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有机污染物在土壤/沉积物上的吸附和解吸行为是影响它们在自然环境中迁移转化、归宿和生态效应的重要过程。而这种行为会受到有机污染物本身的物理化学性质、吸附剂的组成和结构、环境条件及共存有机污染物等多种因素的影响。环境中共存的表面活性剂,也会显著影响有机污染物在土壤/沉积物上的吸附/解吸。
本论文以环境中典型污染物多环芳烃(菲)作为目标污染物,对它单独存在以及与壬基酚聚氧乙烯醚的小分子降解产物(壬基酚NP、壬基酚三乙氧基醚NP3EO)复合存在条件下,在4种性质不同的天然地质吸附剂(土壤和沉积物)上的吸附/解吸行为进行了研究,探讨了菲在天然地质吸附剂上的吸附/解吸规律及机理,以及NP、NP3EO对菲的吸附/解吸行为的影响。
研究发现,菲在本实验采用的天然地质吸附剂上的吸附以分配作用为主,符合线性吸附等温线,在4种天然吸附剂上的K<,d>值分别为187.51/kg,104.71/kg,24.11/kg和24.21/kg,土壤/沉积物的有机碳含量越高,吸附能力越强。
吸附在天然地质吸附剂上的菲,其结合状态发生了分化,一部分可以快速解吸出来,一部分解吸速率较慢,还有一部分形成锁定态。吸附剂的有机碳含量和菲的浓度是影响菲解吸率和滞后程度的重要因素,有机碳含量越高,菲的浓度越低,最大不可逆吸附量越大,解吸滞后现象越明显。当菲加入浓度分别为1 mg/1和2 mg/l时,在吸附剂SA(有机碳含量为2.82℃)上的解吸滞后系数为1.61和0.67;而2 mg/l的菲在吸附剂SD(有机碳含量为0.69℃)上的滞后系数为-0.06,吸附几乎完全可逆。
在NP存在条件下,菲的吸附等温线符合Freundlich方程,菲的吸附行为属于多点位控制的吸附。不同浓度的NP对菲的表观吸附系数(K<,d><*>)影响不同,低浓度。NP抑制菲的吸附,如,同时加入2 mg/1 NP,使1 mg/1菲在SD上的K<,d><*>值从菲单独存在时的84.081/kg降低为16.841/kg;随着NP浓度的增大,表现为对菲的吸附起促进作用,并且这种作用逐渐增大,当NP初始浓度为35 mg/l时,对菲的吸附促进作用达到最大,K<,d><*>值为567.581/kg。继续增大NP的浓度,菲的吸附量降低。发生最大吸附促进时NP的浓度还受到菲的加入浓度和吸附剂有机碳含量的影响。菲的加入浓度越高,吸附剂有机碳含量越高,发生菲的最大吸附促进作用时NP的浓度越低。如,对2 mg/1菲在SA上的最大吸附促进时对应的NP初始浓度为15 mg/1;而对0.2 mg/1菲,NP的初始浓度为35 mg/1;对0.2 mg/1菲在SD上的最大吸附促进时的NP初始浓度为50 mg/1。这说明NP对菲吸附的影响是吸附态和溶解态的NP对菲共同作用的结果,低浓度的NP对菲存在一定程度的竞争吸附;之后随着NP加入浓度的增大,与菲形成多分子层吸附,菲的表观吸附量迅速增大到最大值;继续增加NP浓度,由于竞争吸附引起菲在多分子吸附层上的减少,而且当NP的浓度增大到一定值后,促进溶解作用占主导,菲的吸附降低。另外,NP和菲的加入顺序也对复合作用效果有影响,同时加入时菲的吸附量比依序加入时的吸附量更大。实验还发现,当NP3EO与菲共存时,对菲吸附的影响规律与NP类似。由于NP3EO的疏水性较弱,临界胶束浓度较大,所以对菲的吸附促进产生最大促进时需要N=P3EO的浓度较高,如,0.2 mg/1菲在SD上发生最大吸附促进时NP3EO的浓度为70 mg/1。
低浓度的NP对菲的解吸有抑制作用,当加入100μg/1 NP后,1 mg/1的菲在SA上的最大累积解吸率由21.04%降低为16.65℃。在有机碳含量较低的吸附剂上这种作用尤其显著,例如1 mg/1的菲在SD上的最大累积解吸率由50.84%降为22.81%。