肥皂洗滌劑的安全性與環境影響問答（四）

肥皂洗滌劑的安全性與環境影響問答（四）

A 綜述-3 對環境的影響

編者按：針對消費者關心的肥皂和洗滌劑基礎知識、洗滌劑的人體安全性及其對環境的影響等問題，日本肥皂洗滌劑工業協會于1974年編輯出版了《肥皂、洗滌劑知識問答》一書，并于1994年進行了全面修訂。此后，日本肥皂洗滌劑工業協會根據社會環境變化和新技術發展情況不斷對該書加以補充修訂。本文內容摘編自該書最新一版。

Q18. 什么是生物降解？

食物殘渣和洗滌劑中的表面活性劑等有機物進入微生物體內，同化成為微生物體的一部分，并成為微生物的能量來源。然后，有機物會被最終分解為無機物——水和CO2。這一過程被稱為生物降解。生活污水直接排放至河流等水域，污水中的有機物會被河水、湖泊和海水中的微生物分解；排往污水處理場中的污水，則會在污水處理場活性污泥中微生物的作用下，發生生物分解。

為了考察肥皂和洗滌劑對河流和湖泊水質的影響，必須首先分析其主要成分——表面活性劑的生物降解性。表面活性劑的生物降解性分為一次性生物降解和最終生物降解兩類：一次性生物降解指的是表面活性劑分子的一部分發生變化，從而使表面活性劑的表面活性喪失；最終生物降解指的是表面活性劑徹底分解為終極產物（水和CO2），或者被微生物攝入體內，成為菌體的組成成分（圖16）。當河流等水域沒有出現由表面活性劑引起的長期性泡沫，并且對水生生物和水環境不產生不良影響時，則可以認為表面活性劑發生了“環境受容性生物降解”。

圖16 生物降解的概念

Q19. 實驗室如何測定表面活性劑的生物分解度？

實驗室測定表面活性劑的生物降解性，是把微生物接種至含有表面活性劑的培養基中，在一定條件下培養一段時間后，按照指定的方法測定表面活性劑的生物降解度。其中，以起泡力為指標的物理學測定法和專用于陰離子表面活性劑（a-SAA）的亞甲藍活性物質（MBAS）測定等是最有代表性的化學分析測定法。上述方法適用于表面活性劑的一次性生物降解度的測定。在很多場合，一次性生物降解與環境受容性生物降解是一致的，因而經常將上述方法用于表面活性劑的環境受容性調查。當微生物對表面活性劑進行分解時，可以通過微生物的耗氧量來測定表面活性劑的降解度（BOD法）。沒有被分解的表面活性劑則可通過熱分解方法測定，即由熱分解產生的CO2測出有機物的量（TOC法）。這些方法常被用于表面活性劑最終生物降解度的測定。

由于每個試驗所用培養基和微生物接種條件的不同以及分析方法上的差異，對表面活性劑生物降解性的評價結果會有所不同。因此，在討論某種物質的生物降解性時，必須以一定的試驗及分析方法為前提。

在日本，進行測定試驗時，使用最多的方法是《JIS K 3363 合成洗滌劑生物降解度試驗法》和《化學物質的審查與制造等的規定（化審法）》中所規定的方法。

1. JIS（日本工業標準）法

JIS法是針對污水處理場進行生物降解度研究的試驗方法。一般從污水處理廠的污水入口采樣，因為該處的污濁物幾乎與處理場的污水同質，微生物在這樣的污泥中最適宜被馴化。測定前，在含表面活性劑的培養基中多次添加馴化污泥對微生物進行培養。然后，陰離子表面活性劑時測定亞甲藍活性物質（MBAS）、非離子表面活性劑時測定硫氰酸鈷活性物質（CTAS），進而確定表面活性劑的生物降解度（圖17）。

圖17 JIS生物降解度試驗法

2.《化審法》規定的方法

該方法使用電量計。首先，在無機培養基中加入試驗用表面活性劑和未馴化的活性污泥進行培養。當污泥中的微生物對表面活性劑進行分解時，就會產生與消耗氧量相當的CO2量；用堿石灰吸收CO2，使反應容器中產生負壓；經氣壓表檢測出由此產生的壓力差。由壓力差引起的電流通過電流回路，促使硫酸銅溶液發生電解，產生氧，并向反應容器供給所需的氧氣。當由CO2產生引起的壓力差消失后，硫酸銅的電解氧過程隨即中止。即：由微生物耗氧引起的電流變化，可計算出微生物分解表面活性劑時的耗氧量，從而求出生化需氧量（圖18）。利用該方法，除了可以測出生化需氧量（BOD）外，還可以對殘余試驗物的濃度和有機碳濃度（TOC）進行測定，從而獲得多項關于表面活性劑生物降解性的指標。

此外，作為模擬實際環境的試驗法還有針對河流和湖泊水的Die-away-test法。下面舉例說明對于表面活性劑生物降解性的分析。

表面活性劑的生物降解度隨著試驗條件（如被試驗物質的濃度、微生物種類和濃度、溫度等因素）的不同而變化。如圖20所示，被試驗物質的濃度和微生物量（活性污泥）對表面活性劑的生物降解速度有很大影響。

圖18 《化審法》測定表面活性劑生物降解度的方法

圖19 各種表面活性劑的生物降解性比較

圖20 表面活性劑濃度和微生物量對表面活性劑生物降解性的影響

因此，在評價表面活性劑的生物降解性時，充分理解和精確控制試驗條件對確保評價結果的準確性十分重要。

Q20. 如何測定河流、湖泊等水域中表面活性劑的濃度？MBAS指標的含義是什么？

合成洗滌劑的主成分——陰離子表面活性劑會與陽離子系色素亞甲藍反應，形成復合體，這種活性體被稱為亞甲藍活性物（Methylene Blue Active Substances，MBAS）。利用該性質可對水環境中陰離子表面活性劑的濃度進行測定，通常以每升水中含有的MBAS毫克數（mg/L）表示。

MBAS除了用于測定水環境中的陰離子表面活性劑以外，還可以檢測出硝酸根、硫氰根、胺類等物質。研究證實，由MBAS測得環境水中的陰離子表面活性劑的濃度要比其在水中的實際濃度高得多，換言之，實際環境中的洗滌劑濃度要比MBAS值小許多。對肥皂而言，由于它不與亞甲基反應，因而也無法利用MBAS進行檢測。

由于MBAS無法準確測定表面活性劑的實際濃度，研究人員為此相繼開發出多種分析方法，利用儀器正確測定環境水中的表面活性劑的濃度。日本肥皂洗滌劑工業協會（JSDA）推薦采用以下分析方法來測定環境水中的表面活性劑含量：直鏈烷基苯磺酸鹽（LAS）采用高效液相色譜（HPLC）測定；非離子表面活性劑中的聚氧乙烯烷基醚（AE）和陽離子表面活性劑（二烷基二甲基氯化銨，DADMAC）采用高效液相色譜——質量分析計（LC-MS）測定。表16是JSDA對日本代表性都市周邊河流（上游和中游）中表面活性劑濃度的測定結果（1998～2000年）。

表16 JSDA對日本代表性水域中表面活性劑濃度的測定結果 （單位：μg/L）

Q21. 下水道和污水處理場的作用

日本《下水道法》中對下水道的定義是“為排放污水而設計的排水管和相關設施以及后續進行污水處理的相關設施（人糞尿凈化槽除外）、泵等設施的總稱”。即下水道是收集污水的污水管和進行污水處理等設施的總稱。

隨著時代的發展，下水道發揮著日益多樣化的作用。現在，下水道已成為收集、處理雨水和污水，確保生活環境安全、舒適和保護公共水域水質的重要設施。其具體作用如下：

1. 防止積水（排除雨水）

下水道和河流、道路一樣，具有排送積存雨水的功能。尤其是對于因綠地或空地減少、造成雨水蓄存能力低下的都市來說，下水道排送積水的作用更為重要。

2. 生活環境的改善（排除污水）

下水道還具有收集、處理生活和生產活動產生的污水的功能，下水道的配備對于改善城市住宅周邊的環境大有裨益，而且沖水廁所的普及給居民提供了一個衛生舒適的居住環境。

3. 保護公共水域的水質

1970年，日本修訂了《下水道法》，其中要求公共下水道必須與污水處理場或流域下水道連通，所有污水只有經過安全處理才可以排向外界水域，從而保證了公共水域的水質安全。污水處理場必須對污水進行兩次處理：一次處理主要是除去污水中的大垃圾和可沉淀的小垃圾；二次處理則是通過添加活性污泥，利用活性污泥中的微生物對污水中的有機物進行分解，并通過污泥的沉淀作用得到透明的凈化水。

現在，對污水進行二次處理已成為一般性的處理措施（圖21）。二次處理不能完全除盡的含氮、磷元素等物質，還可以進行高級處理（三次處理）。所謂高級處理，是指根據要去除物質的不同，通過化學處理、逆浸透壓、離子交換、活性炭吸附等多種方法除去二次處理后水中殘留的其他雜質，得到清潔度更高的凈化水。日本正在加速開發并普及和推廣這種污水處理方法。

圖21 污水處理場的工作流程

Q22. 日本下水道的普及率怎樣？

在政府的不斷努力下，日本下水道的普及率（使用下水道的人口數/行政人口數）仍在逐年上升，2001年3月為62%（圖22）。但是，與下水道普及率更高的歐美等先進國家相比，這還是一個相當低的數字（圖23）。此外，在日本沒有下水道的地方，污水處理槽的普及率約為10%。因此，為使河流變得更加清澈美麗，還需要繼續提高下水道的普及率。

圖22 日本下水道普及率變遷情況

圖23 世界各國下水道的普及率

Q23. 怎樣看待利用廢棄食用油制造肥皂？

Q24. 有對肥皂和洗滌劑開展生命周期的評價例子嗎？

家庭產生的廢棄食用油主要來自炒菜等操作。為避免廢棄食用油直接流入下水管造成水質污染，一部分消費者團體和科研機構嘗試利用廢棄油制造肥皂。然而，除非在設施很齊全的制皂廠，建議普通消費者盡可能不要從事這種操作。

普通家庭用廢棄油制造肥皂存在的問題主要有：①制造肥皂通常會使用苛性堿（NaOH）等強堿性物質，而苛性堿在用水溶解時，會放出大量熱量，使水沸騰，有可能傷及操作者的眼睛，而且還可能對皮膚造成強烈刺激。②廢油肥皂中通常會含有一定量的苛性堿，很難得到高品質的肥皂，使用后會使肌膚粗糙。③制皂過程中未反應的油以及夾雜在廢油中的飯渣、米渣等物質會隨著廢油肥皂的使用流入下水管。

由專門的廢棄食用油機構系統回收并進行集中處理時，可以通過濾布和濾紙的過濾除去廢油中的固體物質，并利用廢油處理劑處理后，得到可作為汽車用燃料制造的原材料。

生命周期評價（LCA）是對產品從原料、制造、輸送、消費到廢棄的所有階段進行全過程評價的方法。即從“搖籃”到“墳墓”的能量和原材料使用量（輸入量）和向大氣、水、土壤等環境廢棄的量（輸出量）進行推算，對降低資源、能量和環境負荷量進行一系列分析，被簡稱為LCA。利用LCA進行評價的事例非常多，現在仍有許多與此類似的評價方法涌現出來。

表17是按照實際的市售洗滌劑成分，以每次洗滌（耗用水30L）相當的表面活性劑量，計算出的能量消耗量。

從以上數據看出，制造肥皂所消耗的能量相當于合成洗滌劑的2倍以上，但是，對表面活性劑以外成分的制造能量消耗和對水生生物的影響也必須予以考慮。LCA本身還在發展完善之中，它作為一種綜合性的環境影響評價方法而得到關注。

表17 市售洗滌劑含有表面活性劑制造的能量消耗

Q25. 《化學物質管理促進法》（PRTR法）有針對肥皂、洗滌劑的內容嗎？

《化學物質管理促進法》是特定化學物質向環境排出量的控制及促進改善管理的法律的統稱，又被稱為“化學物質管理促進法、化學物質管理法”。該法律于1999年7月公布，并于2001年4月開始實施。制定該法律的目的，是為了有效控制特定化學物質向環境的排出量，通過提供特定化學物質的性質狀態及使用方面的信息，改善化學物質的自主管理，防止環境受到化學物污染。因此，該法律要求化學品制造商必須承擔就特定化學物質在環境（大氣、水、土壤）中的排出量和廢棄量向政府呈報的義務（PRTR：環境污染物質排出移動登錄）；在向購買方出售化學品時，必須向購買方提供該化學物質相關的情報（MSDS：化學物質安全性數據）兩項義務。家庭、農田、汽車向環境排出的特定化學物質量則由行政機關推定。

指定化學物質特指對人體健康具有影響（致癌性、慢性毒性、致突變性、生殖/致畸性、敏感程度）和生態毒性（藻類、魚類、水蚤等的影響）等危害（潛在的有害性或物質固有的有害性），而且制造量大的化學物質（第1種指定化學物質：100t/年，第2種指定化學物質：1t/年以上）。

在這些指定化學物質中，考慮到表面活性劑中的LAS（烷基苯磺酸及其鹽）和AE等物質對藻類、魚類、水蚤等水生生物有影響，也被列入其中。但是，洗滌劑等使用的LAS和AE等表面活性劑，經過許多國家、地方政府和大學或企業多方面的探討，已經確認這些表面活性劑在自然環境中屬于易降解物質，排入環境中的表面活性劑幾乎會完全降解，對水生生物的影響是極低的。在通常的使用條件下，這些表面活性劑對人體健康的影響也是很低的。由此斷定，洗滌劑中廣泛使用的表面活性劑對人體與環境都是沒有問題的。