摘要
抗生素在地下环境中的污染已经引起了社会的广泛关注，给生态环境和人体健康带来了很大的风险。土壤中普遍存在的胶体物质对喹诺酮类抗生素的迁移转化起到了关键作用。因此了解胶体作用下抗生素的运移特征及作用机制，为抗生素污染环境风险评价提供依据，对地下环境中抗生素污染防控及修复有一定的意义。因此，本文以环丙沙星和蒙脱石/土壤胶体为研究对象，采用静态吸附实验和柱实验及数值模拟的方法分别研究了不同pH（4.0，7.0，9.0）和阳离子（Na+，Ca2+）条件下，CIP与胶体在饱和多孔介质中共运移的行为，得到以下结论： （1）不同pH/阳离子条件下胶体对环丙沙星的吸附特征 pH的增加降低了胶体与石英砂表面的电位，静电斥力增强，胶体对CIP的吸附逐渐降低；随着离子浓度和阳离子价态的升高，CIP与阳离子竞争吸附位点的能力增强，胶体对CIP的吸附逐渐降低；相同溶液化学条件下，蒙脱石胶体因其比表面积大，阳离子交换能力强，具有比土壤胶体更强吸附CIP的能力；不同溶液化学条件下，胶体对环丙沙星的吸附均符合Langmuir吸附等温线，由于固体浓度效应，拟合参数与胶体浓度密切相关，随着胶体浓度的升高，胶体对CIP的吸附逐渐降低，最大吸附量Qm与胶体浓度C呈指数关系，而KL变化不大。 （2）不同pH下CIP与胶体的共运移特征 在pH为4.0时，沉积在石英砂表面的胶体为CIP提供了额外的吸附位点，吸附在胶体上的CIP随胶体的沉积而被滞留，胶体抑制了CIP的运移。在pH为7.0和9.0的情况下，由于胶体的流动性，且胶体能够与CIP竞争石英砂表面的吸附位点，促进了CIP的运移。由于蒙脱石胶体出流浓度高且对CIP的吸附能力强，因此蒙脱石胶体中胶体态CIP出流量高于土壤胶体，而溶解态CIP则相反。 不同pH条件下，CIP的存在抑制了胶体的运移，这主要是因为胶体对CIP的吸附使胶体表面电位升高，胶体与石英砂之间斥力减弱。随pH的增加降低了胶体表面的电位，增强了静电斥力，胶体对CIP的吸附降低，CIP对胶体运移的抑制作用减弱。 （3）不同离子强度/类型下CIP与胶体的共运移特征 在0.001MNaCl条件下，由于流动胶体的吸附携带作用，胶体促进了CIP的运移，但在高NaCl浓度（0.01M）和CaCl2溶液条件下，吸附在胶体上的CIP随胶体的沉积而被滞留，抑制了CIP的运移。随着离子强度和阳离子价态的增加，阳离子和CIP的竞争吸附及金属络合作用增强，胶体吸附的CIP减少，胶体对CIP运移的抑制作用减弱。 不同离子强度/类型下，CIP的存在抑制了胶体的运移。在0.001MNaCl条件下，胶体的最大排斥势垒较大，次级势阱较小，不利于其吸附。在0.01MNaCl和CaCl2条件下，胶体粒径显著增大，胶体通过物理形变阻塞作用被滞留在砂柱中。另外，在0.01MNaCl条件下，滞留在次级势阱中的蒙脱石胶体大量释放，而滞留在初级势阱中的土壤胶体少量释放。 （4）CIP和胶体运移的数值模拟 运用化学非平衡两点吸附模型（TwoSitesModel，TSM）对CIP在多孔介质中运移的模拟，通过拟合参数发现随着pH的增加，不利于胶体对CIP的吸附；f随着pH的增加而增大，表明胶体对CIP的平衡吸附作用增强；在0.001MNaCl条件下，kd最小，此时由于胶体携带作用促进了CIP的运移，在其他条件下，随离子强度和阳离子价态的增加，kd逐渐减小，有利于促进CIP的运移，f和α均较小，说明CIP的吸附以动力学过程为主。 运用两点沉积动力学模型（TwoKineticSitesModel,TKSM）对胶体在多孔介质中运移进行模拟，k1a和k2a随着pH的增加而减小，且k2a大于单一胶体，说明CIP的存在抑制了胶体的运移；由于土壤胶体的k2a大于蒙脱石胶体，k1d小于蒙脱石胶体，土壤胶体更易沉积；0.001MNaCl条件下，土壤胶体的k2a大于蒙脱石胶体，而k1d小于蒙脱石胶体，说明土壤胶体更易滞留在砂柱中。
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