電動修復和滲透性反應墻聯合修復技術應用進展

閆鵬飛，張 棟，姜艷朋

（1.威海博通熱電股份有限公司；2.威海第二熱電集團有限公司，威海 264200）

現今，主流的土壤修復技術主要有生化修復法、電動修復法、物理修復法等。由于土壤的組成復雜、污染物質種類多樣、性質和類型復雜，這都給土壤修復帶來了較大的挑戰，單單依靠一種技術已難以達到修復目的，因此，多技術聯合修復應運而生。

將電動修復技術與滲透性反應墻二者聯合起來對污染土壤進行修復越來越受到國內外學者的重視。該技術同時具有兩種修復技術的優點，能夠同時對無機物和有機物污染土壤進行原位修復，更重要的是該技術對滲透性較差的污染土壤也有極強的修復能力，不受場地、溫度等因素影響，同時能夠有效防止修復造成的次生污染，修復成本相對低廉。筆者綜述了近年來國內外學者對該聯合修復技術的科研成果，總結了研究現狀及實際應用中存在的短板，為其將來的發展提供理論依據。

1 電動修復和滲透性反應墻聯合修復技術

該技術是將具有還原性的滲透性反應墻設置在電場中，污染土壤中的重金屬離子、大分子有機膠團等在電動力的驅動下向兩端電極處移動，在移動的過程中，污染物質被滲透性反應墻降解。該技術能夠在移除污染物質的同時有效降低污染物質的毒性。目前，我國學者對該技術的研究還主要集中在理論研究階段，實驗室模型試驗鮮有報道；美國、加拿大、英國的學者對該技術較早進行了關注，并且進行了大量的實地修復試驗。

2 電動修復和滲透性反應墻聯合修復技術應用進展

2.1 對金屬物質污染土壤修復

應用電動修復和滲透性反應墻聯合修復技術對As和Cd污染土壤進行修復是目前研究的熱點。聯合修復對污染土壤中重金屬的去除效果比較顯著，但是在修復過程中滲透性反應墻中還原性基質的作用機理尚不明確，不同學者的研究結果存在較大差異。

江姿幸利用該技術對高濃度As污染土壤進行修復，在單獨電動修復條件下，As+5的去除效率為26.78%～26.91%，當在電場中增加滲透性反應墻時，As+5的去除效率迅速升至43.89%～70.25%[1]。試驗中As+5在電場陽極大量富集，這說明As在電場驅動下受離子遷移作用較為明顯。最終整體試驗表明，單獨電動修復時，電場作用下的離子遷移是As去除的主要原因，當電場中增加還原性反應墻時，反應墻中納米級鐵粉的吸附作用起到了較大的輔助作用，Fe0在修復過程中的還原作用表現不明顯。

通過開展試驗，學者Halk Chung等卻得出了完全相反的結論。試驗結果顯示，單獨的電動修復能夠去除污染土壤中90%的Cd，當使用電動和反應墻聯合修復時，Cd的去除效率僅為70%[2]。在此試驗條件下，電動修復效果要高于聯合修復，尚有10%的Cd殘留在聯合修復后的土壤中，還有20%的Cd被反應墻中的基質所捕獲。

2.2 對非金屬物質污染土壤修復

現階段，利用該聯合修復技術對含氯有機物質污染土壤修復的研究較多，如四氯乙烯（PCE）、三氯乙烯（TCE）等。另外，該技術對硝酸鹽污染土壤的修復也具有顯著成效。

2.2.1 對PCE污染的修復

滲透性反應墻在電場中的相對位置不同，對污染土壤中PCE的去除效率具有很大影響。另外，多種輔助方法的介入，可以顯著降低土壤中PCE的濃度。袁菁等通過實驗室模型試驗發現，滲透性反應墻由電場的陽極向電場中間推移時，PCE的去除效率從44%升高至57%；當反應墻繼續往陰極移動時，PCE的最終去除效率能夠達到66%[3]。這是因為當反應墻遠離陽極時，土壤中的PCE在電場的作用下發生遷移，能夠有足夠的時間與反應墻中的還原介質Fe0發生反應。

2.2.2 對TCE污染的修復

如何合理搭配填充于反應墻中基質的密度和電動修復的電場電壓梯度對提高三氯乙烯（TCE）的去除率至關重要。Hormg以Fe0作為反應墻基質，將該聯合修復技術應用于土壤實地原位修復中，試驗數據顯示，土壤TCE污染濃度為1 500 mg∕kg時，Fe0濃度為0.5 g∕cm3、電壓梯度為0.23～0.3 V∕cm、修復時間1年，能夠達到95%～99%的去除效率[4]。

2.2.3 對硝酸鹽污染的修復

電動修復和滲透性反應墻聯合修復技術對受污染土壤中硝酸鹽具有較高的去除效率，能夠達到滿意的修復效果。在室內實驗室條件下，Chew等只利用電動修復技術，試驗數據表明，不同電壓對硝酸鹽污染土壤具有不同的去除率，硝酸鹽主要被轉化為NH3和N2，轉化率為54%～87%。同時，在電場中設置滲透性反應墻能夠大大提高硝酸鹽的去除效率，但反應墻中添加的還原劑的粒度是影響去除率的重要參數[5]。

3 存在的問題

電動修復和滲透性反應墻聯合修復技術作為一項綠色、高效的原位土壤修復技術，雖然作用機理比較簡單，但在修復過程中產生的各種理化反應非常復雜。目前，該土壤聯合修復技術尚存在以下問題。

一是運用電動修復和滲透性反應墻聯合修復技術治理的污染物質種類還僅限于含氯有機物和砷、鎘等無機物，修復對象相對單一。在實際工程運用中，實地污染土壤中的污染物情況非常復雜，種類、濃度、溫度等都不盡相同，如何將該聯合修復技術結合其他輔助修復方法應用到多種污染物質的土壤修復中將是今后研究的新方向。

二是尚不能明確確定滲透性反應墻在電場中的最佳位置。在電場中，反應墻是在陽極附近還是在陰極附近能夠達到較高的去除效率，不同學者對此有不同的見解。另外，反應墻的最佳位置與受污染土壤中污染物質的數量和種類是否存在某種關聯尚不得知。當電場中設置多個滲透性反應墻時，墻間的相對位置及相對于兩極的位置如何確定，還需進一步確定。

三是需要更深層次地研究在電場的作用下，滲透性反應墻對污染土壤的修復機理。土壤中的污染物質在電場的驅動下向兩極遷移的過程中，反應墻是如何發揮作用的目前有兩種觀點：一種是污染物質被反應墻中的基質所吸附進而被去除；另一種是污染物質與基質發生氧化還原反應而被去除。到底哪種機理起主導作用，不同的學者有不同的見解。

四是滲透性反應墻中的還原性基質絕大部分都是Fe0，并且其粒度已經達到納米級。納米級的Fe0成本比較高，實際工程需要大量使用，會造成土壤修復成本偏高。人們需要尋找一種低廉、高效的還原物質來替代納米級的Fe0，為該聯合修復技術大規模應用于實際工程掃除成本障礙。

4 結語

當前，我國土地資源比較緊張，污染土壤修復越來越受到重視。電動修復和滲透性反應墻聯合修復技術結合了兩種修復方法的優點，具有修復效果好、集成化程度高、無次生污染等特點，在土壤原位修復領域有著廣闊的應用前景。隨著研究的深入，該聯合修復技術將逐漸完善，并在我國土壤修復領域發揮重要作用。

1 江姿幸.滲透性反應墻對于砷污染土壤進行電動力法復育影響之研究[D].高雄：臺灣中山大學，2005.

2 Halk Chung，MyungHo Lee.A new Method for Remedial Treatment of Contaminated Clayey Soils by Electrokinetics Coupled with Permeable Reactive Barriers[J].Electrochimica Acta，2007，（52）：3427-3431.

3 袁 菁，張力升.電動力技術結合Fe0反應墻處理四氯乙烯污染粘土：電位坡降及處理時間之影響[A].臺灣第二屆土壤與地下水處理技術研討會論文集[C].臺南：臺灣成功大學出版社.2001.

4 Horng J J.A Model Study of Ionic Transport and Its Role in Electrokinetic Treatment of Contaminated Soils[D].Seattle：University of Washington，1993.

5 Chew C F，Zhang T C.In-Situ Remediation of Nitrate-Contaminated Ground Water by Eemediation of Nitrae-Contaminated Ground Water by Electrokinetic/Iron Wall Processes[J].Water Science and Technology，1998，38（7）：135-142.