溶解性有机质对菲在沉积物上吸附与解吸性能的影响

王志霞,葛小鹏,晏晓敏,林 进,周岩梅,王东升 (.中国科学院生态环境研究中心, 环境水质学国家重点实验室,北京 00085；.河北师范大学化学与材料科学学院,河北 石家庄 05006；.北京交通大学土建学院,市政与环境工程系,北京 00044)

溶解性有机质对菲在沉积物上吸附与解吸性能的影响

王志霞1,2,葛小鹏1*,晏晓敏1,林 进2,周岩梅3,王东升1(1.中国科学院生态环境研究中心, 环境水质学国家重点实验室,北京 100085；2.河北师范大学化学与材料科学学院,河北 石家庄 050016；3.北京交通大学土建学院,市政与环境工程系,北京 100044)

采集了北京通州凉水河(标记为L)以及广东东江流域(标记为D)的沉积物,并进行菲(Phe)的连续吸附-解吸实验,研究了不同含量及组成的溶解性有机质(DOMs)对其吸附与解吸性能的影响.结果表明,DOMs能明显抑制菲在沉积物上的吸附,在实验浓度范围内(0～110mg/L),菲在沉积物上的吸附量与DOC浓度呈显著的负线性相关,并且DOC浓度越高,对吸附作用的抑制越显著.在溶解性有机质存在条件下,菲在2种沉积物上的吸附均呈线性吸附特征,kd值随加入沉积物浸出液DOC浓度的减小呈增大的趋势.菲在2种沉积物上的解吸过程均呈现一定的迟滞性,其解吸迟滞性可用热力学指数TII来描述.随着菲初始浓度的增加,TII值先减小后增加,其变化可以用吸附在高低位点上的菲分子比例以及菲分子是否能够被禁锢在吸附剂微孔内部来加以解释;溶解性有机质的存在,能促进菲从沉积物上的解吸,从而使菲的解吸滞后性减弱, 增强其在水环境介质中的迁移与传输能力.

菲；沉积物；吸附；解吸滞后；溶解性有机质

疏水性有机污染物(HOCs)在沉积物上的吸附-解吸作用是控制其在环境中的迁移、降解、生物有效性、生态毒理学和最终归宿的主要物理化学过程之一[1-4].近年来,有机物吸附反应的非线性特征和吸附-解吸产生的滞后现象受到广泛关注.当前国际上对有机污染物吸附、解吸行为的研究主要存在着 3种理论假设,玻璃-橡胶态有机质模型(线性分配和非线性表面吸附)[5-6];双模式吸附模型(分配过程和孔隙填充过程)[7-8];线性分配模式及其发展,并认为非线性效应和吸附/解吸滞后现象源于沉积物等天然吸附剂中存在的少量高比表面积碳黑类物质(HSACM)[9-10].

溶解性有机质(DOM)是沉积物中生物活性和物理化学性质都非常活跃的一类有机组份.作为由许多有机化合物组成的复杂混合物,DOM的化学组成与含量对有机污染物的环境行为将产生重要影响.大量研究表明,DOM对吸附剂中有机污染物有明显的增溶作用[11-13],可以降低吸附剂中有机污染物的浓度,并对有机污染物的吸附解吸行为产生明显的影响[14-16].Mccarthy等[17]研究表明,多环芳烃等疏水性有机污染物容易与DOM的疏水基团结合,导致其在环境中的迁移和扩散.

多环芳烃(PAHs)在自然界中分布广泛,大部分具有较强的“三致”效应,并被证实具有环境激素的作用[18].因此,许多国家已将其列入优先控制污染物的黑名单行列中[19].本课题组[20]对萘在天然沉积物上的吸附-解吸行为进行了研究,并考察了沉积物提取液以及吸附-解吸水化学条件一致性对萘的解吸滞后性的影响.本文在此基础上,以菲作为多环芳烃的代表,选用北京通州凉水河及东江流域广州境内河网密集区等 2种不同地域来源的底泥沉积物,通过室内静态吸附-解吸实验,进一步比较研究了 DOM对菲在沉积物上吸附-解吸性能的影响.

1 材料和方法

1.1 实验材料

1.1.1 实验试剂与仪器 主要试剂:菲(分析纯,北京市双华精细化工厂);甲醇,乙腈(色谱纯,J & K Chemical Ltd.);叠氮化钠(化学纯,New Jersey, USA).

主要仪器:高效液相色谱(Waters 1525 Binary HPLC Pump,Waters 2475 Multi λ Fluorescence Detector,Waters Sunfire C18 (4.6mm×250mm)反相色谱柱,Shodex KW-802.5凝胶色谱柱);Zeta电位分析仪(Zetasizer 2000, Malvern Co.,UK),总有机碳(TOC)分析仪(日本岛津),UV-Vis 8500分光光度计(上海天美仪器有限公司),HZQ-X100振荡培养摇床(江苏太仓实验设备厂),Sigma 3-15高速离心机,pH计(瑞士Mettler Toledo).

1.1.2 药剂的配制 菲的甲醇储备液的配制:称取约0.2g菲,溶于100mL甲醇中,配成2g/L的菲储备液.

背景电解质溶液:含 0.01mol/L CaCl2及200mg/L NaN3的水溶液.CaCl2用于调节介质的离子强度,而 NaN3用作抑菌剂,以防止微生物对有机物的降解作用对其吸附解吸过程产生影响.

不同 DOC浓度浸出液的制备:将东江和凉水河2种河流沉积物样品按1:10的固液比(泥样干重:背景电解质溶液体积,g/mL)分别在水平恒温振荡机上25℃,200r/min振荡72h,然后离心.取上清液过0.45μm滤膜,测定滤液中的TOC,再将滤液用背景电解质溶液稀释2,5,10倍,分别测定稀释液中的TOC.

采用高效液相色谱分析水溶液中菲的浓度,以外标法定量.流动相为 20/80的超纯水/乙腈(V/V)混合液,进样量为 20µL,流速为1.0mL/min,柱温 30℃.荧光检测器激发波长为 250nm,发射波长为 364nm,检出限为0.5µg/L.

1.1.3 沉积物预处理及其理化性能表征 2种沉积物分别采自北京通州凉水河(标记为L)和东江流域广州境内河网密集区河段(标记为 D).沉积物样品在阴凉通风处自然风干,剔除各种杂物后过220目筛,备用.按照《土壤农化分析》[21]测定其基本理化性质,结果见表1.

对2种沉积物DOM的三维荧光光谱进行了测定和分析,结果见表2.

表1 东江(D)与凉水河(L)2种沉积物样品的理化性质Table 1 Physico-chemical characteristics of the two sediments collected from Dongjiang (D) and Liangshuihe (L)

表2 两种沉积物DOM荧光峰位置、荧光强度Table 2 The peak positions and intensities of both λex and λem wavelengths for DOMs from the two sediments of Dongjiang (D) and Liangshuihe (L) river sediments

1.2 实验方法

1.2.1 DOM 对菲在沉积物上吸附量的影响 用背景电解质溶液对沉积物浸出液稀释 0, 2, 5, 10倍,并配成含0.8mg/L菲(甲醇质量浓度小于0.5%)的不同DOC浓度溶液.取一系列相同质量的2种沉积物(0.1g)于10mL玻璃离心管中,各分别加入上述菲的溶液,置于摇床上 25℃, 200r/min下振荡 72h,取出离心(3500g,20min),测上清液中菲的浓度.

1.2.2 DOM 对菲吸附等温线的影响 用不同DOC浓度的浸出液及背景电解质溶液分别配制浓度为0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8mg/L的菲溶液(甲醇质量浓度小于0.5%).称取一系列相同质量的2种沉积物(0.1g),分别加入上述已配制好的系列浓度菲溶液10mL,置于摇床上25℃,200r/min振荡72h,离心(3500g,20min)测其上清液中菲的浓度,绘制其吸附等温线.每个点测3个平行样,并带2份空白.

1.2.3 DOM 对菲解吸性能的影响 静态吸附实验完毕后,采用一次性取出-重注技术[22],将加入背景电解质配制的系列浓度菲的溶液离心,弃去上清液.用吸管尽量将离心管中的液体吸净,然后分为2组,一组加入背景电解质溶液,另一组加入相对应的未经稀释的浸出液.置于摇床中 25℃, 200r/min振荡72h,达到吸附稳态后离心(3500g,20min),取上清液测定其中菲的浓度.更换上清液,解吸实验连续进行几次.每个点测3个平行样,并带2份空白.

2 结果与讨论

2.1 DOM对菲在2种沉积物上吸附量的影响

从图1可以看出,浸出液中DOM对菲在2种沉积物上的吸附产生了明显的抑制作用,且随其 DOC浓度的增加这种抑制作用也增大.沉积物L对菲的吸附能力明显高于沉积物D,此结果与 2种沉积物所含的有机质含量及其种类组成有关.由表1可以看出,沉积物L所含的有机质质量分数比沉积物D高,其对有机污染物的分配吸附作用也较强,而且,沉积物L的3维荧光光谱有3组峰,而沉积物D则仅有2组峰,并且相对于沉积物D来说,沉积物L的峰形轮廓线较密.由表2可见,L比D的荧光强度值也高出很多,根据文献[23],DOM按照其EEMs谱峰位置可划分为酪氨酸及BOD5等芳香类蛋白物质(区域Ⅰ、Ⅱ:λex＜250nm,λem＜ 350nm及380nm),富里酸类物质(区域Ⅲ: λex＜ 250nm,λem＞ 350nm)色氨酸等微生物代谢产物(区域Ⅳ:λex=250～280nm,λem＜ 380nm)以及腐殖酸类物质(区域Ⅴ:λex＞280nm,λem＞380nm)等5大区域.表2中A组谱峰对应为微生物代谢产物,B组峰则为腐殖酸类物质.另外,沉积物L还存在C组峰,对应为富里酸或腐殖酸类物质.而且,沉积物L中各谱峰荧光强度明显比沉积物D高,说明沉积物L中有机质的含量及种类明显要比沉积物D多,因此,沉积物L对菲具有更强的吸附性.

图1 不同浓度DOC对菲在东江(D)及凉水河(L)2种沉积物上吸附量的影响Fig.1 The effect of different DOC concentrations on the adsorption capacity of phenanthrene onto the two sediments from Dongjiang (D) and Liangshuihe (L) rivers

由图 1知,菲在 2种沉积物上的吸附量与DOM 浓度之间呈负相关关系,其线性拟合方程分别为:QD = -0.2484CD + 44.971;QL = -0.1465CL + 50.247,相关系数分别为:R2D = 0.9974,R2L= 0.9975.这可能是由于DOM的引入降低了沉积物中菲的吸附位点,也有可能是由于菲在溶液中的溶解度增加所致.因为水溶性有机质可与菲通过NH-π、π- π、分配和疏水作用形成配合物,这种配合物对菲在溶液中的溶解起到了促进作用[24].

2.2 DOM对菲在 2种沉积物上吸附等温线的影响

天然吸附剂对于疏水性有机污染物并不总是完全符合线性吸附,尤其是在较低的浓度范围内,往往呈现非线性吸附特征,此时主要发生多分子层吸附[25].由图2可见,菲在沉积物上的吸附总体上呈线性吸附,且随着平衡溶液中菲的浓度增加,其在沉积物上的吸附量也增加.这主要是由于在不同浓度的 DOM存在条件下,菲在沉积物有机质上的分配吸附过程占主导地位的缘故.因此表现为在实验浓度范围内菲的表观吸附等温线呈线性[26].

图2 DOM对菲在东江(D)及凉水河(L)2种沉积物上吸附等温线的影响.Fig.2 The effect of DOMs on the adsorption isotherms of phenanthrene onto the two sediments from Dongjiang (D) and Liangshuihe (L) rivers

将图2中各吸附等温线数据分别经线性(Cs = KdCe)和Freundlich (lgCs = lgKF+ 1/n lgCe)方程拟合.其中,Cs为单位质量沉积物吸附的菲的量(mg/kg),Ce为平衡时溶液中菲的浓度,KF和1/n都是常数.KF是与最大吸附量有关的常数,代表吸附容量,即吸附能力的大小(但不代表最大吸附量的真值);n则反映了吸附的线性程度.其拟合结果列于表3.

由表3可见, Freundlich和线性方程均能较好地描述图2中菲的吸附等温线.KF值和n值也较好地反映出不同浓度的DOC对沉积物吸附菲的影响.加入未稀释的浸出液时菲在沉积物D和L上吸附的Kd值分别达到了28.79,30.10L/kg,比未加浸出液时的 103.53,106.02L/kg,分别减小了72.2%和71.6%,说明沉积物浸出液中DOM对有机污染物在沉积物上的吸附具有较强的抑制和解吸增强作用.

2.3 DOM对菲从沉积物上解吸性能的影响

选择背景电解质溶液(CaCl2和 NaN3水溶液)和未稀释沉积物浸出液(沉积物平衡溶出物)2种条件,作为菲从 2种沉积物上解吸的DOM影响的对照实验,其吸附解吸等温线如图3所示.

从图3可以看出,在不同浓度DOM环境介质条件下,菲在2种沉积物上的解吸存在明显差异.在未加浸出液时,菲在沉积物上的解吸曲线明显偏离吸附曲线,说明吸附的可逆程度比较低;而在加入未稀释浸出液的环境介质下,解吸曲线比较接近吸附曲线,其可逆程度较高.

表3 菲在2种沉积物上吸附等温线的Freundlich和线性方程拟合结果Table 3 The fitted results for isotherms of phenanthrene onto the two sediments from Dongjiang (D) and Liangshuihe (L) rivers by both the linear and Freundlich models

图3 不同浓度DOM环境介质条件下,菲在东江和凉水河2种沉积物上的吸附与解吸等温线Fig.3 The sorption and desorption behaviors of phenanthrene on Dongjiang (D) and Liangshuihe (L) rivers sediments in the presence of different contents of DOMs

近年来,关于疏水性有机污染物的不可逆吸附即解吸迟滞性问题已经做了大量的研究[27-30],但对于其产生机制仍没有统一的研究结论.目前,主要有2种观点:一种观点认为,吸附剂的微孔结构及其在环境变化时结构形态的改变是造成解吸滞后的主要因素[31];另一种观点则认为,吸附剂有机质的含量和组成影响其对有机污染物的锁定能力,进而也影响其解吸程度[22].Sander等[32]在热力学的基础上推导出不可逆吸附指数(TII)来表征吸附质在天然沉积物上的解吸迟滞性.由于这一参数是基于热力学理论推导而来,它可以有效地区分实验误差与真实解吸迟滞性间的差异,因而能够对解吸迟滞性做出定量描述.其解吸迟滞性指数 TII的数学表达式为:TII= (lncr-lncD)/(lncS-lncD),式中,cS、cD分别为吸附和解吸平衡时吸附质的水相浓度, cr为假设解吸可逆条件下解吸平衡时吸附质的水相浓度,即解吸后的固相浓度在吸附等温线上对应的水相平衡浓度.当吸附/解吸等温线都符合Freundlich模型拟合时,TII可以简化为TII = 1 - ns/nd,式中ns和nd分别为吸附、解吸等温线用Freundlich模型的拟合参数n的值[32]. TII值范围在0～1之间,其值越接近0,表明解吸可逆性越强,迟滞性越弱;反之, TII值越接近于1,其解吸迟滞性则越强.

图3表明,菲在2种吸附剂上的解吸都具有一定的迟滞性.由各个浓度解吸等温线的n值和吸附等温线的n值,可以计算出解吸迟滞性指数TII,将其值列于表4～表7)中.

表4 未加浸出液时菲在沉积物D上的解吸参数及TII值Table 4 The desorption parameters and its hysteresis indices (TII) of phenanthrene onto the Dongjiang river (D) sediment without the addition of sediment extracts

由图3及表4～表7中给出的TII值可以看出,随着菲浓度的增加,解吸的迟滞性呈先减小后增加的变化趋势.以未加浸出液时菲在沉积物 D上的解吸为例,随着菲初始浓度由 0.1mg/L增加到0.8mg/L,TII值先由0.915降到0.755,然后又逐渐增加到 0.924;加入未稀释浸出液时菲在沉积物D上的解吸,以及未加浸出液和加入未稀释浸出液介质条件下菲在沉积物 L上的解吸其 TII值也得到了同样的变化规律(表 4～表 7).Oren等[33]认为,由于吸附在高能点位与吸附在低能点位上菲的分子比例减小,容易解吸下来的比例增加,因而造成迟滞性减弱.而当菲的浓度达到一定值后,浓度梯度力足够大,使得菲分子可以进入到沉积物颗粒的微孔中.这些进入到微孔中的菲分子吸附在微孔内部的高能点位或者使得微孔结构发生变形,从而导致菲分子被禁锢在孔内不能解吸下来.因此,当菲的浓度达到一定程度后,解吸的迟滞性有所增加.

表5 加入未稀释浸出液介质条件下,菲在沉积物D上的解吸参数及TII值Table 5 The desorption parameters and its hysteresis indices (TII) of phenanthrene onto the Dongjiang river (D) sediment with the addition of sediment extracts

表6 未加浸出液时菲在沉积物L上的解吸参数及TII值Table 6 The desorption parameters and its hysteresis indices (TII) of phenanthrene onto the Liangshuihe river (L) sediment without the addition of sediment extracts

由图3可见,未稀释浸出液中的解吸迟滞性比未加浸出液时弱,说明溶解性有机质的引入减弱了菲的解吸迟滞性.未加浸出液时菲在沉积物D和L上解吸的TII的平均值分别为0.853和0.745;而未稀释浸出液中菲在D和L上解吸的 TII值的平均值分别为 0.744和0.600.可见,在未稀释浸出液中菲解吸的TII值小,解吸迟滞性弱,表明在未稀释浸出液,即DOC浓度高的环境介质中,菲解吸可逆性更强,更容易解吸下来(表4～表7).而且,从未加浸出液和加入未稀释浸出液对菲在D和L上解吸TII值的影响程度来看,TII值在沉积物D上平均降低0.109,而在L上则为 0.145,其降低幅度更大,因此解吸迟滞性减弱的程度也更大.这也反映出DOM含量及组成对菲在沉积物上吸附、解吸行为的影响.从表1和表2可以看出,沉积物L中有机质含量比沉积物D要高,其浸取液中DOM含量也较高.而且,三维分子荧光光谱分析结果表明,沉积物 L中DOM种类要比沉积物D多.因此,浸取液中大量DOM的存在极大地降低了菲在沉积物 L的解吸迟滞性.

表7 加入未稀释浸出液介质条件下,菲在沉积物L上的解吸参数及TII值Table 7 The desorption parameters and its hysteresis indices (TII) of phenanthrene onto the Liangshuihe river (L) sediment with the addition of sediment extracts

综上所述,溶解性有机质的引入使得背景介质中的有机物含量增加,一方面使背景介质中的吸附质分子处于高能量的吸附位点;另一方面降低了沉积物中污染物分子的吸附位点.从而使得水环境与污染物分子的作用力增强,污染物分子变得不稳定,更容易从沉积物上解吸下来,因而促进了疏水性有机污染物在水体环境中的迁移和传输.

3 结论

3.1 DOM能够抑制菲在2种沉积物上的吸附,吸附量与 DOC浓度呈显著负线性相关关系.其线性拟合方程为:QD= -0.2484CD+ 44.971;QL= -0.1465CL+ 50.247,相关系数R2值分别为0.9974和0.9975.

3.2 DOM存在条件下,菲在2种沉积物上的吸附均呈线性吸附特征.Kd值的大小随加入沉积物浸出液DOC浓度的减小,而呈增大的趋势.

3.3 菲在2种沉积物上的解吸过程都呈现一定的迟滞性.随着菲的浓度增加,其解吸的迟滞性先减小后增加;DOM的存在,能促进菲从沉积物上的解吸,从而使菲的解吸滞后性减弱.

[1] Pusino A, Fiori M G, Braschi I, et al. Adsorption and desorption of triasulfuron by soil [J]. J. Agr. Food Chem., 2003,51(18): 5350-5354.

[2] Abu A, Smith S. Assessing sequestration of selected polycyclic aromatic hydrocarbon by use of adsorption modeling and temperature-programmed desorption [J]. Environ. Sci. Technol., 2005,39(19):7585-7591.

[3] Nam K, Chung N, Alexander M. Relationship betweenorganic matter content of soil and the sequestration of phenanthrene [J]. Environ. Sci. Technol., 1998,32(23):3785-3788.

[4] 杨 琛,Huang Weilin, 傅家谟,等.煤中干酪根的成熟度与菲的吸附行为间的关系 [J]. 地球化学, 2004,33(5):528-534.

[5] Huang W L, Young T M, Schlautman M A, et al. A distributed reactivity model for sorption by soils and sediments. 9. General isotherm nonlinearity and applicability of the dual reactive domain model [J]. Environ. Sci. Technol., 1997,31(6):1703-1710.

[6] Weber Jr W J, Huang W L. A distributed reactivity model for sorption by soils and sediments. 4. Itraparticle heterogeneity and phase-distribution relationships under nonequilibrium condition [J]. Environ. Sci. Technol., 1996,30(3):881-888.

[7] Pignatello J J, Xing B S. Mechanisms of slow sorption of organic chemical to natural particles [J]. Environ. Sci. Technol., 1996, 30(1):1-11.

[8] Xing B S, Pignatello J J. Dual-mode sorption of low-polarity compounds in glassy poly(vinyl chloride) and soil organic matter [J]. Environ. Sci. Technol., 1997,31(3):792-799.

[9] Chiou C T, Kile D E, Rutherford D W, et al. Sorption of selected organic compounds from water to a peat soil and its humic-acid and humin fraction: Potential sources of the sorption nonlinearity [J]. Environ. Sci. Technol., 2000,34(7):1254-1258.

[10] Chiou C T, Kile D E. Deviations from sorption linearity on soils of polar and nonpolar organic compounds at low relative concentrations [J]. Environ. Sci. Technol., 1998,32(3):338-343.

[11] Raber B, Knaber I, Stein C, et al. Partitioning of polycyclic aromatic hydrocarbons to dissolved organic matter from different soils [J]. Chemosphere, 1998,36(1):79-97.

[12] Maxin C R, Kogel-Knaber I. Partitioning of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAH) to water soluble soil organic matter [J]. Eur. J. Soil. Sci., 1995,46(2):193-204.

[13] Chiou C T, Malcolm R L, Brinton T I, et al. Water solubility enhancement of some organic pollutants and pesticides by dissolved humic and fulvic acids [J]. Environ. Sci. Technol., 1986,20(5):502-508.

[14] Barriuso E, Baer U, Calvet R. Dissolved organic matters and adsorption-desorption of dimefuron, atrazine and carbetamide by soil [J]. J. Environ. Qual., 1992,21(3):359-367.

[15] Kögel-Knabner I, Totache K U, Raber B. Desorption of polycyclic aromatic hydrocarbons from soil in the presence of dissolved organic matter: Effect of solution composition and aging [J]. J. Environ. Qual., 2000,29(3):906-916.

[16] Doring U M. Water solubility enhancement of Benzo(a) pyrene and 2, 2’, 5, 5’-terachlorobiphenyl by dissolved organic matters [J]. Phys. Chem. Earth., 1998,23(2):193-197.

[17] Mccarthy J F, Williams T M, Ling L, et al. Mobility of natural organic matter in a sandy aquifer [J]. Environ. Sci. Technol., 1993, 27(4):667-676.

[18] 罗雪梅,刘昌明,何孟常.土壤与沉积物对多环芳烃类有机物的吸附作用 [J]. 生态环境, 2004,13(3):394-398.

[19] Roper J C, Pfaender F K. Pyrene and chrysene fate in surface soil and sand microcosms. Environmental Toxicology and Chemistry, 2001, 20(2):223-230.

[20] 帅 伟,王志霞,葛小鹏,等.沉积物提取液对萘在河流沉积物中吸附-解吸行为的影响 [J]. 环境科学学报, 2010,30(12):2471-2476.

[21] 鲍士旦.土壤农化分析 [M]. 3版.北京:中国农业出版社, 2000.

[22] Huang W, Weber Jr W J. A distributed reactivity model for sorption by soils and sediments. 10: Relationships between sorption, hysteresis, and the chemical characteristics of organic domains [J]. Environ. Sci. Technol. 1997,31(9):2562-2569.

[23] Chen W, Westerhoff P, Leenheer J A, et al. Fluorescence excitation-emission matrix regional integration to quantify spectra for dissolved organic matter [J]. Environ. Sci. Technol., 2003, 37(24):5701-5710.

[24] 占新华.农业土壤中水溶性有机物对多环芳烃(菲)环境行为影响及其机制研究 [D]. 南京:南京农业大学, 2005.

[25] 汪 磊,吴颖虹,孙红文,等.黄河兰州段悬浮颗粒物对菲的吸附行为研究 [J]. 环境科学与技术, 2006,29(4):1-4.

[26] Chiou C T, Mcgroddy S E, Kile D E. Partition characteristics of polycyclic aromatic hydrocarbons on soils and sediments [J]. Environ. Sci. Technol., 1998,32(2):264-269.

[27] Braida W J, Pignatello J J, Lu Y, et al. Sorption hysteresis of benzene in charcoal particles [J]. Environ. Sci. Technol., 2003, 37(2):409-417.

[28] Hunter M A, Kan A T, Tomson M B. Development of a surrogate sediment to study the mechanisms responsible for adsorption/ desorption hysteresis [J]. Environ. Sci. Technol., 1996,30(7): 2278-2285.

[29] Drori Y, Aizenshtat Z, Chefetz B. Sorption- desorption behavior of atrazine in soils irrigated with reclaimed wastewater [J]. Soil Sci. Soc. Am. J., 2005,69(6):1703-1710.

[30] Altfelder S, Streck T, Richter J. Nonsingular sorption of organic compounds in soil: the role of slow kinetics [J]. J. Environ. Qual., 2000,29(3):917-925.

[31] Lennartz B, Louchart X. Effect of drying on the desorption of diuron and terbuthylazine from natural soils [J]. Environ. Pollut., 2007,146(1):180-187.

[32] Sander M, Lu Y, Pignatello J J. A thermodynamically based method to quantify true sorption hysteresis [J]. J. Environ. Qual., 2005, 34(3):1063-1072.

[33] Oren A, Chefetz B. Sorption/desorption behavior of polycyclic aromatic hydrocarbons in upstream and downstream river sediments [J]. Chemosphere, 2005,61(1):19-29.

Effects of dissolved organic matters (DOMs) on the sorption and desorption behaviors of phenanthrene bysediments.

WANG Zhi-xia1,2, GE Xiao-peng1*, YAN Xiao-min1, LIN Jin2, ZHOU Yan-mei3, WANG Dong-sheng1(1.State Key Laboratory of Environmental Aquatic Chemistry, Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085, China；2.College of Chemistry and Material Science, Hebei Normal University, Shijiazhuang 050016, China；3. Department of Civil and Environmental Engineering, School of Engineering and Architecture, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044, China). China Environmental Science, 2012,32(1)：105～112

The sorption and desorption behaviors of phenanthrene were investigated on two representative sediments collected from Dongjiang (D) and Liangshuihe (L) rivers, respectively, using a batch method. The effects of dissolved organic matters (DOMs) in the sediment extracts on the sorption and desorption performance were studied. The inhibitory sorption of phenanthrene was significant when using DOMs as the aqueous medium of batch experiments, in which an inverse linearity between the adsorption capacity and DOMs content was evident in the DOC concentration range used (0～110mg/L). The higher the DOC concentration was used, the stronger the inhibitory sorption of phenanthrene was identified. With the DOMs added as the medium of batch experiments a linear sorption behavior of phenanthrene on the sediments was obvious, the Kdvalues of which increase as the DOC concentration was diminished, while desorption hysteresis of phenanthrene could be characterized by the hysteresis indices (TII). As the initial concentration of phenanthrene increases, the TII index decreased first and then went up, which could be explained with the makeup ratios of phenanthrene molecules on the high and low adsorption sites and the extent to which they were confined inside the micropores of adsorbent. The occurrence of DOMs in the adsorption system could facilitate desorption of phenanthrene from the sediments and thus attenuate their desorption hysteresis, promoting the transport and migration ability of contaminants in the aquatic environment medium.

phenanthrene；sediment；adsorption；desorption hysteresis；dissolved organic matters (DOMs)

2011-03-02

国家“973”项目(2007CB407304);国家科技重大专项“水体污染控制与治理”项目(2009ZX07209-004-02)；中国科学院知识创新工程重要方向性项目(KZCX2-YW-Q02-01).

* 责任作者, 副研究员, xpge@rcees.ac.cn

X53

A

1000-6923(2012)01-0105-08

王志霞(1983-),女,中国科学院生态环境研究中心与河北师范大学联合培养硕士研究生,主要研究方向为有机污染物在沉积物界面上的吸附、解吸行为与机制.