循环改良式电动力法复育镉与铅污染之土壤

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1、循環改良式電動力法復育鎘與鉛污染之土壤章日行1　唐政宏2　黃明正2　盧建宏2　鍾秉倫2國科會研究計畫編號：NSC93-2815-C-324-003-E摘要　　土壤污染在近年受到高度重視，而其所遭受污染的種類相當繁多，包含重金屬、有機溶劑及油品污染等，這些污染物都會沉積累積在土壤中而不易去除。由於土壤具有複雜之物化特性及非均勻性，因此，一但遭受外來污染，則復育不易且所費不低。本研究利用循環改良式電動力系統去除鎘與鉛污染土壤，本系統之pH值、導電度及電流皆保持穩定狀態。在去除鎘污染土壤實驗中發現，本系統於處理21天後之去除效率可達76.74%，然而，當土壤中鎘往陰極區域移動時，陰極區所

2、產生的氫氧根離子會與其發生沉澱反應，使重金屬移動速率降低進而降低整體去除率。另外，本研究利用不同EDTA之鈉鹽去除含鉛污染土壤，其中，以EDTA-Na2及EDTA-Na4為電解液時，於處理21天後去除率分別為63.26％與59.85％。關鍵字：土壤污染（Soil-Contaminant）、電動力法（Electrokinetic）、EDTA（ethylenediaminetetraaceticacid）、去除效率（RemovalEfficiency）一、前言土壤常成為重金屬污染物在自然界中傳輸的終點，對人體健康及生態環境形成嚴重威脅。污染來源複雜繁多：如化學儲槽滲漏、各類工廠含重金屬

3、廢水排放及農藥與肥料的使用等。ㄧ旦遭受污染，不僅土壤品質惡化，導致作物經由食物鏈使生物受害[1]。為求早日進行污染預防與整治，立法院於民國89年經審議通過「土壤及地下水污染整治法」，奠定預防及整治土壤及地下水污染的法源基礎。因此各種具有潛力的土壤復育技術因而不斷創新研發；在眾多整治技術中，現地處理技術因其在經濟及對受污染場址破壞性低，一直受到很高的期望，若於時間允許及適當的環境條件下，生物性現地整治技術應為最佳選擇，然而實際上，以物理1朝陽科技大學環境工程與管理系助理教授2朝陽科技大學環境工程與管理系四技生化學方面之觀點來看，整治時間愈長，其所反應在成本方面也相對較高，時間經常是技

4、術選擇之限制因子，所以屬於現地型的物化處理技術亦常受採用。其中，電動力整治技術(Electrokineticsremediationtechnology)為美國環保署評估具有創新及潛力的現地物化處理技術[2]，其諸多優點包括設備簡單、操作成本低及能適用於黏質土層，此外，並可結合其他整治技術如氧化法及生物分解法等[3]，成為一複合且多功能的處理技術。電動力法去除污染物的機制主要包括：電滲透(electroosmotic)；即土壤層中滲透水流動，離子遷移(ionicmigration);即離子受電力而移動，藉由上述機制電動力法可清除或濃縮土壤中的污染物。國內過去利用電動力法去除重金屬的

5、研究中，陽極會因電解水而產生氫離子，如反應式(1)，氫離子經滲透流進入土壤造成酸化，不利後續使用。且陰極附近常因氫氧根離子與金屬形成沉澱，如反應式(2)，沉澱物阻塞了土壤孔隙，影響流體輸送路徑，使整體去除率不佳[4]。當直流電通過反應槽時，主要電化學反應如下：Anode：2H2O→O2(g)＋4H+＋4e-　　　　　(1)Cathode：2H2O＋2e-→H2(g)＋2OH-　　　(2)為改善陰極產生沉澱物而降低去除效率，國外有許多研究因此導入螯合劑，使其與土壤中重金屬形成溶解性錯合物後，經電滲透流或離子遷移機制攜出，其研究成果顯示可改善去除率。[5,6]　　螯合劑EDTA為無色晶

6、體之有機物，比重1.665，於240℃分解，可在水中與鹼金屬氫氧化物中形成水溶性鹽類，故常用於農業化學噴劑、金屬螯合劑、清潔金屬及電鍍等。EDTA存在的型式主要由氫離子所控制，在低pH值下中，主要物種為H3Y-，而在高pH值下則是以Y4-物種為主。因此調整適當的pH值對重金屬與螯合劑的結合具有很大的影響力。許多學者利用EDTA來萃取土壤重金屬：高銘木利用不同萃取劑進行實驗，研究結果顯示對鉛的萃取能力依序為EDTA>檸檬酸>DTPA[7]。Peters的研究中，比較EDTA對各個金屬的萃取能力大小如下：Cu>Pb>Hg＞Cd>Cr，由此可知鉛與EDTA很容易結合[8]。　　對於電動力

7、法而言，添加EDTA除了可與金屬離子形成錯合物提昇清除效率外，亦可增加電滲透流率，其主要原因可能是帶負電之金屬錯合物會提昇土壤顆粒表面界達電位，而助於重金屬經電動力法自土壤中取出[9]。林舜隆利用電動力法處理含1000mg/kg鉛的坋質壤土，以EDTA為電解液。結果顯示，在陽極區去除率可達94.74%，但整體去除率僅為11.2%[10]。Joseph等選用不同EDTA濃度（0.05M、0.1M、0.2M）為電解液，對不同重金屬皆有不錯去除效率。　　由上述文獻得知，在利