多环芳烃污染土壤的表面活性剂增效修复机理研究

• 作 者: 赵双锋
• 出 处: 长安大学
• 发表日期: 2020年01期
• 关键词: 污染土壤 表面活性剂 多环芳烃 吸附 Sips模型 临界洗脱模型

多环芳烃（PAHs）的强毒性和难溶性,致使PAHs污染土壤已成为全球关注的环境问题。表面活性剂增效修复（Surfactant enhanced remediation,SER）技术,作为一种新兴的高效土壤修复技术,具有良好的应用前景。然而,不同表面活性剂增效修复PAHs污染土壤的吸附-解吸机理尚未明晰,且保留在环境中的洗脱液可能导致二次污染。因此,本论文以探究PAHs污染土壤修复过程的吸附-解吸机理和环境毒性为目标,借助吸附等温线、Sips等温模型、临界洗脱浓度（Critical washing concentration,CWC）模型和微生物培养等手段,系统研究PAHs（萘,菲）和不同类型表面活性剂（阳离子CTAB,阴离子SDBS,非离子TX100、TW80、TS:Tea saponin）在水-土体系中的吸附-解吸机理,以及洗脱液中土著细菌活性的变化规律。在此基础上,探索单一表面活性剂和混合表面活性剂增效修复萘和菲污染土壤的影响因素,以及洗脱液的环境毒性。研究结果将为土壤环境安全和SER技术提供重要科学依据。论文主要结果如下:（1）吸附实验研究表明,萘和菲主要通过分配作用吸附在土壤颗粒表面,土壤中有机碳含量越高,PAHs的吸附量越大。随着表面活性剂浓度逐渐升高,离子和非离子表面活性剂单体在土壤颗粒上由表面半胶束（单层吸附）状态向完整的表面胶束（双层吸附）状态转变,相应的吸附等温线开始快速上升直至趋于稳定。当表面活性剂浓度大于有效CMC(CMC_eff)值时吸附达到饱和,表面活性剂饱和吸附量顺序为CTAB>TS>SDBS>TX100>TW80。特别的,借助Sips模型拟合能够定量预测离子型和非离子型表面活性剂在土壤上的吸附量。（2）单一表面活性剂洗脱实验表明,表面活性剂平均分子密度越大,衍生有机碳含量(f_soc)越低,洗脱萘和菲的效果越好。仅当表面活性剂在土壤上的吸附量超过CMC_eff值,并且表面活性剂初始浓度大于CWC值时,才可实现表面活性剂对萘和菲污染土壤的修复。CWC是驱使所添加表面活性剂产生洗脱或固定PAHs作用的关键变量,基于表面活性剂增效修复萘和菲污染土壤机理以及CWC模型,建立了能够预测不同类型表面活性剂增效修复PAHs土壤污染的CWC模型,该模型与辛醇-水分配系数(K_ow)、表面活性剂衍生有机碳(f_soc)、土壤有机碳(f_oc)和CMC值紧密相关。（3）混合表面活性剂增效修复萘和菲污染土壤实验表明,相比于单一表面活性剂的增效修复结果,混合表面活性剂显著增强了洗脱效果。混合表面活性满足混合比为1:9,p H=9和盐度3000 mg/L时达到萘和菲的最大洗脱效果,但是随着混合体系中离子表面活性剂浓度、p H和盐度的进一步升高,洗脱量逐渐下降。（4）洗脱液生物培养实验表明,表面活性剂降解速率、过氧化氢酶活性和微生物浓度之间存在显著相关性。相较于非离子表面活性剂,离子型表面活性剂SDBS和CTAB具有明显的毒性作用,非离子表面活性剂对土著细菌的毒性作用TW80SDBS-TS>SDBS-TX100,随着SDBS占比增加,混合表面活性剂对土著细菌的抑制作用增强。