积,铁粉材料粒度已经达到了纳米级别。
此外,针对不同的污染土壤,选择不同媒介的PRB可以取得很好的去除效果,主要贡献是PRB介质对污染物的吸附和氧化还原能力。
3.3 电压和电流
电压和电流是电动修复过程操作的主要参数,较高的电流电压强度可以加快污染物的迁移速率。实验室中一般采用控制电流法和控制电压法2种方式进行控制,其中电流强度范围一般为10~100 mA/cm,电压梯度在0.4~2 V/cm。针对不同的污染物和土壤类型,需采用不同的电压梯度参数。
3.4 土壤pH值
土壤中的电极施加直流电后,在电场作用下阳极和阴极电解产生的H+和OH-通过电迁移、电渗析、扩散、水平对流等方式向阴阳两极移动,在两者相遇区域产生pH值突变,形成酸性和碱性区域。pH值控制着土壤溶液中离子的吸附与解吸、沉淀与溶解等,且碱度对电渗析速度有明显的影响,还可改变土壤表面Zeta电位。
高鹏等采用EKR-PRB(Fe0)修复铬污染土壤,试验结束后Cr(Ⅲ)的去除率较低,各部分土壤的Cr(Ⅲ)含量均仍在10000 mg/kg以上。经分析发现,该土壤中中含有氢氧化钙等化学成分,阴极附近土壤的pH较高,土壤呈碱性,Cr(Ⅲ)在土壤中主要以Cr(OH)3沉淀的形式存在;此外,土壤pH值较高时,土壤中存在着对 Cr(Ⅲ)有强烈吸附作用的土壤胶体,pH越高,对越高Cr(Ⅲ)的吸附作用越强。当土壤的pH值较高时,以零价铁作为介质的可渗透反应墙不能较好的去除受污染的土壤和地下水中Cr(Ⅲ)等重金属。
3.5 土壤类型
土壤的性质,包括吸附、离子交换、缓冲能力等与土壤的类型有关,是影响EKR-PRB修复中污染物迁移速度及去除效率的主要因素。
土壤的低pH值和低有机质含量有利于土壤重金属的迁移和去除,而高pH值和黏粒含量低也有利于有机污染物的解吸。EKR-PRB修复技术在高水分、高阳离子交换容量、高黏性、低渗透、低氧化还原电位和低反应活性的土壤更具优势,这类土壤中污染物的迁移速率非常低,常规修复方法的修复效果较差。
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