水-土体系中溶解有机质对菲解吸动力学的影响

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多环芳烃(polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs)在环境介质中分布广泛,严重威胁着人类健康和环境安全。土壤作为其重要的陆地存储库,是否能对多环芳烃在土壤中的环境归趋进行准确模拟关系着能否为环境风险评价和环境质量控制提供直接的依据。而多环芳烃在土壤中的吸附一解吸过程是影响污染物生物有效性和土壤修复的重要因素,自从上个世纪七十年代起,很多学者已经对污染物在土壤中的吸附过程进行了全方位多角度的深入研究,相比之下,对于解吸过程以及相关影响因素的探究还比较有限,而且快速解吸阶段的结果对实际的污染土壤的治理和修复更具参考价值。所以本研究主要针对污染物在土壤介质中的快解吸过程。土壤有机质(Soil Organic Matter,SOM)是影响多环芳烃的迁移、生物有效性、归趋和毒性的重要因素,为了论证此设想,采用人工添加方法制备加菲(由于其较小的分子量、较强的化学惰性以及被广泛采用为目标污染物,所以作为多环芳烃的代表化合物)的老化1个月的土壤,从而考察水.土体系中土壤本身的溶解有机质(Dissolved Organic Matter,DOM)对菲解吸动力学的影响和相互关系,并研究了pH值和离子强度对此过程的影响以及分析了其作用的原理。 研究结果主要有以下五方面: (1)老化前土壤是否进行烘干处理对于菲与土壤的结合能力有影响,从而导致菲的释放量有差异。首先,烘干处理使水分蒸发,原来被水分子占据的孔隙能让有机溶剂进入,从而更有利于菲的引入;其次,土壤微孔在干燥过程中被放大,使得菲的解吸也变得更加容易。结果表明,经过干燥处理的土壤进行老化后,菲的释放量较大,解吸的效果更为明显,这也是选择烘干土壤进行老化的原因。 (2)在高纯水体系中DOM与菲的解吸释放浓度表现出相似的先增后减、最后趋于平衡的动力学过程(相关性分析表明DOM的释放量与菲的释放量显著相关)。菲解吸动力学常数量级的变化范围在10<-05>~10<-06>s<-1>之间,而且转折变化发生在峰值释放量所对应的时间点(2.5 h左右)。另外,紫外光谱表征参数E4/E6<5说明解吸进入水相的DOM主要为胡敏酸,另一参数SUVA<,254>的变化趋势与菲解吸动力学过程相一致。因此DOM是菲解吸的重要影响因素。 (3)在不同pH条件下(离子强度固定),菲解吸浓度的关系为:碱性>中性>酸性。因酸性条件下溶解释放的胡敏酸(Dissolved Humic Acid,DHA)发生沉淀而无法判定其与菲释放浓度的相关性;在其它pH条件下DOM、SUVA<,254>都分别与菲的解吸浓度显著相关。酸性条件下,DOM结构紧密,抑制了菲的解吸;碱性条件下,由于DOM呈现比较松散的结构,从而可以为PHE提供更多的结合位点,因此显著的增加了PHE的吸附量。这些结果都说明,pH值通过影响 DOM的形态来影响PHE的解吸,DOM 在酸碱性溶液体系中仍然是影响菲解吸动力学的重要因素。 (4)在不同离子强度的电解质溶液中(pH值固定),DOM的释放量的大小关系为:高纯水>低离子强度>高离子强度,其中高纯水与低离子强度体系中的释放量差异比较小。同样的,PHE的总体释放量的太小关系也是:高纯水>低离子强度>高离子强度,高纯水与低离子强度体系中PHE的解吸量也很接近,但两者都显著的多于高离子强度体系中的释放量。少量Ca<2+>的加入并没有显著减少PHE的释放,而且在解吸初始阶段,由于Ca<2+>与DHA发生竞争吸附,减少了返回土壤吸附位点的PHE。但是从总体来看,Ca<2+>还是通过影响SOM的构造和释放的DOM的性质及特征从而影响了PHE的解吸,电解质的引入减少了菲的解吸。 (5)无论是在高纯水中、酸碱性溶液中还是人造河水(不同强度的离子引入)中,SUVA<,254>与PHE的解吸浓度都在显著性水平为0.000的上相关(Spearman秩相关系数,酸性条件下为0.591,中性条件下为0.609,碱性条件下为0.627;Pearson相关系数,低离子强度下为0.621,高离子强度下为0.688),而且随着pH值的升高,离子强度的增加,相关性都呈微弱的增加态势。相关性的综合比较说明在不同条件下,外界因素的改变通过改变DOM的性质,从而间接影响PHE的释放。
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