污染土壤的電動(dòng)修復(fù)技術(shù)（Electrokinetic remediation)是20世紀(jì)80年代末興起的一門綠色修復(fù)技術(shù)。對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)，其基本原理是在土壤/場(chǎng)地中施加直流電，使兩電極之間形成直流電場(chǎng)，驅(qū)動(dòng)重金屬離子沿電場(chǎng)方向遷移，從而將污染物富集至陰極區(qū)，然后再通過(guò)電沉積、離子交換等方法予以分離，進(jìn)而達(dá)到修復(fù)目標(biāo)。對(duì)有機(jī)污染土壤的修復(fù)，其機(jī)理則比較復(fù)雜，主要是利用電場(chǎng)產(chǎn)生的各種電動(dòng)效應(yīng)和電化學(xué)反應(yīng)，或增強(qiáng)土壤中污染物的生物可利用性；或加快有機(jī)污染物的氧化進(jìn)程；或改善功能微生物的代謝條件；或提供生物-化學(xué)反應(yīng)所需的外部參數(shù)，如適宜的溫度、氧氣、pH和傳質(zhì)環(huán)境等。
由于其高效性和可控性，電動(dòng)修復(fù)及組合技術(shù)目前在國(guó)際上日益受到理論界和工業(yè)界重視，實(shí)用化程度越來(lái)越高。近年來(lái)，中國(guó)科學(xué)院沈陽(yáng)應(yīng)用生態(tài)研究所郭書(shū)海研究員所帶領(lǐng)的環(huán)境工程學(xué)科團(tuán)隊(duì)緊密跟蹤環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的國(guó)際前沿動(dòng)態(tài)，在前期自選研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合“十一五”承擔(dān)的各類研究課題，系統(tǒng)開(kāi)展了電動(dòng)修復(fù)原理、方法與技術(shù)研究，在電場(chǎng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)控制、設(shè)備集成等方面取得了基礎(chǔ)性和技術(shù)性突破，先后完成了小試、中試實(shí)驗(yàn)，并在省內(nèi)外進(jìn)行了工業(yè)先導(dǎo)試驗(yàn)。
沈北化工廢棄地是國(guó)內(nèi)最重、最典型的鉻污染場(chǎng)地之一。學(xué)科組針對(duì)其鉻污染特征，系統(tǒng)分析了不同形態(tài)和價(jià)態(tài)的鉻賦存方式，研究了電場(chǎng)作用下的BCR形態(tài)變化規(guī)律，闡明了電動(dòng)效應(yīng)、氧化/還原條件下的形態(tài)轉(zhuǎn)化機(jī)制及分級(jí)原理、不同價(jià)態(tài)鉻在電場(chǎng)中的空間分布，根據(jù)酸堿變化過(guò)程中的聚焦效應(yīng)，提出了陽(yáng)極逼近電動(dòng)修復(fù)新方法，在CEJ等SCI雜志發(fā)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. Gang Li, Shuhai Guo*, Shucai Li, Lingyan Zhang. Chemical Engineering Journal, 2012, 203, 231-238. IF: 3.461 ）。
在有機(jī)污染土壤修復(fù)方面，針對(duì)工業(yè)場(chǎng)地的石油類和多環(huán)芳烴土壤污染，基于電場(chǎng)計(jì)算與表征的基本方法，通過(guò)矩陣電極的優(yōu)化布置，提出了對(duì)稱電場(chǎng)修復(fù)的新思路并據(jù)此建立了矩陣旋轉(zhuǎn)及切換方法，克服了現(xiàn)有技術(shù)的陽(yáng)極酸化、電場(chǎng)效率偏低的缺點(diǎn)，闡明了微生物在電場(chǎng)下的群落構(gòu)成及降解作用，定量分析了電動(dòng)與微生物在污染物降解過(guò)程中的貢獻(xiàn)，優(yōu)化了微生物群落的結(jié)構(gòu)及空間分布，揭示了長(zhǎng)鏈烷烴在電動(dòng)修復(fù)過(guò)程中的末端氧化機(jī)理，闡明多環(huán)芳烴在電場(chǎng)中的降解規(guī)律并建立了高環(huán)難降解組分的快速降解途徑。主要研究成果發(fā)表（或已接收）SCI論文5篇（代表性文論為已被國(guó)際頂級(jí)雜志Electrochimica Acta接收：Electrokinetics-enhanced biodegradation of heavy polycyclic aromatic hydrocarbons in soil around iron and steel industries, Fengmei Li, Shuhai Guo*, Niels Hartog. Electrochimica Acta, In press, IF: 3.832）。
本研究成果共取得了6項(xiàng)發(fā)明專利（包括PCT 1項(xiàng)），研制了3組成套修復(fù)設(shè)備，開(kāi)發(fā)了1套系統(tǒng)軟件并登記了著作權(quán)，發(fā)表了13篇研究論文（SCI 8篇，EI 3篇，CSCD 2篇），培養(yǎng)7名博士研究生和3名碩士研究生。與沈陽(yáng)環(huán)境科學(xué)研究院、勝利油田金島公司、山東省科學(xué)院等單位合作，在遼寧固廢處理中心和中國(guó)石化勝利油田孤島采油廠分別建立了工業(yè)先導(dǎo)實(shí)驗(yàn)基地。
自“十一五”始，環(huán)境工程學(xué)科組在本研究方向獲得了不同類別的科研經(jīng)費(fèi)資助，包括國(guó)家水專項(xiàng)、863、環(huán)保部專項(xiàng)、院重要方向性項(xiàng)目和3項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)青年基金項(xiàng)目。 “十二五”期間，該研究團(tuán)隊(duì)除延續(xù)和滾動(dòng)課題外，還新落實(shí)了國(guó)際合作和院地合作項(xiàng)目，并且列入國(guó)家發(fā)改委東北振興規(guī)劃項(xiàng)目，同時(shí)獲得中科院與地方的兩院合作支持（沈陽(yáng)生態(tài)所與山東省科學(xué)院）。在基礎(chǔ)理論研究方面，將繼續(xù)進(jìn)行電動(dòng)修復(fù)的催化機(jī)理研究，完善過(guò)程調(diào)控方法；在技術(shù)集成與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方面，將就電泳電滲/高級(jí)氧化方法繼續(xù)與荷蘭Deltares、美國(guó)Northeastern University等機(jī)構(gòu)開(kāi)展國(guó)際合作研究，完善成套設(shè)備與自控系統(tǒng)、配套化學(xué)藥劑與功能菌劑，通過(guò)工程示范，有望建立具有全部知識(shí)產(chǎn)權(quán)的電動(dòng)修復(fù)技術(shù)體系，取得系統(tǒng)的創(chuàng)新性研究成果。
