采用單一電動力修復(fù)技術(shù)和電動力耦合活性炭可滲透反應(yīng)格柵(EK-PRB)技術(shù)
土壤是人類生存發(fā)展的基礎(chǔ)
1 材料與方法
1.1 供試土壤與活性炭
供試的土壤采集自福建省廈門市華僑大學(xué)附近未受污染農(nóng)田(深度為0~20 cm)
將鉻(Ⅵ)添加到未受污染的土壤中
1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計
實(shí)驗(yàn)用到的實(shí)驗(yàn)裝置A
,B,如圖1所示.圖1中:裝置由聚氯乙烯材料制成;反應(yīng)器主體主要由土壤槽(6.5 cm×10.0 cm×6.5 cm)(a) 裝置A (b) 裝置B
圖1 電動力修復(fù)實(shí)驗(yàn)裝置
Fig.1 Electrodynamic repair experimental device
為避免土壤槽中的土壤顆粒進(jìn)入電極槽中
1.3 實(shí)驗(yàn)方法
電動修復(fù)實(shí)驗(yàn)條件
表1 電動修復(fù)實(shí)驗(yàn)條件
Tab.1 Experimental condition of electrokinetic remediation
1.4 分析方法
1.4.1 土壤pH值的測定 準(zhǔn)確稱取10 g土壤于燒杯中
1.4.2 土壤鉻(Ⅵ)的測定 準(zhǔn)確稱取2 g土壤,加入15~30 mL
1.4.3 能量損耗與鉻(Ⅵ)總?cè)コ实挠嬎?能量損耗(W)的計算式為
W=UIdt.
上式中:U為實(shí)驗(yàn)中施加的電壓,V
;I為實(shí)驗(yàn)中反應(yīng)器的電流,A;t為運(yùn)行時間,h.鉻(Ⅵ)總?cè)コ?η)的計算式為
η= (C0-C)/C0×100%.
上式中:C0為實(shí)驗(yàn)前六價鉻和土壤的質(zhì)量比,mg·g-1;C為實(shí)驗(yàn)后六價鉻和土壤的質(zhì)量比,mg·g-1.
能量利用率(β)的計算式為
β=η/W.
2 結(jié)果與討論
2.1 電流隨時間的變化
圖2 不同實(shí)驗(yàn)條件下電流隨時間的變化
Fig.2 Variation of electric current with time under different experimental conditions
不同實(shí)驗(yàn)條件下電流隨時間變化的結(jié)果
,如圖2所示.由圖2可知:實(shí)驗(yàn)過程中, 電流的大小呈現(xiàn)出IT5>IT4>IT3>IT2>IT1的順序;除了T1與T2外,電動力修復(fù)過程中電流隨時間先增大后減少,最后趨于穩(wěn)定;T1與T2電流分別在1,2 mA上下輕微波動,沒有呈現(xiàn)出明顯的變化;T3與T4電流在2 d之內(nèi)逐漸增大到一定峰值,T3的最大電流能達(dá)到8.69 mA,T4的最大電流則高達(dá)13.95 mA,到實(shí)驗(yàn)后期,電流逐漸減小,最終兩組實(shí)驗(yàn)的電流均穩(wěn)定在2.00 mA左右;T5的電流在11 h之內(nèi),迅速從0.70 mA增加到20.44 mA,隨后電流逐漸減小,最終穩(wěn)定在2.00 mA左右.在電動力修復(fù)實(shí)驗(yàn)中,電流大小與在土壤中可移動離子的質(zhì)量濃度密切相關(guān),實(shí)驗(yàn)開始時電流較高是因?yàn)楦哔|(zhì)量濃度的金屬離子導(dǎo)致的.電流逐漸降低的原因主要有2個.1) 隨著電動力修復(fù)時間的增加
圖3 不同實(shí)驗(yàn)條件下累積的 能量損耗隨時間的變化
Fig.3 Change of accumulated energy consumption with time under different experimental conditions
2.2 能量損耗隨時間的變化
不同實(shí)驗(yàn)條件下累積的能量損耗隨時間的變化,如圖3所示.由圖3可知:電動力修復(fù)過程中
,損耗的電能隨時間呈現(xiàn)出單調(diào)增加的趨勢,這與許多研究結(jié)果一致;累積能量損耗表現(xiàn)為WT3>WT5>WT4>WT2>WT1.在安置了PRB的實(shí)驗(yàn)中,只有T3的能量損耗高于沒有安置PRB的實(shí)驗(yàn).除了有害金屬的遷移所需要的能量外,加熱效應(yīng)和水的電解也會造成能量損失.為了進(jìn)一步說明在電動力修復(fù)過程中的能量利用情況,評估了各組實(shí)驗(yàn)的能量利用率.不同實(shí)驗(yàn)條件下修復(fù)結(jié)果
,如表2所示.由表2可知:各組能量利用率表現(xiàn)為βT1>βT2>βT4>βT5>βT3;T3與T5有較高的移除效率,但由于熱效應(yīng)、水的電解和非目標(biāo)離子的遷移導(dǎo)致更多能量的損耗,所以T3與T5呈現(xiàn)出相對較低的能量利用率.表2 不同實(shí)驗(yàn)條件下修復(fù)結(jié)果
Tab.2 Remediation results under different experimental conditions
2.3 電解液pH值隨時間的變化
電動力修復(fù)過程中,陰陽兩極電解液pH值隨時間的變化,如圖4所示.
(a) 陽極電解液 (b) 陰極電解液
圖4 不同實(shí)驗(yàn)條件下陽極電解液和陰極電解液pH值的變化
Fig.4 Changes of anolyte and catholyte with pH value under different experimental conditions
由圖4可知:實(shí)驗(yàn)過程中
,陽極電解液pH值都隨時間呈現(xiàn)出迅速降低,最后穩(wěn)定的趨勢,其中,T1,T2和T3陽極電解液pH值穩(wěn)定在2左右,T4,T5則穩(wěn)定在1左右;陰極電解液pH值都隨時間呈現(xiàn)出迅速升高,而后趨于穩(wěn)定的趨勢,最終均保持在10以上.這是因?yàn)殛庩杻蓸O電解液在電場的作用下會發(fā)生水解反應(yīng),反應(yīng)式如下.陽極反應(yīng):
2H2O=4H++O2(g)+4e-
陰極反應(yīng):
4H2O+4e-=4OH-+2H2(g)
由反應(yīng)式可知:陽極發(fā)生氧化反應(yīng)產(chǎn)生的H+會使陽極槽pH值降低;而陰極發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生的OH-會使陰極槽pH值升高.較高的電流值會增大電解的強(qiáng)度
,從而導(dǎo)致陰陽兩極電解液pH值更顯著的變化.在電動力修復(fù)的后期,陰極電解液pH值隨時間呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢,主要的原因是較大的電滲流導(dǎo)致的陰極槽OH-的質(zhì)量濃度降低.2.4 土壤pH隨時間的變化
圖5 不同實(shí)驗(yàn)條件修復(fù)后土壤pH值的變化
Fig.5 Variation of soil pH value after remediation by different experimental conditions
電動力修復(fù)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后
,土壤pH值變化,如圖5所示.由圖5可知:S1~S5的pH值都逐漸增大,即土壤pH值從靠近陽極區(qū)域到靠近陰極區(qū)域呈現(xiàn)出逐漸升高的趨勢;T4和T5靠近陽極區(qū)域的土壤pH值較低,分別只有3.84和4.192.5 土壤中鉻(Ⅵ)的分布和去除率
電動力修復(fù)結(jié)束后
,土壤中鉻(Ⅵ)的分布,如圖6所示,由圖6可知:除了T1外,無論有沒有PRB,修復(fù)完成后鉻(Ⅵ)在土壤中殘留趨勢整體表現(xiàn)為從陰極到陽極逐漸升高,這是由于鉻(Ⅵ)在電場的作用下從陰極向陽極遷移;T1中S1采樣點(diǎn)殘留量要低于S2,這是因?yàn)榘仓没钚蕴縋RB后,在電流較小的情況下,靠近PRB區(qū)域的鉻(Ⅵ)更易于通過活性炭的吸附作用從土壤中移除;S5點(diǎn)的殘留量要高于S4,主要原因是在弱堿性條件下,鉻(Ⅵ)和土壤顆粒的結(jié)合能力比較強(qiáng),在1 V·cm-1的較低電壓梯度下,由于安置了PRB,電阻較大,電流較小,電遷移的作用也隨之減小,鉻(Ⅵ)難以被遷移不同實(shí)驗(yàn)條件下
圖6 不同實(shí)驗(yàn)條件修復(fù)后土壤中鉻(Ⅵ)的變化 圖7 不同實(shí)驗(yàn)條件下各采樣點(diǎn)鉻(Ⅵ)的去除率
Fig.6 Variation of Cr(Ⅵ) in soil after remediation
Fig.7 Removalefficiency of Cr(Ⅵ) at each sampling by different experimental conditions point under different experimentalconditions
土壤對鉻(Ⅵ)的吸附隨pH值的升高而降低
3 結(jié)論
1) 與安置PRB的實(shí)驗(yàn)相比,沒有安置PRB的實(shí)驗(yàn)靠近陽極區(qū)域的土壤pH值較低
2) 鉻(Ⅵ)在電動力修復(fù)過程中是通過電遷移的作用從陰極向陽極進(jìn)行遷移
3) 單一電動力修復(fù)技術(shù)在電壓梯度為2 V·cm-1,修復(fù)時間為5 d下,鉻(Ⅵ)去除率為93.58%
4) 電動力耦合活性炭PRB技術(shù)比傳統(tǒng)電動力技術(shù)修復(fù)鉻(Ⅵ)污染土壤不僅可以在同等能量利用率的情況下表現(xiàn)出更好的去除率,同時對土壤pH值的影響較小
上一篇:河北舉行“河北省推進(jìn)大氣污染綜合治理工作”新聞發(fā)布會
下一篇:【問題匯總】關(guān)于土壤監(jiān)測
-
關(guān)于重點(diǎn)行業(yè)一氧化碳排放點(diǎn)位安裝在線監(jiān)測裝置的通知
-
,省長許勤主持召開省大氣、水
、土壤污染防治工作領(lǐng)導(dǎo)小組會議" title="6月2日,省長許勤主持召開省大氣、水、土壤污染防治工作領(lǐng)導(dǎo)小組會議"> 6月2日,省長許勤主持召開省大氣、水