生物表面活性劑在污水處理中的應用及前景

陸培志

（廣州材高環保科技有限公司 廣東廣州 510000）

引言

生物表面活性劑是通過微生物的新陳代謝作用、生物合成方法或者動植物萃取方法獲取的一類具有表面活性的物質，該物質和化學表面活性劑一樣具有親水基和憎水基結構[1]。在我國化學表面活性劑使用量較大，但此類表面活性劑使用過程中存在一定的環境風險。化學表面活性劑若排放到城市污水中，會影響水處理廠的曝氣沉淀過程，并且對水處理過程中的微生物產生毒害作用[2]。但相比而言生物表面活性劑就可以克服此類問題，它不僅降低表面張力能力強，而且具有較好的熱穩定性和化學穩定性，最重要的是可以進行生物降解，環境友好。生物表面活性劑結構多樣，種類眾多，主要包括鼠李糖脂、槐糖脂等糖脂類，中性脂、脂肪酸類，脂蛋白、脂肽等含氨基酸類脂類，磷脂類，蛋白質-多糖復合物等聚合物類及細胞膜組分等全細胞本身[3]。生物表面活性劑的研究近年來蓬勃發展，在醫藥、環保、食品、化工等領域都具有較多的應用，本文綜述了生物表面活性劑在污水中的應用，尤其是在重金屬和有機污染物的處理上的應用研究。

1 污水重金屬處理中的應用

生物表面活性劑由于在降解重金屬方面具有高效環保的特點，可以有效的促進廢水中重金屬離子的去除。其中有代表性的生物表面活性劑有鼠李糖脂、皂角苷、槐糖脂等。一般認為生物表面活性劑去除重金屬的機制主要是絡合作用。鼠李糖脂具有良好的親水基團和疏水基團，疏水端與污染物分子結合，親水端與污泥的孔際水結合，使水在污泥顆粒周圍形成穩定的液膜，為微生物提供了良好的表面環境，有利于微生物對水體中污染物質的吸收利用，促進微生物的生長繁殖，促進污水中污染物質的降解。有實驗表明，鼠李糖脂可以和重金屬Cd、Pb、Zn、Cu等發生作用，但絡合作用的強弱具有選擇性。在剩余污泥中，重金屬的形態是決定鼠李糖脂對其作用的關鍵因素，其中污泥中可交換態和碳酸鹽態的重金屬去除率最大，其次為鐵錳氧化物結合態的重金屬及硫化物結合態的重金屬。槐糖脂也是對可交換態重金屬和碳酸鹽類的重金屬去除效果比較好。皂角苷是一種天然的非離子生物表面活性劑，與其他兩種生物表面活性劑一樣，其去除重金屬的效果受pH的影響，并且對不同種類的重金屬去除率有明顯差別[4]。

2 污水有機污染物處理中的應用

在有機污染物的處理方面，生物表面活性劑在對原油污水的處理過程中得到了充分的應用，由于其安全無毒，水溶性好、反應產物單一、驅油效果好的特點而被廣泛關注。生物表面活性劑容易使原油分子發生乳化現象，并且溶解性提高，從而使其生物可利用性提高，促進了其降解效率。在微生物利用有機污染物的過程中，生物表面活性劑在此過程中扮演的角色十分復雜，涉及到多種物理、化學、生物過程。研究表明，鼠李糖脂可以提高微生物對正十六烷的降解率，加入鼠李糖脂可以明顯減小培養基的表面張力，從而使微生物接觸到液體更加容易，另外鼠李糖脂的加入也可以改變微生物的外表形態，促進微生物細胞和疏水有機物的接觸[5]。孫等[6]研究了槐糖脂對含油污泥的生物修復作用，發現添加槐糖脂和接種混合石油烴降解菌可以有效降解油污染物，實現油污的降解率為40.1%，是一種有效的修復含油污泥的方法。但是在有機污染物修復上要注意生物表面活性劑所使用的溫度和酸堿度，以便使其發揮出最佳效率。另外生物表面活性劑對菲、多環芳烴、有機氯殺蟲劑等有機污染物也有一定的去除作用。

3 污水處理中的其他應用

生物表面活性劑可以作為絮凝劑，對污水的脫色和懸浮物的去除具有一定的作用，并且還可以改善污泥的性能。另外生物表面活性劑的抗菌、抗病毒等作用會對污水中的各種菌類起到一定的去除作用。在污水處理的浮選技術中，模擬廢水研究表明，生物表面活性劑對單氣泡的浮升運動和氣泡群的尺寸分布有重要影響，少量的茶皂素和鼠李糖脂可以有效地抑制氣泡形變、降低氣泡終端速度、加強氣泡穩定性、減小振幅度，減小氣泡群的特征尺寸和增大氣泡群的比表面積，有利于廢水中懸浮顆粒的去除[7]。

結語

最后需要指出的是生物表面活性劑在應用過程中會受到水分、溫度、酸堿度、鹽度、重金屬離子濃度情況、氧化還原電位等環境因素的綜合影響，在針對不同的目標污染物和使用目的下應該進行最優條件選擇，以便滿足達到理想效果和滿足實際需求。目前生物表面活性劑雖然越來越引起了學者們的關注，但生物表面活性劑的大量提純制品仍舊非常困難，多數品類還處于實驗研究階段，沒有進行大規模的生產，而且比起化學表面活性劑，其成本高昂，除少數品類外，目前還無法與市場上工業合成的表面活性劑相抗衡。

[1]藍梓銘.生物表面活性劑去除城市污水廠污泥重金屬的研究[D].廣西：廣西大學，2013.

[2]Koennecker G,Regelmann J,Belanger S,et al.Environmental properties and aquatic hazard assessment of anionic surfactants：physicochemical,environmental fate and ecotoxicity properties[J].Ecotoxicology and Environmental Safety,2011,74(6)：1445-1460.

[3]顧信娜，陳輝，李珊珊等.生物表面活性劑的產生極其在環境污染治理中的應用[J].環境科學與技術，2012,35（61）：155-163.

[4]包木太，李彩霞，孫培艷等.生物表面活性劑及其在重金屬污染生態修復中的應用[J].城市環境與城市生態，2006,19（5）：1-5.

[5]陳延君，王紅旗，王然等.鼠李糖脂對微生物降解正十六烷以及細胞表面性質的影響[J].環境科學，2007,28（9）：2117-2122.

[6]孫雨希，楊宗霖，于國輝等.槐糖脂生物表面活性劑和石油烴降解菌增效含油污泥生物修復研究[J].中國海洋大學學報，2017,47：72-80.

[7]朱婷婷.環境友好型生物表面活性劑對浮選氣泡動力學的影響研究[D].陜西：長安大學，2012.