表面活性剂对土壤中多氯联苯洗脱影响研究进展
2011年第4期
杂，仅靠单一的指标很难准确预测污泥膨胀的发生，因此在实际运行管理中需要结合多个指标，进行综合分析，才能准确地进行预警。
3结语
污泥膨胀危害很大，周期很长，治理困难，因此做好活性
污泥系统的污泥膨胀预警监测，具有重要意义。在实际运行管理中，由于引起污泥膨胀原因的多样性和复杂性，需要对多个预警指标进行综合考虑和分析，才能较准确地把握污泥膨胀的机理，预警污泥膨胀的发生。
参考文献：
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表面活性剂对土壤中多氯联苯洗脱影响研究进展
钱
斌，刘贵荣，孙晓菲
（中国矿业大学环境与测绘学院，江苏徐州221000）
摘
要：多氯联苯（PCBs ）作为典型的持久性有机污染物（POPs ），在环境中广泛分布且具有生物毒性，土壤中的多氯联苯可通过食
物链在生物体中富集，对生物体产生危害。多氯联苯易与土壤紧密结合，由于其难以降解，故去除土壤中多氯联苯非常困难。利用表面活性剂的亲水性和亲油性，可促进土壤中PCBs 释放到水体中，水体中的多氯联苯便于进一步处理，以减轻对生态的危害。该文综述了近年来国内外对于表面活性剂促进多氯联苯从土壤向水体中释放的研究进展，在阐释了表面活性剂促进土壤中多氯联苯洗脱机理的基础上，具体分析了影响促进作用的各种因素。关键词：表面活性剂；多氯联苯；土壤污染中图分类号：X53
文献标识码：A
文章编号：1672-9900（2011）04-0016-03
Surfactant Elution of Polychlorinated Biphenyls in Soil Research
QIAN Bin ，LIU Gui-rong ，SUN Xiao-fei
（School of Environment Science And Spatial Informatics ，China University of Mining and Technology ，
Xuzhou 221000，China ）
Abstract ：Polychlorinated Biphenyls （PCBs ）as a typical persistent organic pollutants （POPs ），widely distributing in the environment and biological toxicity of PCBs in soil can be enriched in organisms through the food chain ，causing harm to organisms .Close combination of PCBs and soil ，because of its difficult degradation of PCBs in the soil is very difficult to remove.Surfactant hydrophilic and lipophilic can promote the release of PCBs into the water in soil ，PCBs of water is facilitate further processing to reduce the ecological hazards.The paper reviews the domestic and international promotion for surfactant release of PCBs from soil to water research progress in the interpretation of surfactant elution mechanism for PCBs in soil ，based on detailed analysis of the impact promote the role of various factors.Key words ：surfactant ；Polychlorinated Biphenyls ；soil pollution
水科学与工程技术
［收稿日期］
［基金项目］
［作者简介］
2011-05-24中央高校基本科研业务费专项资金资助（2010QNB14）；江苏省普通高校研究生科研创新计划（CX09B-123Z ）。钱斌（1990—），男（汉族），江苏南通人，本科，主要从事水污染防治和土壤污染防治研究，（Tel ）151********。多氯联苯（Polychlorinated Biphenyls ，简称PCBs ）是一种以苯为原料，在金属催化剂的作用下，经高温氯化而成的氯化芳烃，具有良好的稳定的物理化学性质，广泛地应用于电力工业、塑料加工业、化工及印刷领域。PCBs 因其具有持久性、远距离迁移性、生物富集性及生物毒性，已经被列为《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》中首批规定要逐渐消减控制
和淘汰使用的12种POPs 之一。在我国，20世纪70年代以前，
PCBs 通过全国范围内的工业生产和使用进入到环境中；70年
代PCBs 停止生产以后，PCBs 的污染主要源于工业随意排污、航运、PCBs 废旧设备的非法处置和封存不当，导致我国大部分土壤和河流遭到污染［1-2］。如在沈阳市检出土壤中PCBs 质量分数在（6~15）×10－9；第二松花江底泥中PCBs 的质量分数为
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生态环境
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（24.5~70.3）×10－9；青岛市的土壤中PCBs的质量分数达到（3.06~14.88）×10－9。PCBs中的氯原子使其具有低亲水性、高亲脂性，根据相似相容原理，可以透过脂肪层，在生物脂肪层和脏器发生生物富集，而其毒性会对皮肤、肝脏和各种生理系统的病变甚至癌变都有诱导作用［3］。日本和台湾分别于1968年和1979年发生了震惊世界的米糠油恶性中毒事件，当地人们食用了受到PCBs污染的米糠油，导致了多人中毒死亡。在我国的四川资阳机车厂铸造分厂发生过因为废旧电容器中泄露出的PCBs污染，导致该厂职工的癌症患者多，肝肾疾病患者多，生育不正常者多，精神疾病患者多的严重中毒事件。另外，PCBs具有疏水性，会通过疏水键有限吸附在颗粒悬浮物上，最终沉降到底泥中，并与底泥紧密结合而难以去除。但是有文献报道，由于表面活性剂的特殊性质，能够增加PCBs在水溶液中的溶解度，从而能促进PCBs从土壤中迁移到水溶液中，便于进一步对PCBs进行处置。本文综述表面活性剂对于PCBs从土壤中洗脱的影响研究水平。
1表面活性剂促进PCBs洗脱的机理
1.1表面活性剂
表面活性剂是分子中同时具有亲水性基团和疏水性基团的物质，具有良好的乳化或破乳，润湿、渗透或反润湿，分散或凝聚，起泡、稳泡和增加溶解力等作用［4］。按照表面活性剂亲水基团结构和类型的不同可以分为如下几种：阴离子表面活性剂（如十二烷基苯磺酸钠SDBS，LAS等），阳离子表面活性剂（如溴化十六烷基三甲基铵等），两性表面活性剂（如卵磷脂等），以及非离子表面活性剂（如Tween80，Brij35等）。近年来，出现了一种新型的表面活性剂——
—生物表面活性剂，它是微生物或者植物在一定条件下培养时，在其代谢过程中分泌出的具有一定表面活性的代谢产物（如糖脂、多糖脂、脂肽或中性类脂衍生物等）。
1.2表面活性剂的作用机理
表面活性剂增强PCBs从土壤释放到水体中的机理主要有2个：
（1）表面活性剂质量浓度增加到一定程度时，原本以单体形式存在的表面活性剂就会形成胶束，此时的质量浓度称为临界胶束质量浓度（CMC）。当表面活性剂浓度超过CMC时，就会出现胶束，胶束的内部具有疏水性，而在外部则具有亲水性，PCBs的疏水性使得其很容易就能分配到胶核内部疏水区域，从而大大提高了PCBs在溶液中的溶解度［5-6］。
（2）由于表面活性剂的两亲分子能取代界面溶剂分子，使得表面活性剂能降低土壤—水或水—有机污染物界面的张力，促使有机物自土壤面向水相中扩散和乳化［7］。
以上两种机理综合作用，强化了PCBs在水溶液中的溶解度，促进了PCBs从土壤中向水溶液的释放。
2表面活性剂对PCBs作用的影响因素
表面活性剂促进土壤中PCBs的洗脱受到多方面影响因素，包括表面活性剂的结构性质（如类型、CMC、亲水亲油平衡值HLB）、溶液质量浓度、组成，以及在土壤中的吸附作用。
2.1表面活性剂结构性质的影响
由于表面活性剂有阴离子型、阳离子型、非离子型和生物表面活性剂之分，它们所表现出来的物理化学性质不尽相同，因此，对PCBs的释放效果的强弱也不尽相同。根据黄卫红等［8］研究阴离子型表面活性剂SDBS、非离子型表面活性剂Tween 80和阳离子表面活性剂HTAB对土壤中PCBs强化解析作用，发现在单种表面活性剂的使用，对PCBs解吸作用由强到弱的顺序为：Tween80>SDBS>HTAB，即非离子型表面活性剂的作用大于阴离子型大于阳离子型，主要因为非离子型表面活性剂具有较小的CMC，较强的增溶和乳化能力。同样，DESHPANDE［9］关于表面活性剂对有机物解吸效果的研究中，为了达到相同的解吸率，阴离子表面活性剂的使用量是非离子表面活性剂的10~100倍。生物表面活性剂结构相比于化学表面活性剂更加复杂，单个分子所占据的空间更大，能促进PCBs进入疏水基团中，因而对PCBs的增溶效果更为显著。马满英等［10］比较了生物表面活性剂鼠李糖脂（RL）和3种非离子表面活性剂Brij35、POE（6）、POE（10）对PCBs的增溶作用，发现这四种表面活性剂RL→POE（6）→POE（10）→Brij35的增溶作用依次减小，且与表面活性剂的CMC呈负相关性。在这3种不同的非离子化学表面活性剂中，其增溶作用的大小与其HLB呈负相关。可见，即使是同一类型的表面活性剂，其对PCBs的增溶作用也存在差异。朱利中等［11］研究TritonX100、Brij35、TritonX305三种非离子表面活性剂对多环芳烃（PAHs）的增溶作用，也发现增溶作用的大小与表面活性剂的HLB呈负相关。结构上的差异也会影响增溶效果。Rouse等［12］比较了单亲水基和双亲水基阴离子表面活性剂对萘的增溶作用，结果表明，双亲水基烷基二苯基二磺酸钠不仅比单亲水基的十二烷基硫酸钠的增溶能力强，而且抗硬水能力也强。
2.2表面活性剂浓度的影响
溶液中表面活性剂的浓度大小也会影响对PCBs增溶效果的大小。施周［13］研究了非离子型表面活性剂和阴离子型表面活性剂对PCBs的增溶效果，发现不管是在CMC以上还是以下，表面活性剂都有增溶作用。当浓度在CMC以上时，增溶作用显著增加，随着表面活性剂浓度的增大，PCBs的溶解度呈正比线性增长。而当浓度在CMC以下时，表面活性剂的增溶作用却不显著。这表明当表面活性剂的浓度大于CMC时形成的胶束是增加了PCBs的溶解度的主要原因。Edwards等［14-15］认为当表面活性剂的浓度高于CMC时，会减小有机物在土壤中的分配系数，同时增大有机物在水中的溶解度。但是有实验表明［16-18］，表面活性剂溶~液质量浓度过高时，会在水溶液中形成絮凝物，然后与有机物结合成粘性乳状液，这种乳状液会堵塞土壤中的孔隙，从而减慢溶液的流速，降低洗脱效果。
2.3表面活性剂组成的影响
与单一表面活性剂相比，不同类型的表面活性剂的混合使用，能产生协同增溶作用，而同种类型表面活性剂的混合则会出现减溶的效果。赵高峰等［19］研究了NPE10与LAS混合、AE9与NPE10混合和NPE10、LAS、AE9单独使用时对PCBs的增溶作用，结果发现NPE10和LAS混合使用的增溶效果最为显
著，主要原因是LAS和NPE10这两种不同的表面活性剂混合形成混合胶束，非离子型表面活性剂NPE10插入到胶束中，减弱阴离子型表面活性剂LAS之间的斥力，使CMC降低，表面张力减小，溶质在混合胶束中的分配系数增大。而AE9和NPE10混合使用的效果甚至不如AE9和NPE10的单一使用，可能是因为这两种同种类型的表面活性剂共存时，彼此相互占据了亲油性胶囊的空间，阻碍了PCBs的接触，产生了拮抗现象。马满英等［10］研究发现，生物表面活性剂和非离子表面活性剂的混合使用也产生协同增溶作用，协同增溶作用的大小与其中非离子表面活性剂的HLB呈负相关。
2.4表面活性剂在土壤中吸附作用的影响
用表面活性剂溶液洗脱土壤中的PCBs是在土壤的孔隙中进行的，因此，土壤的介质特性、孔隙结构特征都会影响表面活性剂在孔隙中的运移，从而影响洗脱效果。表面活性剂在增加PCBs溶解度的同时，其中一部分表面活性剂也会吸附在土壤中，而吸附的表面活性剂会阻碍土壤中PCBs与水溶液中表面活性剂的有效接触，从而对土壤中PCBs的释放产生负面影响。目前还没有关于表面活性剂在土壤中作用影响表面活性剂洗脱土壤中PCBs效果的相关文献，不过有类似报道，如Juan等［20］在对鼠李糖脂和TritonX100洗脱土壤中杀虫剂的影响因素中研究了吸附作用的影响。当表面活性剂的量接近饱和量时就会增强对杀虫剂的洗脱作用，而当表面活性剂浓度远远低于土壤饱和量时，表面活性剂就会被土壤吸附，对杀虫剂洗脱作用就会减弱。因此，为了增强土壤中PCBs的解吸，就要使用较高的表面活性剂浓度，使得水体中的表面活性剂对PCBs的解吸强化作用大于土壤中吸附态表面活性剂对PCBs 的解吸抑制作用。一些研究表明，表面活性剂溶液在土壤中的吸附曲线呈S型等温曲线［18］，而Narikis等曾经通过非离子表面活性剂在土壤中的吸附得到Langmuir等温曲线和S型等温曲线［21-22］，这说明被吸附的表面活性剂的浓度与其浓度呈正相关关系。此外，施周等［23］选用生物表面活性剂洗脱PCBs污染土壤的实验表明，突然对表面活性剂的吸附还与土壤本身的有机物碳含量有关，土壤中的有机物含量越高，则吸附的表面活性剂越多。
3结语
综观国内外在表面活性剂对土壤中PCBs洗脱影响研究的现状，发现表面活性剂溶液对土壤中的PCBs具有显著的促进释放作用。在不同类型的表面活性剂中，非离子型表面活性剂和生物型表面活性剂的促进作用要强于其他类型的表面活性剂；不同类型的表面活性剂混合使用，能产生协同增溶作用，发展前景良好；溶液中表面活性剂的浓度大小将影响胶束的形成，进而影响PCBs的溶解度；而表面活性剂本身在土壤中的吸附作用又直接影响土壤中PCBs与水体中表面活性剂胶束的有效接触，多种因素共同作用，影响洗脱效果。这些研究对于治理土壤中的PCBs污染具有非常重要的理论意义和广泛的应用价值，对于我国POPs履约工作的顺利进行也具有促进作用。
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