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重金属污染问题日益严重,河底底泥重金属污染是世界范围内的一个重要环境问题。珠三角地区电镀厂的电镀废水排入到河涌,废水中的重金属在物理沉淀,化学吸附等作用下由水相转入固相,沉积于河涌底泥中,这些重金属严重影响水体周围生态环境及沿河农业生产,并通过食物链等方式危害人体健康。当河流污染源和水体得到控制后,受重金属污染的底泥则成为水体重金属污染的主要来源。珠三角地区电镀厂周围的河流底泥重金属污染严重,在河涌污染治理过程中,底泥的污染治理是一个关键问题。河道底泥电动修复技术是近十年兴起的一种污染土壤修复技术,它是河道底泥化学、环境化学、电化学和分析化学等交叉学科的研究领域。其具有高效、无二次污染、节能、原位修复等明显特点而备受关注,具有广阔的应用前景。
本研究利用电动修复技术对电镀厂附近受重金属污染严重的河涌底泥进行试验研究,主要有:电动修复的主要影响因素,包括清洗液的pH值、运行电压、试验处理时间等,通过试验分析以获得最佳的试验条件;探讨了重金属在底泥中的形态分布,及电动修复前后重金属形态的变化;为了进一步提高电动修复效果,采用化学强化剂预处理、设置竹炭吸附区、电场极性周期更换等强化措施,并对电动修复的强化效果以及措施的可行性进行探讨。试验研究具体结果如下:
(1)河涌底泥中各种重金属含量高且形态复杂。与农用污泥中污染物控制标准(GB4284—84)相比,各种重金属的浓度均严重超标,其中Zn含量最高超标近9倍,Cr超标2倍。重金属主要以稳定态存在,Zn残渣态占其总量的33%左右。高吸附性和弱移动的重金属较难通过动电技术去除,一定程度上增加了处理技术上的难度。
(2)对电动修复过程中阴极清洗液pH控制对电动修复效率的影响进行了试验研究。设计了3个不同水平的阴极清洗液pH,施加恒定直流电压25v,运行5d。分析了试验过程中电流及电渗流的变化,以及试验完成后土壤pH和电导率的迁移分布,并对每组试验各种重金属的去除效率和各截面重金属的迁移分布进行了讨论,探讨了电动修复前后河涌底泥重金属形态的变化。结果表明,控制阴极清洗液不同pH水平,河涌底泥重金属的电动修复效果不同,其中,以pH控制在5的条件下,修复效果较好,Zn、Cr的去除率分别为40.26%、51.56%。
(3)对运行电压分别为20V、25V和30V的三组试验进行研究,运行5d。结果表明:增加应用电压对电动过程中电渗流的影响不大,但提高了处理电流,所有电动修复后底泥的pH值均低于处理前。在不同电压处理下,阳极附近底泥中Zn、Cr去除率分别达80%、26%以上。此外,Zn在阴极附近底泥中富集,富集程度为24%以上,Cr在2#底泥的富集程度最高为30.8%,重金属的富集影响总的去除率。考虑去除效果和能耗,25V电压处理比较合适,阳极附近底泥中Zn、Cr的去除率分别高达93.9%、32.1%,但总体去除率较低,分别为23%、14%。并在此研究基础上,设定运行时间分别为5d、7d、10d,探讨不同的运行时间对去除效果的影响;结果表明修复效率随时间的增加而增加,但同时也增加了修复的成本。
(4)研究了柠檬酸和新型竹炭对电动修复的强化作用。以柠檬酸预处理、竹炭吸附、电极周期性切换作为强化手段,采用电动修复,设计了非竹炭吸附区、竹炭吸附区、竹炭吸附区联合电极切换等3个处理,均施加直流电压25V,运行10d。研究发现,柠檬酸预处理,能降低底泥初始pH、提高底泥电导率,有利于重金属的去除;添加新型竹炭,有利于重金属从底泥中迁出,显著提高重金属的去除率,重金属Zn、Cr的平均去除率分别可达80.95%、38.8%;周期性切换电极可以较好的维持底泥中的pH和电导率,防止重金属在两极的富集,提高重金属的迁移效率。