低分子量有机酸对土壤中典型有毒有机物的活化作用

论文摘要

目前,土壤有机污染问题非常严重,控制和修复土壤有机污染、保障土壤环境安全,以实现土地资源的可持续发展和利用已成为国内外环境领域关注的焦点。但是土壤中有毒有机物（TOS）易被吸附固定,其活化及生物可利用性是影响修复效率的关键因素。因此,研究低分子量有机酸对土壤中TOS的活化作用,将为深入地探明TOS污染土壤的根际修复机理、提高修复效率、降低植物污染风险,最终为拟订经济高效的TOS面源污染土壤修复的实用技术提供重要依据。本文在评述低分子量有机酸在有机污染土壤修复中作用研究现状的基础上,以PCP、PAHs为目标污染物,研究了低分子量有机酸对土壤中PCP、PAHs的活化作用,探讨活化作用与有机酸种类和性质、金属离子种类、土壤性质等的关系。主要研究结果如下：1.采用批量平衡试验方法,研究了柠檬酸对黄棕壤、棕红壤和红壤吸附五氯酚（PCP）的影响。结果表明,供试3种土样对PCP的等温吸附曲线均可用Freundlich吸附等温方程描述,对PCP的吸附容量大小为黄棕壤>棕红壤≥红壤,与其有机质含量大小顺序一致。实验条件下,随着柠檬酸加入浓度的提高（0～100mmol/L）,棕红壤和红壤对PCP的吸附容量和吸附强度表现为先升高后下降的趋势,较低浓度≤50mmol/L)的柠檬酸处理显著促进了它们对PCP的吸附,而较高浓度柠檬酸处理则抑制其吸附。供试浓度范围内,柠檬酸对PCP在黄棕壤中的吸附容量和吸附强度均表现为促进作用,但较高浓度柠檬酸处理下促进作用减弱。加入柠檬酸后,土壤吸附PCP的平衡溶液的pH值显著降低,这可促进PCP在土壤中的吸附,同时土壤固相有机质的释放和溶液中溶解性有机质（DOM）浓度的增加则可减少土壤对PCP的吸附。2.采用动态土柱试验法,研究了低分子量有机酸对土壤中]PAHs的淋洗作用以及对土壤中金属离子的溶出作用。结果表明,三种低分子量有机酸对土壤PAHs均有很强的淋洗能力,三种酸作用下,土壤中全量菲、芘的淋洗量增加幅度分别为对照的327.1%、311.6%、316.0%和299.3%、246.3%、277.2%。低分子量有机酸可以活化土柱菲、芘,并使其随有机酸的淋洗向下迁移,有机酸淋洗后菲、芘含量总体上为土柱下层>土柱中层>土柱上层。随柠檬酸浓度的提高,三种土壤中菲、芘的总去除量均呈增加的趋势。分析收集液中金属离子的浓度,发现金属离子浓度显著增加,低分子量有机酸能够破坏土壤有机-无机复合体,促进金属离子的溶出,进而导致束缚在土壤中的固相有机质和PAHs的释放。3.研究了低分子量有机酸对污染场地土壤中PAHs脱附行为的影响。研究发现,低分子量有机酸对污染场地土壤中PAHs的脱附作用是个快速动态平衡过程,脱附量主要在最初的24h内完成。随着脱附次数的增加,菲、芘的脱附率逐渐降低,与菲相比,第二三步的脱附作用对芘更为明显。三种低分子量有机酸均能促进土壤中菲、芘的脱附,脱附能力影响顺序为柠檬酸>草酸>苹果酸,且随有机酸浓度的增加,土壤中菲、芘脱附量均呈升高的趋势,如加入100mmol/L柠檬酸时,菲、芘脱附量分别为281.76和221.77ug/kg；当柠檬酸浓度达到1000mmol/L时,土壤中菲、芘的脱附量为395.25和327.41ug/kg。加入低分子量有机酸后,溶液中DOM浓度增加,且DOM浓度与菲脱附率呈正相关的关系,DOM与菲、芘的结合作用促进了其脱附,应是低分子量有机酸促进土壤中菲、芘脱附的主要原因。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1 引言
• 2 低分子量有机酸及其研究现状
• 2.1 土壤低分子量有机酸的来源
• 2.2 土壤低分子量有机酸的组成和含量
• 3 低分子量有机酸在有机污染土壤修复中的作用
• 3.1 低分子量有机酸强化微生物对有机污染物的降解
• 3.2 低分子量有机酸影响土壤酶的活性,进而降解有机污染物
• 3.3 低分子量有机酸对土壤中有机污染物的活化作用
• 4 问题与展望
• 5 研究目标及技术路线
• 第二章 柠檬酸对土壤吸附五氯酚的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试剂与仪器
• 1.2 供试土样
• 1.3 实验方法
• 1.4 数据处理与统计分析
• 2 结果与讨论
• 2.1 土壤对PCP的等温吸附曲线
• 2.2 柠檬酸对土壤中PCP吸附的影响
• 2.3 柠檬酸影响土壤吸附PCP的作用原理初探
• 3 结论
• 第三章 低分子量有机酸对土壤中PAHS的淋洗作用
• 1 材料与方法
• 1.1 试剂与仪器
• 1.2 供试土样
• 1.3 实验装置
• 1.4 实验方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 低分子量有机酸对土壤中PAHs的淋洗作用
• 2.2 低分子量有机酸淋洗对土柱中不同深度PAHs含量的影响
• 2.3 柠檬酸淋洗对不同类型土壤中菲、芘含量的影响
• 2.4 低分子量有机酸对土壤中金属离子的溶出效应
• 3 结论
• 第四章 低分子量有机酸对污染场地土壤中PAHS脱附的影响
• 1 材料与方法
• 1.1 试剂与仪器
• 1.2 供式土样
• 1.3 实验方法
• 2 结果与讨论
• 2.1 低分子量有机酸对污染场地土壤中PAHs脱附的影响
• 2.2 低分子量有机酸影响土壤脱附PAHs的作用原理
• 3 结论
• 第五章 总结与展望
• 1 总结
• 2 创新点
• 3 问题与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢