在自制的電動(dòng)力學(xué)裝置中，研究多種重金屬?gòu)?fù)合污染土壤的電動(dòng)力學(xué)修復(fù)，通過(guò)在陰極添加絡(luò)合劑EDTA 來(lái)提高修復(fù)效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，EDTA 的引入提高了修復(fù)過(guò)程中的電流值，且EDTA 與重金屬的絡(luò)合提高了污染物向電極液的遷移效率，從而強(qiáng)化了電動(dòng)力學(xué)修復(fù)效果。在設(shè)定的濃度( 0、0． 01、0． 02、0． 05 和0． 1 mol /L) 中，0． 1 mol /L 的EDTA 具有最佳的修復(fù)效率。在此實(shí)驗(yàn)條件下，污染土壤中的總銅、總鉛和總鎘的去除率分別為90． 2%、68． 1% 和95． 1%。電動(dòng)力學(xué)修復(fù)后，對(duì)土壤重金屬進(jìn)行化學(xué)形態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)電動(dòng)力學(xué)修復(fù)顯著改變了土壤重金屬存在形態(tài)，修復(fù)后土壤中的銅、鉛、鎘主要以較穩(wěn)定的有機(jī)態(tài)和殘余態(tài)形式存在，顯著降低了對(duì)周邊生物和環(huán)境的毒害。

關(guān)鍵詞電動(dòng)力學(xué)修復(fù)乙二胺四乙酸二鈉鹽重金屬化學(xué)形態(tài)土壤

近幾十年來(lái)，我國(guó)進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期，在取得矚目成就的同時(shí)，大量重金屬污染物通過(guò)工礦業(yè)，農(nóng)業(yè)等活動(dòng)進(jìn)入土壤，造成了嚴(yán)重的土壤重金屬污染，給人民生命及財(cái)產(chǎn)造成了重大損失并對(duì)周邊環(huán)境安全成了嚴(yán)重威脅。中國(guó)科學(xué)院學(xué)部咨詢項(xiàng)目“我國(guó)土壤重金屬污染問(wèn)題與治理對(duì)策”指出，當(dāng)前我國(guó)除了土壤重金屬污染面積擴(kuò)大，土壤重金屬疊加復(fù)合污染也日益突出。與單一污染相比，復(fù)合污染中重金屬元素及化合物之間的相互作用以及對(duì)生態(tài)效應(yīng)的綜合影響，使得污染形勢(shì)更趨嚴(yán)峻。有鑒于此，需要研發(fā)出能高效修復(fù)多種重金屬污染土壤的技術(shù)。

電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)是近十年來(lái)興起的一種土壤修復(fù)技術(shù)，其基本原理是將電極插入受污染的土壤形成低壓直流電場(chǎng)，在擴(kuò)散和土壤顆粒靜電引力的共同作用下形成擴(kuò)散雙電層［1-3］。在電場(chǎng)作用下，電滲流( 帶電荷的液體對(duì)攜帶相反電荷的固定介質(zhì)進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象) 、電遷移作用( 土壤孔隙溶液中的帶電離子向相反電極的遷移) 、電泳作用( 帶電膠體離子如細(xì)小土壤顆粒、腐殖質(zhì)和微生物細(xì)胞等的移動(dòng)) ，使土壤中的污染物移動(dòng)到電極兩端從而達(dá)到修復(fù)的目的［4-7］。相比于其他土壤修復(fù)技術(shù)，該技術(shù)具有能同時(shí)去除多種污染物質(zhì)、去除效率高、修復(fù)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。

目前關(guān)于電動(dòng)力學(xué)技術(shù)修復(fù)污染土壤的研究日益增多，特別是在重金屬污染土壤修復(fù)方面，國(guó)內(nèi)外很多專家學(xué)者展開了深入研究。研究表明，電動(dòng)力學(xué)技術(shù)可以同時(shí)去除土壤中的多種重金屬污染物［8-10］，但對(duì)于遷移性較差的重金屬去除效果不好 如鉛) ，同時(shí)在靠近陰極區(qū)域會(huì)出現(xiàn)重金屬沉淀。

有鑒于此，本研究在陰極液中引入絡(luò)合劑EDTA( 乙二胺四乙酸二鈉鹽) ，它有4 個(gè)給出電子對(duì)的氧原子和2 個(gè)給出電子對(duì)的氮原子，在相當(dāng)寬的pH 范圍內(nèi)可和大多數(shù)金屬離子形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而提高土壤中重金屬污染物的遷移性，并能減少靠近陰極區(qū)域土壤中的重金屬沉淀現(xiàn)象?？紤]到運(yùn)行成本及高濃度EDTA 的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，本實(shí)驗(yàn)采用低濃度EDTA 來(lái)強(qiáng)化電動(dòng)力學(xué)修復(fù)，研究其影響。同時(shí)由于不同化學(xué)形態(tài)的重金屬具有不同的環(huán)境效應(yīng)，會(huì)直接影響重金屬的生物毒性以及在自然界的循環(huán)，故本文還研究了電動(dòng)力學(xué)修復(fù)對(duì)土壤重金屬化學(xué)形態(tài)的影響。

1 材料與方法

1． 1 實(shí)驗(yàn)土壤及其理化性質(zhì)

土樣取自河南科技大學(xué)開元校區(qū)，為0 ～ 20 cm的表層土，研磨過(guò)2 mm 尼龍塞后待用。將研磨后的土樣加入一定濃度的Cu( NO3)2、Pb( NO3)2

和Cd( NO3)2·4H2O 溶液進(jìn)行染毒處理，將染毒土壤風(fēng)干后即制備成實(shí)驗(yàn)土樣。測(cè)得其基本理化性質(zhì)如下: 土壤pH 值為5． 36 ( 水土比2． 5 ∶ 1 ) ; 含水率4. 30%; 有機(jī)質(zhì)含量4． 04%; 土壤總銅為1 019． 9mg /kg、土壤總鉛為1 521． 4 mg /kg、土壤總鎘為301． 3 mg /kg。

1． 2 實(shí)驗(yàn)儀器

實(shí)驗(yàn)在自制的電動(dòng)力學(xué)裝置( 有機(jī)玻璃材質(zhì))中進(jìn)行。該裝置主要部件包括: 穩(wěn)壓直流電源( GPC-6030D，GWinstek) 、土壤槽( 直徑4． 5 cm，長(zhǎng)

10 cm 的有機(jī)玻璃柱) 、電極室、電解液儲(chǔ)液室、高純石墨電極，四通道蠕動(dòng)泵( BT00-50M，保定蘭格) 等，裝置示意圖如圖1 所示。

圖1 電動(dòng)力學(xué)裝置示意圖Fig． 1 Schematic of electrokinetic apparatus

1． 3 實(shí)驗(yàn)方案

將300 g 風(fēng)干實(shí)驗(yàn)土壤與100 mL 二次蒸餾水?dāng)嚢杈鶆蚝筇畛淙胪寥啦?，在室溫條件下進(jìn)行電動(dòng)力學(xué)修復(fù)實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，用醋酸調(diào)節(jié)陰極室

pH 值在4 ～ 6 之間變化。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中定時(shí)記錄電流變化，每24 h 更新電極室與儲(chǔ)液室中的電解液，測(cè)定其體積和重金屬濃度。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，將土壤槽中土壤取出均分為10 份，依次按從陽(yáng)極至陰極距離編為1 ～ 10 號(hào)，風(fēng)干后測(cè)定每份土壤的pH 值，重金屬濃度，并對(duì)其中部分土樣進(jìn)行形態(tài)分析，具體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。表1 電動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)條件Table 1 Electrokinetic experimental conditions序號(hào)

陽(yáng)極液NaNO3( mol /L)陰極液EDTA( mol /L)電導(dǎo)率( μS /cm)電壓( V)時(shí)間( h)

S1 0． 01 二次蒸餾水1． 92 40 120

S2 0． 01 0． 01 1 703 40 120

S3 0． 01 0． 02 3． 13 40 120

S4 0． 01 0． 05 6． 94 40 120

S5 0． 01 0． 1 11． 51 40 120

1． 4 分析方法

土壤pH、有機(jī)質(zhì)的分析主要參考了《土壤農(nóng)業(yè)

化學(xué)分析方法》［11］; 土壤樣品在HCl-HNO3-HFHClO4消解后利用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定重金屬含量( 4510F，上海精密科學(xué)儀器有限公司) ; 重金屬形態(tài)分析采用BCＲ 連續(xù)提取法［12， 13］，然后利用原子吸收進(jìn)行測(cè)定; 實(shí)驗(yàn)中的電流采用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)定( F-15B，美國(guó)Fluke 公司) ; 陰極液電導(dǎo)率采用電導(dǎo)率儀測(cè)定( DDSJ- 308A，上海精密科學(xué)儀器有限公司) 。