表面活性劑在污染土壤修復中的應用研究

錢 涌，孫翠書，叢麗娟，張 斌

（蘇州市宏宇環境科技股份有限公司，江蘇 蘇州 215000）

在使用淋洗技術對污染土壤進行修復的技術當中，對淋洗液的選擇一直是技術的重點，目前我國淋洗技術所用到的淋洗液包括：表面活性劑、有機酸淋洗液、無機酸淋洗液、螯合劑淋洗液、酸和螯和氧化還原的混合洗劑等，經反復試驗后，研究人員發現表面活性劑可以消除污染土壤中的污染物，尤其是表面活性劑對有機污染物的消除效果極佳，不僅有效修復了有機污染物污染的土壤，還提高了修復效率。利用表面活性劑修復有機污染土壤時，主要過程是使有機污染物被從土壤中洗脫；利用表面活性劑修復重金屬污染土壤時，主要是使表面活性劑與重金屬污染物離子進行交換[1]。

1 表面活性劑概述

通過加入表面活性劑可以降低液體表面張力，并且其具有親水性以及親油性的特殊吸附試劑可以達到除污的目的。表面活性劑的內部結構分為極性親水結構可以及非極性親油的結構，其中表面活性劑的親油分子由烷基分子組成，親水分子是由極性基團分子組成，并且分子種類較多。

表面活性劑除污的原理是通過分子中不同的部分，分別對于兩相的親和，使得兩相將其看成一相的成分，表面活性劑的分子排列在兩相之間，使得兩相的表面相當于轉入了分子的內部結構，由此降低了表面張力。因為兩相都將其看作本相的一個組分，使得兩相與表面活性劑分子未能行成界面，通過這種方式可以部分消除兩相的界面，使其降低表面張力以及表面自由勢能[2]。

2 表面活性劑在有機污染土壤修復中的應用

2.1 表面活性劑的增容洗脫作用

在被有機污染物污染的土壤中，有機污染物在環境中通過化學作用或生物作用轉化成另一種物質，且會轉變成二次污染物，在這個轉化的過程中，有機污染物的水溶性質對有機污染物的轉化起了很大作用。有機污染物在水溶性條件下被稱為非水相液體，根據其水溶性的強弱又被分成輕非水相液體和重非水相液體。非水相液體在進行移動的同時會對土壤造成污染，非水相液體在土壤中的移動受到很多因素限制，例如非水相液體自身的化學性質及物理特點、非水相液體所存在的土壤的性質等。所以修復非水相液體的污染土壤是十分困難的，例如當非水相液體由于自身的化學性質與重金屬或放射性物質共存的時候，修復土壤會更加困難。

因為表面活性劑可以使得非水相液體的溶解性變強，所以常常用于修復被有機污染物污染的土壤和地下水環境。應用表面活性劑不僅可以使非水相液體的水溶性增強，并對非水相液體進行洗脫修復，還減少了修復時間，提高了修復效率。并且表面活性劑的濃度也會對非水相液體的洗脫作用產生影響，比如當表面活性劑的濃度未達到臨界膠束濃度的時候，表面活性劑的陰離子對非水相液體進行的電泳分離效果，只能增強有機土壤中莠去津的部分洗脫效果[3]；當表面活性劑的濃度達到或者超過臨界膠束濃度的時候，表面活性劑的陰離子對非水相液體進行的電泳分離效果可以使有機土壤中莠去津的所有效果都得到增強。經調查研究得知，當表面活性劑的使用量達到上限時，表面活性劑對殺蟲藥劑的洗脫作用會增強；當表面活性劑的使用量未達到使用的標準量時，表面活性劑對殺蟲藥劑的洗脫作用會減弱，因為表面活性劑大多都被土壤所吸附，導致殺蟲劑對土壤的吸附性變強。

2.2 表面活性劑的增強吸附固定作用

2.2.1 固定與微生物降解相結合的方法

通過表面活性劑修復污染土壤的實踐得知，在使用表面活性劑修復土壤的過程中，會有一部分殘留的污染物吸附在表面活性劑當中，研究發現，吸附殘留在表面活性劑上的有機污染物，可以通過微生物進行降解。因此利用表面活性劑來洗脫有機污染物，再利用微生物對殘留在表面活性劑上的有機污染物進行降解的方法，成為修復土壤及地下水污染的十分有效的修復方法之一[4]。由于土壤和地下蓄水層中存在粘土，因此可以在土壤中加入陽離子表面活性劑，使得土壤中的粘土可以有效攔截通過表面活性劑洗脫下來的有機污染物，使得固定的有機污染物不再對其造成進一步污染，再利用微生物對攔截的有機污染物進行降解，使得有機污染物被永久消除，從而完成污染土壤的修復工作。

2.2.2 固定與洗脫相結合的方法

除了利用微生物對表面活性劑吸附的有機污染物進行降解的方法，利用洗脫清除吸附在表面活性劑上的有機污染物也是修復污染土壤的有效方法。通過將帶有陽離子的表面活性劑注入污染土壤中，攔截吸附在表面活性劑上的有機污染物區域，將其變成可滲透區域，再將非離子表面活性劑或者陰離子表面活性劑注入可滲透區域，使得吸附在陽離子表面活性劑上的有機污染物被洗脫下來，然后將洗脫下來的增強溶解性的有機污染物從地下通過設備抽離到地上，并進行清除處理，從而完成修復污染土壤的工作。

2.3 表面活性劑對有機污染物生物可利用性的影響

在污染土壤中，當非水相液體污染物的溶解度十分微小的時候，修復人員無法通過淋溶表面活性劑、揮發非水相液體污染物以及微生物降解非水相液體污染物的方法對非水相液體污染物進行清除。在注入表面活性劑到污染土壤中時，表面活性劑會融入土壤當中，對土壤之間的張力起到了收縮及減少的作用，同時也增強了非水相液體污染物的水溶性，導致非水相液體污染物通過表面活性劑進行溶解，并吸收在土壤當中，且溶解在表面活性劑的膠束，吸收并覆蓋在表面溶解劑上，會影響非水相液體污染物的可利用性。表面活性劑在修復污染土壤時，其依據的關鍵就是利用表面活性劑與非水相液體污染物之間的可利用性，但是在通過表面活性劑修復污染土地的過程中，由于土壤受到表面活性劑、土壤中所存在的沉積物質、土壤中的有機物、土壤中的水分等眾多因素影響，導致土壤內部形成了一個元素復雜的內部環境[5]。研究發現，通過添加表面活性劑可以提高萘和菲的生物有效性，提高萘和菲的生物有效性所使用的表面活性劑的效果由高到低的順序分別是：十二烷基聚氧四乙烯醚表面活性劑、聚乙二醇辛基苯基醚表面活性劑、失水山梨醇單油酸酯聚氧乙烯醚表面活性劑、十二烷基聚乙二醇醚表面活性劑等。通過調查可知，當用濃度為1%的表面活性劑對70%濃度的多氯苯進行洗脫后，再將90%濃度的表面活性劑和30%濃度的多氯苯通過假單胞菌對二者進行降解，發現十二烷基聚氧四乙烯醚表面活性劑最容易被假單胞菌降解。使用十二烷基聚氧四乙烯醚表面活性劑，通過假單胞菌進行降解使其成為土壤中微生物的碳源，可以使得萘和菲更好地進行代謝，并增強其生物有效性，從而完成修復污染土壤的工作。

3 表面活性劑在重金屬污染土壤修復中的應用

在使用表面活性劑對污染土壤進行修復時，重金屬污染的土壤一直都是修復的難點。在修復人員嘗試使用化學淋洗技術來修復重金屬污染的土壤時，嘗試了多種淋洗試劑，包括有機酸淋洗液、無機酸淋洗液、螯合劑淋洗液、酸和螯和氧化還原的混合洗劑等。重金屬污染土壤的酸堿值、土壤的性質、土壤陽離子交換量、土壤顆粒的大小、土壤的滲透性、土壤的其他共存污染物等元素都將影響對重金屬污染土壤的修復。如今表面活性劑不僅可以修復被有機污染物污染的土壤，同時也逐漸用于修復被重金屬污染的土壤。

通過使用表面活性劑來修復重金屬污染土壤的主要思路，是通過注入陽離子表面活性劑，改變重金屬污染土壤的性質，并且將重金屬的金屬陽離子通過離子交換從固態轉化成液態，再注入陰離子表面活性劑，使得表面活性劑吸附在土壤中，并與重金屬物質發生反應，使得重金屬物質溶解在土壤溶液中進行消除，從而達到修復重金屬污染土壤的目的。

通過分析研究得知，當注入的表面活性劑的濃度超過臨界膠束濃度的時候，在表面活性劑與重金屬產生離子交換時，可以大幅度增強重金屬的溶解效果。使用表面活性劑對鉻重金屬污染土壤進行修復，當注入的表面活性劑溶解鉻金屬時，表面活性劑的濃度一般不超過臨界膠束濃度；而當表面活性劑的濃度高于臨界膠束濃度時，表面活性劑對鉻金屬的溶解效果會減緩，綜上可知反離子作用并不是影響表面活性劑與重金屬污染物溶解的原因。研究發現，由于膠束并不具有離子交換的作用，當表面活性劑的濃度達到臨界膠束濃度以下時，離子交換的容量會相對增加；當表面活性劑的濃度達到臨界膠束濃度以上時，離子交換的容量會變為常數。由此可知重金屬與表面活性劑的相互絡合是因為重金屬與膠束之間的絡合，并不是重金屬與表面活性劑之間的絡合，表面活性劑可以將重金屬絡合的物質從土壤中進行洗脫處理。

4 表面活性劑用于污染土壤修復存在的問題

通過表面活性劑對污染土壤進行修復，雖然效果顯著，但也存在很多問題：

4.1 表面活性劑本身被土壤吸附

根據相關研究得知，在使用表面活性劑修復土壤的過程中，土壤的性質決定著土壤吸附表面活性劑的含量，例如水稻土或紅壤土，其吸附表面活性劑的含量約為每1000克表面活性劑吸附4～8克，這使得土壤對表面活性劑的吸附性十分嚴重，并且土壤在吸附表面活性劑之后，很難使其分離。

4.2 表面活性劑對土壤造成二次污染

通過表面活性劑來修復污染土壤，一般情況下表面活性劑不會對土壤造成影響，但是當土壤中表面活性劑的濃度很高時，會給土壤帶來負面影響。表面活性劑會與污染物結合，造成對土壤的二次污染。經調查脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性劑在修復重金屬鉛和重金屬鋅污染的土壤時，重金屬鋅會對植物產生化學作用，并且脂肪醇聚氧乙烯醚表面活性劑也會加大重金屬鉛的含量，造成土壤的二次污染。

4.3 表面活性劑對土壤的破壞

在使用表面活性劑修復污染土壤的過程中，會用表面活性劑對土壤污染物進行淋洗，在表面活性劑淋洗土壤的過程中，雖然土壤的污染物被淋洗干凈，但土壤中的營養元素也會被表面活性劑淋洗掉，導致修復后的土壤在孕育植物時，土壤的營養成分不足，植物的可利用性降低，土質被破壞。

4.4 使用表面活性劑修復污染土壤需要先進行試驗

在使用表面活性劑修復污染土壤之前，需要通過修復的實際環境來選擇土壤修復的具體方法，并且需要在修復范圍內選擇一塊土壤進行修復試驗，以免出現土壤修復不徹底、土壤受損、土壤修復失敗等問題，只有在試驗結果有效的情況下，才可以進行表面活性劑修復污染土壤的工作。

5 使用表面活性劑修復污染土壤的前景與展望

使用表面活性劑對污染土壤進行修復，已經成為土壤修復技術的發展趨勢，但是使用表面活性劑修復重金屬污染土壤的實踐經驗還十分貧乏，大多數數據都是通過實驗室的試驗得出的結論，這是因為土壤本身的因素以及重金屬的種類繁多，導致表面活性劑修復重金屬污染土壤的效率和成果都不同。所以，未來可以針對表面活性劑修復污染土壤過程中，對污染物的處理效率不高的問題，研發表面活性劑的復配以及新型的表面活性劑，同時提高使用表面活性劑修復污染土壤的技術水平，如研發與超聲波等物理方法相融合等方式，提高使用表面活性劑修復污染土壤的效率。

6 結語

綜上所述，本文首先介紹了表面活性劑的構成及原理，講述了表面活性劑在有機污染土壤修復中的應用，其中表面活性劑的修復作用分為兩種，一種是表面活性劑的增容洗脫作用；一種是表面活性劑的增強吸附固定作用，這兩種修復作用需根據土壤實際情況進行選擇并修復。表面活性劑的增強吸附固定作用也分為微生物降解相結合法與洗脫相結合法，本文詳細講述了使用表面活性劑的修復方法和修復條件，以及表面活性劑在重金屬污染土壤中的修復應用和對未來的展望，通過這些分析，為相關人員使用表面活性劑修復污染土壤的工作提供參考和借鑒。