开关表面活性剂对土壤及地下水中多环芳烃污染的增效修复研究进展

开关表面活性剂在环境中主要应用于处理土壤及地下水系统中疏水性有机污染物,污染物多环芳烃(PAHs)是目前其应用研究的热点. 本文详细阐述了开关表面活性剂对土壤及地下水中PAHs污染的可逆增效机理,增效机理基于开关表面活性剂胶束形态的改变;汇总了常用于土壤及地下水PAHs污染修复的三类开关型表面活性剂,通过比较光开关型、CO₂/N₂开关型和氧化还原开关型在开关前后的表面活性理化指标来解释其微观调控特征,认为微观调控基于其响应基团发生化学反应;重点总结了这三类开关表面活性剂在改变表面张力的可逆性与对PAHs增溶的可逆性上具备的优缺点;阐述了开关表面活性剂在实际应用中可能受很多外界因素的影响,并重点关注温度、pH、无机离子和土壤矿物对其的影响. 今后需通过一定规模的野外场地试验,探究多种环境因素动态耦合对开关表面活性剂增溶PAHs的影响机制,厘清在环境因素动态耦合下不同调控方式与分离效率之间的关系,为筛选适合不同环境的开关表面活性剂提供理论数据支撑.      

混合表面活性剂对多环芳烃的增溶作用及机理

比较了研究了单一和混合表面活性剂对萘、苊、蒽、菲、芘的增溶作用及其机理。混合表面活性剂／单一表面活性对多环芳烃协同增溶／增溶作用的大小与水溶液中表面活性剂的结构、浓度、组成及有机溶质本身的性质有关。在临界胶束浓度（CMC）以上，单一表面活性剂对多环芳烃的增溶作用顺序为TritonX100＞Brij35＞TritonX305，与其亲水亲油平衡值（HLB）呈负相关；混合表面活性剂对多环芳烃能产生显著的增溶作用，其协同增溶作用顺序为SDS－TritonX305＞SDS－Brij35＞SDS－TritonX100，协同增溶作用的大小与其中的非离子表面活性剂的HLB值及多环芳烃的辛醇－水分配系数呈正相关。混合表面活性剂溶液的CMC值降低、溶质在胶束相／水相间分配系数Kmc的增大是产生协同增溶作用的主要原因。     

表面活性剂和多环芳烃的复合生态效应研究进展

简要论述了表面活性剂和多环芳烃在环境中的各自行为，包括表面活性剂的定义，分类和对难溶有机化合物的增溶作用机理，多环芳烃的产生途径和分布，表面活性剂和多环芳烃的危害及生物去除方式等，在此基础上着重探讨表面活性剂对多环芳烃生物去除的影响作用机理，阐述了影响表面活性剂和多环芳烃复合生态效应的各种因素及最新研究进展。对该领域需进一步研究的问题进行了展望。     

生物源表面活性剂对焦化土壤中多环芳烃增溶效能研究

考察了单一生物源表面活性剂鼠李糖脂、黄腐酸、槐糖脂、烷基糖苷、无患子皂苷及鼠李糖脂与各非离子生物源表面活性剂复配体系对萘和菲的增溶效能,并将优选的淋洗剂体系应用于焦化场地土壤多环芳烃（PAHs）的去除.结果表明：相较其他生物源表面活性剂,鼠李糖脂和黄腐酸对萘的增溶效果更好;对于菲的增溶,槐糖脂的增溶效果更好,这与其较低的临界胶束浓度和多环芳烃的性质有关.生物源表面活性剂复配体系的增溶能力较单一表面活性剂明显增强,以3∶1复配时增溶效果最佳.60 mmol·L^-1的鼠李糖脂-黄腐酸复配体系（3∶1）对土壤中萘的去除率可达96.64%,分别是单一鼠李糖脂和黄腐酸的1.09倍和2.21倍;而对土壤中蒽、苯并（a）蒽和苯并（k）荧蒽的去除率远低于萘,分别为63.31%、42.51%和39.10%,这是由于PAHs与鼠李糖脂-黄腐酸复配体系的相互作用随苯环数的增加而减弱.本研究可为生物源表面活性剂及其复配体系高效修复PAHs污染土壤提供科学依据.     

非离子表面活性剂溶液中多环芳烃的溶解特性

采用3种典型非离子表面活性剂(Tween80、Tween20和Triton X-100),对4种典型多环芳烃萘(naphtha-lene)、菲(phenanthrene)、芴(fluorene)和芘(pyrene)进行了溶解特性研究.结果表明,非离子表面活性剂对多环芳烃具有较好的增溶效果,在浓度大于临界胶束浓度(CMC)时,多环芳烃的溶解度与表面活性剂浓度成正比例线性相关通过质量溶解率(WSR)的比较,确定3种非离子表面活性剂对多环芳烃的增溶效果为Triton X-100＞Tween80＞Tween20,与其HLB值呈负相关.在非离子表面活性剂溶液中,多环芳烃的正辛醇-水分配系数(K_ow)与其胶束-水分配系数(K_m)呈现良好的线性相关关系.     

典型表面活性剂对焦化污泥中富集多环芳烃的解吸

焦化废水中的多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)由于其亲脂性极易转移至污泥相中,此过程成为微生物降解污泥中PAHs的传质受限步骤.基于表面活性剂解吸焦化污泥中富集的PAHs以利于微生物降解的构想,采用两种典型的表面活性剂—Triton X~(-1)00和十二烷基硫酸钠(Sodium Dodecyl Sulfate,SDS)来考察其对菲、芘和苯并[a]芘的增溶作用,对比了不同浓度的菲、芘和苯并[a]芘在焦化污泥上的吸附特征,探讨了表面活性剂对焦化污泥中富集多环芳烃的解吸行为.结果发现,表面活性剂对菲、芘和苯并[a]芘的增溶能力与三者的亲脂性存在负相关的关系,它们在焦化污泥上的吸附特征可用Freundlich等温吸附模型来描述,影响吸附容量的因素包括PAHs的亲脂性和焦化污泥的理化性质;SDS与Triton X~(-1)00共同作用时对芘和苯并[a]芘的增溶更明显;以两者混合质量计的1 g表面活性剂在16 d内可以解吸1.12mg的总PAHs.上述研究可以作为焦化污泥生物修复的增溶工艺中表面活性剂需求量计算的参考依据.     

表面活性剂对土壤中多环芳烃解吸行为的影响

研究了4种表面活性剂对土壤中多环芳烃(PAHs)解吸行为的影响.结果表明,表面活性剂的性质、浓度和PAHs的性质、赋存状态影响着土壤中PAHs的解吸.当表面活性剂浓度低于或接近于CMC时,对PAHs解吸没有明显的促进作用.当表面活性剂浓度高于CMC后,表面活性剂对土壤中PAHs的解吸过程有显著的促进作用.具有较低亲水-亲油平衡值(HLB)的表面活性剂对PAHs的增溶性较好.拟合土壤中PAHs的解吸率与PAHs的lgK_ow值,发现两者之间具有线性关系.人工污染土壤中PAHs解吸效果要好于采油区土壤.     

表面活性剂对白腐真菌降解多环芳烃的影响

研究了4种表面活性剂吐温80(Tween80)、曲拉通100(Trition X-100)、十二烷基苯磺酸钠(LAS)、十二烷基硫酸钠(SDS)对白腐真菌降解水溶液和土水系统中多环芳烃(PAHs)的影响.结果表明,表面活性剂的类型、浓度、PAHs的赋存状态以及体系pH值、温度等均影响着PAHs的降解.在水溶液中(无土),加入4种表面活性剂均降低溶液中PAHs的降解.在土水系统中,Trition X-100和SDS抑制PAHs降解,而Tween80和LAS对PAHs的影响则受到浓度的影响.低浓度Tween80和LAS对土壤中PAHs的降解没有促进作用,甚至有微弱的抑制作用,但适当浓度的Tween80和LAS促进PAHs降解,并且对土壤中PAHs降解的促进作用随着浓度的增大而逐渐增大,但过高浓度的Tween80和LAS没有表现出对PAHs降解更大的促进作用.     

双子表面活性剂CG_(12-3-12)、鼠李糖脂与TX-100对多环芳烃增溶作用的比较研究

对新季铵盐型Gemini阳离子表面活性剂CG12-3-12、生物表面活性剂鼠李糖脂Rhamnolipid、普通非离子表面活性剂TX-100以及它们的混合体系对多环芳烃菲和芘的增溶效果进行了比较研究.通过计算与比较临界胶束浓度(CMC)、摩尔增溶率(MSR)和增溶的标准自由能ΔG0s,评价了3种不同类型表面活性剂及它们的混合体系对菲和芘的增溶能力.3种表面活性剂对菲和芘的增溶性大小顺序为:CG12-3-12RhamnolipidTX-100.TX-100/CG12-3-12与TX-100/Rhamnolipid混合表面活性剂都较相对应的单一表面活性剂有更好的增溶能力,在降低表面张力效率方面都能够产生协同效应.但是两种混合溶液都不符合理想溶液的性质.TX-100/CG12-3-12系统的CMCexp相对于CMCmi有更大的负偏差.由两混合体系的吉布斯自由能ΔG0m可以看出,TX-100与鼠李糖脂比与CG12-3-12更容易形成混合胶束.TX-100/CG12-3-12与TX-100/Rhamnolipid表现出协同作用.TX-100/Rhamnolipid混合体系对菲和芘的增溶能力的提高大于TX-100/CG12-3-12混合体系.本实验研究结果可为疏水性有机物污染环境修复效果的强化提供科学依据.     

汕头红树林沉积物中多环芳烃垂直污染特征

为了研究汕头海域红树林沉积物中16种优控多环芳烃(PAHs)污染状况,在义丰溪口、六合围和北港口3块红树林湿地采集柱状沉积物5个,分析了PAHs的含量水平、空间分布、来源和潜在的生态风险。结果表明,研究区红树林沉积物中PAHs含量范围是80.47～301.73 ng/g干重,义丰溪口六合围北港口。不同采样点柱状沉积物中PAHs含量从表层到下层的变化趋势不一致,六合围和义丰溪口趋势不明显,北港口呈下降趋势。PAHs空间分布主要受人类活动和周期性潮汐运动的影响。沉积物中PAHs来源于石油泄露、生物质和煤炭燃烧、发动机排放的混合源,生物质和煤炭燃烧是主要污染源。经沉积物质量标准,平均效应范围中值商和总毒性当量浓度3种方法评估,沉积物中PAHs的生态风险整体较低。     

生物柴油对柴油机排放细颗粒物及其中多环芳烃的影响

在柴油发动机台架上,考察普通柴油和2种原料不同的生物柴油(B100-1,大豆油为原料;B100-2,废油为原料)在2个固定转速不同负荷的4个工况点的细颗粒物PM2.5及其中多环芳烃(PAHs)的排放特性.用石英滤膜采集了尾气中的细颗粒物,并用GC/MS分析了颗粒物中的PAHs.生物柴油在高负荷时降低了柴油机PM2.5的排放速率,最大降幅达到了37.3%,在低负荷情况下增加了PM2.5排放速率.在所测试的工况下,生物柴油的颗粒相PAHs的排放速率较普通柴油均有不同程度的降低,最大降幅达到77.6%.生物柴油不但降低了PAHs的排放速率,还降低了PAHs在PM2.5中的质量百分比.B100-2的PM2.5和PAHs的平均排放速率比B100-1分别增加14.7%和17.8%.3种燃料排放PM2.5中的PAHs的主要化合物相似,均以小分子量为主,其中以菲的含量最高,2~3环PAHs超过总排放50%.生物柴油排放的PAHs毒性当量与柴油相比有较大程度地下降.     

南京大气中多环芳烃的相分布

采用玻璃纤维滤膜(GF)和聚氨基甲酸乙酯泡膜(PUF)同时采集南京大气中颗粒态和气态上的多环芳烃(PAHs),用气质联用仪分析了16种优先控制的PAHs,研究了PAHs在南京大气中的相分布,研究结果表明,颗粒态和气态样品中16种PAHs的平均浓度值分别为20.49ng/m3和182.45ng/m3,2～3环的PAHs主要分布在气态中,而>4环的PAHs主要分布在颗粒态中。     

植物修复多环芳烃研究现状

植物修复是一种利用植物修复环境污染物的方法 ,由于其费用低廉等特点正受到越来越多的关注。多环芳烃由于其毒性、致癌性和致畸性成为环境中一类重要的污染物。概述了植物修复的机制 ,并回顾近年来国内外关于植物修复多环芳烃方面的研究进展。     

多环芳烃对海洋硅藻中肋骨条藻的光毒性效应

许多生态毒理学研究尤其是对水生生物的毒性研究表明,阳光中的紫外辐射(UV)能够促进多环芳烃的生物毒性. 以长江口浮游植物群落中的常年主要优势种之一——中肋骨条藻(Skeletonema costatum)为实验材料,选择2个环的萘,3个环的菲和蒽,4个环的荧蒽和芘5种寡环多环芳烃,在实验室内比较了它们在没有UV辐射和有UV辐射下对中肋骨条藻的毒性效应. 结果表明:在没有UV照射下,萘、菲、蒽、荧蒽和芘对中肋骨条藻的72 h EC50值分别比有UV照射下时高约1.9,8.4,13.0,6.5和5.7倍,其中蒽相差的倍数最大.在没有UV照射情况下,5种多环芳烃对中肋骨条藻种群生长的抑制作用强度表现为荧蒽>芘>蒽>菲>萘;而当系统中加入UV照射后,毒性强度变为荧蒽≈蒽>芘>菲>萘,表明UV照射不仅能够促进多环芳烃对中肋骨条藻的毒性,也能够改变它们对中肋骨条藻的相对毒性.      

地表水中多环芳烃迁移转化研究进展

多环芳烃类(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons,PAHs)物质是广泛存在于环境中的一类持久性有机污染物,具有难降解、易富集和"三致"的特点,可能严重危害人类健康和生态环境.文章主要阐述PAHs在环境中的污染,重点是对地表水环境的污染;总结PAHs在地表水环境中迁移转化研究的进展和成果,重点...     

澳门大气气溶胶中多环芳烃研究

通过1995年和1998年澳门大气气溶胶中多环芳烃分析表明,1998年的有机污染程度是1995年的1.36～4.36倍,大气气溶胶中多环芳烃白天高于夜间,说明主要污染物为居民的工作、生活、商业、交通所排放。澳门商业交通功能区有机毒害污染较为严重,苯并(a)芘和苯并(a)蒽分别为1.56～8.10ng/m3和0.85～4.68ng/m3。      

绿脓杆菌S6产表面活性剂对PAHs增溶效果研究

文章以超声取-高效液相色谱法研究铜绿似单细胞S6菌产生物表面活性剂在浓度、pH值、温度及时间下对萘、蒽.芘、苯并蒽的增溶效果,结果表明:一定浓度范围内,表面活性剂浓度越高,萘、蒽、芘、苯并蒽的溶解度越大;固定生物表面活性剂浓度下,在对萘、蒽、苯并蒽及芘进行增溶时,pH值应控制在6～8之间,最好设置pH值为8;在对萘、蒽...     

多环芳烃及其衍生物在北京典型污水处理厂中的存在及去除

多环芳烃衍生物(SPAH)除可以通过燃料不完全燃烧直接排放到环境中,也可通过光化学或微生物作用由母体多环芳烃(PAH)转化生成.部分SPAH毒性强于其相应母体PAH.通过采集北京地区污水处理厂进出水样品,分析氧化PAH(OPAH)、甲基PAH(MPAH)、硝基PAH(NPAH)三类SPAH和16种PAH的质量浓度,研究此类目标物在污水生物处理过程中的存在和行为.结果表明,MPAH、OPAH和PAH存在于污水处理厂进出水中,但NPAH未检出.进水水相和颗粒相中总质量浓度PAH为1.94~4.34μg·L~(-1),SPAH为1.16~2.20μg·L~(-1),出水水相和颗粒相中总质量浓度PAH为0.77~0.98μg·L~(-1)和0.39~0.45μg·L~(-1).MPAH的质量浓度一般低于其相应母体PAH,而OPAH质量浓度一般高于其相应母体PAH.目标物在污水处理厂中的去除率为53%~83%.活性污泥法对于PAH和SPAH类物质的去除途径主要为吸附及生物降解,部分OPAH可能在污水生物处理过程中由母体PAH转化生成,并有积累.PAH主要来源于木柴和煤的不完全燃烧,部分来自于石油燃烧,只有小部分来源于石油排放.秋季进出水中PAH和SPAH质量浓度高于冬季高于夏季.大部分SPAH和PAH随河水灌溉排入天津农田区,可能会对人体健康造成潜在危害.因此,需要通过对污水处理厂处理工艺的升级改造以提升对PAH和SPAH类物质去除效果.