鼠里糖脂作用下三氯生在底泥柱中的迁移传输

2018-03-29陈源波

中国资源综合利用 2018年1期

陈源波

（广东省核工业地质局核技术应用研究所，广州 510800）

TCS是一种广谱抗菌剂，广泛应用于个人药物及个人护理品中。TCS属疏水性有机物，易吸附在底泥等固相介质上，具有长期滞留性、生物蓄积性和“三致”作用。吸附在底泥上的污染物质，在厌氧或缺氧条件下难以被生物降解；同时，在水体动力学作用下，污染物能逐步向底层迁移，导致地下水遭到不同程度的污染。

生物表面活性剂能将HOCs包裹在胶束内部来改变HOCs的迁移分配。其胶束增溶作用一方面能使HOCs从底泥中解吸附出来，促进其向水相的迁移；同时，胶束在底泥上的吸附又能强化HOCs在底泥上的滞留[1]。鼠里糖脂（RL）是一类典型的生物表面活性剂，在污染修复领域中有着广泛的应用。

目前，RL强化修复HOCs污染底泥通常考虑RL添加浓度、HOCs物化性质等影响因素，所采用的方法也主要是批实验。然而，批实验对模拟实际环境中HOCs在底泥-水体系的迁移传输存在诸多不足。张建明等发现批实验与柱实验中的2,4-二氯苯酚在土壤中吸附的分配系数存在较大差异，且柱实验更为接近实际值[2]。郭艳平等发现在批实验和柱实验中，在表面活性剂作用下17α-炔雌醇的行为有较大差异[3]。

为此，本文以填装底泥柱为研究体系，探究RL作用下TCS在底泥柱中的迁移传输规律，以期为RL作用疏水性污染物的修复技术提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 试剂

TCS购自美国Alfa Aesar公司，RL购自湖州紫金生物科技有限公司，其他试剂均为分析纯级试剂。易混合置换实验中所用背景溶液是1 mg/L CaCl2，5 mg/L NaHCO3的pH缓冲液并加入100 mg/L NaN3。

1.2 易混合置换试验方法

底泥样品是从广州珠江瀛洲生态公园的冲积入海口处取得，在自然条件下风至半干，将杂质去除后捣碎过2 mm筛网。底泥分多次逐层严实地填入玻璃柱中，每层用玻璃棒略微压实后打毛。蠕动泵流速为0.25 mL/min，开始时从底泥柱底部向上输入背景溶液，排气，持续12 h。随后改为下向流，逐步调节至设计流速。

在烧杯中放置少量的TCS-甲醇浓缩液，静置，待甲醇完全挥发后，加入50 mL背景溶液，检测背景溶液中TCS的原始浓度。将50 mL TCS/背景溶液泵入底泥柱中，然后换用背景溶液或RL进行淋溶。对出流液中的TCS进行超高效液相色谱检测。

1.3 底泥柱的分层萃取

当出流液中的TCS浓度低于仪器检测限时，拆开有机玻璃柱，沿垂直方向平均切割土柱，分得五个土柱层：表层沙粒、顶层底泥、中层底泥、底泥底泥以及底层沙粒。对其进行有机萃取后检测TCS含量。

2 结果与讨论

2.1 TCS在底泥柱中的淋溶穿透特性

如图1所示（横坐标PV/PV0为相对孔隙水体积），TCS在底泥柱中置换需要约500 PV/PV0的背景溶液，出流液中的TCS才能趋于平衡。出流液中的TCS浓度在约80～120 PV/PV0处达到最大值。TCS在底泥柱中的淋溶穿透曲线左右并不对称，其穿透分布及穿透时间分布较宽，后期呈现明显拖尾现象。与初始输入TCS的质量相比，累积出流的TCS质量要小很多，这说明仍有相当一部分TCS被吸附绑定在底泥中。

对比前人实验，笔者发现，相比17α-炔雌醇等类雌激素，TCS在底泥柱中的置换所需背景溶液体积更大，穿透时间也历时更长，这可能是因为TCS的正辛醇-水分配系数更大，使得TCS更易吸附在底泥上，被淋溶出来的难度更大。

不同流速条件下，TCS随孔隙体积变化的穿透出流分布及出峰特性等均存在差异。相比低流速条件，高流速条件下出流液中的TCS的浓度出峰的PV/PV0有所减少，出峰值明显提高。低流速条件下，吸附的TCS整体的解吸附速率较为缓慢。低流速条件下所累积置换出的TCS质量仅为高流速条件的62%。这显示，淋溶孔隙水流速的变化会导致与底泥相互作用的反应性溶质在底泥柱中的穿透和吸附特性发生变化。

图1 不同背景溶液淋溶下TCS随相对孔隙体积变化的穿透曲线及累积曲线

2.2 RL作用下TCS底泥柱中的淋溶穿透行为

如图2所示，以RL为淋溶液体时，出流的TCS在一定程度上会存在不连续性。这可能是因为RL胶束与底泥颗粒相互作用，使得TCS被吸附-解吸附在底泥固体颗粒上，进而导致出流的TCS出现不稳定不连续状态。

RL淋溶液在整体上能促进TCS在底泥柱中的迁移行为。当淋溶RL体积为35～40 PV/PV0时，出流液中便可检测到较大浓度的TCS。而以背景溶液为淋溶液时，要在出流液中检测出较大浓度TCS时所需的淋溶体积为60～65 PV/PV0。相比以背景溶液为淋溶液，以RL溶液为淋溶液时，出流液中所出现的TCS的浓度到达峰值，所需的淋溶液体积更少，峰值也更大，这表明RL胶束降低了TCS在底泥柱中的吸附速率和吸附量。RL浓度为1 000 mg/L，流速约为1.0 mL/min。以RL为淋溶液，也减缓了TCS在底泥柱中穿透曲线的拖尾现象，这说明RL胶束提高了TCS在底泥颗粒上的解吸附速率。TCS在底泥柱中的淋溶穿透率约为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的累积质量在以RL为淋洗液时也比以背景溶液淋洗时更大，这进一步展现了RL胶束对TCS的解吸附作用。

图2 RL淋溶条件下出流液中TCS的穿透及累积质量曲线

2.3 淋溶后TCS在底泥柱中的分布

如图3所示，在不同淋洗条件下，表层和底层沙粒中均未检测到TCS，但在顶层、中层和底层底泥中均有不同程度的TCS残留。这说明TCS更倾向于吸附底泥颗粒。在较高孔隙水流速下，各层底泥中TCS的量更低。在较低孔隙水流速下，随着底泥柱中底泥深度的增加，TCS在底泥中的残留量更低，这说明较低的孔隙水流速对TCS在底泥中的迁移传输影响较小，其更难将TCS从底泥固体颗粒的绑定中解吸附出来。在高流速下以背景溶液为淋溶液时，TCS在底泥柱中的分布为中间层更多。而在相同流速下以RL为淋溶液时，TCS在底泥中的分布随着底泥柱深度的增加而降低，总体残留量更低。这说明RL对TCS存在解吸附作用，强化了TCS在底泥中的可迁移传输性能。