表面活性剂及DOM对土壤中菲、芘解吸行为的影响因子初探.docx

表面活性剂及De）M对土壤中菲、花解吸行为的影响因子初探王艮梅1，*,孙成21 .南京林业大学森林资源与环境学院，江苏南京2I0037;2.南京大学环境学院,江苏南京210093摘要：采用室内序批试验研究了±-水体系中非离子型表面活性剂（TWeen80）和水溶性有机物（DOM）的投加次序、试验平衡时间及离子强度等环境因素对表面活性剂TWeen8（）及DOM对污染土壤中菲、花解吸行为的联合效应。结果表明，表面活性剂Tween80和DoM都可促进菲、花的解吸，当两者同时加入体系时，菲、花的解吸率是对照的2.55-3.12倍（菲）和7.619.61倍（茂），两者之间存在协同效应；与两者同时加入相比，振荡12h后加入TWeen80,菲、花的解吸率增加了1.813.3%（菲）和7.559.51%（莅）,而振荡12h后加入DoM,菲、花的解吸率基本无变化；试验还证实，随着雷子强度的增加，体系中菲、花解吸率呈下降趋势，但不同处理间无明显的差异性。关键词：TWeen80；水溶性有机物；菲、荏；解吸作用；联合效应；影响因子中图分类号：X131.3文献标识码：A文章编号：1672-2175（2007）04-1108-05普遍认为，PAHs在土壤中极易被土壤胶体吸附HZ,在土壤中活性较低，难于迁移。然而大量研究表明表面活性剂及水溶性有机物（DoM,dissolvedorganicmatter）可以明显提高土壤中PAHs及其他一些疏水性有机污染物的溶解性、解吸性和生物降解性田H,并进一步影响PAHs在环境中的迁移转化。然而，已有的研究主要集中于单一的研究表面活性剂、不同类型表面活性剂的各种组合或DOM对PAHs等疏水性污染物环境行为的影响在很多实际环境条件下表面活性剂和DOM可能同时存在，如未经处理的生活污水及工业废水以及污泥等的农地利用，那么它们又是如何影响疏水性污染物在环境中的行为？DOM和表面活性剂的环境行为是否受到影响？对环境中PAHS的行为影响又如何呢？HyUn-Hee（2002）等研究表面活性剂和De）M对PAHs表观溶解度联合作用时发现，非离子型表面活性剂TritOnX-100与DOM对PAHs表观溶解度联合作用时表现为相加的效果，而阴离子表面活性剂SDS与DoM联合作用时则表现为拮抗的效果"21。相反，Cheng和WOng（2006）研究发现,非离子型表面活性剂TWeen80和DOM对污染土壤中菲、茂解吸存在协同效应，菲、莅的解吸率分别比两者单独作用的相加结果高出16%和11%。仅有的研究结果从现象上表明，表面活性剂和DOM对环境中PAHs的行为存在交互作用。这种交互作用的机理是什么？一般认为表面活性剂及DOM在土壤中的吸附作用是控制它们环境行为的关键过程。这种吸附作用受试验过程中很多环境条件的影响。土一水系统中的pH、离子强度、吸附的平衡时间以及表面活性剂和DOM向系统中投加的次序等是影响表面活性剂和DOM在土壤上吸附行为的重要环境因素。这些环境因素也必然会通过影响表面活性剂和DOM在土一水系统中的环境行为而对PAHs的行为产生一定的影响。因此，本文在现有研究的基础上，选用了农地中常用的两种代表性有机肥（猪粪和猪粪堆肥）的DOM和表面活性剂吐温（TWeen80）为材料，以菲（Phenanthrene）、花（Pyrene）为PAHs的代表,通过室内序批试验研究了表面活性剂及DOM的投加次序、试验平衡时间及离子强度对Tween80和DoM对PAHS解吸作用联合效应的影响。以期为PAHs污染土壤的修复以及其风险评估提供科学的理论依据，并进一步了解疏水性有机污染物在环境的归宿。1材料与方法1.1 供试材料供试土壤采自香港绿田园农场0-15cm表层土样（非污染土），样品取回后风干，磨细，过Imm筛，保存备用，基本性质见表Io供试PAHs选用菲（分析纯）、花（分析纯）两种，购自AldrichchemicalCo.,纯度都为98%,菲、黄的分子量分别为178.23和202.26gmol,25C纯水中溶解度为1.2和0.12mgL,辛醇-水分配系数（IogKow）为4.45和4.8#川，买回后直接使用。供试的表面活性剂Tween80（分析纯）,直接购于SigmaCo.,Tween80临界胶束浓度（CMC）为I5mgL1o供试有机物料为猪粪和猪粪堆肥，猪粪取自香港嘉道理农场，猪粪堆肥为南京象山有机肥厂的猪粪堆制而成。表1供试土壤的基本理化性质,able1Thephysico-chemicalProPertieSofselectedsoil上4flH沙粒粉沙粘粒pHEC有机质，,./(gkg")/(gkg")/(gkg)H2O(HlO)/(scm,)/(gkgl)''(<2mm)土填砂填土5.8726.328.45093271641.2 菲、花污染土壤的制备将一定量的菲和黄溶于有机溶剂二氯甲烷（DCM）中，然后分别加入备用的土壤中，与土壤充分混匀，在室温下静置培养，待土壤中DCM完全挥发（约培养48h）后，样品保存备用。经正己烷测定，培养后的土壤中菲、花的含量分别为105.3mgkg'1土和132.1mgkgl±。1.3 供试有机物料市DOM的提取猪粪和猪粪堆肥样品都采用1：40的固液比例（物料干质量M超纯水体积mL）浸提，在25°C下200rminl的水平振荡机上振荡16h后，以12000rminl低温（4）离心10min,上清液过0.45m的滤膜，滤液中的有机物即为DOM,其浓度采用TOC仪（TOC50OoA,Shimadzu）测定。DOM组分测定：亲水性和疏水性组分采用XAD-8树脂柱分离法进行I，表观分子量大小测定采用透析法进行I。基本性质见表2。1.4 试验设计1.4.1 表面活性剂和De）M投加次序及投加时间对菲、花解吸行为的影响分别称取0.50g培养后的菲、花污染土样于20mL广口玻璃瓶中，按照固液比为1:20的比例加入含200mgL,HgCl2（微生物活动抑制剂）DOM和/或Tween80溶液10mL,Cdom和Gxveenso分别为C表2供试有机物料的基本性质Table2ThefundamentalpropertiesoftheselectedDOM分子量组成比例,亲水-疏水比例/%(<l0Da)(IO-25OOODa)(>25000Da)HiHo猪粪DOM65.065.7329.2154.0245.98猪爽堆肥DoM30.951851.0546.3353.6750mgLl和150mgl同时设计对照处理（CK）,即用含200mgL-1HgCl2的超纯水代替DOM或Tween80溶液。然后在水平振荡机上于22,250rmin1条件下恒温振荡12h后分别投加TWeen80或DOM溶液，然后继续振荡，至整个振荡时间达到24h后，取约L5mL的土壤悬液在高速（12000rminl）离心机（EppendorfCentrifuge5417C）上离心10min,用HPLC（Modelno.515;Water,St.MiIford,MT）测定上清液中菲、花的含量。每个样品重复3次。为进一步研究在平衡时间内，在DOM和Tween80作用下PAHs解吸的动态特征，设计如下试验。分别称取050g培养后的菲、花污染土样于20mL广口玻璃瓶中，按照固液比为1:2（）的比例加入含200mgL1HgCl2（微生物活动抑制剂）的猪粪DOM（简称：PMX猪粪堆肥（简称：PC）溶液IOmL,Cdom为C50mgL”,然后在水平振荡机上于22,250rminl条件下恒温振荡12h后，向体系中加入TWeen80,溶液中最终CTWeenao为150mgL,o然后继续振荡，试验的整个振荡时间为24ho在振荡过程中分别于0.5,1,1.5,2,4,12,12.5,13,13.5,14,24h进行动态取样，取样及分析步骤同上。1.4.2离子强度对菲、弦解吸行为的影响分别称取0.50g培养后的菲、花污染土样于20mL广口玻璃瓶中，按照固液比为1:20的比例加入含200mgL,HgCl2（微生物活动抑制剂）的猪粪DOM（简称：PMX猪粪堆三（简称：PC）和Tween80溶液IomL,CDOM为C200mgL,CTWeen80为150mgL-,同时设计对照处理（CK）,即用含200mgL”HgCI2的超纯水代替DOM或TWeen80溶液。用KCl调节溶液的离子强度分别为0,0.01,0.1molL1,然后在水平振荡机上于22,250rmin条件下恒温振荡24h（根据预备试验确定）后，取样及分析步骤同“1.4.1”节。1.5 色谱分析条件样品采用高效液相色谱/荧光检测器测定，色谱条件为：36mm×250mm反相CIS色谱柱；流动相为100%丙,流速1.5mLmin山网，菲、莅的激发波长和发射波长分别为244nm和360nm（菲）,237nm和385nm（黄卜菲、莅样品检测灵敏度为1gL',o预备试验表明，Tween80和DOM不会干扰上、花的荧光检测精度。2结果与讨论2.1 DOM及Tween80投加次序对污染土壤中菲、花解吸行为的影响图I为DoM和TWeen80加入体系的次序对菲、花解吸率的影响结果。结果显示与对照相比,DOM和Tween80都可以增加菲、花的解吸率，尤其是DOM与Tween80共存于体系时，菲、弦的解吸率明显的增加，且这种效果受到DOM和Tween80投加次序的影响。¾l * I L.(CKHMPCTPMQ*TOPClHTUPMOTI2POTI2TOPM12TO-PCI2不同处理图1DOM及TWeen80投加次序对体系中菲、苗解吸率的影响Fig.1EffectofadditionsequenceofdissolvedorganicmatterandTween80onthedesorptionmaspercentofpyreneandphenanthrene(CK=WiIhoUlDOMandTveen80;PMandPC=DOMderivedfrompigmanureandpigmanurecompostofC50ngLrespectively;T=TU,een80of150mgI,;To+PMPCo=twoagentswereaddedsimultaneouslyatOh;PMPC(T2=DOMwasaddedatOh,andthen150mgL,ofTween80wasaddedtothesystemat12h;To-PMPC2=lveen8Owasaddeda(Oh,andthenC50mgL*1ofDOMwasaddedtothesystemat12h)从图中可以看出，体系中加入DOM溶液后菲、花的解吸率增加了1.27%、0.2%(PM),1.24%、0.36%(PC)o这是因为，DOM是两性物质，其疏水性组分部分与疏水性有机污染物的疏水相作用，从而提高了它们的解吸率；此外，可能是由于DOM具有表面活性，能够提高菲、弦的解吸作用。同样体系中加入Tween80后，菲、莅的解吸率也有明显增加，分别是对照的1.29和5.38倍。本试验中CTween80为150mgL,远大于其临界胶束浓度(criticalmicelleconcentration,1CMC=15mgL,),Tween80分子之间形成较大的胶束团聚物(micelles),疏水性的尾部位于胶束内部，形成疏水性很强的空间，而亲水性的头部位于外部，在