五氯酚的土水界面行为及其在毫米级根际微域中的消减作用

【摘要】：防治和修复土壤有机污染、保护土壤环境安全、以实现土壤资源的可持续利用是当前全球关注的一个焦点。研究有机污染物在土壤中的环境行为及作用原理,搞清土壤组分与有机污染物的相互作用关系,解决有机污染土壤根际修复中一些重要的根本性的基础科学问题及关键技术问题,将为针对性地拟订经济高效的土壤有机污染防治和修复的实用技术提供基础依据。 论文在评述有机污染物的土壤吸附行为研究现状、阐述有机污染土壤根际修复的影响因素、修复过程中的响应根际效应及根际修复机理的基础上,以氯酚类(CPs)有机污染物五氯酚(PCP)为代表性的可离解疏水性有机化合物(HIOCs),围绕其在土壤矿物/腐殖质-水界面的非线性吸附特征、控制条件下的消减动态、以及毫米级根际中的微空间消减规律等内容,开展了相关PCP的土水界面行为及其在根际微域中的消减作用的细致研究,获得如下主要成果: (1) 以纯矿物及腐殖质为材料,开展了PCP在不同土壤有机、无机组分上吸附特征的对比试验,并结合去除有机质前后土壤中PCP吸附行为的差异研究,探讨了PCP吸附与矿物性质及腐殖质等的关系。发现PCP与各吸附剂的亲和力大小依次为:高岭石针铁矿Ca-蒙脱石K-蒙脱石HAs_1HAs_2;经H_2O_2氧化处理后,土壤总有机碳水平显著降低,pH趋于一致,各土壤对PCP的吸附能力极大降低,其吸附不可逆行为也随各土壤中矿物组成的差异发生不同变化。由此证实了PCP在土壤矿物/腐殖质-水间的界面行为主要受到SOM和矿物组成的影响。这种机制中,SOM占支配地位,单离子饱和的膨胀型矿物存在一定作用;环境pH由于可改变吸附相的表面特性和PCP的存在形态也起一定的间接作用。基于不同单离子饱和的蒙脱石中PCP的吸附行为差异甚大的现象,推荐提出了利用矿物晶层间的离子交换作用修复污染土壤的技术措施。 (2) 从揭示PCP在土壤中吸附行为的角度出发,深入探讨了土壤性质对PCP的土壤-水界面行为的影响,验证了PCP在土壤中吸附不可逆的行为特性。发现PCP在10种土壤上的吸附表现为非线性,这种非线性吸附行为及其过程中存在的孔隙填充(表面吸附)和固相溶解(分配吸附)两种作用可用双模式模型(DMM)进行较好拟合。但这种非线性吸附特征与非极性疏水性有机化合物(HOCs)明显不同,表现出HIOCs在非线性吸附中的特异性;同时发现PCP在土壤中存在不可逆吸附行为,涉及的主要原因包括特定吸附位点的不可逆结合、慢解吸、吸附剂分子捕获及高平衡浓度条件下孔隙变形等机制。这种不可逆吸附现象,对污染土壤的生态修复意义重大,既是一种自净作用,又存在潜在危害,在评价PCP的环境风险时应综合考虑这两种相反的影响效应;在土壤性质对PCP的土壤-水界面行为的影响方面,研究揭示出pH、有机质及