鼠里糖脂作用下三氯生在底泥柱中的遷移傳輸

陳源波

（廣東省核工業地質局核技術應用研究所，廣州 510800）

TCS是一種廣譜抗菌劑，廣泛應用于個人藥物及個人護理品中。TCS屬疏水性有機物，易吸附在底泥等固相介質上，具有長期滯留性、生物蓄積性和“三致”作用。吸附在底泥上的污染物質，在厭氧或缺氧條件下難以被生物降解；同時，在水體動力學作用下，污染物能逐步向底層遷移，導致地下水遭到不同程度的污染。

生物表面活性劑能將HOCs包裹在膠束內部來改變HOCs的遷移分配。其膠束增溶作用一方面能使HOCs從底泥中解吸附出來，促進其向水相的遷移；同時，膠束在底泥上的吸附又能強化HOCs在底泥上的滯留[1]。鼠里糖脂（RL）是一類典型的生物表面活性劑，在污染修復領域中有著廣泛的應用。

目前，RL強化修復HOCs污染底泥通?？紤]RL添加濃度、HOCs物化性質等影響因素，所采用的方法也主要是批實驗。然而，批實驗對模擬實際環境中HOCs在底泥-水體系的遷移傳輸存在諸多不足。張建明等發現批實驗與柱實驗中的2,4-二氯苯酚在土壤中吸附的分配系數存在較大差異，且柱實驗更為接近實際值[2]。郭艷平等發現在批實驗和柱實驗中，在表面活性劑作用下17α-炔雌醇的行為有較大差異[3]。

為此，本文以填裝底泥柱為研究體系，探究RL作用下TCS在底泥柱中的遷移傳輸規律，以期為RL作用疏水性污染物的修復技術提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 試劑

TCS購自美國Alfa Aesar公司，RL購自湖州紫金生物科技有限公司，其他試劑均為分析純級試劑。易混合置換實驗中所用背景溶液是1 mg/L CaCl2，5 mg/L NaHCO3的pH緩沖液并加入100 mg/L NaN3。

1.2 易混合置換試驗方法

底泥樣品是從廣州珠江瀛洲生態公園的沖積入?？谔幦〉?，在自然條件下風至半干，將雜質去除后搗碎過2 mm篩網。底泥分多次逐層嚴實地填入玻璃柱中，每層用玻璃棒略微壓實后打毛。蠕動泵流速為0.25 mL/min，開始時從底泥柱底部向上輸入背景溶液，排氣，持續12 h。隨后改為下向流，逐步調節至設計流速。

在燒杯中放置少量的TCS-甲醇濃縮液，靜置，待甲醇完全揮發后，加入50 mL背景溶液，檢測背景溶液中TCS的原始濃度。將50 mL TCS/背景溶液泵入底泥柱中，然后換用背景溶液或RL進行淋溶。對出流液中的TCS進行超高效液相色譜檢測。

1.3 底泥柱的分層萃取

當出流液中的TCS濃度低于儀器檢測限時，拆開有機玻璃柱，沿垂直方向平均切割土柱，分得五個土柱層：表層沙粒、頂層底泥、中層底泥、底泥底泥以及底層沙粒。對其進行有機萃取后檢測TCS含量。

2 結果與討論

2.1 TCS在底泥柱中的淋溶穿透特性

如圖1所示（橫坐標PV/PV0為相對孔隙水體積），TCS在底泥柱中置換需要約500 PV/PV0的背景溶液，出流液中的TCS才能趨于平衡。出流液中的TCS濃度在約80～120 PV/PV0處達到最大值。TCS在底泥柱中的淋溶穿透曲線左右并不對稱，其穿透分布及穿透時間分布較寬，后期呈現明顯拖尾現象。與初始輸入TCS的質量相比，累積出流的TCS質量要小很多，這說明仍有相當一部分TCS被吸附綁定在底泥中。

對比前人實驗，筆者發現，相比17α-炔雌醇等類雌激素，TCS在底泥柱中的置換所需背景溶液體積更大，穿透時間也歷時更長，這可能是因為TCS的正辛醇-水分配系數更大，使得TCS更易吸附在底泥上，被淋溶出來的難度更大。

不同流速條件下，TCS隨孔隙體積變化的穿透出流分布及出峰特性等均存在差異。相比低流速條件，高流速條件下出流液中的TCS的濃度出峰的PV/PV0有所減少，出峰值明顯提高。低流速條件下，吸附的TCS整體的解吸附速率較為緩慢。低流速條件下所累積置換出的TCS質量僅為高流速條件的62%。這顯示，淋溶孔隙水流速的變化會導致與底泥相互作用的反應性溶質在底泥柱中的穿透和吸附特性發生變化。

圖1 不同背景溶液淋溶下TCS隨相對孔隙體積變化的穿透曲線及累積曲線

2.2 RL作用下TCS底泥柱中的淋溶穿透行為

如圖2所示，以RL為淋溶液體時，出流的TCS在一定程度上會存在不連續性。這可能是因為RL膠束與底泥顆粒相互作用，使得TCS被吸附-解吸附在底泥固體顆粒上，進而導致出流的TCS出現不穩定不連續狀態。

RL淋溶液在整體上能促進TCS在底泥柱中的遷移行為。當淋溶RL體積為35～40 PV/PV0時，出流液中便可檢測到較大濃度的TCS。而以背景溶液為淋溶液時，要在出流液中檢測出較大濃度TCS時所需的淋溶體積為60～65 PV/PV0。相比以背景溶液為淋溶液，以RL溶液為淋溶液時，出流液中所出現的TCS的濃度到達峰值，所需的淋溶液體積更少，峰值也更大，這表明RL膠束降低了TCS在底泥柱中的吸附速率和吸附量。RL濃度為1 000 mg/L，流速約為1.0 mL/min。以RL為淋溶液，也減緩了TCS在底泥柱中穿透曲線的拖尾現象，這說明RL膠束提高了TCS在底泥顆粒上的解吸附速率。TCS在底泥柱中的淋溶穿透率約為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的累積質量在以RL為淋洗液時也比以背景溶液淋洗時更大，這進一步展現了RL膠束對TCS的解吸附作用。

圖2 RL淋溶條件下出流液中TCS的穿透及累積質量曲線

2.3 淋溶后TCS在底泥柱中的分布

如圖3所示，在不同淋洗條件下，表層和底層沙粒中均未檢測到TCS，但在頂層、中層和底層底泥中均有不同程度的TCS殘留。這說明TCS更傾向于吸附底泥顆粒。在較高孔隙水流速下，各層底泥中TCS的量更低。在較低孔隙水流速下，隨著底泥柱中底泥深度的增加，TCS在底泥中的殘留量更低，這說明較低的孔隙水流速對TCS在底泥中的遷移傳輸影響較小，其更難將TCS從底泥固體顆粒的綁定中解吸附出來。在高流速下以背景溶液為淋溶液時，TCS在底泥柱中的分布為中間層更多。而在相同流速下以RL為淋溶液時，TCS在底泥中的分布隨著底泥柱深度的增加而降低，總體殘留量更低。這說明RL對TCS存在解吸附作用，強化了TCS在底泥中的可遷移傳輸性能。

圖3 不同條件淋溶后TCS在底泥柱中的縱向分層分布

3 結論

高孔隙水流速能夠促進TCS在底泥柱中的遷移傳輸行為，RL能進一步強化這種傳輸行為。高流速條件下，RL作用下的TCS在底泥中的淋溶穿透率為68%，相比背景溶液提高了24%，使得殘留在底泥柱中的TCS含量顯著降低。RL膠束強化了TCS在底泥顆粒上的解吸附行為，使得TCS更易向水相介質遷移。

1 陳寶梁.表面活性劑在土壤有機污染物修復中的作用及機理[D].杭州：浙江大學，2004.

2 張建明，彭 勝，陳家軍.二氯苯酚在土壤中的吸附及其批實驗與柱實驗的分配系數比較[J].環境工程學報，2012，6（11）：4251-4256.

3 郭艷平.鼠里糖脂作用下17α-炔雌醇在水/底泥中的遷移轉化規律及生物有效性[D].廣州：華南理工大學，2010.