Decontamination of heavy-metal polluted soil by electrokinetic remediation

Abstract

The electrokinetic method used for remediation of soil contaminated with heavy metals is a new developing technique for cleaning soil from heavy metals and radionuclides. By feeding an electric current through soil one induces movement of charges, which is generated by migration of ions and colloids in water present in pores and by reductive reactions on the surface of electrodes. The aim of the present investigation was to find out whether the electrokinetic soil cleaning method is suitable for cleanup of polluted soils. The method utilizes electrokinesis to drive contaminant species into and through a bed adjacent to a drive electrode. The bed comprises a moderately electrically conductive adsorbent material which is porous and is infused with water or other solvent capable of conducting electrical current. The efficiency of the method depends not so much on soil permeability as on the electric conductivity of water in pores and the distance of movement. The major task and the key goal were to determine suitability of the electrokinetic method for the treatment of soil contaminated with heavy metals (Cr, Cu, Mn, Ni, Zn and Pb). Also, it was important to determine the maximum level of cleanup, dependence on the voltage, the level of soil pollution for which this remediation method would prove to be effective for cleaning soil down to the permitted pollution limits, the type of soil most suitable for this remediation technique, the materials of the electrodes, etc. The electrokinetic method is most effective when cleaning polluted sand and sandy loam. The highest efficiency and smallest residual concentrations were reached when removing manganese and chromium from soil. A higher cleaning efficiency is reached applying 29 V rather than 24 V voltage. However, results were quite similar, therefore to clean soil from heavy metals the standard 24 V voltage could be applied, but the cleaning process should be prolonged.

Elektrokinetinio metodo panaudojimas sunkiaisiais metalais užterštų dirvožemių valymui – tai nauja besiplėtojanti dirvožemio valymo nuo sunkiųjų metalų ir radionuklidų technologija. Pro dirvožemį leidžiant elektros srovę vyksta krūvių judėjimas, kurį sukuria jonų ir koloidų, esančių dirvožemio porose, migracija bei redukcinės reakcijos ant elektrodų paviršiaus. Tyrimo tikslas buvo nustatyti, ar elektrokinetinis dirvožemio valymo metodas yra efektyvus ir tinkamas sunkiaisiais metalais (Cr, Cu, Mn, Ni, Zn ir Pb) užterštiems dirvožemiams valyti. Valymo metu teršalų dalelės yra priverčiamos judėti į ir pro sluoksnį, sudarytą iš laidžios sorbuojančios medžiagos, sudrėkintos laidumą didinančiu skysčiu. Metodo efektyvumas ne tiek priklauso nuo dirvožemio laidinių savybių, kiek nuo porose esančio vandens elektrinio laidumo ir dalelių judėjimo kelio. Taip pat buvo svarbu nustatyti išvalymo efektyvumą, jo priklausomybę nuo įtampos, valymo metodo ribas (kokio užterštumo dirvožemis gali būti efektyviai išvalytas), kokiam dirvožemio tipui metodas yra tinkamiausias ir pan. Tyrimo rezultatai rodo, kad metodas efektyviausias, kai valomas sunkiaisiais metalais užterštas . smėlis ir priesmėlis. Didžiausias efektyvumas ir mažiausios liekamosios koncentracijos buvo pasiektos valant iš dirvožemio manganą ir chromą. Didesnis efektyvumas visais atvejais buvo pasiekiamas, kai įtampa buvo 29 V, tačiau ir esant 24 V, ir prie 29 V įtampai gauti rezultatai buvo labai panašūs.