土壤胶体界面五氯酚的非生物还原转化研究

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有机氯等卤代有机污染物多具有强烈的生物毒性,难以被微生物降解与转化,其非生物转化是一条十分重要的脱毒途径。五氯酚是土壤中一种常见的有机氯污染物,对环境危害大。本文针对我国土壤遭受广泛的有机氯污染问题,结合国际土壤界面化学过程的研究热点,研究不同成土母质、不同土壤类型的土壤胶体界面五氯酚非生物还原转化过程,以及添加草酸和亚铁等还原物质对土壤胶体界面五氯酚还原转化的影响,为土壤多相体系中有机氯的自然净化和污染土壤的原位修复提供科学依据。采用一次平衡研究法,对土壤胶体界面五氯酚(PCP)的还原转化动力学,以及添加Fe2+或草酸对土壤胶体界面五氯酚还原转化影响的研究结果表明,厌氧条件下,五氯酚在不同土壤胶体界面均能发生一定的还原转化,添加1.0mmol·L-1草酸或亚铁能显著提高土壤胶体界面五氯酚的转化率和还原速率。经过19d的反应后,各土壤胶体界面五氯酚的平均转化率为(36.2±19.7)%,添加草酸或亚铁后土壤胶体界面五氯酚的平均转化率分别提高了0.96倍和2.1倍。土壤胶体界面五氯酚的还原转化过程均可用表观一级反应动力学描述。五氯酚在土壤胶体表面的平均转化速率为(0.026±0.018)d-1,但受土壤类型和土壤发育母质的影响。不同土壤类型的胶体界面五氯酚还原转化能力依次为水稻土>砖红壤>赤红壤>红壤。不同母质发育的土壤胶体界面五氯酚还原转化能力依次为玄武岩>砂岩>花岗岩。添加草酸或亚铁使土壤胶体界面五氯酚的还原速率分别增加到(0.08±0.05)d-1、(0.12±0.08)d-1。添加草酸处理的玄武岩、砂页岩和花岗岩发育的土壤胶体界面五氯酚的还原速率分别增加了2.0倍、2.0倍和3.1倍。添加亚铁对花岗岩母质的土壤胶体界面五氯酚的转化影响最大,五氯酚还原速率增加了10.9倍,砂页岩母质的土壤胶体次之,增加了3.2倍,玄武岩母质的增加了2.9倍,影响程度与仅有土壤胶体处理的还原转化效果相反。添加1.0mmol·L-1 Fe2+或草酸均能显著促进土壤胶体界面五氯酚的还原转化和氯离子的产生。经过19天的反应,紫泥田和浅脚紫泥田体系中释放的氯离子浓度分别达0.021mmol·L-1和0.022mmol·L-1。添加亚铁后氯离子的生成量分别是未添加亚铁处理的1.4(紫泥田)和1.6倍(浅脚紫泥田),添加草酸处理的氯离子释放量也提高了41.3%(紫泥田)和65.4%(紫泥田)。土壤胶体界面五氯酚的还原转化是受表面控制的反应,还原速率与土壤胶体的pH值、有机质含量有一定的关系,与全铁、游离铁含量和比表面积有正相关关系。添加亚铁离子和草酸能增加土壤胶体界面表面结合态亚铁的浓度,降低Fe3+/Fe2+氧化还原对的标准电势(EH0),从而促进五氯酚的还原转化。有机氯在自然界的脱氯是降低它们的毒性和增强可生化性的关键步骤。本研究发现厌氧条件下五氯酚可以在不同土壤胶体界面还原转化,添加草酸或亚铁均可加速土壤胶体界面五氯酚的还原转化和脱氯效率,可为探索加速污染土壤修复治理的新途径提供实验支持。
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