（环境工程专业论文）表面活性剂与螯合剂强化植物修复镉污染土壤的研究.pdfVIP

摘要 已有研究表明，在过去2 0 年内，重庆市蔬菜基地已遭受了镉、铅、铜、砷、汞等重金属 污染，其中以镉污染最为突出。镉是一种潜伏期长、移动性强、危害浓度低、污染面积广、 呈慢性积累且不易为人们察觉的有毒重金属，必须予以优先去除。 对于重金属污染的土壤，目前可采用物理、化学和生物方法进行修复，其中以化学修复 和生物修复效果摄为显著。但化学修复的环境风险较大，容易导致二次污染；而生物修复的 时间又嫌过长，因此采用化学修复与生物修复相结台的化学强化植物修复( c h e m i c a l e n h a n c e d p h y t o r e m e d i a t i o n ) 便应运而生。化学强化植物修复的原理是，一方面利用化学物质提高土壤 中重金属的移动性和植物可利用性，促进植物吸收，提高植物体内重金属浓度；另一方面提 高植物体生物最，尤其是地上部分的生物量，从而增加植物对重金属的吸收总量。 在所用的化学强化物质中，表面活性剂和螫合剂以其特有的增溶、增流、螯合、络合等 特性而倍受人们青睐。人们根据表面活性剂的增溶和增流特性，将其用于重金属污染的治理， 发现袭面活性荆对修复重金属污染的土壤与沉积物效果不错，加入螯合剂e d t a 后效果更显 著。利用表面活性剂润滑、增溶、分散、洗涤等特性，改变土壤表面电荷和吸收位能。或从 土壤表面将重金属置换出来，以络合、螯合物的形式存在于土壤溶液中加快重金属在自然 环境中的可流动性，从而加速重金属的去除。 利用表面活性荆，特别是表面活性剂与螯合j f ! | 联合强化植物萃取土壤或沉积物中重金属 的研究报道尚不多见。当前对表面活性剂去除土壤中熏金属污染的研究多处在实验室阶段， 且主要是用在实验室柱淋洗和批试验中，不能有效地应用于实际。基于上述原理和设想，本 研究采用盆栽试验、土壤培养试验、化学热力学与动力学吸附一解吸试验相结合的方法，通 过表面活性剂与螯台剂的复配技术，选择最优的表面活性剂螫合剂组合及其合适浓度，为化 学强化植物修复提供科学依据，为土壤重金属污染的治理提供新途径。 第一，采用混合正交设计l 1 8 ( 6 x 3 4 ) 的盆栽试验对六种表面活性剂十二烷基硫酸钠 ( s l s ) 、十二烷基苯磺酸钠( d b s s ) 、十六烷基三甲基溴化铵( c t a b ) 、溴代十六烷毗啶( c p b ) 、 聚山梨醇( t w e e n s 0 ) 、叔辛基酚聚氧乙烯醚( t x 1 0 0 ) 以及螯合剂乙二胺四乙酸钠( e d t a ) 进行复合筛选。结果表明，影响植物吸收镉的主要因子是表面活性剂类型，阴离子型与非离 子型表面活性剂的强化修复效果要优于阳离子型表面活性剂。表面活性剂与e d t a 复合使用， 可以促使根镉向地上部转移，有利于强化重金属的植物修复采用对比设计的盆栽试验研究 了两种螯合剂e d t a 和乙二醇双( 2 - - 氨基乙基) 四乙酸( e g t a ) 对雪里蕻吸收镉的影响， 发现螯台剂e g t a 对促进雪里蕻吸收镉影响效果显著，e g t a 、e d t a 添加剂量对植物生物量、 镉吸收量没有明显的差异，但它们施用的时间则明显影响到植物体内镉的积累，基本趋势是 施用时间越延后，积累量越高。从试验成本考虑，可选用螯合剂e d t a 与表面活性剂s l s 、 t x - 1 0 0 复合强化植物修复镉污染土壤的治理。 第二t 以上述试验中选出的两种代表性表面活性剂s l s 、t x 1 0 0 与e d t a ，采用正交设 计l s ( 2 7 ) 的盆栽试验，对不同目标重金属( 镉、铅、铜) 和不同修复植物类型( 玉米和雪 西南农k 大学硕士学位论文 摘要 里蕻) 进行了筛选。试验结果表明，从植物体内重金属浓度考虑作为c 植物的玉米有着更 高的生物量，而作为c 3 植物的雪里蕻则容易积累重金属，在表面活性和与e d t a 作用下，诵 最易救植物富集，铜次之，而钳最不易富集，其平均富集系数分别为7 0 3 l 、6 7 4 2 和2 8 9 2 。 植物体内c d 、p b 、c u 的浓度与其在土壤中的有效态含量呈显著性正相关关系( 相关系数分别 为0 7 3 3 、0 9 7 8 * 、0 9 0 9 * ) 表面活性剂与e d t a 促进植物吸收重金属的主要机理是其提 高了土壤重金属的生物有效性。 第三，根据以上两次试验，选取雪里蕻作为供试植物，镉作为目标重金属，进一步探讨 表面活性剂s l s 、c t a b 、t x 1 0 0 和螫台剂e d t a 强化植物修复镉污染土壤的植物生理效麻。 采用完全设计的盆裁试验，固定s a n 、e d t a 添女n 剂量为2 0m f lk g7 ，考察化学物质类型、 s a a 与e d t a 添加时间三个因素，采用破坏性取样，研究了植物吸收镉及其相应土壤的p h 、 有效态镉浓度的动态变化，分析了植物叶绿素含量、丙二醛( m d a ) 含量等。结果表明影 响植物茎叶吸收镉量的主要因子是土壤p h 值、土壤有效镉浓度和根镉浓度，其贡献率分别为 5 5 4 6 、2 0 ，3 7 和2 4 1 7 ，且均以直接作用为主。表面活性剂与e d t a 处理的植物叶绿索含 量随着时间推移和镉的积累，而呈现逐步下降趋势。表面活性剂与e d t a 对细胞膜的作用使 得镉更容易进入植物体内，随着植物体内镉浓度的升高，细胞膜脂被过氧化，m d a 含量上升。 第四，在实验室内，采用静态批试验，研究了三种不同类型表面活性剂d b s s 、c t a b 、 t x - 1 0 0 与螯合剂e d t a 单独及复合作用下对紫色土镉的溶出效应、吸附动力学效应及吸附一 解吸作用的影响进而探讨其化学强化植物修复镉污染土壤的化学机理及其对重金属在土壤 中的迁移转化行为的意义。结果表明，三种表面活性剂d b s s 、c t a b 、t x 1 0 0 与整合剂e d t a 均对紫色土镉的溶出速度与溶出量有显著的提赛，尤其当e d t a 与表匿活性裁进行复合作用 后对紫色土镉的溶出能力更强，均比e d t a 或各表面话性剂单独作用时的效果要好。 s a a e d t a 单独及复合作用下，紫色土镉的吸附动力学模型以双常数方程拟合为最优。 s a a e d t a 作用降低了紫色土对锈的吸附其作用大小顺序与其对镉的溶出能力大小顺序基 本一致。不同表面活性剂作用下紫色土对镉的吸附的化学机制区别较大，这可能与表面活性 剂的类型及浓度大小等有关。f r e u n d l i c h 方程s = k c “，能较好地描述d b s s 、c t a b 、t x 1 0 0 、 e d ，r a 、e d t a d b s s 、e d t a c t a b 、e d t a t x - 1 0 0 作用下紫色土对镉的吸附，d b s s 、c t a b 、 t x 1 0 0 的吸跗常数k 、 与对照差异不明显；e d t a 、e d t a d f l s s 、e d t a c t a b 、e d t a t x 1 0 0 的i 值明显低于对照h 则明显高于对照，这说明s a a 与e d t a 复合使用后。紫色土对镉的 吸附与对照相比差异很大。一般认为n c u p b a f f e c t e db ys a aa n de d t a a n dt h ea v e r a g ee n r i c h m e n t c o e f f i c i e n t sw e r e 6 7 4 2 ，7 0 3 1 a n d2 8 9 2 ，r e s p e c t i v e l y t h e c o r r e l a t i o nb e t w e e nt h e c o n c e n t r a t i o no f c d ，p b ，c ui ns h o o ta n dt h e i ra v a i l a b l ec o n c e n t r a t i o ni ns o i lw e r e s i g n i f i c a n t ，w b i c h w e r e o 7 3 3 + ，o 9 7 8 + + ，0 9 0 9 + + ，r e s p e c t i v e l y , a c c o u n t i n gf o rt h ee n h a n c e d p h y t o e x t r a c t i o no fh e a v y m e t a l sb ys a aa n de d t a t h i r d l y , b a s e do nt h ea b o v ee x p e r i m e n t s ，m u s t a r da n dc dw e r eu s e dt of u r t h e rd i s c u s st h e p h y s i o l o g i c a l e f f e c to fs u r f a c t a n t e h e l a t o r - e n h a n c e d p h y t o r e m e d i a t i o n o nc d - c o n t a m i n a t e ds o i l p o t - t e s t sw i t hc o m p l e t ed e s i g nw a se m p l o y e d ，t h ed o s a g eo fs u r f a n t a n t sa n de d t aw a s2 0 m m o l k g 1 t h r e ef a c t o r si n v o l v e dk i n d so fc h e m i c a l s ，a p p l i c a t i o nt i m eo fs a aa n de d t aw e r e i n v e s t i g a t e d u s i n gd e s t r u c t i v es a m p l i n g ，c h l o r o p h y l la m o u n t 。m a l o n d i a l d e h y d e ( m d a ) a m o u n t ， s h o o t sa n dr o o tm a s s ，c dc o n c e n t r a t i o ni ns h o o t sa n dr o o t s ，b i o a v a l l a b l ec da n dp ho fs o i lw e r e m e n s u r a t e da te a c ht i m e t h er e s u l t ss h o w e d t h a t , t h em a j o rf a c t o r sa f f e c t i n gc db i o a c c u m u l a t i o ni n s h o o ti n c l u d e ds o i lp h ，b i o a v a i l a b l ec da n dc dc o n c e n t r a t i o ni nr o o tm a s s ，w i t ht h ec o n t r i b u t i o nr a t e o f 5 5 4 6 ，2 0 3 7 ，a n d2 4 1 7 r e s p e c t i v e l y w i t ht h et i m ep a s s e da n dt h ea c c u m u l a t i o no f c di n 堕堕奎些查兰塑圭兰竺兰圣= = = ：= = ：= = = 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a i j o no fc d - c o n t a m i n a t e ds o i la n dt h es i g n i f i c a n c eo ft h e t r a n s f e ra n dt r a n s j a t i o no fh e a v ym e t a l si ns o i l t h er e s u t ss h o w e dt h a t ，e d t aa n dt h r e et y p e so f s u r f a c t a n t su s e dc o u l ds i g n i f i c a n t l yi n c r e a s eb o t ht h ee x t r a c t i o na n da m o u n to f s o l u b l e c d ，e s p e c i a l l y w h e nb o t hs u r f a c t a n ta n de d t aw e r ea p p l i e d t h ec o m p o u n de f f e c tw a sb e t t e rc o m p a r e dw i t ht h e s e p a r a t ee f f e c to fe i t h e rs u r f a c t a n t so re d t a t h es o l u b i l i t ya f t e rt h ec o m p o u n da p p l i c a t i o nw a s m u c h h i g h e rt h a nt h a to f s u r f a c t a n ta p p l i c a t i o na l o n e m o r e o v e r , t h ea m o u n to fs o l u b l ec di np u r p l e s o i li n c r e a s e dw i t ht h eg r o w i n gc o n c e n t r a t i o no fe d t aa n ds u r f a c t a n t si nt h ee q u i l i b r i u ms o l u t i o n t h ed a t ao nc d a d s o r p t i o nk i n e t i c sb yp u r p l es o i l ，b o t ha f t e rs e p a r a t ea n dc o m p o u n da p p l i c a t i o no f s u r f a c t a n ta n de d t a ，c o u l db es a t i s f a c t o r i l yd e s c r i b e db yd o u b l e - c o n s t a n te q u a t i o n s a a f , d t a s t i m u l a t e dc dd e s o r p t i o nf r o mp u r p l es o i l ，t h ee n h a n c e ds e q u e n c ew a si np a r a l l e lw i t ht h a to fc d s o l u b i l i t y t h ec h e m i c a lm e c h a n i s m so fc da d s o r p t i o nb yp u r p l es o i lv a r i e ds i g n i f i c a n t l yw i t h d i f f e r e n ts u f f a c t a n t s a p p l i c a t i o n ，w h i c h w a sp o s s i b l yr e l a t e dt ot h e t y p e a n dc o n c e n t r a t i o no f s u r f a c t a n t s t h ea d s o r p t i o nd a t ao fc db yp u r p l es o i la tt h ep r e s e n c eo fd b s s 。c t a b ，t x 1 0 0 ， e d t a ，e d t a d b s s ，e d t a c t a b a n de d t a f r x - 1 0 0c o u l db e e x c e l l e n t l y d e s c r i b e d b y f r e u n d l i c he q u a t i o n ，a n dt h ev a l u e so f b o t hka n dno f d b s s 。c t a ba n dt x - 1 0 0w e r eb a s i c a l l yt h e s a m e ，w h i c hi n d i c a t e dt h e r ew e r en os i g n i f i c a n td i f f e r e n c eb e t w e e nt h ea d s o r p t i o na b i l i t y o f s u r f a c t a n ta n dt h ec o n t r 0 1 h o w e v e r , t h ev a l u e so fko fe d t a ，e d 盯v d b s s ，e d t a c t a ba n d e d t a t x - 1 0 0w e r es i g n i f i c a n t l yl o w e rt h a nt h a to ft h ec o n t r o l ，w h i l et h ev a l u e so fna p p e a r e d m u c h h i g h e r t h i s n d i c a t e dt h e i ra d s o r p t i o na b i l i t i e sw e r em u c hh i g h e rc o m p a r e dw i t ht h ec o n t r 0 1 i t i sg e n e r a l l ya c c e p t e dt h a ts o l u t ec a nh a r d l yb es o r h e dw h e nt h ev a l u eo fhi sl o w e rt h a n0 5 ，w h i l e t h ea d s o r p t i o np r o c e s sb e c o m e se a s yi fn 5 t h ev a l u eo fa l lt h r e es u r f a c t a n t sw l o w e rt h a n1 h o w e v e 5 ”i n c r e a s e dw i t ht h ea d d i t i o no fe d t a ，w h i c hd e m o n s t r a t e dt h ea p p l i c a t i o no fe d t a c o u l ds t i m u l a t ec d a d s o r p t i o n - d e s o r p t i o np r o c e s si np u r p l es o i l i naw o r d ，t h ea p p l i c a t i o no fa n i o n i cs u r f a c t a n t sa n dn o n i o n i es u r f a c t a n t sa c c o m p a n i e dw i t h e d t ac a ne n h a n c er e m e d i a t i o no fc d c o n t a m i n a t e ds o i lb ym u s t a r d a sf o re n v i r o n m e n t a ls e c u r i t y o f t b e s ec h e m i c a l s ，r e s e a r c hw i l lb ei n v e s t i g a t e df u r t h er k e y w o r d s ：c a d m i u m ，c h e l a t o r , p h y t o r e m e d i a t i o n ，s u r f a c t a n t v 西南农业大学硕士学位论文文献综述 文献综述 一一化学强化植物修复重金属污染土壤的研究进展 土壤是衣食之源、生存之本，是晟基本的生产要素和各种经济关系的载体。随着现代经 济的高速发展，环境污染物的排放量与日剧增，环境污染和生态破坏越来越严重，给人类赖 以生存的土壤带来了严重污染。据统计我国约有3 万多公顷土地受汞的污染，有1 万多公 顷土地受镉的污染，每年仅生产镉米就达5 万吨以上，而每年因污染而损失的粮食约1 2 0 0 万吨，严重影响了我国的粮食生产和食物安全( 陈怀满，1 9 9 6 ) 。因此。土壤的重金属污染与 治理一直是国际上研究的热点与难点问题，也是我国农业可持续发展和环境质量改善中许多 学科共同关心的问题。 重金属污染的潜伏期长、危害呈慢性积累，不易被人们察觉，而且重金属一旦污染环境， 就不易从环境中去除，因此重金属常被人们列为优先考虑的污染物之一。目前，治理土壤重 金属污染的途径主要有两种：一种是改变重金属在土壤中的存在形态、使其固定，降低其在 环境中的迁移性和生物可利用性：另一种方法是从土壤中去除重金属( 夏星辉1 9 9 7 ) 。围绕 这两种治理途径，已相应地提出各自的物理、化学和生物治理方法，但绝大部分这类方法尚 处在实验室批实验和模拟试验阶段，己达到现场应用程度的成熟方法很少。当前的研究侧重 于寻求治理效率高治理费用低和现场可操作性强的方法。 1 植物修复重金属污染土壤 目前采用的一些物理或化学方面的常规方法，不仅非常昂贵，难以大规模改良，而且常 常导致土壤结构破坏、土壤生物活性下降和土壤肥力退化。因而，寻求一种投入低又可维 持土壤肥力的新的替代方法直是众人瞩目的焦点问题。通过超积累植物或富集植物吸收、 抽提，从土壤中移走重金属即植物修复是近年来兴起的高效、廉价的绿色治理技术( k u m a rp “口，1 9 9 5 ) 。正因其技术和经济上优于常规方法，植物修复被当今世界迅速而广泛接受，正 在全球应用和发展。 壤重金属的植物修复技术是广谱的原位处理技术。以其廉价、绿色、清洁等特点而各 受人们青睐( s a l t ，e ta , 1 9 9 5 ；r i c h a r d ，2 0 0 0 ) 。超积累植物是指对重金属元素的吸收量超过一般 植物1 0 0 倍以上的植物，超积累植物积累的c r 、c o 、n i 、c u 、p b 、c d 的含量一般在o 1 以 上，积累的m n 、z n 含量一般在1 以上( 孙波，1 9 9 9 ) 。自从首次发现富集镍的超积累植物 ( b r o o k s 。e t a l , 1 9 7 7 ) ，后来逐渐将其扩大到所有的金属累积植物( m o f f a t ，“a t , 1 9 9 5 ) 。目前 超积累植物的研究与应用可谓方兴朱艾( c h a u d h r y , 甜a t , 1 9 9 8 ；g o r m e l l i ，e t a t , 2 0 0 0 ；k h a n ，g f a t , 2 0 0 0 ；m u l l i g a n ，盯a , 2 0 0 1 ；p a u l ，p ，a t , 2 0 0 1 ) 。为了有效地利用植物修复技术，可以通过两条途 径保证植物将重金属超量富集在地上部位。一条是广泛从自然界现有资源中筛选野生超积累 植物，但超积累植物区域性分布较强、生长缓慢、周年生物量小、且移植本地时，其生态位 西南农业大学硕士学位论文文献综述 低于本土植物，处于竞争劣势。另一条就是利用物理、化学、生物学、农艺学等技术强化超 积累植物和本地优势植物，其中化学强化植物修复是最活跃、最有效的技术，因而越来越受 到人们的青睐( x i o n g ，e rd f ，2 0 0 1 ) 。 2 化学强化植物修复重金属污染土壤 化学强化的原理包括土壤和植物两个方面。从土壤入手，通过向土壤施用化学物质，改 变土壤中靶重金属的赋存形态，使其从土壤结合态向水溶态、交换态转换，从而提高重金属 的植物可利用性( e r n s te ta l , 1 9 9 6 ) 。从植物入手在保证植物不出现毒害的前提下，一方面 根据植物吸收、转运重金属的机制，提高植物地上部分对靶重金属的牵引力，促使土壤重金 属顺利完成从土壤一植物根际一植物根系一植物茎叶的传输过程；另一方面通过化学手段调 控植物的生氏发育，除了可以获得较高生物产量外，还可直接促进土壤重金属活性的提高 ( z h u ，e la l , 1 9 9 9 ) ，如氮肥并不能影响c d 、z n 、c r 、p b 、n i 等在土壤中的移动性但却促进 了羊草对这些元素的吸收，因为氮肥促进了植株生长( 熊札明，1 9 9 3 ) 。 化学强化法主要是指通过添加外来物质，以改变土壤的化学性质，如通过调节土壤酸碱 度、氧化还原电位和阳离子交换量及其它化学性质，或者直接与重金属相结合，从而改变重 金属的形态及其生物有效性等，最终强化作物对重金属的吸收。常见的添加物质主要有酸碱 物质、络合警合剂、有机物料、化学改良剂、植物激素等。 2 1 酸碱物质强化 在影响土壤重金属活性的理化性质中，p h 无疑是一个重要的因素。根据土壤的酸度和靶 重金属的性质，投加酸性或碱性物质改变土壤p h 值，增加重金属的生物有效性。 土壤酸度对重金属化合物的溶解与沉淀平衡的影响较为复杂。土壤中绝大多数重金属是 以难溶态存在的，其可溶性受p h 值控制，即土壤重金属随着p h 增加而发生沉淀，进而影响 到植物的吸收与利用( h a r t e ge ta t , 1 9 8 3 ) 。首先，随土壤溶液p h 降低，大多数重金属元素在 土壤固相的吸附量和吸附能力减弱。在酸性砂土中，土壤p h 每降低0 5 个单位，c d 的吸附 就降低一倍( b o e k h o l d ，甜a t , 1 9 9 3 ) 。在不同p h 处理的受z n 、c d 污染的花园和山地土壤盆 栽试验中，zc a r e u l e s e n c e s 吸收的z n 、c d 量的大小随土壤p h 下降而增加( b r o w n ，e t a l , 1 9 9 4 ) 。 其次，土壤溶液的p h 值影响到重金属元素的离子活度。当土壤溶液p h 由6 6 降低至3 9 时， 溶液中的有机c u 几乎由9 9 降低至3 0 极大地增加了c u 2 + 的活度( t w m m i n g h o f f , “口 1 9 9 7 ) ：当土壤溶液p h 由中性变为较低时，溶液中的有机铅也急副下降( s a u v e “a t , 1 9 9 8 ) 。 当土壤p h 值从7 0 下降至4 5 5 时，交换态镉增加，碳酸盐态减少，铁锰氧化物结合态稍有 减少，有机结合态与残留态不受影响( x i a n e t a t , 1 9 8 9 ) 。 但有些重金属则相反，如类金属a s 在土壤中以阴离子形式存在，提高p h 将使土壤颗粒 表面的负电苟增多，从而减弱a s 在土壤颗粒上的吸附作用，增丈土壤溶液中的a s 含量，植 2 西南农业大学硕士学位论文 文献综述 物对a s 的吸收增加( m a s s c h e l y s ，e t a l ，1 9 9 i ；o n k e n ，e t 盯f 1 9 9 7 ) 。 需要说明的是，土壤溶液p h 对重金属的植物利用性影响可能不是单一的递增或递减关 系。经过对土水体系中p h 对c d 的有效性影响研究，在p h 6 以下c d 的有效性随p h 的升高 而增加，而在p h 6 以上时则相反( 廖敏，1 9 9 9 ) 。 2 2 络合一螯合强化 在许多污染土壤中火部分金属不是在液相中，而是在固相上，并且经常被非常牢固地结 合。所以，植物对金属的修复能力不仅与其从土壤溶液中吸收金属的速率有关，而且还与其 根际通过改变土壤p h 、氧化还原电位或分泌有机物而有效地减小金属一土壤键合常数( 幻) 的能力有关( m a r s c h n e rh ，1 9 9 7 ) 。施用螯台剂或配位基诱导或强化植物超富集作用被称为螯合 诱导修复技术，这种技术己被应用于金属污染土壤的植物修复或植物采矿中( b r o o k sr r ， 1 9 9 8 ) 。螯合诱导技术的基本原理是扰动污染物在土壤液相浓度和固相浓度之间的平衡。通过 旅用螯合剂使土壤固相键合的金属释放，增加土壤溶液金属的浓度，可大幅度地提高植物对 金属的吸取和富集能力。以e d t a 、d t p a 为代表的有机螯合一络合剂是化学强化修复中使 用最多的化学物质，它们对植物吸收离子的影响有许多相互矛盾的报道，已有的试验结果显 示，植物对金属离子的吸收与离子在溶液中的活度有关( c h a n c y , e t 口1 9 8 8 ) 。螫合荆可以增 加金属离子的溶解度但降低离子的活度( p a r k e r , 鲋a t , j 9 9 5 ) 。 络合剂首先与土壤溶液中的可溶性金属离子结合，以防止金属沉淀或吸附在土壤上。随 着自由离子的减少，被吸附态或结合态的金属离子开始溶解，以 b 偿平衡的移动。在含2 5 0 0 m g 埏“p b 的污染土壤上种植玉米、豌豆，加入e d t a 后，植物地上部p b 的浓度从5 0 0 m gk g 1 提高到1 0 0 0 0m gk g 一；各种络合剂效果不一，依次为e d t a h e d t a d t p a e g t a e d d h a 。e d t a 还能极大地提高p b 从根系到地上部的运输能力按1 0 9k g “加入1 0 9 e d t a 至土壤，2 4 小时后玉米木质部中p b 浓度是对照的1 0 0 倍，从根系到地上部的运输转化是对 照的1 2 0 倍( h u a n g ，e ta t , 1 9 9 7 ) 。柠檬酸、苹果酸、乙酸、e d t a 、e g t a ，d t p a 、c d t a 对印度芥菜b j u n c e a 吸收c d 和p b 的结果与此较为吻合，即d t p a 和e d t a 在增加植物吸 收p b 方面有效，而e g t a 则对c d 最有效，效果最佳时整合物的使用量为5 m m o lk 一或更高。 在含c d l 0 0m gk g “和含p b 6 0 0m gk g 。的土壤中，在该使用量时地上部c d 和p b 可分别达2 0 0 0 和1 0 0 0 m gk g 一，同时还发现土壤酸化与施加螯台物相结合可显著地增加p b 的吸收率 ( b l a y l o c k ，e l a t , 1 9 9 7 ) 。 国内也有学者在芥菜营养生长旺盛期施用e d t a 可显著提高早地土壤c u 的活性，使土 壤水浸提态、交换态均显著上升，并且其活化效应随外源c u 浓度的上升和e d t a 施用量的 增加而增大。e d t a 可显著增加芥菜茎、阡、根的c u 浓度和吸收量。并且e d t a 用量越大， 效果越明显，表明e d t a 对植物修复c u 污染壤具有强化作用( 吴龙华，2 0 0 1 ) 。采用盆栽 戚验t 植株生艮2 0 天后施入o 1 m o ll “的e d t a 和d t p a ，可以促进土壤中汞向莴笋的迁移， 3 堕堕奎些_ 丈堂堡圭兰些竺兰：型! ! ! 兰= _ _ _ _ - _ - _ _ _ - - - _ - _ - _ _ _ _ _ _ _ _ h _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - - _ h - _ _ _ _ 最高增幅达1 5 41 2 ，但d t p a 效果不如e d t a 显著( 陈玉成，2 0 0 2 ) 。 重金属整合物整体吸收根可能是操纵强化吸取的主导机制，金属螯合物可以从内皮层 裂口进入根系内部然后被迅速地转移到茎叶( b e l l ，e t a t , 1 9 9 1 ) 。用。4 c - e d t a - p b 标记方法 可以证实在含标记物的溶液中生长的植物，其地上部能快速积累p b ( b l a y l o c k ，e t a l , 1 9 9 7 ) 。 毋庸讳言大多数有机络合一螫合剂都在一定程度上表现出对植物的毒害，进而影响到 植物产量和萃取的重金属总量( c o o p e r e la l ，1 9 9 9 ；n e a l e ，e ta l ，1 9 9 7 ；p a u l ，e ta l ，2 0 0 1 ) ，因此 有人试图寻求保证植物产量与重金属蓄积量“双赢”下舶络合一整合技术。在e d t a 与硫酸 铵的联合强化时，单独添加e d t a ，尽管油菜地上部铅含量增加，但植物生物量及总铅量却 下降；单独添加硫酸铵，尽管油菜根部铅含量增加，但地上部几乎没有铅的积累。而两者联 台添加时，植物地上部铅含量显著增加，分别比单独施用e d t a 和硫酸铵处理增加2 倍与9 倍。这表明联合强化机制可能与生i 受介质的酸化、离子交换反应及增施硫酸铵后，植物可减 轻e d t a 的毒害等有关( x i o n g e ta l , 2 0 0 1 ) 。 2 3 表面活性剂强化 表面活性剂( s u r f a c t a n t ，s u r f a c ea c t i v ea g e n t ，即s a a ) 是指能明显改变体系的界面性质 与状态的化学物质，其分子结构的特征是一种既亲油又亲水的两亲分子，这使得表面活性剂 具有很多特有的表面活性。在环境科学与工程中，表面活性剂表现为气泡剂、絮凝剂、改性 剂、脱水剂，但主要还是以增效齐j 来修复被污染的环境。表面活性剂一增效修复技术是9 0 年代后期开展起来的，其实质是利用表面活性剂溶液对憎水性有机污染物的增溶作用 ( s o l u b i l i z a t i o n ) 和增流作用( m o b i l i z a t i o n ) ( 戴树桂等，1 9 9 9 ) 。表面括性弃寸修复污染土壤、 底泥或废水中的难利用有机污染物效果显著，国内外有关这方面的报导很多。人们根据表面 活性剂的增溶和增流特性，试图将其用于重金属污染的去除中，并且发现表面活性剂对修复 土壤与沉积物重金属污染的效果不错，这方面的研究越来越引起人们关注。 关于表面活性剂直接促进植物吸收重金属的研究报道尚不多见。液培条件下研究c d 与 l a s 、c t a b 、t w e e n 一8 0 等三类表面活性剂与镉的复合污染对小麦生理状态的影响，发现三 种表面活性剂都能促进小麦对镉f f 勺吸收，其作用顺序为c t a b l a s t w e e n 一8 0 ( 罗立新等 1 9 9 8 ) 。同样在液培条件下，随着环境中表面活性剂c t a b 浓度的增加，玉米对土壤中中a i ” 吸收量也随之增加( 求怠佐，2 0 0 1 ) 。在含c d 、c u 、z n 分别2 、5 3 0 、7 0 0 r a g k 9 1 的土壤上种 植莴苣与黑麦草，用表面活性剂次氮基三乙酸酯进行处理，发现植株地上部位中三种重金属 的含量比对照增加4 2 4 倍。但生物量有所下降。如果以重金属总萃取量( 即钵内浓度与生 物量的乘积) 考虑，次氯基三乙酸酯的中、低剂量处理较好比对照增加三倍左右( k u l l i e t a ，1 9 9 9 ) 。利用表面活性剂强化植物修复重金属的原理是建立在以下三个方面基础之上。 4 耍堕奎些查茎堡圭堂竺笙苎 苎整竺垄 2 3 1 表面活性剂与土壤的关系 研究发现表面活性剂对土壤中微量重金属阳离子具有增溶作用和增流作用，而且表面活 性剂的链越氏。其效应越高( 夏星辉，1 9 9 7 ) 。在批试验与土柱试验中表面活性剂与阳离子 交换树脂之间竞争吸附金属离子，当表面活性剂的浓度为4 2 m m o ll 4 时，它能够络合8 8 9 7 的c d ”；表面活性剂对土壤重金属具有解吸作用，而且当有重金属存在的情况下，表面 活性剂本身在土壤上的被吸附较弱( h e r m a n ，e l 口1 9 9 5 ) 。用超滤技术、辛醇，水分配系数及 电位确定生物表面活性剂s u r f a e t i n 的作刚机制是土壤界面和金属结合物上吸附，然后通过 降低表面张力对金属的解吸和增流作用，最终使金属和表面活性剂胶束缔台( m u l l i g a n ，1 9 9 9 a ， 1 9 9 9 b ，2 0 0 1 b ) 。用5 种表面活性剂修复铬污染土壤，发现静态吸附中，单独使用阴离子型 d o w f a x 8 0 0 对c r ( ) 的浸提率比对照水的浸提率高2 0 2 5 倍：当与螯合剂二苯卡巴肼复 合使用时，其浸提率比水浸提高9 - 3 1 2 0 倍，比单独使用d o w f a x 8 0 0 高3 5 5 7 倍。动态 淋洗过程中，d o w f a x 8 0 0 与螫合剂二苯卡巴肼复合使用，c r ( v i ) 比去离子水高2 1 3 倍( n i v a s e t a t , 1 9 9 6 ) 。使用阴离子型s d s 、阳离子型c t a b 、非离子型t x t 0 0 等三种表面活性剂以及 e d t a 和d p c ( 二苯基硫卡巴腙) 等两种螯合剂修复c d 、p b 、z n 污染土壤，发现s d s 、t x l 0 0 能显著促进重金属的解吸，而c t a b 则相反。在表面活性剂浓度低于临界胶束浓度( c m c ) 时，对重金属的去除率随浓度的增加两线性增加，超过c w 时则保持相对稳定。e d t a 能显 著增加重金属的解吸效果，它与表面活性剂复合使用对重金属的解吸率为c d p b z n ，但 d p c 的加入反而使重金属的解吸率下降2 4 倍。酸性环境中阳离子型表面活性剂对重金属 的去除率要高于阴离子型和非离子型，降低p h 值能提高阴离子型和非离子型的去除率 ( r u e y a n ，e t 口1 9 9 8 ) 。批实验发现浓度为6 0 1 0 0 m m o ll _ 。的两种表面活性剂最适合去除酸 性土壤( 底泥) 中的铀( v i ) ，在u ( v i ) 含量较低时，a o k 和t 7 7 是有效的增溶剂；在u ( v i ) 较高时，它们对u ( v i ) 的解吸效率随表面活性荆的浓度增加而增加，最终使初始吸 附的u ( v i ) 中的7 5 8 0 被解吸最可能的机制是胶束周围的双电层上离子交换( g a d e l l e e l a l , 2 0 0 1 ) 。 2 3 2 表面活性剂与重金属的关系 无论是废水中痕量金属的检测分析，还是重金属废水中金属离子的萃