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1、第7卷第5期环境科学进展Vol.7,No.51998年10月ADVANCESINENVIRONMENTALSCIENCEOct.,1999影响有机污染物在土壤中的迁移、X转化行为的因素XX胡枭樊耀波王敏健(中国科学院生态环境研究中心水污染控制室,北京100085)摘要本文介绍了有机污染物在土壤中的吸附与解吸附、渗滤、挥发和降解等行为过程。探讨了吸附与解吸附机理、土壤有机质含量和类型、水分含量及温度等对此过程的影响。依据某些典型的化合物行为模型,论述了影响土壤中有机污染物渗滤的因素。有机污染物需要先从土壤深层迁移至地表,然后挥发至大气,在土壤中迁移的速率较慢,控制着整个
2、挥发过程,可用Fick第二定律来描述。有机污染物在土壤中的非生物降解主要包括氧化-还原、光解和水解等反应。土壤中的O2含量、土壤有机质成分和含量、辐射强度、光谱分布、土壤水分含量、温度和pH值等都会影响非生物降解过程。其中有些因素通过影响微生物的生物活性,还影响有机污染物的生物降解。关键词:有机污染物土壤迁移转化由于可能造成食物链、地下水和地表水污染,土壤污染问题受到了人们的特别关注。有的污染物可被作物吸收富集,污染食品和饲料;一些水溶性的污染物,可随土壤水渗滤到地下水,使地下水受到污染;一些污染物可吸附于悬浮物随地表径流迁移造成地表水的污染,甚至渗入地下水;许多污染
3、物能够挥发进入大气,造成大气污染。所以土壤污染常常成为重要的二次污染源。然而,土壤既是污染物的载体,又是污染物的自然净化场所。进入土壤的污染物,能够同土壤物质和土壤生物发生各种反应,产生降解作用。土壤的污染及其去除,决定于污染物进入量与土壤净化力之间的消长关系。当污染物进入量超过土壤净化能力时,则导致土壤污染。有机污染物进入土壤后,主要可能经历以下过程:(1)被土壤颗粒吸附;(2)渗滤至地下水中;(3)随地表径流迁移至地表水中;(4)生物降解;(5)非生物降解;X中国自然科学基金资助项目29677027;环境模拟与污染控制国家联合重点实验室开放基金资助项目XX通讯联系
4、人5期胡枭等:影响有机污染物在土壤中的迁移、转化行为的因素15(6)挥发和随土壤微粒进入大气;(7)被植物吸收进入食物链中富集或被降解。其中,吸附与解吸、渗滤、挥发和降解等过程对土壤中有机污染物的消失贡献较大。有机污染物在土壤中的环境行为首先是由其自身性质决定的,如憎水性、挥发性和稳定性。同时,环境因素也会产生重要的影响,如土壤的组成和结构、土壤中微生物的状况、温度、降雨及灌溉等等。了解污染物进入土壤后的转化和迁移规律对于防治土壤污染具有重要意义,也可为制定相关的法律、法规提供依据。本文将对土壤中有机污染物的吸附与解吸、渗滤、挥发和降解等主要行为过程及这些过程之间的相
5、互影响进行讨论和分析。一、吸附和解吸附吸附和解吸附对于其他过程都有重要影响,是决定土壤中有机污染物行为的一对关键过程。吸附和解吸附过程影响土壤中有机污染物的微生物可利用性,也影响有机污染[1-5]物向大气、地下水与地表水的迁移,因而关于吸附和解吸特征和机理的工作很多,在过程机理和动力学模型等方面已经取得一些很有意义的进展。Mingelgrin等认为,有机污染物在土壤上发生表面吸附作用,浓度相当低时,可以观[6]察到线性关系。另有研究者认为,非离子化有机物在土壤或沉积物上的吸附是分配作[4,7]用。Karickhoff指出,所有憎水性有机化合物的吸附等温线在较宽水溶液浓
6、度范围内[7]都是线性的,并且线性系数与所研究的土壤或沉积物的有机质含量相关。按照这种理论,有机污染物在土壤或沉积物中的吸附量主要与有机质的含量和污染物的憎水性(常用辛醇/水分配系数Kow表示)相关。该理论的局限性在于:不能区分不同种土壤有机质的容量和亲和性,没有考虑固相负载程度对其吸附有机物能力的影响。[4]Chiou等认为土壤吸附是一种双相吸附。矿物质作为一种传统意义上的固体吸附剂,有机质则作为一种分配介质。温度升高时,水分子比有机物分子所受影响大,有机物分子的相对吸附竞争力增加,在矿物质表面的吸附量增加。[8]与此理论相似,Unger等将挥发性有机物(VOC)在
7、土壤上的吸附过程解释为:在湿度很低的条件下,VOC蒸气在土壤上的直接吸附占主要地位,并与土壤表面积相关。在水饱和条件下,矿物质表面没有污染物可到达的吸附位点,在吸附过程中,VOC首先溶解入水相,然后吸附在土壤表面。在非饱和湿度下,则存在着气、液和固三相之间的平衡,是前两者的结合。基于此种解释,提出了3点假设:(1)在描述气、液两相间的分配时,适用亨利定律;(2)在微观范围内,土壤表面均一;(3)水会先注入较小的土壤孔隙,再注入较大孔隙。以这些假设为基础,推出了土壤中挥发性有机物的吸附模型。其数学表示式为:MSOLID=MSV+MSL=MT-MV-ML
