污染土壤中的重金属镉在电场力作用下的迁移模拟

摘要

重金属污染土壤电动力修复是在人工电场作用下迫使重金属离子向阴极附近迁移并集聚，进而去除土壤重金属离子的一种修复方法。在实验室条件下电动力修复实验时间一般较短，土壤中的Cd²⁺离子含量难以达到国家规定的低风险标准（≤0.4 mg/kg）。为研究重金属污染土壤电动力修复效果及其影响因素，依据溶质运移方程，使用COMSOL多物理场模拟软件建立重金属镉污染土壤电动修复三维数值模型，开展重金属镉污染土壤电动力修复数值模拟实验，研究Cd²⁺离子在电场作用下的迁移特征。数值模拟的镉离子迁移分布结果与相近实验条件的实验结果比较吻合，模拟值与实测值平均相对偏差为3.66%，初步验证了该模型用于重金属污染土壤电动修复的适用性。在此基础上设置电场强度为2 V/cm，修复过程中不控制阴极室Cd²⁺离子浓度，修复60天后土壤Cd²⁺离子含量部分高于0.4 mg/kg；修复过程中，控制阴极室Cd²⁺离子浓度，修复45天后，污染土壤Cd²⁺离子含量均低于0.4 mg/kg。研究表明修复过程中阴极室不断聚集的高浓度Cd²⁺离子会阻碍土壤中的重金属镉离子继续向阴极室迁移，控制阴极室Cd²⁺离子浓度可以有效减弱镉离子反向扩散，以及其产生的附加电场的阻碍作用，减少修复时间，提高修复效率。

关键词

土壤污染 / 重金属 / 电动修复 / 迁移模拟