地下水循环井强化电动修复技术对铜污染的高效去除机制研究

《Desalination and Water Treatment》：Research on the Remediation Effectiveness of Circulating Well-Enhanced Electrokinetic Technology for Copper-Contaminated Groundwater

本研究针对地下水铜污染修复效率低下的难题，创新性地将地下水循环井(GCW)与电动修复技术(EKR)耦合，构建了GCW-EKR复合修复系统。实验结果表明，该系统通过水力循环场有效克服了电动修复的质量传递限制，将铜离子去除率从单一EKR的29.60%显著提升至84.80%，为重金属污染地下水修复提供了新技术支撑。

　　

随着工业化进程的加速，地下水重金属污染问题日益严峻，其中铜污染因其对生态环境和人体健康的潜在威胁而备受关注。传统修复技术如电动修复(EKR)虽适用于低渗透性含水层，但存在影响半径有限、反应速率慢等固有缺陷；而地下水循环井(GCW)技术虽能通过水力循环增强质量传递，但对重金属污染的处理效果有限。如何突破单一技术的局限性，实现高效、大范围的地下水重金属修复，成为环境工程领域亟待解决的关键问题。

近日发表于《Desalination and Water Treatment》的研究论文《Research on the Remediation Effectiveness of Circulating Well-Enhanced Electrokinetic Technology for Copper-Contaminated Groundwater》提出了一种创新解决方案。该研究通过将GCW与EKR技术有机耦合，构建了GCW-EKR复合修复系统，并系统评估了其对铜污染地下水的修复效能。

研究团队采用石英砂模拟铜污染含水层，在GCW内外管前后设置电极板构建复合修复系统。关键技术方法包括：1）使用纯钛板阴极和铱钽涂层钛阳极构建电场系统；2）通过曝气驱动建立三维水力循环场；3）利用柠檬酸作为缓冲剂调节pH并活化重金属；4）采用火焰原子吸收光谱法监测Cu²⁺浓度变化；5）通过Surfer软件可视化污染物迁移规律。

3.1 非曝气条件下电动修复技术对铜污染的修复性能

在单一EKR系统中，Cu²⁺的迁移主要受电场驱动作用。实验结果显示，修复效果呈现明显的空间分异特征：运行168小时后，水箱上部三分之一区域Cu²⁺浓度显著降低（最低至0.06 g/L），而下部区域浓度仍维持在1.20 g/L左右，平均去除率仅为29.60%。这种局限性主要是由于电场驱动力的有效作用范围有限，导致远离电极板的区域形成修复盲区。

3.2 曝气条件下电动修复技术对铜污染的修复性能

GCW-EKR系统表现出显著优越的修复性能。在曝气速率1 L/min条件下，水力循环场促进了污染物和缓冲剂的均匀分布，使Cu²⁺在整个模拟水箱中实现高效迁移。运行168小时后，Cu²⁺浓度从初始的1.27 g/L降至0.19 g/L，平均去除率达到84.80%，较单一EKR系统提升55.20个百分点。电压变化曲线进一步证实，GCW产生的水力循环持续向电极区域输送Cu²⁺，有效防止了低电导率区的形成。

研究结论表明，GCW-EKR技术通过水力循环与电动力学的协同作用，显著拓展了电动修复的影响半径，克服了传统EKR技术的质量传递限制。该技术不仅提高了铜污染地下水的修复效率，还通过替代部分电能消耗实现了节能修复，为重金属污染场地的原位治理提供了新的技术思路。未来研究可进一步优化电流强度、电极材料等工艺参数，推动该技术在实际污染场地的应用。