腐植酸对环境污染的作用

腐植酸对环境污染的作用

张苗

〔摘要〕在简要介绍腐植酸的形成、结构组成和物理化学性质基础上，论述了其与污染物作用的机理。重点阐述了其在水污染和土壤污染治理中的研究与应用现状，并对其发展趋势进行了展望。

〔关键词〕腐植酸水污染土壤污染

腐植酸是一种广泛存在于水体、土壤中的高分子聚合物，是动、植物残体通过微生物分解、合成的产物。腐植酸在自然界的存在大致可归为三类：水体腐植酸、土壤腐植酸和煤炭腐植酸。腐植酸在水中呈高分子电解质和弱酸的特性，可吸附水中可溶性有机物，重金属离子；土壤腐植酸含有多种疏水基、亲水基和游离基等官能团，是土壤中对污染物吸附一解吸过程起主要作用的组分。腐植酸对环境中碳的循环、金属离子的络合，有机化合物的迁移与转化、水处理中消毒副产物的形成和活性炭的吸附作用以及土壤中的氧化还原作用等都有重要的影响。以下将在介绍腐植酸结构与组成、物理化学性质的基础上，综述其在水污染和土壤污染中的研究与应用现状。

1腐植酸组成与结构

腐植酸为暗色到黑色的胶体。主要由碳、氢、氧、氮和少量硫、磷等元素组成。不同的腐植酸其元素百分含量变化很大。海相及湖相沉积物中的腐植酸，氢和氮含量较高，碳含量较低；土壤腐植酸的碳、氮含量都较高。腐植酸是一种酸性芳香族化合物与含氮化合物的缩合体，一般认为其结构单元是以杂环，芳环等组合而成，并经不同的桥键联结成核。核上带有一个或多个官能团，主要官能团有羧基、酚羟基、醇羟基，醌基、半醌基、甲氧基、羰基等。这些基团是决定和影响腐植酸类物质物理化学性质的核心因素。

2腐植酸的物理化学性质

2.1溶解和胶体性质。腐植酸表面积大，粘度较高，吸附力强。

2.2弱酸性质。由于腐植酸中酸性基团上活泼氢的存在使其具有弱酸性，其酸性的强弱取决于主体结构上羧基和酚羟基的含量及其相对位置。

2.3亲水性。腐植酸呈现多孔疏散的海绵状结构，可吸收大量水分子。腐植酸的亲水程度取决于芳环与侧链活性基团间的比例。

2.4热解性质。腐植酸稳定性较差，在高温下易脱羧、脱羟基、裂解等，以致使其失去原有的活性。

2.5光化学活性。腐植酸是有色的，具有光化学活性，本身可光解，也可作光敏剂。

2.6氧化还原性。腐植酸含有醌基，半醌基等官能团，而这些官能团能参与环境中微生物与金属离子之间的电子传递。

3腐植酸与污染物的作用机理

3.1吸附作用。腐植酸分子结构中含有大量活性基团，同时又具有疏松的“海绵状”结构与巨大的表面能，具有良好的吸附性能。腐植酸可通过疏水作用、配位交换和氢键缔合吸附有机污染物，如多环芳烃、多氯联苯等。

3.2螯合作用。腐植酸可通过螯合作用富集水体中有机污染物，表现为增强有机物在水体中的溶解度，降低挥发度，增加光解速率，改变生物有效性，进而影响有机物毒性。

3.3疏水分配作用。腐植酸具有芳香框架和极性基团，兼含疏水和亲水吸附位置。低溶解度或疏水性的非极性有机化合物都可以与腐植酸中的疏水基结合。

3.4光化学作用。腐植酸吸收太阳光后跃迁到激发态，从而引发一系列的自由基反应，产生强氧化性中间产物。因此，腐植酸对污染物的光解、半导体的光化学性质以及天然水体中矿物质溶解均有一定的影响。

4腐植酸在水处理中的应用

水中无机污染物以重金属最为突出。重金属难以被水中微生物所降解，易转化为毒性更大的金属烷基化合物，进而通过食物链在人体内蓄积，危害人体健康。腐植酸含有羟基、羧基，醌基等活性基团，可与水中重金属发生离子交换、螯合、絮凝、表面吸附等作用，从而减轻或延缓重金属污染。不同温度和不同pH值下，腐植酸与Pb2+、Cd2+、Cu2+、Ni2+、Zn2+的络合研究表明，除Ni2+外，重金属与腐植酸形成络合物的稳定常数随温度与pH值的升高而升高。EI-Eswed等研究了pH<4条件下腐植酸对Cu2+和Ni2+的吸附行为。结果表明，腐植酸是一种有效的重金属吸附剂。用风化煤为原料制成的腐植酸树脂可有效处理含Ni2+废水，交换率达93％以上，处理后水Ni2+含量低干0.5mg／L。

5腐植酸在土壤修复中的应用

腐植酸是土壤有机质的主要成分，是天然的土壤改良剂，在土壤重金属污染治理中起到重要作用。腐植酸对土壤重金属污染的缓冲和净化机制主要有以下几方面：①通过离子交换及络合反应，形成土壤有机一无机复合体，将土壤中重金属离子吸附固定，防止其进入生物循环；②将重金属离子还原，形成螯合物，从而钝化重金属离子；③稳定土壤结构，为土壤微生物活动提供基质和能源，从而间接地影响土壤重金属离子的活动能力。研究表明，由于腐植酸组成不同，对金属离子络合能力有很大差异。如富里酸能促进污染水稻土壤中Cd2+的溶出，而胡敏酸则抑制污染水稻土壤中Cd2+的溶出。这主要是胡敏酸与金属离子形成的络合物是难溶的，从而可降低土壤中金属离子的生物有效性；而富里酸和金属离子形成易溶络合物，将金属离子淋洗出土壤的根层，从而降低金属离子对食物链的危害。pH值也影响腐植酸作为洗脱剂修复重金属污染土壤的效果，在酸性条件下，腐植酸可与Cd2+形成弱配合物，这种配合能力随pH值的降低而降低，Cd2+的去除率最高可达90％。而在pH值为4～7时，腐植酸通过吸附作用可较好地去除土壤中的Ni2+，且冼脱速率快，60min即达到解吸平衡。

6展望

随着循环经济理念的深入人心，进一步发挥和拓展腐植酸在环境污染治理中的应用，尤其是与其他工艺技术集成，将具有重要的现实意义。进一步完善腐殖酸的结构和组成的研究，腐殖酸与污染物质之间作用机制的研究势在必行。只有全面深入地了解腐植酸，才能更好地剖析腐植酸与有机物及重金属离子等的作用机制，使腐植酸类物质在环境保护中的作用得到更充分的发挥。

作者单位：新疆石河子工程技术学校