表面活性劑修復(fù)重金屬污染土壤的研究*

陳 鋒，傅 敏，馬文琳

(重慶工商大學(xué)環(huán)境與生物工程學(xué)院，重慶 400067)

土壤重金屬污染主要來自灌水(特別是污灌)、固體廢棄物(污泥、垃圾等)、農(nóng)藥和施肥，以及大氣沉降物等［1］。重金屬在土壤中遷移性差，不易被微生物降解，滯留時間長，還會影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，通過食物鏈影響人體健康，通過生態(tài)系統(tǒng)的能量流動和物質(zhì)循環(huán)影響整個生態(tài)系統(tǒng)安全。隨著我國社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，土壤受重金屬污染面積越來越大。據(jù)報道，目前我國受重金屬污染土壤至少約20×106hm2;農(nóng)藥污染面積約13×106～16×106hm2［2］。可見修復(fù)重金屬污染土壤已經(jīng)刻不容緩。表面活性劑是指少量加入就能顯著降低溶劑表面張力，并具有親水、親油、增溶、潤濕、乳化、分散和洗滌等多方面功能特性的物質(zhì)。目前，利用表面活性劑對重金屬的增溶、活化作用來修復(fù)重金屬污染土壤的方式已經(jīng)成為環(huán)境和土壤化學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點。

1 表面活性劑在重金屬污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用

1.1 離子型表面活性劑的修復(fù)

離子型表面活性劑能活化土壤中的重金屬，提高重金屬在土壤中的溶解性和生物利用性，對去除污染土壤中重金屬有積極的效果。胡隨喜［3］等研究發(fā)現(xiàn)十二烷基苯磺酸鈉的質(zhì)量濃度為35～45 mg/L時，它對土壤中的重金屬Cd具有很好的去除效果。Chen等［4］的研究結(jié)果表明，陽離子表面活性劑CTAB，陰離子表面活性劑SDBS，非離子表面活性劑TX-100都能提高污染土壤中Cd的去除率。

1.2 生物表面活性劑的修復(fù)

生物表面活性劑是指由細(xì)菌、酵母菌和真菌等微生物代謝過程中產(chǎn)生的具有表面活性的化合物［5］。由于生物表面活性劑是由微生物代謝分泌出來的，因此它是完全可以生物降解且基本無毒。生物表面活性劑對多種重金屬污染土壤具有良好的修復(fù)效果。有研究表明，用生物表面活性劑鼠李糖脂去除土壤中的鉛和鎘，發(fā)現(xiàn)鼠李糖脂對土壤中的重金屬具有一定的去除效果。A sha A.Juwarkar等［6］研究發(fā)現(xiàn)，與蒸餾水洗脫效果相比鼠李糖脂對污染土壤中Cd、Pb、Cr的去除率分別比蒸餾水高25、9、13倍。Mulligan等［7］研究了鼠李糖脂、槐糖脂對土壤中重金屬銅和鋅的增容、活化作用;研究結(jié)果表明，0.15%的鼠李糖脂能活化16%的鋅和65%的銅。4%的槐糖脂能活化60%的鋅和25%的銅。

1.3 聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

研究表明，大多數(shù)植物能夠吸收利用的重金屬只有土壤溶液中的溶解態(tài)與土壤顆粒微弱結(jié)合的交換態(tài)以及部分碳酸鹽態(tài)，而土壤中的大部分重金屬與土壤是固相結(jié)合［8］。表面活性劑能增加重金屬在土壤中溶解態(tài)。所以在植物修復(fù)中，表面活性劑的引入促進(jìn)植物對重金屬吸收、提高重金屬的生物利用性。羅立新［9］等研究表明，在液培條件下，表面活性劑CTAB、LAS、Tween-80能促進(jìn)小麥對鎘的吸收，吸收效果為CTAB＞LAS＞Tween-80。有些表面活性劑與EDTA復(fù)合后強化植物吸收重金屬的效果要強于單獨使用表面活性劑的效果;陳玉成等［10］用表面活性劑與EDTA強化雪菜吸收土壤鎘的試驗發(fā)現(xiàn)。非離子型與陰離子型表面活性劑的強化修復(fù)效果比陽離子型表面活性劑好。表面活性劑與螯合劑聯(lián)合使用對污染土壤重金屬的去除方式主要表現(xiàn)為獨立作用、拮抗作用和協(xié)同作用3種。蔣煜峰等［11］將表面活性劑SDS和EDTA復(fù)合，去除污染土樣中重金屬。實驗表明，當(dāng)EDTA的濃度較低時，SDS抑制了EDTA對Cd、Pb的去除效果表現(xiàn)為拮抗作用;隨著EDTA濃度增加，SDS和EDTA去除重金屬的能力表現(xiàn)為協(xié)同作用。

2 影響表面活性劑修復(fù)效果的因素

2.1 表面活性劑濃度是影響重金屬去除效率的一個重要參數(shù)

A.S.Ramamurthy等［12］認(rèn)為臨界膠束濃度(CMC)直接影響土壤重金屬的流動性和去除效率，重金屬的最佳去除濃度是在CMC附近或略高于CMC。

2.2 pH值的影響

Kyung-Jin Hong等［13］實驗表明，30 mM的七葉皂甙溶液，在pH等于7.8時Cd的去除率41%。在pH等于2.8時Pb的除去率25%;pH大于7范圍內(nèi)，pH值不影響Pb的去除效果。

2.3 重金屬賦存形態(tài)對去除效果影響

蔣煜峰等［14］試驗表明，用生物表面活性劑皂角苷洗脫重金屬不同形態(tài)，如，Cd、Zn、Pb的可溶態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、有機結(jié)合態(tài)的移除效率特別高，而氧化物結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)去除率較低。

2.4 重金屬的去除效果與土壤類型有關(guān)

Gadelle等［15］研究發(fā)現(xiàn)陽離子表面活性劑通過陽離子交換能有效去除酸性土壤中的鈾［U(Ⅵ)］。周小勇等［16］試驗表明，用十二烷基苯磺酸鈉(SDBS)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)、聚乙二醇辛基苯基醚(TritonX-100)3種表面活性劑對水稻土的重金屬污染物Zn、Pb和Cd的去除效果都非常差。

3 存在的問題

表面活性劑在重金屬污染土壤修復(fù)中存在的主要問題是:(1)表面活性劑被土壤吸附。袁平夫等［17］研究表明，紅壤和水稻土對表面活性劑的吸附量可達(dá)到4～8 g/kg，且吸附后不易解吸。(2)表面活性劑對土壤的破壞。表面活性劑在洗脫重金屬的同時，可能會造成土壤營養(yǎng)元素的流失，pH的改變，影響土壤質(zhì)量［18］。(3)表面活性劑的二次污染。一般表面活性劑都是有毒、不易降解，若在土壤或水體中不斷積累必然對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生影響。(4)表面活性劑對重金屬污染土壤的修復(fù)效果與表面活性劑種類及濃度、土壤pH值、土壤類型、土壤有機質(zhì)含量、土壤中重金屬種類和其他無機污染物的作用等因素有關(guān)［19］。此外對于現(xiàn)場的修復(fù)治理污染土壤要做現(xiàn)場調(diào)查;要經(jīng)過實驗室的小規(guī)?，F(xiàn)場模擬試驗等證明修復(fù)技術(shù)的可行性;因此，土壤修復(fù)是一個非常復(fù)雜的工程，將理論應(yīng)用于實際還有許多問題亟待解決。

4 結(jié)論

表面活性劑由于其特殊的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及性能，在修復(fù)污染土壤方面有很好的應(yīng)用前景［20］。表面活性劑淋洗污染土壤時，必須考慮淋洗液可能造成的二次污染，因此要盡可能選擇無毒(或低毒)、易降解、經(jīng)濟的表面活性劑以降低淋洗技術(shù)的風(fēng)險。另外，選擇表面活性劑可優(yōu)先選擇生物表面活性劑、陰離子表面活性劑和非離子表面活性劑。由于在自然條件下，土壤膠體一般帶負(fù)電荷，陽離子表面活性劑通過離子交換被吸附在土壤膠體表面影響洗脫效果且毒性一般較大。對于復(fù)合污染的土壤，多種修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合使用可以說是現(xiàn)在土壤修復(fù)的研究趨勢。

［1］陳立民，吳人堅，戴星翼.環(huán)境學(xué)原理［M］.北京:科學(xué)出版社，2003

［2］骨家禎.重金屬污染土壤的鰲合誘導(dǎo)修復(fù)技術(shù)研究［D］.重慶:重慶大學(xué)，2007

［3］胡隨喜，巴雅爾，張建平，等.表面活性劑對土壤中鎘的吸附解析的研究［J］.江蘇環(huán)境科技，2007，20:4-61

［4］CHEN Y C，XIONG Z T，DONG S Y.Chemical behavior of cadmium in purple soil as affected by surfactants and EDTA［J］.Pedosphere，2006，16(1):91-99

［5］王世榮，李祥高，劉東志.表面活性劑化學(xué)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005

［6］SHA A A，KIRITI V D.B ioremed ia ti on of multi-metal contaminated soil using biosurfactant-a novel approac［J］.hIndian J Microbiol，2008，48:142-146

［7］MULLIGAN C N，YONG R N，GIBBS B F.Surfactant-enhanced remediation of contaminated Soil:a review［J］.Engineering Geology，2001，60:371-380

［8］彭自然，王毓芳，徐伯興.螯合誘導(dǎo)植物修復(fù)被重金屬污染土壤［J］.上?；?，2001，17:20-27

［9］羅立新，孫鐵.Cd和表面活性劑復(fù)合污染對小麥葉片若干生理形狀的影響［J］.應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，1998(9):95-100

［10］陳玉成，郭 穎，魏沙平.螯合劑與表面活性劑復(fù)合去除城市污泥中Cd、Cr［J］.中國環(huán)境科學(xué)，2003，24(1):100-104

［11］蔣煜峰，展惠英，袁建梅，等.表面活性劑強化EDTA絡(luò)合洗脫污灌土壤中重金屬的試驗研究［J］.農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2006，25(1):119-123

［12］RAMAMURTHY A S.Surfactant-Enhanced Removal of Cu(II)and Zn(II)from a Contaminated Sandy Soil［J］.Water Air Soil Pollut，2008，190:197-207

［13］KYUNG J H，YOUNG K C，SHUZO T.Toshio Kajiuchi1 Removal of Cadmium［J］.Lead from Detergents，1998(2):247-250

［14］蔣煜峰，展惠英，張德懿，等.皂角苷絡(luò)合洗脫污灌土壤中重金屬的研究［J］.環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2006，26(8):1315-1319

［15］GADELLE F，WAN J，TOKUNAGA T K.Removal of uranium(VI)from contaminated sedi-ments by surfactants［J］.Journal of environmental quality，2001，30:470-478

［16］周小勇，仇榮亮，胡鵬杰，等.表面活性劑對長柔毛委陵菜(Potentilla griffithii var.velutina)修復(fù)重金屬污染的促進(jìn)作用［J］.生態(tài)學(xué)報，2009，29(1):283-290

［17］袁平夫，廖柏寒，曾清如，等.運用兩階段吸附模型探討SDBS的吸附—解吸過程及其機理［J］.土壤學(xué)報，2005，42(5):871-874

［18］POLETTNI A，POMI R，CALCAGNOLI G.A ssisted Washing for Heavy Metal and Metalloid Removal from Contaminated Dredged Materials［J］.Water Air Soil Pollut，2009，26:183-198

［19］AMES W J，MICHACL P，AMABLE P.Surfactant/alcohol mixture for insitusolubilization of complex LNAPL as a single-phase microemulsion.Environ Sci［J］.Technol，1998，32(4):523-530

［20］趙景聯(lián)，劉萍萍，梁繼東.環(huán)境修復(fù)原理與技術(shù)［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2006

［21］時進(jìn)剛，袁興中，曾光明，等.鼠李糖脂對沉積物中Cd和Pb的去除作用［J］.環(huán)境化學(xué)，2005，24(1):55-58

［22］魯如坤.土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析法［M］.北京:農(nóng)業(yè)科技出版社，1999

［23］周啟星，宋玉芳.污染土壤修復(fù)原理與方法［M］.北京:科學(xué)出版社，2004