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石油烃在土壤上的吸附行为及对其它有机污染物吸附的影响

陈虹  
【摘要】: 土壤对有机污染物的吸附是影响其在环境中迁移转化、归宿和生物生态效应的主要因素之一。石油类污染物作为东北老工业基地的典型有机污染物之一,其自身的吸附行为及对其它有机污染物吸附的影响有助于深入了解东北地区高负荷复合污染状态下有机污染物的复杂环境行为和生态风险,同时为对其控制和治理提供科学依据。 本文在研究石油烃在土壤-水界面的吸附行为的基础上,深入探讨了石油-土壤-水-有机污染物复杂体系中多界面的吸附行为。重点研究了土壤中的黑碳和溶解性有机碳对石油烃吸附的贡献和机理,并建立了在与水互溶的溶剂存在条件下,石油烃的溶解和吸附模型。系统研究了部分典型极性、非极性有机化合物以及全氟辛烷磺酸(PFOS)在石油污染土壤上的吸附行为,探讨了石油类污染物对有机化合物的吸附行为的作用机制。论文取得了以下的研究成果: (1)石油烃在土壤上的吸附系数与土壤有机碳含量线性正相关,而与粘土含量无关,明确了有机质是石油烃在土壤上吸附的来源。不同土-水比(SSR)下石油烃的吸附系数(K_(OC))不为常数并存在解吸滞后现象,滞后因子随着SSR的增加而增大,K_(OC)随着SSR的增加而减小。 (2)石油烃在丙酮.水体系中符合log-linear助溶模型,在此基础上通过测定石油烃在丙酮-水-土壤体系中的吸附等温线,计算得到溶解性有机碳对石油的吸附系数(logK_(DOC))为4.34,高于颗粒态有机碳对其的吸附系数1个log单位左右。通过测定石油烃在灼烧后土壤和原始土壤上的吸附等温线,计算得到在其它有机质存在的条件下,土壤中的黑碳对石油烃的吸附能力(K_(F,BC)~(env))为10~(2.55±0.21)L/kg。 (3)利用极性、非极性有机化合物在油污染土壤上的吸附行为考察了油对其它有机污染物吸附行为的影响。结果表明对于非极性的菲和异丁草丹,当油浓度低于1 g/kg左右时,它们的吸附能力没有明显变化;当油浓度大于1 g/kg左右时,油对菲和异丁草丹具有较强的吸附能力,log K_(oil)值分别为5.03±0.16和3.94±0.10 L/kg,分别比它们相应的log K_(TOC)高出大约4倍和3倍左右。但该原油对极性的阿特拉津和的敌草隆几乎没有吸附。特殊点位的吸附是阿特拉津和敌草隆主要的吸附机理,吸附剂极性与吸附能力不存在正相关的关系。 (4)研究了石油对于离子型化合物PFOS吸附行为的影响。石油对PFOS的吸附能力较强,K_(oil)值比PFOS在天然有机碳上的吸附能力K_(OC)高一个log单位左右;溶液的性质(pH值和[Ca~(2-)])对PFOS在油-水表面的吸附能力没有显著的影响。PFOS在油上的吸附主要通过PFOS的疏水端和油表面的疏水作用,发生在油-水界面。 (5)探讨了黑碳对PFOS的吸附机理。在pH=5.0、[Ca~(2+)]=0.5 mM的溶液中,黑碳(SRM 2975)对PFOS的吸附较为线性且吸附能力(log K_(BC))与天然有机碳对PFOS的吸附能力(log K_(OC))没有显著差异,因此在上述溶液性质下,BC对PFOS的吸附并未表现出其常见的非线性和强的吸附能力。溶液的性质对PFOS在BC上的吸附特性有显著的影响。随着溶液中pH值的降低或[Ca~(2+)]的升高,PFOS在BC上的吸附能力和吸附非线性显著提高。因此在上述溶液中,以及真实环境中较低的PFOS浓度下,BC对PFOS的吸附贡献尤为重要。PFOS在BC上的吸附机理为分配作用和静电作用共同存在。 以上研究数据和结果有助于了解和预测东北地区石油类污染物的归趋和生态风险,同时为探讨在石油污染地区其它有机污染物的归趋和迁移转化规律提供科学依据。


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