鼠里糖脂作用下三氯生在底泥柱中的遷移傳輸

陳源波

（廣東省核工業(yè)地質(zhì)局核技術(shù)應(yīng)用研究所，廣州 510800）

TCS是一種廣譜抗菌劑，廣泛應(yīng)用于個(gè)人藥物及個(gè)人護(hù)理品中。TCS屬疏水性有機(jī)物，易吸附在底泥等固相介質(zhì)上，具有長(zhǎng)期滯留性、生物蓄積性和“三致”作用。吸附在底泥上的污染物質(zhì)，在厭氧或缺氧條件下難以被生物降解；同時(shí)，在水體動(dòng)力學(xué)作用下，污染物能逐步向底層遷移，導(dǎo)致地下水遭到不同程度的污染。

生物表面活性劑能將HOCs包裹在膠束內(nèi)部來(lái)改變HOCs的遷移分配。其膠束增溶作用一方面能使HOCs從底泥中解吸附出來(lái)，促進(jìn)其向水相的遷移；同時(shí)，膠束在底泥上的吸附又能強(qiáng)化HOCs在底泥上的滯留[1]。鼠里糖脂（RL）是一類典型的生物表面活性劑，在污染修復(fù)領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。

目前，RL強(qiáng)化修復(fù)HOCs污染底泥通?？紤]RL添加濃度、HOCs物化性質(zhì)等影響因素，所采用的方法也主要是批實(shí)驗(yàn)。然而，批實(shí)驗(yàn)對(duì)模擬實(shí)際環(huán)境中HOCs在底泥-水體系的遷移傳輸存在諸多不足。張建明等發(fā)現(xiàn)批實(shí)驗(yàn)與柱實(shí)驗(yàn)中的2,4-二氯苯酚在土壤中吸附的分配系數(shù)存在較大差異，且柱實(shí)驗(yàn)更為接近實(shí)際值[2]。郭艷平等發(fā)現(xiàn)在批實(shí)驗(yàn)和柱實(shí)驗(yàn)中，在表面活性劑作用下17α-炔雌醇的行為有較大差異[3]。

為此，本文以填裝底泥柱為研究體系，探究RL作用下TCS在底泥柱中的遷移傳輸規(guī)律，以期為RL作用疏水性污染物的修復(fù)技術(shù)提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試劑

TCS購(gòu)自美國(guó)Alfa Aesar公司，RL購(gòu)自湖州紫金生物科技有限公司，其他試劑均為分析純級(jí)試劑。易混合置換實(shí)驗(yàn)中所用背景溶液是1 mg/L CaCl2，5 mg/L NaHCO3的pH緩沖液并加入100 mg/L NaN3。

1.2 易混合置換試驗(yàn)方法

底泥樣品是從廣州珠江瀛洲生態(tài)公園的沖積入?？谔幦〉?，在自然條件下風(fēng)至半干，將雜質(zhì)去除后搗碎過(guò)2 mm篩網(wǎng)。底泥分多次逐層嚴(yán)實(shí)地填入玻璃柱中，每層用玻璃棒略微壓實(shí)后打毛。蠕動(dòng)泵流速為0.25 mL/min，開始時(shí)從底泥柱底部向上輸入背景溶液，排氣，持續(xù)12 h。隨后改為下向流，逐步調(diào)節(jié)至設(shè)計(jì)流速。

在燒杯中放置少量的TCS-甲醇濃縮液，靜置，待甲醇完全揮發(fā)后，加入50 mL背景溶液，檢測(cè)背景溶液中TCS的原始濃度。將50 mL TCS/背景溶液泵入底泥柱中，然后換用背景溶液或RL進(jìn)行淋溶。對(duì)出流液中的TCS進(jìn)行超高效液相色譜檢測(cè)。

1.3 底泥柱的分層萃取

當(dāng)出流液中的TCS濃度低于儀器檢測(cè)限時(shí)，拆開有機(jī)玻璃柱，沿垂直方向平均切割土柱，分得五個(gè)土柱層：表層沙粒、頂層底泥、中層底泥、底泥底泥以及底層沙粒。對(duì)其進(jìn)行有機(jī)萃取后檢測(cè)TCS含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 TCS在底泥柱中的淋溶穿透特性

如圖1所示（橫坐標(biāo)PV/PV0為相對(duì)孔隙水體積），TCS在底泥柱中置換需要約500 PV/PV0的背景溶液，出流液中的TCS才能趨于平衡。出流液中的TCS濃度在約80～120 PV/PV0處達(dá)到最大值。TCS在底泥柱中的淋溶穿透曲線左右并不對(duì)稱，其穿透分布及穿透時(shí)間分布較寬，后期呈現(xiàn)明顯拖尾現(xiàn)象。與初始輸入TCS的質(zhì)量相比，累積出流的TCS質(zhì)量要小很多，這說(shuō)明仍有相當(dāng)一部分TCS被吸附綁定在底泥中。

對(duì)比前人實(shí)驗(yàn)，筆者發(fā)現(xiàn)，相比17α-炔雌醇等類雌激素，TCS在底泥柱中的置換所需背景溶液體積更大，穿透時(shí)間也歷時(shí)更長(zhǎng)，這可能是因?yàn)門CS的正辛醇-水分配系數(shù)更大，使得TCS更易吸附在底泥上，被淋溶出來(lái)的難度更大。

不同流速條件下，TCS隨孔隙體積變化的穿透出流分布及出峰特性等均存在差異。相比低流速條件，高流速條件下出流液中的TCS的濃度出峰的PV/PV0有所減少，出峰值明顯提高。低流速條件下，吸附的TCS整體的解吸附速率較為緩慢。低流速條件下所累積置換出的TCS質(zhì)量?jī)H為高流速條件的62%。這顯示，淋溶孔隙水流速的變化會(huì)導(dǎo)致與底泥相互作用的反應(yīng)性溶質(zhì)在底泥柱中的穿透和吸附特性發(fā)生變化。

圖1 不同背景溶液淋溶下TCS隨相對(duì)孔隙體積變化的穿透曲線及累積曲線

2.2 RL作用下TCS底泥柱中的淋溶穿透行為

如圖2所示，以RL為淋溶液體時(shí)，出流的TCS在一定程度上會(huì)存在不連續(xù)性。這可能是因?yàn)镽L膠束與底泥顆粒相互作用，使得TCS被吸附-解吸附在底泥固體顆粒上，進(jìn)而導(dǎo)致出流的TCS出現(xiàn)不穩(wěn)定不連續(xù)狀態(tài)。

RL淋溶液在整體上能促進(jìn)TCS在底泥柱中的遷移行為。當(dāng)淋溶RL體積為35～40 PV/PV0時(shí)，出流液中便可檢測(cè)到較大濃度的TCS。而以背景溶液為淋溶液時(shí)，要在出流液中檢測(cè)出較大濃度TCS時(shí)所需的淋溶體積為60～65 PV/PV0。相比以背景溶液為淋溶液，以RL溶液為淋溶液時(shí)，出流液中所出現(xiàn)的TCS的濃度到達(dá)峰值，所需的淋溶液體積更少，峰值也更大，這表明RL膠束降低了TCS在底泥柱中的吸附速率和吸附量。RL濃度為1 000 mg/L，流速約為1.0 mL/min。以RL為淋溶液，也減緩了TCS在底泥柱中穿透曲線的拖尾現(xiàn)象，這說(shuō)明RL膠束提高了TCS在底泥顆粒上的解吸附速率。TCS在底泥柱中的淋溶穿透率約為68%，相比背景溶液的44%，其淋溶穿透率提高了24%。出流液中的TCS的累積質(zhì)量在以RL為淋洗液時(shí)也比以背景溶液淋洗時(shí)更大，這進(jìn)一步展現(xiàn)了RL膠束對(duì)TCS的解吸附作用。

圖2 RL淋溶條件下出流液中TCS的穿透及累積質(zhì)量曲線

2.3 淋溶后TCS在底泥柱中的分布

如圖3所示，在不同淋洗條件下，表層和底層沙粒中均未檢測(cè)到TCS，但在頂層、中層和底層底泥中均有不同程度的TCS殘留。這說(shuō)明TCS更傾向于吸附底泥顆粒。在較高孔隙水流速下，各層底泥中TCS的量更低。在較低孔隙水流速下，隨著底泥柱中底泥深度的增加，TCS在底泥中的殘留量更低，這說(shuō)明較低的孔隙水流速對(duì)TCS在底泥中的遷移傳輸影響較小，其更難將TCS從底泥固體顆粒的綁定中解吸附出來(lái)。在高流速下以背景溶液為淋溶液時(shí)，TCS在底泥柱中的分布為中間層更多。而在相同流速下以RL為淋溶液時(shí)，TCS在底泥中的分布隨著底泥柱深度的增加而降低，總體殘留量更低。這說(shuō)明RL對(duì)TCS存在解吸附作用，強(qiáng)化了TCS在底泥中的可遷移傳輸性能。

圖3 不同條件淋溶后TCS在底泥柱中的縱向分層分布

3 結(jié)論

高孔隙水流速能夠促進(jìn)TCS在底泥柱中的遷移傳輸行為，RL能進(jìn)一步強(qiáng)化這種傳輸行為。高流速條件下，RL作用下的TCS在底泥中的淋溶穿透率為68%，相比背景溶液提高了24%，使得殘留在底泥柱中的TCS含量顯著降低。RL膠束強(qiáng)化了TCS在底泥顆粒上的解吸附行為，使得TCS更易向水相介質(zhì)遷移。

1 陳寶梁.表面活性劑在土壤有機(jī)污染物修復(fù)中的作用及機(jī)理[D].杭州：浙江大學(xué)，2004.

2 張建明，彭 勝，陳家軍.二氯苯酚在土壤中的吸附及其批實(shí)驗(yàn)與柱實(shí)驗(yàn)的分配系數(shù)比較[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2012，6（11）：4251-4256.

3 郭艷平.鼠里糖脂作用下17α-炔雌醇在水/底泥中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律及生物有效性[D].廣州：華南理工大學(xué)，2010.