表面活性剂在污染土壤修复中的应用

表面活性剂在污染土壤修复中的应用（精选8篇）

篇1：表面活性剂在污染土壤修复中的应用

表面活性剂在污染土壤修复中的应用

表面活性剂因其对疏水有机污染物有增溶和洗脱作用,在土壤有机污染修复/缓解中具有巨大的应用潜力.介绍了表面活性剂的增溶作用并对不同种类的`表面活性剂在污染土壤修复中的应用现状做了综述.

作 者：邱罡 谢凝子 吴双桃 朱慧 QIU Gang XIE Ning-zi WU Shuang-tao ZHU Hui 作者单位：邱罡,谢凝子,吴双桃,QIU Gang,XIE Ning-zi,WU Shuang-tao(韩山师范学院环境化学应用技术研究所,广东潮州,521041)

朱慧,ZHU Hui(韩山师范学院生物系,广东潮州,521041)

刊 名：河北化工英文刊名：HEBEI CHEMICAL ENGINEERING AND INDUSTRY年，卷(期)：31(5)分类号：X53关键词：表面活性剂 污染土壤 修复

篇2：表面活性剂在污染土壤修复中的应用

表面活性剂在多环芳烃污染土壤修复中的应用

介绍了单一表面活性剂(非离子表面活性剂、生物表面活性剂)、阴-非离子混合表面活性剂对多环芳烃的增溶作用、增溶机理及无机离子对表面活性剂增溶能力的.影响,综述了化学表面活性剂和生物表面活性剂在污染土壤生物修复中的应用.由于生物表面活性剂具有许多独特的优点,今后应加强生物表面活性剂的开发与应用研究.

作 者：王宏光 郑连伟 Wang Hongguang Zheng Lianwei 作者单位：东北大学,理学院,辽宁,沈阳,110004刊 名：化工环保 ISTIC PKU英文刊名：ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY年，卷(期)：26(6)分类号：X53关键词：表面活性剂 多环芳烃 土壤修复 增溶

篇3：表面活性剂在污染土壤修复中的应用

关键词：桑树,土壤污染,大气污染,修复

随着工业和农业现代化的发展,由人为因素造成的土壤和大气污染日趋严重,已直接或间接地威胁着生态系统和人类自身的健康和生存,是当今世界面临的重大环境问题。土壤污染不仅导致土壤的退化、农作物产量和品质的降低,而且通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水,恶化水文环境,并可通过直接接触、食物链等途径危及人类的生命和健康。同样地,大气污染不仅对生态系统造成不利影响,而且对人类健康也造成了极大威胁,国内外大量流行病学研究证实大气污染与人群健康效应包括从亚临床症状、发病到死亡一系列变化有明显相关性[1]。其中,大气污染程度与上呼吸道感染、气管炎、哮喘、肺气肿、肺癌等多种呼吸道及心血管疾病的发病率和死亡率密切相关[2~4]。因此,控制与修复土壤和大气污染是保障生态安全和人体健康的迫切需要,也是社会经济可持续发展的内在需求。

土壤污染根据污染物的种类不同,主要分为无机物污染、有机物污染、生物污染和放射性物质污染。其中无机物污染尤为严重,无机物污染中以重金属污染最为突出,其主要原因是土壤重金属污染物来源广泛,包括采矿、冶炼、金属加工、化工、废电池处理、电子、制革和染料等工业排放的“三废”及汽车尾气沉降等。目前对重金属污染土壤的修复技术有物理化学修复技术和植物修复技术,前者主要包括淋滤法、客土法、吸附固定法等物理方法以及生物还原法、络合物浸提法等化学方法。物理化学修复法由于存在二次污染、土壤结构受破坏、土壤生物活性下降、土壤肥力退化且费用昂贵等缺点,难以用于大规模污染土壤的改良。植物修复是指利用特定植物对某种化学元素具有强忍耐和超量积累的特性,对污染物进行吸附、吸收、转移、降解、挥发,将有毒有害的污染物转化为无毒无害物质,或将植物收获并进行妥善处理 (如灰化回收) 后可将重金属移出土壤,达到治理污染与恢复生态的目的。植物修复技术因具有安全、成本低、土壤免遭扰动、生态协调及环境美化功能等特点,被作为一种新兴、高效、绿色、廉价的土壤污染修复途径,得到了广泛认可,是今后土壤污染修复的主要发展方向。

大气污染包括物理性大气污染、化学性大气污染和生物性大气污染。粉尘是主要的物理性大气污染物;工矿企业废气及汽车尾气是主要的化学性大气污染源,含有多种化学气体 (SO2、C12、HF、NOX等) 和重金属离子 (Pb、Zn、Cu、Cd等);生物性大气污染物主要是空气中的病原微生物。目前大气污染防治主要包括两种途径:减排和净化修复。研究表明,绿色植物在近地表大气污染物的清除中起着主要作用。植物通过吸滞粉尘和减少空气含菌量而起到净化空气的作用[5],通过吸收、降解、转化、同化和超同化作用对大气中化学污染物起到清除的作用。

桑树是一种适应性广、生物量大的多年生阔叶木本植物,已有5000多年的栽培历史。自然生态环境复杂多样,经过长期的自然和人工选择,形成了极为丰富的桑树种质资源,已探明我国的桑树有15个种4个变种[6],是目前世界上桑种分布最多的国家。我国是蚕业大国,桑叶作为家蚕唯一的饲料来源,长期以来,桑树栽培主要目的是为了饲养家蚕、生产蚕茧服务,直到上世纪八十年代,国内开始兴起蚕桑资源综合利用研究,尤其近十年来,对桑树开发利用的研究广度不断扩大,研究深度不断提升,使古老的桑树焕发出勃勃生机,突破了传统的蚕桑产业,在多个产业上得到应用,如生态环境治理、食品业、饮料业、中药保健、禽畜饲料等。近年来,在生态环境治理方面,桑树已被用于石漠化治理 (水土保持)、风沙防治、盐碱地治理、矿区周边地区土壤复垦等,显示出了巨大的潜力和良好的生态效益。丰富的种质资源及其生态类型的多样化,将会使桑树在生态环境修复方面发挥更大的作用。

1桑树在重金属污染土壤修复中的优势

植物修复是一种绿色、廉价、有效的重金属污染土壤修复方法,其修复效率与植物品种密切相关。目前在重金属富集植物品种的筛选方面研究较多,已发现能够超量积累重金属的植物有360多种,其中大多数为十字花科植物[7]。超量积累Ni的植物主要是十字花科的庭荠属 (Alyssum) 植物,约有150种,其中体内Ni浓度超过20 mg/kg (干重) 的植物有19种。Zn超量积累植物主要是十字花科遏蓝菜属 (Thlaspi) 植物,其中体内Zn最高浓度可达3 9600 mg/kg (干重)[8]。吴双桃等[8]对冶炼厂污染地的9种草本植物体内重金属含量的测定结果显示,对Cd吸收富集能力较强的植物有一年蓬和白苏,对Zn富集能力最强的是荨麻,对Pb富集量最大的是土荆芥,其茎叶Pb含量为2162.0 mg/kg,远高于超量积累植物的临界标准 (表1),是一种铅超富集植物。

虽然富集植物和超富集植物在修复土壤重金属污染方面表现出很高的潜力,但由于大多数超量积累植物生长速度较慢,植株矮小,生物量低,干物质积累少,单位面积上植物吸收和积累重金属的总量并不多,修复效率不高,使这些植物的实际应用受到限制。为提高污染土壤修复效率,大生物量、富集重金属能力强的修复植物的筛选非常必要,虽然这些植物体内重金属含量低于超富集植物,但由于其生物量大,根据植物生物量×重金属含量即为去除的重金属总量,其重金属迁移总量仍是可观的,因此这些植物品种对重金属污染土壤的修复是具有实际应用价值的。

桑树是一种速生快长、生物量大、生长期长的多年生木本植物,对多种重金属耐性强,因而在重金属污染土壤修复上具有巨大的潜力。桑树每年可剪枝收获4 - 5次,收获生物量可达70t/ha。桑树对Pb、As、Cd、Cu、Zn、Sb等重金属具有较强的耐性,谭勇壁[10]对广西环江受尾矿污染桑园调查结果显示,桑树能在铅含量为734 mg/kg、锌含量为1 194 mg/kg、砷含量为53 mg/kg的污染土壤上生长而没有在外观上表现出明显的受胁迫现象。桑叶Pb、Zn、As的积累量随桑叶生长周期的延长而增加,其中Pb更易被嫩桑叶富集。用污染桑园的桑叶饲养家蚕,和对照桑叶比较,上茧重量、茧层率无显著性差异;蚕粪中Pb、Zn、As含量显著高于对照,但仍低于《农用污泥中污染物控制标准(GB4284.84)》中相关重金属的限量;蚕蛹的重金属含量在《饲料卫生标准 (GB3078.2001)》限量之内;蚕丝重金属含量也在《生态纺织品技术要求(GBTl8885.2002)》标准限量之内。

笔者对广东韶关市大宝山矿区周边重金属污染农田桑园调查结果显示,这里已有三十多年的种桑养蚕历史。由于受尾矿污水污染,土壤中主要的重金属元素Pb、Zn、Cu、Cd、As的含量远远超过了土壤环境二级标准值 (表2),但桑树生长正常,桑叶产量与对照没有差异。

(mg/kg)

已有的实践表明,桑树对重金属复合污染具有较强的耐性,特别是在矿区污染土壤修复上具有明显优势,在发挥修复土壤功能的同时,还可发展蚕业,产生良好经济效益,而且终端产品不进入食物链。因此,桑树作为重金属污染土壤修复植物品种,具有广阔的应用前景。

2桑树在大气污染修复中的优势

大多数绿色植物都具有空气净化的作用,植物叶片通过滞尘作用而降低空气中的灰尘含量,通过对大气污染物的吸收、降解、转化或同化起到净化大气的作用。由于不同植物种类生态功能的差异,其净化大气的能力有显著的不同,因此,选择抗性强、滞尘量大和吸收净化有害气体能力强的植物品种是提高大气污染修复效率的关键。

桑树作为家蚕的唯一饲料,对蚕体的生长发育起到决定性作用,桑叶受到污染可使蚕儿中毒,不能正常发育甚至死亡。在蚕业生产上,桑园位于工业区和大城市附近的养蚕农户,经常出现因桑叶受大气污染而引起家蚕中毒事件,提示了桑叶具有较强的吸收大气污染物的能力。鲁敏等[11]通过熏气试验,研究测定了部分绿化树种对主要大气污染物的吸收净化能力,结果表明,桑树为吸氟量高的树种 (>0.45 mg/g干叶重)。对化工厂附近以氯气为主的复合污染区的植物种类生长状况、受害程度调查研究结果显示,桑树生长正常,没有受害症状,是抗性能力强的树种[12]。对冶炼厂 (以SO2、铅复合污染为主) 附近植物的种类、生长状况、受害程度调查结果发现,桑树基本不受伤害,在一个生长季节内经受一两次浓度较高的有害气体的危害后能够恢复生长,是抗性能力强的树种[13]。通过对重工业地区大气污染区中绿化植物叶片对大气重金属污染物铅、镉的积累和吸收量的测定研究,发现桑树对大气中铅、镉的吸滞能力非常强,其中对铅的年吸滞量为15.7 kg/hm2叶量,为24个试验树种之首,差异明显;对镉的年吸滞量为0.797 kg/hm2 叶量,仅次于美青杨的0.818 kg/hm2 叶量[14]。桑树还具有很好的滞尘作用,根据南京林业大学在南京的调查结果,桑叶对大气中粉尘的滞留量达5.39 g/m2。总之,已有的研究结果显示,桑树对大气污染物耐受性强、吸收量高,具有较强的净化空气能力,可作为大气污染修复的优良植物品种加以应用。

3 展望

我国桑树资源非常丰富,桑树品种数量多,分布范围广,具有广泛的生态适应性。桑树生物量大,根系发达,多年生,生长期长,抗逆性强,近年来在水土保持、沙漠治理、盐碱地治理、风沙防护林等方面的应用实践展示出了良好的生态效应,因此,桑树作为改善生态环境的一个优良树种具有广阔的应用前景。

篇4：表面活性剂在污染土壤修复中的应用

关键词：沸石；重金属；土壤修复；应用

中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：1674-0432（2011）-03-0200-1

0 引言

随着我国工业化进程的加快，重金属污染已成为我国土壤环境面临的主要问题之一。土壤重金属已经严重影响植物的生长及作物的生产，并随着食物链进入人体，近年来不断暴露的砷、铅和镉等重金属中毒事件表明，重金属已对部分地区人群健康构成严重的危害。目前，重金属污染已经成为一个全球性的重大环境问题，并由此针对污染的土壤进行修复已经成为各国研究的重点之一。

1 沸石在土壤改良中应用前景良好

天然沸石是一种含水的碱金属和碱土金属的架状铝硅酸盐矿物，具有较强的选择吸附性能、离子交换性能和较大的吸附容量，在改良土壤方面有独特的作用。我国天然沸石储量达40亿t，位列世界前茅，年生产能力800万t。沸石具有许多独特的特征：晶体架状结构的沸石，中间形成很多的空腔和孔道，就使其能吸附并储存大量分子，具有很强的吸附作用；沸石晶体骨架中阳离子与骨架联系较弱，当其与某种金属盐的水溶液相接触时，两种容易发生阳离子交换；沸石的内部比表面积很大，每克沸石的比表面积可达355-1000m2，其结晶骨架上和平衡离子上的电荷局部密度较高，并在骨架上出现酸性位置，使其具有固体酸性质，是有效的固体催化剂和载体。

除此之外，沸石还具有良好的热稳定性和耐酸性。由于沸石作为吸附剂和催化剂，在使用和再生时，往往要遭受高温和强酸的作为，所以沸石的耐高温和耐强酸的性能较好。

2 沸石在重金属污染中的应用现状

据报道，世界各国矿业开发所产生的尾矿每年就达50亿t以上。而自20世纪50年代以来，我国大量开采各种矿产资源，在矿产资源挖掘、选矿和冶炼过程中对周边的土壤环境产生了不同程度的污染，尤其在广西、云南、湖南等矿业大省更为严重，目前这种局面并没得到很好改变。近几年来，政府和相关部门通过各种措施，但由于技术不成熟和资金缺乏等问题，土壤环境的根本性改善需要几十年，甚至更长的时间。

目前，针对土壤污染而展开的修复工作层出不穷，一般集中在微生物修复、植物修复、化学修复和农业措施等这四个方面进行修复。

沸石在改善土壤养分状况、盐碱地改良、土壤物理性状改善和污染土壤修复等方面的应用受到广泛关注，国内外许多学者也开始对沸石处理重金属污染方面也进行了相关研究。比如，江伟武等利用沸石分子筛处理含汞废水时发现，沸石分子筛对二价汞有较强的去除作用，并有较大的吸附容量，按汞与分子筛质量比为32mg/g进行处理，汞的去除率达99%以上。刘伯元等发现，沸石还可以与化肥混合或者作为复合肥施用，可以减少有效营养元素的流失(达20%以上)，并能改良土壤性能，显著降低农业种植成本。有研究表明，沸石配以骨炭施入土壤中可有效降低土壤有效态重金属含量，使轻度污染土壤上的蔬菜达到卫生安全标准。沸石对土壤重金属铅具有一定的钝化效果，可有效抑制土壤铅的迁移及生态有效性。可见，合理施用天然沸石可钝化土壤中重金属，降低重金属的活性，从而降低农作物的重金属含量，在低污染土壤中应用广泛。

沸石还可人工合成。Xavier Querol等施用粉煤灰合成沸石达到污染土壤中的重金属固定的目的，降低其在环境中的迁移性和生物可利用性。经过试验，当每公顷土壤中使用25000kg的沸石时，大多数金属（Cd, Co, Cu, Ni, Zn）的浸出能力就下降约95-99%，土壤中重金属被钝化了，对作物的毒害也就相应减弱了。王焰新等也认为合成的沸石在处理水中重金属时，对水中重金属的吸附容量比粉煤灰的高。Wei yu Shi等则综述了天然沸石修复有害重金属污染的相关方面的理论后认为应该侧重于对天然沸石的单/联合整治。但是，也有研究认为，利用天然沸石能降低土壤中活性锌的含量，但对酸溶性铅和镉的含量不产生影响。

3 沸石在土壤重金属污染修复技术研究的展望

沸石的利用是一项新兴的高效修复技术，其来源广泛，成本低。我国煤矿资源丰富，钢铁水泥等工业比较发达，如果能利用粉煤灰合成沸石对污染土壤进行固化，不仅成本降低了，而且还实现了在钢铁水泥工业中粉煤灰的回收利用，大大减少空气中可吸入颗粒物含量，从而达到空气与土壤的a双重处理的效果。所以利用沸石来处理重金属污染土壤的技术，具有良好的经济效益，社会效益和环境效益，因此具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] 陈同斌.重金属对土壤的污染[J].金属世界,1999,(3):

10-11.

[2] 韦朝阳,陈同斌.重金属污染植物修复技术的研究与应用现状[J].地球科学进展,2002,(6):833-839.

[3] 陈同斌,韦朝阳,等.砷超富集植物是蜈蚣草及其对砷的富集特征[J].科学通报,2002,(3):207-210.

篇5：表面活性剂在污染土壤修复中的应用

矿业活动是环境中污染土壤的重金属的主要来源,采用植物修复技术具有物理、化学修复方法所无法比拟的费用低廉、不破坏场地结构、不造成地下水的二次污染等优点.文章从植物稳定、植物提取和植物-微生物以及动物的`协同修复等三个方面简要介绍了对矿区污染土壤进行植物修复的研究进展.

作 者：滕冲 程峰 王杰光 莫时雄 朱寿增 王星华 TENG Chong CHENG-Feng WANG Jie-guang MO Shi-xiong ZHU Shou-zeng WANG Xing-hua  作者单位：滕冲,莫时雄,王星华,TENG Chong,MO Shi-xiong,WANG Xing-hua(中南大学土建学院,长沙,410083)

程峰,王杰光,朱寿增,CHENG-Feng,WANG Jie-guang,ZHU Shou-zeng(桂林工学院土木工程系,广西桂林,541004)

刊 名：矿产与地质  ISTIC英文刊名：MINERAL RESOURCES AND GEOLOGY 年，卷(期)： 22(2) 分类号：P618.7 关键词：重金属污染   植物提取   植物修复   植物稳定   矿区  

篇6：表面活性剂在污染土壤修复中的应用

表面活性剂增效微生物修复PAHs污染土壤的研究进展

摘要：生物降解是去除土壤环境中多环芳烃(PAHs)的`重要途径,通过使用表面活性剂增效修复可显著提高PAHs降解速度和程度.本文系统评述了表面活性剂增效修复PAHs污染土壤的研究现状和存在的问题.作 者：马锋锋 赵保卫 李玮 Ma Fengfeng Zhao Baowei Li Wei 作者单位：兰州交通大学,环境与市政工程学院,甘肃,兰州,730070期 刊：环境科学与管理 Journal：ENVIRONMENTAL SCIENCE AND MANAGEMENT年，卷(期)：,35(3)分类号：X131关键词：表面活性剂 生物修复 多环芳烃 土壤污染

篇7：表面活性剂在污染土壤修复中的应用

蚯蚓在植物修复铜、镉污染土壤中的作用

以红壤和高砂土为供试土壤,分别加入3个浓度的重金属铜离子Cu2+(100,200,400 mg kg-1)或镉离子Cd2+(5,10,20 mg kg-1),每钵接种6条蚯蚓(Pheretima sp.),种植黑麦草(Lolium multiflorum),以不加蚯蚓为对照(CK),研究蚯蚓活动对Cu、Cd污染土壤中黑麦草生长及铜、镉生物有效性的影响.结果表明,添加蚯蚓显著提高了Cu2+、Cd2+污染的高砂土中黑麦草地上部分的生物量,增幅为33%～96%;仅增加了Cu2+污染浓度低于200 mg kg-1的红壤中黑麦草地上部分的生物量;添加蚯蚓显著增加了两种土壤中速效N的含量,促进了黑麦草地上部分对N的.吸收,对速效P、K的含量以及黑麦草中P、K含量无显著影响;添加蚯蚓显著提高了红壤中铜(Cu)、镉(Cd)DTPA提取态的含量,对高砂土中DTPA提取态Cu、Cd的含量无显著影响;增加了高砂土中和添加Cu污染浓度低于200 mg kg-1的红壤中黑麦草地上部分吸收Cu的总量,而对黑麦草吸收Cd的量无显著影响.加入蚯蚓可以不同程度地改善植物修复技术应用中受制的两个主要因素.表4参30

作 者：成杰民 俞协治 CHENG Jiemin YU Xiezhi  作者单位：成杰民,CHENG Jiemin(山东师范大学人口资源与环境学院,济南,250014)

俞协治,YU Xiezhi(香港浸会大学生物系裘槎环境科学研究所,香港,九龙塘)

刊 名：应用与环境生物学报  ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF APPLIED & ENVIRONMENTAL BIOLOGY 年，卷(期)：2006 12(3) 分类号：X131.3 关键词：蚯蚓   植物修复   土壤   铜污染   镉污染  

篇8：表面活性剂在污染土壤修复中的应用

土壤是各种污染物的源和汇。农业生产中的化肥、农药大量施用,城市垃圾的随意堆放,油井开采的措施不当等人为因素都造成土壤有机污染的加剧。土壤是一类特殊的环境体系,由固-液-气-生物等多相介质构成。土壤成分的复杂性决定了其污染状态的复杂性,有机物、重金属等以不同的结合态或游离态存在于土壤中[1],因此,土壤污染的修复难度很大,选择合适的修复方法对于防止污染物的迁移扩散及恢复土壤的生态功能有着重要意义。

2土壤有机污染及修复方法概述

选择合适的修复方法首先要了解有机污染物在土壤中的存在状态,通常认为污染物吸附于土壤有机质上,但来源不同的土壤或不同种类的污染物其吸附行为存在差异,还没有统一的理论。目前土壤有机污染的修复方法包括热修复、生物修复和化学修复,实践中需综合考虑被污染土壤的特点和所要达到的目的从而选择合适的修复方法。

2.1土壤有机污染的特点

有机污染物在土壤上的吸附行为决定着其在土壤环境中的迁移转化、归趋、生物生态效应及修复、缓解途径和机制。目前较为认可的吸附理论是分配理论,认为弱极性非离子有机物从水相吸附到土壤有机相是有机物在土壤中的分配过程,土壤吸附作用的强弱取决于有机质含量[2]。但分配理论无法解释土壤分配系数与土壤复杂的有机成分之间的关系及吸附等温线的非线性等问题,相应的,关于土壤分配系数变化、低浓度非线性吸附、复合污染吸附行为及效应的研究成为焦点。

2.1.1 土壤分配系数随土壤成分而变化

同一种有机物在不同土壤上的分配系数相差数倍。土壤有机质(SOM)的组成影响土壤分配系数,研究者以不同方法证明,SOM极性越高,其吸附有机污染物的能力越低。综合研究表明,有机污染物在土壤上的分配系数变化受以下因素影响[3]:土壤的来源和有机质的腐殖化程度,特别是有机质的组成与结构(如极性、方向性、脂肪性);水中存在溶解性有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)。

这些影响因素表明,在选择土壤有机污染的修复方法时,要注意对土壤状况的调查,对方法的小规模试验,对于不同的土壤来源,其修复方法和操作过程应有所差异。

2.1.2 污染物的低浓度影响吸附等温线

由于土壤中有机污染物的浓度通常较低,有机物的吸附行为更为复杂[4,5]。SOM可能存在不同的形态,如玻璃态对有机物的吸附速率大于橡胶态;焦炭类物质的存在与SOM形成竞争吸附,并且焦炭类物质的浓度较低时,非表面吸附现象较明显;另一方面,当SOM被水饱和后将增加极性有机物的表面吸附位。上述因素都会导致吸附等温线出现非线性的特征,由此引出的特殊吸附作用理论也成为研究的焦点。

2.1.3 土壤有机污染属于复合型污染体系

土壤环境是由固-液-气-生物等多相介质构成的复杂体系,污染物来源众多,组成复杂,而污染造成的生态效应具有长期性综合性的特点[6,7]。因此,研究土壤有机污染的修复也应建立在多介质多过程的复合体系理论基础之上[8]。本文介绍的表面活性剂修复技术就是基于这一理论的修复方法之一。

土壤有机污染的特点是,污染物在土壤中的迁移变化属于多介质多过程的复合污染体系,污染物的低浓度吸附超出了线性理论的研究范畴,不同来源的土壤对污染过程和修复过程作用差别很大,因此,研究土壤有机污染现状需要针对实际土壤环境的特点做详细的分析和试验才能进一步寻找合适的修复方法。

2.2 土壤有机污染的常见修复方法

土壤有机污染往往超出了土壤环境的自净能力,为了恢复土壤的生态和农业效用,已有多种用于土壤有机污染的修复方法。下面介绍其中应用较为广泛的几种,同时与表面活性剂修复方法加以比较。

2.2.1 热修复方法

土壤有机污染的热修复方法原理是,利用有机物的热挥发性,采用加热的方法将污染物从土壤中解吸出来。热修复方法工艺简单,技术成熟,但该方法能耗过大,导致操作费用很高,而且从适用范围来讲,加热方法也只适用于易挥发的有机污染物[9]。

2.2.2 生物修复方法

土壤有机污染的生物修复方法是利用土壤中特定的微生物将有机污染物降解,以恢复土壤的生态能力[10]。土壤中通常存在高效降解污染物的微生物,如能将其驯化成优势微生物,通过优化操作条件,可以加速微生物的降解作用,修复被污染土壤[11]。

生物修复方法效果较好,但所需修复时间较长。在各种污染介质的修复中,生物方法都因成本较低、副作用小而受到较多关注。但是在土壤污染的修复中,因为土壤成分和生物结构的复杂性,生物修复方法的修复效率还有待提高。

2.2.3 化学修复方法

土壤有机污染的化学修复方法相对生物修复方法更为简单,在土壤中注入表面活性剂和有机溶剂,提高有机污染物的溶解性和流动性,使其从土壤中洗脱出来,即利用表面活性剂和有机溶剂实现强化的洗脱效果[12]。

由于污染物常常被土壤有机质强烈吸附,降低了其生物可利用性,因此,从解吸的角度修复土壤有机污染是可行的。化学方法正是利用了洗脱剂在有机物相互吸附过程中的影响,使有机污染物脱离土壤有机相。

以上3种方法是常见的土壤有机污染的修复方法,分别从不同角度解决土壤有机污染的问题,从修复效率和恢复土壤的生态功能来讲,化学修复是相对温和而有效的方法。其中,表面活性剂修复技术是一种应用广泛的化学洗脱方法,下面将就土壤有机污染的表面活性剂修复技术做详细的介绍。

3 表面活性剂修复技术概述

土壤中的有机污染物往往以吸附态存在,而大多数修复技术针对溶解态污染物最有效,因此吸附影响了其修复效率。表面活性剂能够增加污染物的溶解性和迁移性,因此利用表面活性剂的化学洗脱技术收到重视。

3.1 表面活性剂的特点及其增溶作用

表面活性剂分子的特点是具有两性基团,亲水基团和疏水基团(亲脂基团)。表面活性剂能够显著降低接触界面的表面张力,增加有机污染物特别是疏水有机污染物在水相的溶解性[13]。

当表面活性剂浓度很低时,表面活性剂的存在形式为:单体的疏水基团靠拢而亲水基团分散在溶液相;当表面活性剂达到一定浓度时,单体迅速聚集,形成球状、棒状或层状的“胶束”,该浓度称为临界胶束浓度(Critical Micelle Concentration,CMC)[14]。胶束是由以疏水性基团为核心,亲水性基团包裹疏水核心构成的集合体,胶束外表面的亲水性使其可以在土壤水相中自由运动,摄取溶解态有机污染物而发挥增溶作用。表面活性剂单体也可以增加有机污染物的溶解性,但其效果相对于胶束态并不明显。胶束态是表面活性剂的高效作用状态,胶束态的表面活性剂可以显著增加有机污染物的溶解性。

根据“相似相溶”的原理,疏水性有机污染物有进入胶束内部的趋势,因此当表面活性剂浓度超过CMC时,污染物分配趋于进入胶束核心,大量胶束的形成增加了污染物的溶解性。

3.2 用于土壤有机污染修复的表面活性剂类型

表面活性剂按亲水性离子分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、非离子表面活性剂和两性离子表面活性剂。目前常用于土壤有机污染修复的表面活性剂列于表1[14]。

带有阳离子的表面活性剂不常使用,因为土壤颗粒带负电,会吸附表面活性剂的阳离子,使其难以发挥增溶作用。一般,非离子表面活性剂比阴离子表面活性剂洗脱效率更高,可能原因有两方面,一是阴离子表面活性剂的CMC较高,同等浓度下不容易形成胶束,二是因离子表面活性剂组分在含水层的沉积,沉积在介质表层的表面活性剂会增加土壤的有机碳含量,增加了土壤的疏水性,不利于有机污染物从土壤上解吸下来[14]。

3.3 表面活性剂修复土壤的影响因素

表面活性剂用于土壤有机污染的修复效果受到各种因素影响,这些因素可能会影响表面活性剂的CMC,或影响土壤有机质的成分,或影响表面活性剂增溶有机物的过程,下面分别说明。

3.3.1 表面活性剂的性质

表面活性剂的性质包括其类型、在土壤中的饱和浓度及水油平衡值(HLB)[15]。

表面活性剂分子的疏水基团一般是由烃基构成的,而亲水基团则由各种极性基团组成,种类繁多,因此,表面活性剂在性质上的差异,除与烷基的大小和形状有关外,主要与亲水基团的类型有关。前面已提到表面活性剂用于土壤有机污染修复常见的类型是非离子型和阴离子型,两种类型的作用效果不同,非离子型的表面活性剂CMC低,易形成胶束,修复效果好[16,17,18]。但部分污染物反而在因离子表面活性剂作用时效果好,在实际修复时,要做详细的分析和试验才能确定。

表面活性剂在土壤中存在饱和浓度,研究表明:表面活性剂接近饱和浓度时,才会有明显的洗脱作用,当表面活性剂用量远远低于土壤饱和量时,表面活性剂被土壤所吸附,反而不利于洗脱作用的发挥。

表面活性剂作为一种两性物质也有分配于水相和油脂相的动态平衡,水油平衡值(HLB)是描述表面活性剂在水相和油脂相达到动态平衡时其分配比例的参数。表面活性剂的HLB越低,修复作用越好。原因是表面活性剂在一定范围内越易溶于油脂相,与有机污染物的亲和力越强,越易将其从土壤中洗脱下来[19]。

3.3.2 被污染土壤的成分

有机污染物在土壤上的吸附受到SOM含量的影响,实际环境中,表面活性剂也会被SOM吸附[20],影响其增溶或洗脱作用。若土壤有机质含量偏低,粘粒含量将成为影响洗脱效果的重要因素[3]。粘粒含量高的土壤洗脱过程较慢,且表面活性剂的有实际浓度低。原因是粘粒含量高时,土壤对有机污染物和表面活性剂的吸附同时加强,导致洗脱作用的滞后。如果仅考虑表面活性剂的洗脱修复作用,这也造成了表面活性剂的浪费,但有研究发现,表面活性剂吸附于土壤可以从土壤内部降低相界面表面张力,从而增加有机污染物的渗出。

3.3.3 共溶剂的辅助作用

共溶剂指的是甲醇等小分子有机溶剂,在水相中加入适当浓度的有机溶剂可以大大提高有机物在水相的溶解度。共溶剂与表面活性剂共同使用时,由于共溶剂分子大小比表面活性剂胶束分子小得多,能有效地帮助疏水性有机污染物由土壤有机相向水相迁移。另外,共溶剂本身也能溶解于胶束核心,形成一个溶剂-表面活性剂大胶束,增大了核心的有效容积,提高了有机污染物的分配能力[14]。

4 表面活性剂修复机理

表面活性剂对土壤的修复主要通过增加有机污染物的溶解性,使污染物从土壤上解吸下来,并随洗脱液迁移离开土壤。表面活性剂的修复机理可以从其增溶过程来理解[3,14,20]。表面活性剂对有机污染物的增溶过程分为直接增溶和间接增溶两种机制,下面分别详细说明,并引入公式对表面活性剂的增溶能力进行评价。

4.1 表面活性剂的增溶机理

大部分有机污染物通过各种化学作用力吸附在土壤有机质(SOM)上,其中主要是疏水作用力,另有部分有机污染物溶解于土壤颗粒周围的水相中,溶于水相的污染物和吸附与SOM的污染物形成动态平衡。表面活性剂对有机污染物也靠疏水作用力而吸附,且表面活性剂对有机污染物的吸附能力强于土壤有机质,作用的结果即是有机污染物从SOM上解吸下来,进入水相。表面活性剂夺取有机污染物的过程尚不确定,根据表面活性剂是否直接接触污染物,分为直接增溶和间接增溶两种过程[21]。

4.1.1 直接增溶过程

表面活性剂对有机物的直接增溶过程认为表面活性剂单体先接触污染物的分子,再形成胶束。

表面活性剂随洗脱液进入土壤颗粒周围的水相,接触溶解态的污染物并通过疏水作用吸附污染物,随着表面活性剂浓度的增加,直至超过CMC,吸附了污染物的单体将以污染物为核心形成胶束。胶束在洗脱液中扩散,携带污染物迁移离开被污染土壤。由于污染物的溶解态和吸附态存在动态平衡,吸附于SOM的污染物会进入水相,进而重复表面活性剂夺取污染物的过程。最终,大部分污染物都将被表面活性剂夺取,并洗脱出去。

4.1.2 间接增溶过程

表面活性剂对有机物的间接增溶过程认为表面活性剂先形成胶束,再通过水相介质获取污染物,使其进入胶束核心。

表面活性剂也是先进入土壤颗粒周围的水相,由于浓度高于CMC,迅速形成胶束态,分散于水相。由于胶束表面是亲水的,与疏水的污染物相互排斥而无法接近。间接增溶机理认为有机物在水相的溶解态是以被水相包围的状态存在的,因此表面活性剂胶束可以通过接触水相而间接摄取污染物。接下来的扩散迁移过程与直接增溶相同,也造成动态平衡的移动,而增加污染物的溶解性。

4.2 表面活性剂的增溶能力评价

为了选择合适的表面活性剂进行土壤修复,需要先确定其对污染物的增溶能力,可以通过理论对比或试验分析来确定。下面引入评价表面活性剂增溶能力的两个公式。

公式(1)[3]:

S*w/Sw=1+XmnKmn+XmcKmc (1)

其中各参数的含义如下:S*w-有机物的表观溶解度;Sw-有机物在纯水中的溶解度;Xmn-单体形式的表面活性剂浓度;Xmc-胶束形式的表面活性剂浓度;Kmn-有机物在表面活性剂单体和水之间的分配系数;Kmc-有机物在表面活性剂胶束和水之间的分配系数。

该公式考虑到表面活性剂单体和胶束两方面的增溶能力,是相对于没有任何增溶剂时污染物的溶解能力来表述的。当表面活性剂浓度低于CMC时,考虑Kmn大小,即表面活性剂单体相对对有机物的增溶能力,同理,高于CMC时,则主要考虑Kmc大小。Kmn和Kmc均与有机污染物的疏水性正相关,与表面活性剂的水油平衡值(HLB)负相关。

公式(2)[22]:

${\rm M}SR=\frac{S-S{}_{C{\rm M}C}}{C{}_S-C{\rm M}C}(2)$

其中各参数的含义如下:MSR-摩尔增溶比;CMC-临界胶束浓度;CS-表面活性剂浓度大于CMC时的任一浓度;S-表面活性剂浓度为CS时有机物的表观溶解度;SCMC-表面活性剂浓度为 时有机物的表观溶解度。

该公式只考虑表面活性剂胶束的增溶作用,以达到临界胶束浓度(CMC)前的溶解性参数作为对照。可以利用该公式通过试验来估计表面活性剂对某种污染物的增溶效果,如图1。

评价表面活性剂增溶能力的公式还有多种,例如与表面活性剂的辛醇水分配系数相关的评价公式,以及考虑到表面活性剂在土壤上的吸附而对增溶产生的负作用的公式等[20]。不管哪种公式,在应用时都要考虑到土壤环境的复杂性以及表面活性剂与污染物的多种作用力综合增溶的效果。

5 表面活性剂修复技术的展望与思考

5.1 表面活性剂修复技术的展望和应用

土壤有机污染日益严重,寻找快速高效的修复土壤有机污染的方法十分重要。表面活性剂由于其特殊的结构、性质及性能,在土壤有机污染修复中的应用获得越来越多的关注。

表面活性剂属于化学洗脱法的一种,利用水头压力推动洗脱液通过被污染土壤,将污染物从土壤中洗脱出去,然后再用泵将洗脱液抽提出来,并对含有污染物的洗脱液进行处理。洗脱液中含有表面活性剂和共溶剂,也可以针对被污染土壤的特点加入络合剂[14]。表面活性剂在土壤有机污染修复中的作用主要是通过自身在多介质中的吸附和溶解行为,形成不同的吸附态和溶解态,从各方面对有机污染物产生增溶作用,来改变有机污染物在土壤上的吸附行为和生物可利用性,进而达到修复土壤有机污染的目的。

化学与生物相结合修复是当前土壤有机污染最具潜力的修复方式,基于表面活性剂和其他化学试剂的活化作用,洗脱土壤污染物,增大污染物在水中的溶解度,改善其生物可利用性,促进微生物对污染物的降解或植物对污染物的吸收,提高被污染土壤的修复效率[8]。

表面活性剂修复技术已广泛用于土壤有机污染的修复,但其推广应用仍存在一些问题。主要是表面活性剂的回收和存留于土壤中的毒性问题。

表面活性剂的回收是从修复成本和环境保护两个角度来考虑的。表面活性剂用于土壤有机污染修复中,使用的浓度一般较高,同时表面活性剂在洗脱中损失很大,这一部分损失多是在土壤中的吸附截留。表面活性剂的回收需将有机污染物与表面活性剂彻底分离,利用空气吹脱法、萃取法和沉淀法等方法可以将污染物从洗脱液中分离出去,再通过膜分离、泡沫分离等方法将表面活性剂浓缩提取。回收费用与损失造成的浪费相比,仅占一小部分,因此回收表面活性剂在经济上是可行的。同时,可以将环境影响减到更小。

表面活性剂的毒性问题是一直以来关注的焦点,虽然目前的研究表明表面活性剂对生物没有毒性作用,也无生物积累效应[23],但表面活性剂种类繁多、性质各异,长期存在于土壤中仍然存在环境隐患。在工程应用时,除了注入洗脱液进行修复外,还需在修复完成后,冲洗残留的表面活性剂,将其从土壤上解吸下来。另外,表面活性剂的降解主要靠生物降解,因此,在修复完成后应创造有利条件加快表面活性剂的生物降解。

近年来,“生物表面活性剂”开始受到关注。生物表面活性剂是由微生物、植物或动物产生的天然表面活性剂[15]。由于其临界胶束浓度(CMC)低,修复效果好,易被生物降解,可以减少二次污染,因而应用前景良好。

5.2 关于表面活性剂修复技术的思考

表面活性剂因其特殊的化学结构和对良好的活化性能,已广泛应用于人类生活和生产的各个领域,在环境保护领域,表面活性剂既是环境治理的去除对象,又是环境修复的有效工具。表面活性剂进入地表水环境中,将改变水的感官性状,产生泡沫,如果造成水源污染,将难以彻底清理。同时,表面活性剂在废水当中大量存在还会造成有机物的乳化、分散,增加废水处理的难度。可见,表面活性剂大量使用会给环境带来不利影响,应适当控制表面活性剂的使用。

表面活性剂的修复机理尚不完全清楚,对实践的指导作用还要靠详细的试验和分析来确定修复方案。目前的研究多集中于利用表面活性剂修复被特定有机物污染的土壤,而对于多污染成分和非均质土壤的复杂情况还不能全面了解其作用机理和修复过程,研究力度有待加强,且对修复机理的深入研究不应被忽视。

随着人类生活范围的扩张和工业生产规模的扩大,有机污染迅速扩张到土壤环境中,土壤作为一种多相多成分的复杂介质,往往是污染物的最终去向,同时土壤还承担着生态修复的重要任务。土壤环境的保护应该受到更多的重视,不仅包括被污染土壤的修复和污染物的彻底隔离,还应对污染的产生和扩散加以控制,这样也将避免因修复导致的负作用使土壤失去生态功能。