污染土壤／場地電動修復研究取得階段性突破

　　污染土壤的電動修復技術(Electrokinetic remediation)是20世紀80年代末興起的一門綠色修復技術。對重金屬污染土壤的修復，其基本原理是在土壤/場地中施加直流電，使兩電極之間形成直流電場，驅動重金屬離子沿電場方向遷移，從而將污染物富集至陰極區，然后再通過電沉積、離子交換等方法予以分離，進而達到修復目標。對有機污染土壤的修復，其機理則比較復雜，主要是利用電場產生的各種電動效應和電化學反應，或增強土壤中污染物的生物可利用性;或加快有機污染物的氧化進程;或改善功能微生物的代謝條件;或提供生物-化學反應所需的外部參數，如適宜的溫度、氧氣、pH和傳質環境等。

　　由于其高效性和可控性，電動修復及組合技術目前在國際上日益受到理論界和工業界重視，實用化程度越來越高。近年來，中國科學院沈陽應用生態研究所郭書海研究員所帶領的環境工程學科團隊緊密跟蹤環境修復領域的國際前沿動態，在前期自選研究的基礎上，結合“十一五”承擔的各類研究課題，系統開展了電動修復原理、方法與技術研究，在電場設計、系統控制、設備集成等方面取得了基礎性和技術性突破，先后完成了小試、中試實驗，并在省內外進行了工業先導試驗。

　　沈北化工廢棄地是國內最重、最典型的鉻污染場地之一。學科組針對其鉻污染特征，系統分析了不同形態和價態的鉻賦存方式，研究了電場作用下的BCR形態變化規律，闡明了電動效應、氧化/還原條件下的形態轉化機制及分級原理、不同價態鉻在電場中的空間分布，根據酸堿變化過程中的聚焦效應，提出了陽極逼近電動修復新方法，在CEJ等SCI雜志發表了3篇研究論文(代表性研究論文：Comparison of approaching and fixed anodes for avoiding the ‘focusing’ effect during electrokinetic remediation of chromium-contaminated soil. Chemical Engineering Journal, 2012, 203, 231-238)。

　　在有機污染土壤修復方面，針對工業場地的石油類和多環芳烴土壤污染，基于電場計算與表征的基本方法，通過矩陣電極的優化布置，提出了對稱電場修復的新思路，并據此建立了矩陣旋轉及切換方法，克服了現有技術的陽極酸化、電場效率偏低的缺點，闡明了微生物在電場下的群落構成及降解作用，定量分析了電動與微生物在污染物降解過程中的貢獻，優化了微生物群落的結構及空間分布，揭示了長鏈烷烴在電動修復過程中的末端氧化機理，闡明多環芳烴在電場中的降解規律并建立了高環難降解組分的快速降解途徑。主要研究成果發表(或已接收)SCI論文5篇(代表性論文：Electrokinetics-enhanced biodegradation of heavy polycyclic aromatic hydrocarbons in soil around iron and steel industries, Electrochimica Acta, In press)。

　　本研究成果共取得了6項發明ZL(包括PCT 1項)，研制了3組成套修復設備，開發了1套系統軟件并登記了著作權，發表了13篇研究論文(SCI 8篇，EI 3篇，CSCD 2篇)，培養7名博士研究生和3名碩士研究生。與沈陽環境科學研究院、勝利油田金島公司、山東省科學院等單位合作，在遼寧固廢處理中心和中國石化勝利油田孤島采油廠分別建立了工業先導實驗基地。

　　自“十一五”始，環境工程學科組在本研究方向獲得了不同類別的科研經費資助，包括國家水專項、863、環保部專項、院重要方向性項目和3項國家自然科學青年基金項目。“十二五”期間，該研究團隊除延續課題外，還新落實了國際合作和院地合作項目，并且列入國家發改委東北振興規劃項目，同時獲得中科院與地方的兩院合作支持(沈陽生態所與山東省科學院)。在基礎理論研究方面，將繼續進行電動修復的催化機理研究，完善過程調控方法;在技術集成與產業化應用方面，將就電泳電滲/高級氧化方法繼續與荷蘭Deltares、美國東北大學等機構開展國際合作研究，完善成套設備與自控系統、配套化學藥劑與功能菌劑，通過工程示范，有望建立具有全部知識產權的電動修復技術體系，取得系統的創新性研究成果。