阴极pH控制对电动修复Cr(Ⅵ)污染高岭土影响研究

试验选用重铬酸钾作为污染物,配制高岭土中Cr(Ⅵ)初始质量分数为100mg/kg和500mg/kg。试验研究了对阴极电解产生的OH-的控制对电动修复效率的影响以及不同的控制方式对电动修复效率的影响。试验结果表明:对阴极电解产生的pH进行控制可以明显提高Cr(Ⅵ)去除效率;多种控制方式中,以盐酸的中和控制最为有效,可使去除效率达到90.8%,但引起的土壤酸化问题应当进一步进行研究。     

环境污染及其防治 土壤污染及其防治

X53200703654施加电压对铬污染土壤电动修复的影响/孟凡生…(中国环科院)∥环境工程学报/中科院生态环境研究中心.-2007,1(3).-111~115环图X-4试验研究了不同电压条件下电动修复去除效率和单位能耗随施加电压的变化关系,探讨了电动修复经济有效的电压范围.试验选用重铬酸钾作为污染物,配制高岭土中Cr(Ⅵ)初始质量分数为100mg/kg和500mg/kg,含水量为50%,试验运行48h,用乙酸控制阴极pH在4~7之间,施加一系列不同直流电压.试验结果表明,随着施加电压升高,去除效率增大,电压升高到1V/cm时,去除效率显著升高,2种试验土壤去除效率分别为76.7%和89…     

阴极pH控制对污染土壤电动修复效率的影响

就电动修复污染土壤过程中阴极电解产生的OH-对修复效率的影响进行了实验室研究. 实验选用重铬酸钾作为污染物,配制砂土和高岭土中初始w(Cr(Ⅵ))为100和500 mg/kg,施加恒定直流电压1 V/cm,运行48 h. 选用不同土壤和控制条件,实验共进行了10组. 分析了实验过程中电流变化以及实验完成后土壤pH分布和铬的迁移分布,并对每组实验Cr(Ⅵ)的去除率和电能消耗进行了计算. 结果表明:对阴极电解产生的pH进行控制可以明显提高Cr(Ⅵ)的去除率,同时电能耗变化不大;多种控制方式中,以盐酸的中和控制最为有效,可使去除率达到90.8%,但引起的土壤酸化问题应进一步进行研究;对电动过程中Cr(Ⅵ)的迁移转化应做深入研究.      

铬-菲复合污染土壤的电动修复效果

为了解决常规电动修复方法对土壤重金属-有机物复合污染去除效率低的问题,采用向电解液中添加表面活性剂以及控制阴极电解液为酸性的电动强化修复技术,以Cr和菲为代表性污染物,研究电压和表面活性剂〔TritonX-100(曲拉通100)、SDBS(十二烷基苯磺酸钠)〕以及阴极电解液pH对修复效果的影响. 结果表明:Cr(Ⅵ)以阴离子团形式呈现向阳极迁移的趋势,菲呈现向阴极迁移的趋势;随着施加电压的升高,污染物去除率也会相应提高,当电压梯度升至1.0 V/cm时,Cr(T)、Cr(Ⅵ)、菲的去除率分别达到34.3%、76.9%、12.7%. 在电压梯度为1 V/cm的条件下,控制阴极电解液pH为4.00时,Cr(T)、Cr(Ⅵ)、菲的去除率分别升至45.1%、84.8%、23.1%;向电解液中添加表面活性剂后能提高污染物的去除率,其中,添加SDBS能够将Cr-菲复合污染土壤中Cr(T)、Cr(Ⅵ)的去除率由34.3%、76.9%升至39.9%、82.0%,添加TritonX-100能够将有机物菲的去除率由12.7%升至27.0%. 研究显示,修复处理后污染物浓度均有不同程度的降低,充分表明电动处理时提高修复电压、添加表面活性剂以及控制阴极电解液的酸碱性可以明显促进污染物在土壤中的迁移.      

阳极电解液pH值对Cr(Ⅵ)污染土壤电动修复效率的影响研究

为研究不同阳极电解液初始pH值条件对铬污染土壤电动修复效率的影响,试验以氯化铜溶液为阴极电解液,不同初始pH值(pH=3、4、5)的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲溶液为阳极电解液,并在阴极室靠近土壤处放置阳离子交换膜,以此阻隔阴极的OH-进入土壤,采用电动力学方法修复Cr(Ⅵ)污染土壤。结果表明:经过400h电动修复后,当阳极电解液初始pH=3时土壤中铬的去除效果最佳,此时靠近阴极部分S7区域土壤为最大截面去除率,达到84.5%。采用BCR四步连续提取法对电动修复前后铬污染土壤中铬的形态变化进行分析,结果表明电动修复过程中主要是对土壤中可氧化态和弱酸可提取态的铬进行了去除,而残渣态铬含量几乎不变。选用铜盐作为阴极电解液可以有效促进铬的迁移与去除。     

电压对电动修复Cr(Ⅵ)污染高岭土的影响研究

试验选用重铬酸钾作为污染物,配制高岭土中Cr(Ⅵ)初始质量分数为500mg·kg-1.试验研究了不同电压下的电动修复效率和单位能耗,并结合经济效益找出合适的电压范围.试验结果表明:当电压为20V时,去除效率达到89.9%,单位能耗仅为93.04KW·h·g-1.当电压再增大的时候,去除效率提高较小,单位能耗增大迅速,不符合经济效益的要求.由于适宜的施加电压和土壤本身性质有很大联系,如何通过简单的方法确定适宜的施加电压,还需进一步研究.     

镉污染高岭土电动修复试验研究

配置Cd2+初始浓度为500mg/kg的模拟污染高岭土,用电动技术对镉污染高岭土进行修复试验,研究了修复时间及阴极槽添加醋酸控制pH对修复效果的影响;并分析镉的迁移变化特征及电动修复前后土壤中镉的变化.结果表明,去除效率随着运行时间的增加而提高,在试验条件下,4天运行时间是经济有效的;控制阴极pH可以提高镉去除效率;在形态分布上,土壤中的镉以醋酸结合态为主,同时存在大量铁锰氧化物结合态;电动修复后,醋酸可提取态存在的镉含量降低.     

可渗透反应复合电极法对铬(Ⅵ)污染土壤的电动修复

将Fe0、沸石等活性材料附着在电极上构成可渗透反应复合电极,以Cr(Ⅵ)污染土壤为处理对象,对电动修复过程中可渗透反应复合电极法对土壤pH的控制、Cr的去除效果以及形态变化进行了研究.结果表明,添加可渗透反应材料的复合电极法比单一电极法无论在土壤pH控制还是Cr的去除方面都有明显的改善和提高,其中以在阳极同时添加Fe0和沸石效果最为显著.在施加2 V.cm-1的直流电压,运行5 d后,相比在阳极单纯添加沸石或Fe0可渗透反应层,添加"Fe0+沸石"反应层能在最大程度上减小阳极土壤pH值的波动,可将土壤pH值控制在5.5～8.5范围内,土壤中任意位置Cr(Ⅵ)的去除率可提高到97%以上,土壤中残留的Cr(Ⅲ)更少,可渗透反应层对Cr的截留量可分别提高8倍和1.8倍,并将98%的Cr(Ⅵ)转化为低毒的Cr(Ⅲ).研究结果为开发具有实用意义的可渗透反应复合电极修复技术提供了理论依据.     

介质配比对PRB修复效率的影响

用零价铁和活性炭作为PRB反应介质,以Cr(Ⅵ)污染地下水为例,研究介质配比对PRB修复效率的影响。零价铁对Cr(Ⅵ)具有还原作用,活性炭具有吸附作用,调整二者的配比,产生不同的处理效果。当零价铁和活性炭质量分数分别占40%、30%时,单位Fe0对Cr(Ⅵ)的去除能力最强。出水总体积<96.5L时,Cr(Ⅵ)浓度均小于0.05mg/L,符合饮用水卫生标准。各反应柱修复过程中,体系内的pH均有所上升。     

采用电动修复增强技术去除电镀污泥中重金属

为提高电动修复技术去除电镀污泥中的重金属(Cu, Pb, Zn , Cr, Ni)的效率,采用污泥预酸化处理及阴极pH值控制处理2种途径进行强化,反应过程中电压为32V,处理时间为7d,结果表明,电镀污泥酸化pH值至4.5时,污泥中重金属的可移动性明显提高了,依次为Cr>Ni>Zn>Cu>Pb;污泥预酸化加阴极pH值控制处理能使电镀污泥中Zn、Ni、Cu和Pb交换态、碳酸盐结合态和有机硫化物态转化为可溶离子态,转化量大小依次为Ni>Zn>Cu>Pb,且该处理Zn、Ni、Cu和Pb的去除率分别达到74.02%、68.38%、39.22%、21.37%;但污泥预酸化及阴极pH值控制处理都不利于Cr的去除,对照处理Cr去除率为77.83%,污泥预酸化处理去除率降为40.65%,污泥预酸化加阴极pH值控制处理降至12.80%.     

Electrokinetic removal of chromium and copper from contaminated soils by lactic acid enhancement in the catholyte

The electrokinetic removal of chromium and copper from contaminated soils by adding lactic acid in cathode chamber as an enhancing reagent was evaluated. Two sets of duplicate experiments with chromium contaminated kaolinite and with a silty soil sampled from a supeffund site in Califomia of USA and polluted by Cr and Cu, were carried out in a constant current mode. Changes of soil water content and soil pH before and after the electrokinetic experiments, and variations of voltage drop and electroosmosis flow during the treatments were examined. The results indicated that Cr, spiked as Cr(Ⅵ) in the kaolinite, was accumulated mainly in the anode chamber, and some of Cr and metal hydroxides precipitated in the soil sections in contact with the cathode, which significantly increased electrical energy consumption. Treatment of the soil collected from the site showed accumulation of large amounts of Cr and Cu in the anode chamber while none was detected in the cathode one. The results suggested that the two metals either complexed with the injected lactic acid at the cathode or existed as negatively charged complex, and electromigrated toward the anode under a voltage gradient.     

酸化-电动强化修复铬渣场地污染土壤

为解决常规电动修复方法对Cr污染土壤Cr(T)(总Cr)去除效率低的问题,提出了酸化预处理-电动强化修复技术. 以国内某化工厂铬渣堆放场地Cr污染土壤为研究对象,通过改变土壤酸化条件,分析乙酸和柠檬酸的酸化时间、酸浓度(以c计)对电动修复Cr污染土壤中Cr去除率的影响,并对土壤中Cr的形态进行分析. 结果表明:①酸化预处理-电动强化修复技术可以显著提高Cr污染土壤中Cr的去除率,其中0.9 mol/L柠檬酸酸化5 d组Cr(T)和Cr(Ⅵ)的去除率由对照组的6.23%、19.01%分别升至26.97%、77.66%. ②土壤酸化可以将部分Cr由碳酸盐结合态向水溶态转化,进而提高Cr去除率;在适宜的酸浓度范围内,酸浓度越高,土壤释放的Cr越多,Cr去除效果就越好. ③与乙酸组相比,柠檬酸组Cr的去除率较高,因为柠檬酸本身也是一种络合剂,在酸化作用释放碳酸盐结合态Cr的基础上,柠檬酸能与Cr发生络合作用,进一步提升了Cr的去除率. 电动修复过程中迁移出土壤的Cr主要以醋酸可提取态、可还原提取态和可氧化提取态为主,残留Cr的生物可利用性降低.      

生物炭负载纳米零价铁对污染土壤中铜钴镍铬的协同去除

合成了一种低成本、高效生物炭负载纳米零价铁的复合材料(ZVI-SM)并应用于铜、钴、镍、铬污染土壤的修复。采用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和金属吸附实验等方法,考察了不同碳化温度下制备的生物炭前驱体和生物炭复合材料对复合重金属污染修复的影响及去除作用机制。其中,吸附-还原后形成的FeCr₂O₄极大地降低了铬的毒性,同时提高了铜、钴、镍的去除率。Fe0的引入既提高了生物炭对重金属的吸附量,又解决了Cr(Ⅵ)毒性的问题;XPS的结果进一步阐明了生物炭可以作为电子传递介质,通过表面官能团得失电子与Fe0间形成强相互作用,增强了复合材料对多重金属离子的去除效果。除ZVI-SM500外,ZVI-SM100、300、400、700 4种材料对于铜、钴、镍、铬的去除率要远高于商用纳米Fe0和单纯的生物炭材料,表现为对铬和铜有较强的亲和力和反应性,均能在5 min内完全去除铜和铬,钴和镍也能在180 min内达到80%以上的去除率。在反应过程中存在显著的离子竞争效应:铬≥铜>钴>镍,这与金属离子的标准还原电位大小的趋势一致。土壤修复实验表明:ZNI-SM300用于污染土壤的修复,15 d后,Cr(Ⅵ)含量从480 mg/kg降至0.52 mg/kg,水溶态Cr总量从500 mg/kg降至1.2 mg/kg,两者的固定化效率均达到99%以上,并能达到完全去除水溶态的铜、钴、镍、Cr(Ⅵ)的效果。因此,以SM300为载体的纳米零价铁可作为复合重金属污染土壤修复的理想材料。     

以牺牲阳极强化的电化学联用方法修复铬污染土壤

为解决重金属污染土在电动法修复过程中存在的聚焦效应问题,提出了牺牲铁阳极的电化学联用修复技术。在传统电动修复方法基础上增加电解液净化循环装置,优化Cr（Ⅵ）还原及沉淀所需技术参数,并与传统电动修复技术进行对比,探讨其修复效果及适用性。结果表明:迁出的Cr（Ⅵ）可在Fe2+作用下被还原为Cr（Ⅲ）并沉淀,pH、电压梯度、电流密度、电极面积均会影响其反应速率,电极距离对反应速率无直接影响,主要影响电解功率。Cr（Ⅵ）还原-沉淀反应的最佳技术参数为:pH值5~6.5,电压梯度0.8 V/cm,电流密度>6.67 mA/cm2,电极面积90 cm2,电极距离15 cm;较传统电动修复技术,以牺牲阳极强化铬污染土的电化学联用修复技术中,土壤室不同点位的去除率波动范围在10%,最高点位的去除率提高近24%,达93.4%。靠近阳极附近土体中Cr（Ⅵ）去除率从0.24%提高到80.38%。以牺牲阳极强化污染土的电化学联用修复方法不仅有效解决了重金属迁移的聚焦问题,而且有助于促进土中重金属污染物的整体性迁出。     

电动力和铁PRB技术联合修复铬(Ⅵ)污染土壤

考察了电动力学方法对模拟铬(Ⅵ)污染土壤以及天津市原同生化工厂遗留下的铬渣山周边土壤的修复效果,并将该技术与铁可渗透反应格栅(permeable reactive barrier,PRB)技术联用,找出了较好的联用方式,与单一电动修复进行了对比.研究表明,电动力学技术能有效地修复被铬(Ⅵ)污染的土壤,模拟污染土壤铬(Ⅵ)的去除率达98%～100%,总铬去除率在阳极室附近为80%左右,而阴极室附近则为90%以上,恢复到土壤背景值;铬(Ⅵ)去除的同时伴随着铬(Ⅵ)向铬(Ⅲ)的转化,修复结束时土壤中残留的铬90%以上为铬(Ⅲ);污染极其严重的铬渣山下土,由于含约28%的铬(Ⅲ),修复结束时铬(Ⅵ)的去除率达98%以上,而总铬去除率仅为75%～77%;阳极室附近土壤pH降低而阴极室附近土壤pH升高,处于两极中间位置的pH变化不大.电动力学与铁PRB原位联用方式能充分地利用这2种技术的优点,修复后,土壤任意位置的总铬去除率接近90%,阳极室附近尤为好于单一电动修复,对土壤pH的影响也较小.     

H2O2氧化联合化学淋洗修复电镀工厂铬污染黏性土壤的试验研究

以合肥某电镀工厂遗留的铬污染黏性土壤为研究对象,采用H₂O₂氧化联合盐酸和柠檬酸进行化学淋洗对土壤中的总铬和Cr(Ⅵ)进行修复去除,并对氧化剂H₂O₂的浓度、淋洗剂盐酸和柠檬酸的浓度对土壤中铬的去除率的影响进行探究。结果表明:单独采用H₂O₂氧化,在浓度为10.0%时,其对土壤中铬的去除效果最佳,Cr(Ⅵ)去除率达到51.5%,总铬去除率达到20.9%;单独H₂O₂氧化、盐酸和柠檬酸淋洗后土壤中Cr(Ⅵ)浓度仍然超过GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》二类用地标准。而对H₂O₂氧化后土壤继续联合盐酸或柠檬酸淋洗,当盐酸浓度为1.0 mol/L、固液比为1∶4时,H₂O₂氧化联合化学淋洗修复后的土壤中Cr(Ⅵ)浓度为4.4 mg/kg,达到GB 36600—2018二类用地标准,此时土壤中Cr(Ⅵ)去除率为85.5%,总铬去除率为50.6%。Tessier五步提取形态分析表明:修复后土壤中残渣态铬的比例从44.7%提高到93.4%,显著降低了铬二次释放的风险。研究结果可为铬污染土壤的治理修复和铬的回收利用提供参考。