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电动力修复技术去除城市污泥中的重金属研究

中国给水排水 2006年第3期22卷 101-104页

作者：袁华山刘云国李欣湖南大学环境科学与工程学院

分析了城市污水处理厂污泥中重金属的形态,重点考察了不同形态的Cd、Zn在电动力作用下的去除率。结果表明,污泥经电动力作用5 d后,对Cd、Zn的总去除率分别为64.50%、65.02%,其中对易被植物吸收的非稳态(可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧... 详细信息

分析了城市污水处理厂污泥中重金属的形态,重点考察了不同形态的Cd、Zn在电动力作用下的去除率。结果表明,污泥经电动力作用5 d后,对Cd、Zn的总去除率分别为64.50%、65.02%,其中对易被植物吸收的非稳态(可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态)Cd、Zn的去除效果尤为明显,去除率分别高达68.60%、75.73%。可见,应用电动力修复技术去除污泥中的重金属是可行的,修复后的污泥可进行土地利用。

关键词：电动力修复重金属污泥

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电动力修复技术处理城市污泥中重金属的研究

电动力修复技术处理城市污泥中重金属的研究

作者：袁华山湖南大学

学位级别：硕士

城市污泥中含有丰富的有机物及N、P、K等营养元素,同时还含有重金属及病原菌等有害物质。污泥土地利用是符合中国国情的处置方法。污泥中的重金属是城市污泥土地利用的重要限制因素。本文研究以长沙市某污水厂污泥为研究对象,研究了电... 详细信息

城市污泥中含有丰富的有机物及N、P、K等营养元素,同时还含有重金属及病原菌等有害物质。污泥土地利用是符合中国国情的处置方法。污泥中的重金属是城市污泥土地利用的重要限制因素。本文研究以长沙市某污水厂污泥为研究对象,研究了电动力对污泥中重金属处理的适应性(实验I),并在实验I的基础上,研究了pH值对电动力处理污泥中重金属的影响实验(实验Ⅱ),及硫杆菌对电动力去除污泥中重金属的影响(实验Ⅲ)。电动力修复技术是国际环境科学和工程领域的前沿课题之一。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。实验I表明,污泥在电动力的作用下,经过5d后,Cd、Zn、Cu的总去除率分别为64.50%、65.02%、;易于被植物吸收的不稳定态(可交换态、碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态)的处理效果明显,不稳定态的去除率分别68.60%、75.73%。电动力修复技术处理污泥中的重金属是可行的,修复后的污泥有利于土地利用。实验Ⅱ结果表明,污泥pH值是影响电动力修复效果的关键因素,污泥pH值不但可以影响污泥中重金属的存在形态还可以通过影响污泥的电导率、污泥的温度和改变污泥的含水率来影响污泥中可以迁移的重金属含量。降低污泥pH值能有效的提高修复效率、降低修复成本和缩短修复周期。实验Ⅲ分析了分析了硫杆菌对电动力去除污泥中重金属的影响机理。硫杆菌处理后的污泥,pH值降低,部分重金属从稳定态转化为可溶态。经硫杆菌预处理后的泥样和未经预处理的泥样,在同样条件下用电动力处理,处理结果为:预处理后Cd的去除率从61.85%上升到72.54%,Cu从34.26%上升到63.51%,Zn从65.06%上升到71.22%。预处理对Cu的影响比Cd、Zn大得多。用电动力处理Cu超标污泥中重金属时,将污泥先用硫杆菌预处理,可有效地提高其去除效果,处理后的污泥有利于农用。综上所述,电动力处理污泥中重金属是一门很具前景的修复技术。

关键词：污泥重金属电动力修复 pH值硫杆菌去除率

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电动力修复Pb、Cd复合污染土壤研究

电动力修复Pb、Cd复合污染土壤研究

作者：章梅中国矿业大学

学位级别：硕士

土壤重金属复合污染及其修复已经成为全球环境问题研究的焦点。由于电动修复技术对重金属复合污染的低渗透性土壤具有较好的适应性,也可与其它修复技术联用,因此,该技术已经受到广泛关注,在我国尚处于起步阶段。本文以Pb、Cd复合污染土... 详细信息

土壤重金属复合污染及其修复已经成为全球环境问题研究的焦点。由于电动修复技术对重金属复合污染的低渗透性土壤具有较好的适应性,也可与其它修复技术联用,因此,该技术已经受到广泛关注,在我国尚处于起步阶段。本文以Pb、Cd复合污染土壤为研究对象,重点探讨了修复液种类和浓度、土壤类型、淋洗液等因素对电动力修复重金属去除效率的影响。获得主要结果如下:(1)筛选出EDTA(0.05M)和柠檬酸(阳极0.3M,阴极0.1M)作修复液。EDTA做电解液时,Cd和Pb的平均去除率分别为17.8%、13.2%,消耗电能为26.9 KW·h/g;Cd、Pb通过与EDTA络合为CdEDTA和PbEDTA在电场作用下迁移至阳极的方式去除,且对土壤pH值的改变较小,二次污染小。柠檬酸做电解液时,Cd、Pb的平均去除率分别为18.3%、10.3%,消耗电能为35.1KW·h/g;Cd在S1区与S5区的存在的主要形态分别为Cd、Cd-(Citrate),分别往阴极和阴极方向迁移,Pb在土壤中的主要存在形态为Pb-Citrate,在电场作用下迁移至阳极的方式去除。(2)不同土壤因其理化性质的差异导致其重金属去除率有所不同。在电压梯度为2 V/cm、修复时间为4 d条件下,棕壤中的最佳电解液为EDTA,Cd、Pb的去除率分别为17.8%和13.2%;红壤中的最佳电解液为柠檬酸,Cd、Pb的去除率分别为33.8%和20%;黑壤中的最佳电解液为EDTA,Cd、Pb的去除率分别为19%和24%;柠檬酸能加快土壤的酸化,使重金属从土壤颗粒表面解吸,亦能与金属离子形成带负电的络合物,对土壤中Cd的去除效果优于Pb;而EDTA主要通过与重金属络合,形成带负电的络合物,对土壤中Pb的去除效果优于Cd。延长修复时间能显著提高Cd、Pb的去除率,电解液为柠檬酸时,修复10d,Cd去除率达91.1%;电解液为EDTA时,Pb去除率达63.2%,红壤中Cd和Pb浓度均低于建设用地土壤污染风险筛选值。(3)选用0.3M柠檬酸作电动-淋洗联合修复时的淋洗液,因EDTA优先选择Fe形成络合物,与Cd和Pb竞争吸附位点。电动-淋洗联合修复技术能显著提高土壤中重金属Pb、Cd的去除率,最佳修复液为柠檬酸,Cd、Pb去除率的平均值分别为84.16%、79.44%。

关键词：复合重金属电动力修复修复液联合修复

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电动力修复Pb污染土壤的实验研究

电动力修复Pb污染土壤的实验研究

作者：仲洋洋中国矿业大学

学位级别：硕士

上个世纪我国工业快速发展,因规划设计和经济结构不合理等原因,至使一些处于城区内的生产场地出现了环境问题。某公司大量回收废旧电池堆放于厂区内,经机械磨损和腐蚀,大量重金属及酸等电解质溶液渗出,致使堆放场地的重金属污染,经测定... 详细信息

上个世纪我国工业快速发展,因规划设计和经济结构不合理等原因,至使一些处于城区内的生产场地出现了环境问题。某公司大量回收废旧电池堆放于厂区内,经机械磨损和腐蚀,大量重金属及酸等电解质溶液渗出,致使堆放场地的重金属污染,经测定其中Pb含量高达900-1800mg/Kg,严重超出土壤背景值。本文采用电动力学法通过实验室模拟和实际污染相结合的方法,考察电动力学修复该污染土壤的可行性,研究了电动力修复时间、电压梯度、交换电极方向、间歇通电和阴极p H值控制对重金属去除效果的影响,并在最佳实验条件下,研究电动力修复对土壤土壤肥力的影响。通过一系列的实验研究得到以下结果:(1)重金属Pb去除率随修复时间及电压的增大不断升高,电能消耗随之增高。当修复时间和电压为96h、1.0 V/cm时,土壤中Pb从1500mg/kg降为941mg/kg,去除率为37.25%,电能消耗80.5 k W·h/g。(2)间歇通电和交换电极方向修复方式可以有效降低电能消耗,提高重金属去除率。实验得到最佳间歇通电方式为通24h停12h通24h停12h通24h,此种修复方式下重金属去除率45.3%,电能消耗33.53k W·h/g。实验设定交换电极方向频率为48h,此条件下Pb去除率升高到64.5%,电能消耗为44.43 k W·h/g。(3)阴极p H控制方式可有效防止阴极p H值过高导致的重金属沉淀,土壤中Pb去除率大幅度提高,由1500mg/kg降为390mg/kg,去除率为74%,电能消耗32.6k W·h/g。在此修复方式下,Pb去除率最高且能耗最低,因此确定最佳实验条件为电压1.0 V/cm、时间96h、0.1mol/L HNO3为循环阴极液。此条件下土壤中速效氮、速效磷、速效钾含量均有不同程度的升高,修复后速效氮、磷、钾平均含量分别高于初始含量17.66mg/kg,37.25mg/kg,59.04mg/kg。研究表明,电动力修复不但可以有效去除土壤中重金属,还可有效提高土壤肥力,是一种环境友好的修复技术,因此电动力修复还可广泛应用于农用土壤及其他类型污染土壤的修复。

关键词：铅污染土壤电动力修复修复效果土壤肥力

非均匀电场下电极排布方式对土壤中铜和锌电动力修复效果的影响

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非均匀电场下电极排布方式对土壤中铜和锌电动力修复效果的影响

作者： Juan Ernesto Almeira Ospina(胡安) 中国海洋大学

学位级别：硕士

土壤重金属污染是国内外亟待解决的环境问题,它具有累积性、滞后性、隐蔽性和不可逆性,一般难以恢复或治理。电动力修复技术(EK)是近十年来发展起来的一种污染土壤修复技术,其基本原理是:土壤中的水在电场力的作用下发生电解反应,阴极... 详细信息

土壤重金属污染是国内外亟待解决的环境问题,它具有累积性、滞后性、隐蔽性和不可逆性,一般难以恢复或治理。电动力修复技术(EK)是近十年来发展起来的一种污染土壤修复技术,其基本原理是:土壤中的水在电场力的作用下发生电解反应,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。本论文通过改变不同的电极排布方式,研究了电动力修复技术对土壤中铜、锌离子迁移效果的影响。试验土样为山东黄岛粘土,其中含有Fe、Cr、Zn。电极采用Ti柱状电极,直径2mm。第一阶段,在含有酚酞的土样中插入不同数目的阴、阳电极,以此考察电极排布对酸碱区域分别的影响,通过酚酞颜色变化来判断修复过程中土样酸碱区域的分布情况。其中电极排布方式分别为:阴-阳、阴-阴-阳、阴-阴-阴-阳,操作电压为5.0V,土样初始Cu浓度为304mg/L。试验结果表明,采用阴-阴-阳的三电极排布方式时,土样中酸性区域面积最大,有利于Cu迁移并去除。第二阶段,土样初始Cu浓度为580mg/L,Zn浓度为119mg/L,试验采用阴-阴-阳的三电极排布方式,土样中阴阳极之间的距离均为4.5cm,通过改变阴-阳-阴极之间的角度(简称CAC角度)和操作电压,研究其对Cu,Zn离子迁移效果的影响。CAC角度分别为0°,20°,40°和60°,操作电压为10.5V,结果表明,CAC角度为0°,20°,40°和60°时,单位能耗(1kW·h)所迁移的Cu离子质量分别为1.44g,1.69g,1.30g,2.35g,Zn离子质量分别为0.25g,0.29g,0.21g,0.28g。可见,60°时,Cu迁移效果最好,而Zn迁移效果和角度之间的关系不明显;CAC角度为60°,改变操作电压,分别为10.0V,10.5V,11.0V,单位能耗(1kW·h)所迁移的Cu离子质量分别为2.33g,2.35g,1.73g,而Zn离子的质量分别为0.29g,0.28g,0.41g。本课题考察了电动力修复技术中电极排布方式和电压对污染土壤中铜、锌离子迁移效果的影响。其中对铜离子迁移的影响比较显著,为重金属污染土壤电动力修复的理论研究和实际应用提供了依据。

关键词：电动力修复电极排布方式离子电迁移 pH梯度

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重金属复合污染场地电动力修复实验研究

重金属复合污染场地电动力修复实验研究

作者：刘刚北京化工大学

学位级别：硕士

中国土壤面临非常严重的重金属污染。重金属易被土壤中的胶体吸附,不能被生物降解,还可以通过食物链被生物富集放大,对土壤动植物、整个生态环境、人类生存发展构成长期潜在威胁。为了应对来自重金属对土壤的污染,专家们研发出各种有效... 详细信息

中国土壤面临非常严重的重金属污染。重金属易被土壤中的胶体吸附,不能被生物降解,还可以通过食物链被生物富集放大,对土壤动植物、整个生态环境、人类生存发展构成长期潜在威胁。为了应对来自重金属对土壤的污染,专家们研发出各种有效的新颖的处理方法。用电动力的方式对土壤进行处理被很早就提出来了,该技术具有非常大的发展潜力。此技术对环境影响小,可用于原位修复,修复效果明显,有极大的发展潜力。这篇论文所做的研究是用电动力技术去除土壤中的铜铅镉污染,在络合剂、反应装置等方面进行了实验。进行了土壤中共存多金属的活化研究,选择EDTA、柠檬酸、酒石酸、草酸、乙酸和去离子水作为活化剂进行土柱淋洗实验,研究了污染物在不同活化剂、浓度及pH下的活化效果,比较淋洗出来的重金属含量,得出***/L pH 6.5 EDTA对Cd、Cu、Pb的活化效果最好,活化率分别为54.43%、55.17%、46.46%。随渗滤液体积的增加,重金属累积活化量逐渐增加,该曲线用解吸方程拟合,分析重金属的解吸方式,如Elovich方程和抛物线方程b值的变化反映了pH的升高对EDTA促进重金属解吸起到重要作用。EDTA和柠檬酸可以对污染物起到很好的活化作用,选择这2种作为络合剂进行电动力修复。本文设计了电极上下放置和电极左右放置(极间距不可变／可变)的电动力修复系统,进行了电极放置位置、络合剂不同种类和浓度、反应时间、电极距离的多方面研究,得出的结论有：电极上下放置修复系统可驱动Cd、Cu、Pb向柱底层迁移并富集,使重金属从土柱底部随渗滤液流出,EDTA的络合效果优于柠檬酸,提高反应时间和溶液浓度有利于提高修复效果。反应10天,浓度为0.1mol/L的EDTA对Cd、Cu、Pb去除率分别能达到56.9%、59.5%、42.8%,与没有外接电压相比,节省了EDTA用量21.8%。电极左右放置修复系统可使Cd、Cu、Pb同时向阴阳极迁移,EDTA金属络合物的迁移能力强于柠檬酸金属络合物;对电极反应引起的pH变化,柠檬酸有较好的缓冲作用,使阴极区土柱的pH有较小变化;反应10天,浓度为0.1mol/L的EDTA对Cd、Cu、Pb的去除率分别为48.3%、46.3%、40.7%。水平电极距离增大,使系统电流波动变大。电极反应产生的H+和OH-对中部土壤pH影响减小。增大电极距离,不利于重金属迁移,使重金属大量残留在土柱中部,影响了修复效果。经过实验,当电极距离保持在10-15cm时,对重金属可以达到较好的去除效果,电极距离为10cm,对Cd、Cu、Pb的去除率分别可达64.9%、69.2%、55.7%。电极上下放置系统的电流值和运行所需的电能明显小于电极左右放置系统。上下设置电极可减少活化剂用量,提高污染物的清除率。电极距离扩大,会减小单位质量土样的EDTA用量,影响污染物清除效果。

关键词：土壤重金属活化电动力修复

模拟二维电场强化电动力修复土壤铅/镉实验研究

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模拟二维电场强化电动力修复土壤铅/镉实验研究

作者：张绍楠中国矿业大学

学位级别：硕士

电动力修复技术因对低渗透性土壤重金属复合污染具有较好的去除效果,在国外已受广泛关注,在我国该技术尚处于实验研究阶段。电动修复铅、镉重金属污染土壤关键控制参数应重点考虑修复电压梯度,电极材料,土壤理化性质等。本文以铅、镉污... 详细信息

电动力修复技术因对低渗透性土壤重金属复合污染具有较好的去除效果,在国外已受广泛关注,在我国该技术尚处于实验研究阶段。电动修复铅、镉重金属污染土壤关键控制参数应重点考虑修复电压梯度,电极材料,土壤理化性质等。本文以铅、镉污染土壤作为研究对象,基于二维电场条件下电动力原位修复原理,重点开展了模拟二维电场不同电极布设方式的原位修复实验以及淋洗剂强化电动力修复的联合修复模拟实验,分析了模拟二维电场修复条件对土壤中铅镉复合污染的去除规律,基于铅、镉重金属迁移与形态转化研究,揭示了二维电场条件下铅镉复合污染土壤的电动力修复机理,提出了现场二维电动力修复实施的关键工程参数,主要结论如下:(1)设计了正三角形、正四边形、正六边形的三种电极布设方式,重点考虑了二维电场电流强度和土壤p H等影响因素,开展了模拟实验研究,结果表明,电动力修复铅、镉复合污染的最佳二维电极布局为二维正六边形的布设方式。当选用柠檬酸作电极液,电压梯度2V/cm,修复时间20d的条件下,正六边形电极布设的二维电场对铅、镉的电动力修复效果最好,平均去除率分别为51%、60%,达到相同去除率所需能耗较低,且对土壤p H值的改变较小。(2)基于二维电动力-土壤淋洗模拟实验,设计了正六边形布设电极布局,重点关注了二维电场电流强度、土壤p H以及淋洗剂洗脱作用等因素对铅、镉重金属去除效果的影响,揭示了淋洗剂种类与配比对淋洗强化二维电动修复铅、镉复合污染土壤的规律与机理。当淋洗剂浓度为0.1M,修复时间为20d的条件下,EDTA对黄壤土的淋洗效果最佳,铅、镉的去除率分别为70.28%、58.13%,淋洗技术可增强电动力修复效果,当淋洗液为0.1M EDTA溶液,水土比为1:2,铅、镉污染土壤的联合修复效果最佳,去除率的平均值为80.55%、70.64%。三种淋洗剂中柠檬酸与盐酸可以加快使铅、镉从土壤颗粒表面解吸。(3)基于电动修复原理与关键影响因素,从元素形态演变的角度采用Visual MINTEQ分析了Cd、Pb在二维电场中的形态变化,Pb、Cd分别与Citrate在阳极络合形成Pb H-Citrate和Cd H-Citrate在电场作用下迁移至阴极,形成新的络合物质Pb(OH),Cd(Citrate),Cd(OH)以及沉淀物Pb(OH),Cd(OH)的方式去除。在正六边形电极布设中,淋洗液为0.1MEDTA溶液,水土比为1:2,电压梯度2V/cm,修复时间20d条件下,Pb,Cd会与实验中大量的EDTA分子、柠檬酸分子发生络合反应,主要以Cd HEDTA,Pb HEDTA形式分别向阳极方向迁移。本论文有图60幅,表13个,参考文献81篇。

关键词：铅镉复合污染二维电场电动力修复淋洗剂联合修复

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冻融强化电动力修复石油污染土的试验研究

冻融强化电动力修复石油污染土的试验研究

作者：胡阳兰州理工大学

学位级别：硕士

电动力修复是一种新兴的修复技术,在联合其他诸如微生物、化学修复手段后,对大多数环境下的石油污染土都有着良好的修复效果。但是在季节性冻土区这一特定环境下,关于电动力修复石油污染土的研究仍处于探索状态。在季节性冻土区中,土体... 详细信息

电动力修复是一种新兴的修复技术,在联合其他诸如微生物、化学修复手段后,对大多数环境下的石油污染土都有着良好的修复效果。但是在季节性冻土区这一特定环境下,关于电动力修复石油污染土的研究仍处于探索状态。在季节性冻土区中,土体会受到天然的冻融作用影响,这种冻融作用会引起土中水分向冷端迁移,土中部分污染物也随之迁移,冻融淋洗修复技术由此被提出,而电动力修复过程中也存在类似的水分定向迁移。本文从此点出发,提出了一种将冻融淋洗修复与电动力修复相结合的修复技术,即冻融强化电动力修复技术,并由此展开了试验研究。首先,本文对冻融作用下的土体渗透系数变化规律及石油迁移规律进行了试验研究,为冻融强化电动力修复石油污染土时土体初始条件的优化提供了试验依据。然后通过对冻融淋洗修复和电动力修复的试验研究,确定了该联合修复技术的最佳组合方式。在文章最后,本文综合分析了上述试验所得出的结论并运用到实际修复中,开展了冻融强化电动力修复石油污染土的试验研究。获得的主要结论如下:（1）在冻胀位移限制为零的边界条件下,多向冻融能够提升土体渗透系数,提升程度随着含水率的升高而升高,随着密度的增加而降低;在冻胀位移限制为零的边界条件下,单向冻融降低了土体渗透系数,下降幅度随着干密度的增加而减小,随着初始含水率的上升而上升。（2）在单向冻融过程中,当冷端温度过高时,土中水分缺乏驱动力,石油迁移量较小。冷端温度过低时,孔隙水还未来得及迁移就已冻结成冰,水分迁移距离较短,石油最终迁移量也较小。初始含水率和冻融次数的提升都有利于石油在土中的迁移。通过对（1）、（2）两点结论的分析,冻融强化电动力修复时试样的初始干密度、含水率、冷端温度、冻融次数及部分边界条件等基本初始条件得到优化。（3）冻融淋洗修复在吸水过程中能够吸入大量水分,但是固结排水效率较低,石油的清除率较低。经过三次吸水和排水后,石油清除率仅为21.75%;电动力修复在吸水过程中能够吸入大量水分,固结排水效率相对冻融淋洗修复较高。经过三次吸水、排水后,石油的清除率达到了36.04%;在冻融强化电动力修复过程中,本文在电动力修复前对污染土进行了冻融处理,冻融作用在不影响PH分布的前提下改变了电动力修复时的初始水分分布和总含水率,为后续修复的进行创造了有利条件;在排水过程中,电动力修复时出现的土体开裂情况得到明显改善。总体而言,冻融强化电动力修复相比于冻融淋洗修复和电动力修复在吸水量和排水量、电流大小、石油清除率等方面都有较大改善。经过三次吸水和排水后,石油的清除率达到了53.82%。

关键词：冻融淋洗修复电动力修复冻融强化电动力修复石油迁移

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土壤重金属污染电动力修复技术研究进展

土壤重金属污染电动力修复技术研究进展