土壤有机污染物电化学修复技术研究进展

时间：2021-09-01 16:02:02 来源：《土壤学报》

电化学修复作为一种既不破坏生态环境又能修复土壤污染的原位修复技术，对于低渗透性土壤也具有较好的修复效果，是近年来土壤污染修复的热点方向之一。其主要包括电动力（electrokinetic，简称EK）修复和微生物电化学（microbial electrochemical system，简称MES）修复，其中以EK为主的研究较多。本文综述了电化学技术在有机污染土壤修复中的最新进展，包括电动力修复技术（图1a）和微生物电化学技术（图1b）。

土壤有机污染物电化学修复技术研究进展

图1a电动力修复原理示意图

土壤有机污染物电化学修复技术研究进展

图1b微生物电化学修复原理示意图

首先，分析了电动力和微生物电化学修复过程中电极材料、污染物种类、操作参数和电极布置对污染物去除效率的影响。通过制备二元金属氧化电极或用纳米颗粒修饰碳毡，优化电极排列和电池结构，优化电极结构，可以大大提高污染物的去除效率。优化外加电压、电解液种类、操作时间、外阻、内阻、电极间距等操作条件，显著提高了电化学修复效果。其次，电动力和微生物电化学修复技术与表面活性剂、助溶剂、纳米颗粒和氧化剂等有助于原位去除或降解污染物的促进剂相结合，可以增强土壤中的有机物的修复效果。电动力修复经强化后对农药、石油烃和持久性有机污染物的去除率均可达到90%左右；微生物电化学技术经强化后可使石油烃去除率提高329%，农药去除率提高98%。它们还可以与化学氧化、生物修复等技术进行耦合，从而达到协同去除有机污染物的结果，也为电化学的大规模应用提供了可能。最后，讨论了土壤修复过程中微生物群落的变化与污染物去除的关系。

对于此技术，目前还存在一些问题：

（1）土壤的导电能力较差，有效半径是需要考虑的一个重要参数。在实际污染修复中，除了可通过优化电极排列或电池构型来扩大电极作用的有效半径，也可向土壤中加生物炭、碳纤维、氧化石墨烯和沙子等增加土壤导电性和物质传输能力，进而扩大作用半径。

（2）为了维持土壤修复的长期运行，需要考虑电极的钝化和腐蚀问题。对于电动力修复而言，虽然金属及其氧化物电极可显著提高电动力的修复效果，但大大增加了成本，而且极易钝化和腐蚀。对于微生物电化学，目前常用的电极材料是碳材料，其他材料的探索尚鲜有报道。

（3）添加表面活性剂能增加土壤中水溶性差有机污染物的去除效果。其中生物表面活性剂由于可再生且对土壤没有污染，具有很大的应用前景。

（4）电化学修复技术大量实验室规模的探索证明了其对土壤中有机污染物修复的显著作用，但增大规模对修复效果的影响尚需更多的探索。

（5）电动力修复的机理是在电动力辅助下土壤中的污染物迁移积累后通过化学氧化或生物修复去除，但施加电场后对于化学氧化和生物修复的影响尚不清楚，需要进一步研究。

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