氯酚化合物在土壤及水系统中分布机制之探讨 - 朝阳科技大学.doc

4-氯酚在土壤及水系統中分佈機制之探討 章日行1陳孝仲2 國科會計畫編號：NSC-90-2218-E-324-014 摘要 本研究以4-氯酚為目標污染物，進行批次吸附實驗，pH值等，同時以三種不同來源土壤進行實驗。實驗中濃度分別控制為0.04Cs、0.06Cs、0.08Cs、0.1Cs、0.2Cs、0.3Cs、0.4Cs、0.5Cs，Cs為4-氯酚在水溶液中飽和溶解度，土壤與溶液比值分別為在1：5，1：10，1：20，1：50，1：100，溶液之pH值則控制在3，5，7，9，11。 由實驗結果顯示，在高濃度範圍區域下，土壤吸附4-氯酚可以Langmuir等溫吸附模式(q=KCb/1+KC)表現其分佈情形，常數K在各種實驗條件下，約呈定值(0.0001~0.0005)，此說明土壤對4-氯酚之吸附機制相當一致，不受控制因子改變而有所改變。此外，土壤吸附量b值隨土壤有機質增加而增加，此驗證土壤有機質為有機污染物的主要吸附劑。在不同土水比的吸附數據中，土壤吸附能力隨土水比增加而減小，即土水比在1:100時，單位土壤吸附4-氯酚量為最大，其原因推測為土壤有機質溶解於水相，而產生溶解性有機值(dissolved organic matter, DOM)，當土水比增加，水溶液中溶解性有機質濃度增加，土壤有機質反而降低，故隨土水比增加而單位土壤吸附量減小。對不同pH值而言，4-氯酚量吸附量之順序為pH=5＞pH=7＞pH=9＞pH=11＞pH=3。此乃因離子型4-氯酚存在比例隨pH值增加而增加(pKa=9.2)，而離子型4-氯酚增加不利於吸附，故土壤吸附4-氯酚多寡為pH=5＞pH=7＞pH=9＞pH=11。至於pH=3時，土壤吸附4-氯酚情形最差，其原因可能是土壤有機質受酸破壞。 關鍵詞：氯酚化合物(chlorophenol)，吸附(adsorption)，土水比(soil to solution ratio) 一、前言 土壤是環境中主要受體，是由許多有機及無機的物質組成。包括食物生產、質能循環及緩和污染衝擊等自然機制，均與土壤有密切關係。一旦污染物進入了土壤，會造成土壤品質惡化，污染河川、湖泊及地下水等水源系統，進而危害生物體系。而許多農藥用來提高農業效率及消滅病 1朝陽科技大學環境工程與管理研究所助理教授 2朝陽科技大學環境工程與管理研究所碩士班研究生 蟲害，其中氯酚化合物廣泛被使用在殺蟲劑及製造2,4-D、2,4,5-T等農藥相關產品上，但同時亦造成土壤污染[1]。許多工業如煉油、石化、造紙紙漿及漂白、洗煤、煉焦及煤塔蒸餾及製造農藥亦會產生氯酚化合物[2]，藉由工業廢水排放亦造成土壤污染。 氯酚化合物為含氯芳香族化合物，具穩定的化學結構及生物累積性，能持久存在於環境之中，普遍對生物具有毒害性，對人類而言，可能導致顫抖、呼吸困難及肝腎功能失常，甚而死亡[3][4]。當氯酚化合物進入土壤中，其毒害性及在環境中有難分解性，會造成土壤品質的惡化及地下水的污染，影響人體健康至鉅，因此，氯酚化合物污染土壤，亟需進行整治，而無論使用何種復育技術，了解氯酚在土壤中存在的模式為首要工作。 分配作用主要是指在土壤-水系統中，有機 污染物主要吸附於土壤有機質中，且可將此吸附作用類比為溶解作用。因此有機污染物的分配作用一般認為與溶解度有關，而跟表面吸附位無關[5]。Chiou認為非離子性有機污染物在土壤與水系統中，主要即是由分配作用支配其存在情形，其等溫吸附曲線為線性[6]。許多亦研究指出，土壤有機碳是吸附有機污染物的主要吸附劑，而礦物質則可忽略[7]。 然而曾有報告對五氯酚及三氯酚在砂壤土的的吸附及脫附狀況進行討論[8]。三氯酚在蒙特石及有機蒙特石下的吸附呈現非線性等溫吸附的情形[9]。亦有文獻指出，以硝基酚為目標污染物在高嶺土進行吸附實驗，得到Langmuir非線性等溫曲線[10]。此外，有研究在有機污染物濃度高的腐殖質黏土上得到Freundlich吸附狀態，與Chiou提出線性吸附觀點不同，該報告作者認為有機物濃度低的情形下，才有線性吸附特性。以黏土、腐殖質黏土及其他自然界土壤對三氯酚進行吸附的研究指出，當三氯酚濃度介於5-30mg/l下，其吸附是遵循Freundlich模式。而在濃度5-7mg/l時，則是線性吸附[11]。 綜合言之，有機污染物吸附模式不僅由分配作用支配，亦受其他因子影響，如土壤的種類、土壤有機質含量和污染物的物化特性有關。此外，因氯酚為離子性有機污染物，其受pH值影響，有研究指出，以二氯酚、三氯酚及五氯酚為目標污染物，在pH值增加的情形下，氯酚化合物的脫附行為會隨之增加[12][13]。 本研究即以4-氯酚為目標污染物，在相對