表面活性劑在污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用

環(huán)保網(wǎng)訊:化學(xué)淋洗技術(shù)是指借助能促進(jìn)土壤環(huán)境中污染物溶解或遷移作用的溶劑，通過壓力將其注入到被污染土層中，然后把含有污染物的液體從土層中抽提出來，進(jìn)行污水處理而分離污染物的技術(shù).

淋洗劑可以是清水，也可以是包含沖洗助劑的溶液.淋洗劑可以循環(huán)再生或多次注入地下水來活化剩余的污染物[1].由于化學(xué)淋洗過程的主要技術(shù)手段在于向污染土壤中注射溶劑或化學(xué)助劑，因此提高污染土壤中污染物的溶解性和它們?cè)谝合嘀械目蛇w移性是實(shí)施該技術(shù)的關(guān)鍵.這種溶劑或化學(xué)助劑應(yīng)該具有增溶、乳化效果，或能改變污染物化學(xué)性質(zhì).近年來研究人員圍繞表面活性劑做了大量工作，利用表面活性劑增效修復(fù)(surfactant-enhancedremediation，SER)去除地下含水層中的非水相液體以及土壤顆粒物上污染物的研究，已經(jīng)成為環(huán)境和土壤化學(xué)領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn).該技術(shù)正是利用了表面活性劑對(duì)污染物環(huán)境行為的作用.

1表面活性劑

表面活性劑是指少量加入就能顯著降低溶劑表(界)面張力，并具有親水、親油和特殊吸附等特性的物質(zhì).表面活性劑分子的結(jié)構(gòu)中含有極性的親水基和非極性的親油基兩部分.表面活性劑分子的親油基一般由烷基構(gòu)成，而親水基則是由各種極性基團(tuán)組成，種類繁多.

因此，表面活性劑在性質(zhì)上的差異，除與烷基的大小和形狀有關(guān)外，主要與親水基團(tuán)的類型有關(guān).親水基團(tuán)在種類和結(jié)構(gòu)上的改變遠(yuǎn)比親油基團(tuán)的改變對(duì)表面活性劑的影響要大，所以表面活性劑一般以親水基團(tuán)的結(jié)構(gòu)為依據(jù)來分類.按親水基是否帶電荷將表面活性劑分為離子型和非離子型兩大類.

離子型表面活性劑在水中能夠電離，形成帶正電荷、負(fù)電荷或同時(shí)帶正電荷和負(fù)電荷的離子.帶正電荷的稱為陽離子表面活性劑，帶負(fù)電荷的稱為陰離子表面活性劑，同時(shí)帶有正電荷和負(fù)電荷的則稱為兩性表面活性劑.非離子型表面活性劑分子在水中不電離，呈電中性[2-3].

表面活性劑的親水基與水分子作用，使表面活性劑引入水相，而親油基與水分子相排斥，與非極性或弱極性分子作用，使表面活性劑分子引入油相(溶劑).通常用親水親油平衡系數(shù)(hyhile-lipophilebalance，HLB)來表示表面活性劑的親水性.

表面活性劑溶于水后，在低濃度時(shí)它是以單分子狀態(tài)分散在水中或吸附在界面上的，當(dāng)其濃度增加時(shí)，由于界面已被表面活性劑占滿，為保持在水中的穩(wěn)定，表面活性劑開始靠分子間引力而相互聚集，逐漸形成類似球狀的聚集體，這種聚集體稱為膠束.表面活性劑在溶液中形成膠束的最低濃度稱為臨界膠束濃度(criticalmicelleconcentration，CMC).

溶液中表面活性劑膠束和單體對(duì)有機(jī)物具有增溶作用，提高有機(jī)污染物在溶液中的溶解度，進(jìn)而影響有機(jī)物在水體表面的揮發(fā)及其在土壤、沉積物、懸浮顆粒物上的吸附，其絡(luò)合特性將使重金屬在土壤(沉積物)上的形態(tài)、遷移規(guī)律發(fā)生變化.這些性質(zhì)將影響到有機(jī)污染物和重金屬污染物的環(huán)境化學(xué)行為和生物有效性.

2表面活性劑在有機(jī)污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用

2.1表面活性劑的增溶洗脫作用

有機(jī)污染物的水溶性是其在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的一個(gè)重要影響因素.有些有機(jī)污染物是微溶于水的，習(xí)慣上稱其為非水相液體(non-aqueousphaseliquids，NAPLs)，又分為輕非水相液體(LNAPLs)、重非水相液體(DNAPLs).NAPLs在遷移過程中通過滯留、溶解、揮發(fā)等過程污染土壤、水體和空氣.NAPLs在地下的運(yùn)移和分布受很多因素控制，如NAPLs本身的物理化學(xué)性質(zhì)、土壤的性質(zhì)、NAPLs的滲漏條件等.尤其是DNAPLs污染的修復(fù)非常困難，如三氯乙烯(TCE)、多環(huán)芳烴(PAHs)、多氯聯(lián)苯(PCBs)等，而這些物質(zhì)常常和重金屬或放射性物質(zhì)并存，使得問題更加復(fù)雜[4].

增溶作用是指表面活性劑的存在能使NAPLs的溶解度顯著增大的現(xiàn)象.表面活性劑的增溶作用是其影響有機(jī)污染物在環(huán)境中遷移轉(zhuǎn)化的重要特性.由于表面活性劑增溶作用具有應(yīng)用于有機(jī)污染土壤和地下水修復(fù)的良好前景，國內(nèi)外對(duì)表面活性劑增溶難溶有機(jī)物進(jìn)行了大量研究.

陳寶梁等[5]研究發(fā)現(xiàn)，在濃度低于CMC時(shí)，對(duì)苊的增溶，TritonX-100與SDS相當(dāng)，都大于CTMAB;濃度高于CMC時(shí)，SDS增溶與TritonX-100相當(dāng)，都低于CTMAB.Doong等[6]研究表明非離子表面活性劑TritonX-100

對(duì)苯乙烯的溶解度幾乎沒有影響，而陰離子表面活性劑SDS使苯乙烯的溶解度提高了20%～43%.Zhu等[7]研究發(fā)現(xiàn)，混合表面活性劑對(duì)PAHs的增溶能力比單一表面活性劑強(qiáng).由此可見，表面活性劑的種類和濃度、膠束的結(jié)構(gòu)、有機(jī)物(被增溶物)的性質(zhì)等都會(huì)對(duì)表面活性劑的增溶作用產(chǎn)生影響.

由于表面活性劑能大大提高有機(jī)污染物在水中的溶解度，其在土壤及地下水有機(jī)污染修復(fù)中的應(yīng)用已引起廣泛關(guān)注.表面活性劑的使用不僅大大提高洗脫效率，還縮短了修復(fù)所需時(shí)間.不同表面活性劑對(duì)有機(jī)污染物的洗脫效果不同.有研究表明，當(dāng)表面活性劑濃度低于CMC時(shí)，SDS僅僅能增強(qiáng)高有機(jī)質(zhì)含量土壤上莠去津的洗脫去除作用，而當(dāng)表面活性劑濃度高于CMC時(shí)，所有土壤中莠去津脫附作用都有所增強(qiáng)，其增強(qiáng)幅度取決于土壤有機(jī)質(zhì)含量的大小[8].

Park等[9]研究發(fā)現(xiàn)，五氯苯酚(PCP)在土壤中的含量為200mg/kg時(shí)，5g/L的非離子表面活性劑DNP10溶液能洗脫71%～79%的PCP，而不用表面活性劑只能洗脫0.7%～2%.而Mulligan等[10]的研究結(jié)果表明，PCP在土壤中含量為1000mg/kg時(shí)，TritonX-100能洗脫85%的PCP，而鼠李糖脂只能洗脫61%.Juan等[11]研究發(fā)現(xiàn)，表面活性劑的量接近土壤飽和量時(shí)會(huì)增強(qiáng)對(duì)殺蟲劑的洗脫作用，而當(dāng)表面活性劑的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于土壤飽和量時(shí)，表面活性劑將被土壤所吸附，其疏水性增強(qiáng)，則對(duì)殺蟲劑的脫附減弱，即增強(qiáng)了土壤對(duì)殺蟲劑的吸附.Chu等[12]研究發(fā)現(xiàn)，丙酮等有機(jī)溶劑的存在能提高表面活性劑對(duì)污染物的洗脫效果.

2.2表面活性劑的增強(qiáng)吸附固定作用

2.2.1固定—微生物降解相結(jié)合方法

研究表明，截留于吸附態(tài)表面活性劑中的有機(jī)污染物可直接被微生物利用降解，因此用表面活性劑增強(qiáng)截留有機(jī)污染物，同時(shí)投加微生物菌種降解有機(jī)污染物，是非常有潛力的土壤和地下水有機(jī)污染修復(fù)技術(shù)之一[13-14].利用土壤和蓄水層物質(zhì)中含有的粘土，在現(xiàn)場注入陽離子表面活性劑，使其形成有機(jī)粘土礦物，用來截留和固定有機(jī)污染物，防止地下水進(jìn)一步污染，并配合生物降解等手段，永久地消除地下水污染[15].

2.2.2固定—洗脫相結(jié)合方法

將陽離子表面活性劑注入到地下水層中，形成可滲透的截留區(qū)域固定有機(jī)污染物，再結(jié)合有機(jī)污染物的去除過程，是可行的土壤及地下水污染修復(fù)方式.增強(qiáng)固定—洗脫修復(fù)方法是將陽離子表面活性劑注入到地下水層中，形成可滲透的截留區(qū)域固定有機(jī)污染物，再利用非離子表面活性劑或陰離子表面活性劑增溶作用，洗脫吸附在陽離子表面活性劑上的有機(jī)污染物，并將表面活性劑增溶的有機(jī)污染物從地下抽到地面進(jìn)行處理.Hayworth等研究了用非離子表面活性劑CO730洗脫在HDTMA有機(jī)粘土上的1，2，3-三氯苯(TCB)，結(jié)果表明，當(dāng)用質(zhì)量濃度為50g/L，用量為12倍柱體積的CO730洗脫，能完全去除吸附態(tài)的TCB，主要是由于HDTMA有機(jī)粘土上少量的HDTMA與CO730形成混合表面活性劑，使CO730的臨界膠束濃度降低了17倍，提高了CO730的洗脫能力[16].

延伸閱讀：

土壤修復(fù)技術(shù)的選擇對(duì)比

做土壤修復(fù)業(yè)務(wù)要具備哪些條件

淺議重金屬污染土壤修復(fù)淋洗劑研究進(jìn)展

重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)解析