邵佳

（青島科技大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，山東青島266042）

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環(huán)境中阿特拉津的處理技術(shù)研究進展

邵佳

（青島科技大學(xué)環(huán)境與安全工程學(xué)院，山東青島266042）

摘要：阿特拉津具有一定的毒性和生物蓄積性，會給環(huán)境和人類帶來危害，因此研究環(huán)境中阿特拉津的處理技術(shù)具有重要的意義。本研究從三個方面對環(huán)境中阿特拉津處理技術(shù)的研究進展進行介紹，綜述了國內(nèi)外在該方面的研究情況。物理處理技術(shù)方便、快捷，但不能從根本上去除污染物；化學(xué)處理技術(shù)高效、徹底，但運行費用較高，且有一定的局限性；生物處理技術(shù)操作簡單、自然美觀，且不產(chǎn)生二次污染，是目前最有效、最可靠和最有前景的處理技術(shù)。

關(guān)鍵詞：阿特拉津；降解率；吸附；光催化；微生物降解

10.13358/j.issn.1008-813x.2016.03.25

阿特拉津（Atrazine），又名莠去津，是一種有毒的白色粉末。由于其價格低廉、除草效果好而被廣泛用作農(nóng)作物的除草劑。阿特拉津在高溫下易揮發(fā)，會釋放出很多有毒物質(zhì)，這些物質(zhì)可以通過呼吸、皮膚接觸、誤食等途徑危害人體的健康。阿特拉津的結(jié)構(gòu)中含有均三氮苯環(huán)，該環(huán)導(dǎo)致了自然界中的微生物難以對其進行降解，且在土壤中的半衰期長達兩個多月，因此，其在土壤中施用后會有大量的殘留。而且土壤中殘留的阿特拉津還會與灌溉水、雨水等混合，并隨之遷移至較深土層，同地表徑流進入湖泊、溪流，進而對地下水和地表水造成污染，威脅人類的健康［1］?，F(xiàn)如今，很多非政府組織以及學(xué)術(shù)界已將阿特拉津提名為新POPs物質(zhì)。本研究圍繞環(huán)境中阿特拉津的處理技術(shù)進行展開，從物理、化學(xué)和生物三個方面綜述國內(nèi)在該領(lǐng)域的研究進展。

1　物理處理技術(shù)

物理處理技術(shù)主要是利用吸附材料來處理環(huán)境中的阿特拉津。應(yīng)用比較普遍的吸附材料是活性炭。國內(nèi)外還研究用活性污泥、生物質(zhì)炭等新的吸附材料來去除阿特拉津。

針對黃浦江上游突發(fā)的水資源被阿特拉津污染的事件，賈麗萍等［2］利用粉末活性炭對阿特拉津進行吸附處理。結(jié)果表明：隨著粉末活性加入量的增加，阿特拉津的去除率隨之升高，60 min時去除率最高，隨后趨于平緩，吸附處理后的出水達到標準要求。為進一步增強活性炭的吸附效果，劉麗等［3］采用5%H2O2及40%NaOH溶液對活性炭進行化學(xué)改性，研究比較改性前后的活性炭對水體中阿特拉津吸附效果的影響。結(jié)果表明：5%H2O2輕度氧化和40%NaOH堿改性的活性炭對阿特拉津的吸附去除率比原活性炭明顯增強，且分別提升10%和15%以上，從而實現(xiàn)對阿特拉津的強化去除。

相關(guān)研究表明［4］，活性污泥對阿特拉津具有一定的吸附能力，可以將剩余活性污泥通過相關(guān)工藝制作成吸附劑來去除水中的阿特拉津。這樣，不僅可以消除污染，還可以實現(xiàn)廢物利用。王新勝等［5］研究了固相好氧反硝化工藝對于阿特拉津的降解去除。結(jié)果表明：在固相好氧反硝化工藝中，以淀粉顆粒為固態(tài)碳源，當阿特拉津濃度分別為0.1 mg/L、1 mg/L時，系統(tǒng)運行24 h后，對于阿特拉津的去除率分別高達93%和94.8%。曹美珠等［6］用四種不同的生物質(zhì)原料（木薯桿、甘蔗葉、水稻秸稈和蠶沙）制備出四種生物質(zhì)炭，結(jié)果表明：此類生物質(zhì)炭對于水溶液中的阿特拉津具有良好的吸附效果，相對于堿性和中性的條件，在pH=4的酸性條件下更利于生物質(zhì)炭對阿特拉津的吸附。

2　化學(xué)處理技術(shù)

化學(xué)處理技術(shù)主要是利用一些化學(xué)反應(yīng)以及相關(guān)技術(shù)的結(jié)合，產(chǎn)生具有強氧化性的物質(zhì)，進而將阿特拉津降解為對環(huán)境無害的小分子物質(zhì)。

2.1催化臭氧氧化技術(shù)

作為近年來發(fā)展起來的新技術(shù)，催化臭氧氧化技術(shù)在有機污染的降解中應(yīng)用較多。該技術(shù)在反應(yīng)過程中能產(chǎn)生大量氧化能力非常強的羥基自由基（·OH），該自由基可以將大部分的難降解有機物氧化成無毒無害的小分子物質(zhì)。

Ma等［7］研究了Mn2+催化臭氧氧化阿特拉津。結(jié)果表明，當Mn2+投加量為0.3～1.2 mg/L時，可以顯著提高臭氧氧化阿特拉津的降解率；UV/O3法阿特拉津的降解有一定的效果，在反應(yīng)過程中投加一定量的非離子表面活性劑可以顯著提高阿特拉津的降解率［8］。李紹峰等［9］采用O3/H2O2氧化技術(shù)去除水中的阿特拉津。在pH值為7.5～8.5，溫度在25～40℃的范圍內(nèi)，阿特拉津初始濃度為2 mg/L，O3投加量為7.5 mg/L，H2O2投加量為15 mg/L的條件下，反應(yīng)5 min即可降解去除水體中96.5%的阿特拉津。盛譽等［10］通過模擬太湖水中突發(fā)的阿特拉津濃度超標的情況，研究了生物活性炭吸附、臭氧氧化及臭氧/生物活性炭聯(lián)用工藝對阿特拉津的去除效果。結(jié)果表明：該工藝對阿特拉津的去除率高達95%。該工藝中臭氧不僅氧化降解了水體中的阿特拉津和其他有機物，還可提升生物活性炭單元對阿特拉津的吸附效果。

2.2光催化技術(shù)

光催化降解有機物是近幾年來的研究熱點，在光催化技術(shù)中最常見的一類催化劑就是TiO2，TiO2光催化法可以降解阿特拉津。Parra等［11］研究了TiO2加入量、阿特拉津濃度等對光催化降解阿特拉津的影響，在阿特拉津初始濃度為25 mg/L、光照強度為50 mW/cm2的條件下，反應(yīng)90 min即可完全降解阿特拉津。唐建軍等［12］以負載Fe（Ⅲ）的金紅石型TiO2（Fe/TIO-R）為光催化劑，在可見光的作用下，催化H2O2降解水溶液中的阿特拉津。結(jié)果表明：反應(yīng)60 min后，只有4%的阿特拉津沒有被降解，其余的均徹底降解。Yola等［13］的研究表明：催化劑TiO2-BEW對于含有阿特拉津的污水處理具有良好的效果，在阿特拉津濃度為10 mg/L，反應(yīng)時間為70 min和催化劑用量為1.5 g/L時，去除率最高。而且TiO2-BEW作為一種新型的光催化劑，性質(zhì)穩(wěn)定，成本低，效率高，環(huán)保。

微波輔助光催化作為光催化領(lǐng)域的一項新技術(shù)，能夠有效降解水中的阿特拉津并明顯拓寬降解的pH適用范圍。Gao等［14］研究了該技術(shù)對水中阿特拉津的降解，結(jié)果表明，反應(yīng)5 min水中的阿特拉津即可完全去除，反應(yīng)20 min其礦化率可高達98.5%；廖文超等［15］研發(fā)了一種微波輔助光催化高效降解阿特拉津廢水的新工藝。該工藝以流化床反應(yīng)器為基礎(chǔ)，以ZrOx-ZnO/γ-Al2O3為催化劑，將其應(yīng)用到微波輔助光催化的動態(tài)工藝中。結(jié)果表明：對于3 L濃度為10 mg/L的阿特拉津溶液，在微波功率400 W、紫外光波長254 nm、輻射出度3×9.79 mW/cm2、進水流量109 L/h、催化劑量150 g的條件下，輻照60 min阿特拉津的去除率可達94%。

可見光-類Fenton體系是集Fenton氧化和光催化于一體的高效氧化技術(shù)，對于很多農(nóng)藥及難降解有機物質(zhì)的處理有顯著效果。趙璐等［16］制備了具有強可見光吸收和活性的半導(dǎo)體摻氮Ta2O5，利用體系中可見光以及Fe3+的還原活性，對模擬阿特拉津廢水進行實驗。結(jié)果表明，在pH為2.6、阿特拉津初始濃度18 mg/L、H2O2投加量2.5 mmol/L、Fe3+濃度0.5 mmol/L、摻氮Ta2O5投加量0.6 g/L、500 W氙燈照射下，反應(yīng)60 min阿特拉津的降解率達97%。

王新穎等［17］模擬太陽光（λ＞290 nm）條件下，阿特拉津在鐵元素和腐殖酸作用下的光化學(xué)降解。結(jié)果表明：在分別加入3 mg/L、5 mg/L和10 mg/L的腐殖酸時，阿特拉津的降解率分別為34.36%、40.74%和15.66%；在Fe（Ⅲ）投加量從0.01 mmol/L增加到0.2 mmol/L時，阿特拉津的降解率從24.36%增加到34.97%。而在腐殖酸與鐵的共同作用下，由于腐殖酸-鐵絡(luò)合物的形成及二者在光化學(xué)條件下的相互促進，從而使阿特拉津去除率進一步升高。

2.3硫酸根自由基（SO4-·）氧化技術(shù)

硫酸根自由基（SO4-·）氧化技術(shù)由于反應(yīng)過程中硫酸根自由基氧化性強，受pH影響小，在難降解有機污染物的降解方面顯現(xiàn)出了廣闊的發(fā)展前景。該技術(shù)的核心物質(zhì)硫酸根自由基的產(chǎn)生一般是在光、熱、過渡金屬離子（如Cu2+、Ag+、Fe3+）等條件下，將過二硫酸鹽活化分解，產(chǎn)生具有強氧化性的硫酸根自由基。蔡濤等［18］以過二硫酸鈉（PDS）為原料，利用零價鐵（Fe0）的活化作用，促使其產(chǎn)生硫酸根自由基（SO4-·），利用其強氧化性降解環(huán)境中的阿特拉津。結(jié)果表明：在pH=6.5、PDS初始濃度為2.0 mmol/L、Fe0加入量28 mg的條件下，反應(yīng)60 min，F(xiàn)e0/PDS體系對100 ml濃度為0.10 mmol/L阿特拉津的降解率達到99.0%。

3　生物處理技術(shù)

生物處理技術(shù)是在土壤處理中應(yīng)用比較廣泛的一項技術(shù)，其原理是利用微生物或植物自身的代謝作用降解有機污染物，進而修復(fù)被阿特拉津污染的土壤。

3.1微生物修復(fù)

微生物修復(fù)中，細菌由于降解機理簡單，培養(yǎng)方便，應(yīng)用研究較多。假單胞菌作為一種高效降解菌，對阿特拉津的礦化有著重要作用。其余常見的能夠降解阿特拉津的細菌還有紅球菌、不動桿菌、土壤桿菌、根瘤細菌等。真菌中能夠降解阿特拉津的主要有曲霉、木霉、青霉、焦曲霉、鐮孢霉等，白腐菌由于具有較強的氧化降解能力，對于阿特拉津的降解效果顯著。相比于細菌而言，由于真菌的降解效率低，且降解機理復(fù)雜，因此在阿特拉津的土壤處理領(lǐng)域中關(guān)于真菌的研究還是比較少的。最近幾年來，有相關(guān)學(xué)者發(fā)現(xiàn)一類名為節(jié)桿菌屬（Arthrobacter sp.）的細菌，對于阿特拉津降解處理有良好的效果。2012年朱靜從污水處理場的污泥中分離得到一株阿特拉津高效降解菌株，命名為L-1，通過鑒定可以判斷出該菌為節(jié)桿菌屬。在初始pH值為7～8，溫度為30℃的條件下，將該降解菌接種到500 mg/L的阿特拉津無機鹽培養(yǎng)基上，結(jié)果表明：4 d后該菌屬對阿特拉津的降解率可達95%。

3.2植物修復(fù)

現(xiàn)如今，對于阿特拉津植物修復(fù)的研究才剛剛起步，其大致的作用機理是通過植物根系分泌釋放的酶（如過氧化氫酶、過氧化物酶、轉(zhuǎn)化酶和多酚氧化酶等）直接降解阿特拉津，將其轉(zhuǎn)化為植物根系可直接吸收的小分子物質(zhì)。小分子物質(zhì)可為土壤中的微生物生長提供營養(yǎng)物質(zhì)，促進根際微生物的生長，協(xié)助微生物對阿特拉津進行降解。

Singh等［19］用狼尾草進行為期80 d的阿特拉津降解實驗，結(jié)果表明：種植狼尾草的土壤上有近乎一半的阿特拉津被降解，且土壤中的生物量和脫氫酶活性顯著提高，而未種植狼尾草土壤的降解率僅為22%。陳建軍等［20］研究表明皇竹草、斑茅、黑麥草、高羊茅、龍葵、香附子、牛筋草對土壤中阿特拉津的污染處理具有較大的潛力。其中皇竹草對土壤中阿特拉津的處理效果顯著。相比于未種植皇竹草的土壤，皇竹草對滅菌土壤和未滅菌的阿特拉津降解率分別提高了42.38%和52.84%。而且，該植物在未滅菌和滅菌條件下處理土壤中的阿特拉津，可使其半衰期分別縮短53.21 d和64.35 d，以上都可以看出皇竹草對阿特拉津的吸收降解有很好的效果。

4　結(jié)語

（1）物理處理技術(shù)處理周期短，方便，快捷，對于環(huán)境中阿特拉津的應(yīng)急處理有顯著效果。但是由于不能從根本上去除污染物，會產(chǎn)生二次污染，因而在實際工程中應(yīng)用較少。

（2）化學(xué)處理技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對阿特拉津的高效、快速降解，有很大發(fā)展前景。然而，相比于其他處理技術(shù)，化學(xué)處理技術(shù)的運行費用較高。此外降解過程中，由于反應(yīng)條件的不同，中間降解產(chǎn)物也會有所不同，而目前研究對中間降解產(chǎn)物的毒性方面尚缺少考慮，在實際工程應(yīng)用中還存在一定的局限性。

（3）生物處理技術(shù)具有處理費用低、操作簡單、自然美觀、環(huán)境影響小等優(yōu)點，可進行大規(guī)模的原位種植且不產(chǎn)生二次污染。隨著生物處理技術(shù)的發(fā)展，篩選和構(gòu)建高效菌株及植物、處理菌劑載體材料的篩選與應(yīng)用、提高生物降解阿特拉津的能力，已經(jīng)成為土壤中阿特拉津生物修復(fù)領(lǐng)域的研究重點。相比于物理和化學(xué)處理技術(shù)，生物修復(fù)是現(xiàn)如今最可靠和最有前景的阿特拉津處理手段，在阿特拉津的環(huán)境處理領(lǐng)域具有很大的研究價值和應(yīng)用前景。

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（編輯：程?。?/p>

Research Progress of Treatment Technology for Atrazine in Environment

Shao Jia
（College of Environmental and Safety Engineering，Qingdao University of Science and Technology，Qingdao Shandong 266042，China）

Abstract：Atrazine has certain toxicity and bioaccumulation，and can pose a potential threat to the environment and human，so the repair of atrazine in environment has important significance. This article introduced the research progress of environmental processing technology of atrazine from three aspects，summarized the research situation at home and abroad in this field. Physical processing technology is convenient and rapid，but it can not remove the pollutants from the root. Chemical processing technology is efficient and thorough，but the operation cost is high，and has certain limitation. Biological processing technology is simple，natural and beautiful，and does not have two pollution，is currently the most effective remediation technology，the most reliable and the most promising.

Key words：Atrazine，degradation rate，adsorption，photocatalysis，microbial remediation

中圖分類號：X592

文獻標識碼：A

文章編號：1008-813X（2016）03-0090-04

收稿日期：2016-04-05

作者簡介：邵佳（1991-），女，山東省海陽市人，青島科技大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程專業(yè)研究生在讀，主要從事污水處理技術(shù)的研發(fā)及在實際工程中的應(yīng)用方面的研究工作。