表面活性劑降解技術(shù)的分析

摘要：隨著煤化工和石油化工的發(fā)展，表面活性劑在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)部門(mén)得到廣泛的應(yīng)用。本文主要研究和分析了表面活性劑降解技術(shù)，詳細(xì)講解了表面活性劑的概念及表面活性劑對(duì)環(huán)境的影響，簡(jiǎn)要介紹了表面活性劑的溫和性和安全性，最后針對(duì)表面活性劑的重要的生物降解過(guò)程和降解機(jī)理展開(kāi)論述。

關(guān)鍵詞：表面活性劑;降解技術(shù);方法探究;安全性

在表面活性劑使用量逐年增長(zhǎng)的情況下，表面活性劑和生態(tài)環(huán)境的相容性引發(fā)了人們的高度重視。為了有效的保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)，綠色化研究也應(yīng)運(yùn)而生。簡(jiǎn)單來(lái)講，綠色化研究是指促進(jìn)表面活性劑的生產(chǎn)產(chǎn)品和生產(chǎn)過(guò)程綠色化，有機(jī)減少化學(xué)成分，從而保證生物降解的安全。

1表面活性劑生物降解的全面概述

表面活性劑被廣泛應(yīng)用，它是許多工業(yè)部門(mén)必須應(yīng)用的化學(xué)助劑，其用量小收效大。但對(duì)于大部分表面活性劑來(lái)講，使用后會(huì)被排放到自然環(huán)境中。在這種情況下，如果不進(jìn)行生物降解工作，會(huì)污染自然環(huán)境破壞生態(tài)平衡。生物降解是減少自然化學(xué)藥品含量的有效措施，能夠促進(jìn)生態(tài)環(huán)境的良性循環(huán)。

1.1表面活性劑生物降解技術(shù)概述

為了有效的控制生態(tài)環(huán)境的惡化，對(duì)表面活性劑降解技術(shù)的研究得到了廣泛關(guān)注。生物降解指的是利用微生物的分解作用，在有氧和無(wú)氧的條件下，對(duì)有機(jī)碳化物進(jìn)行分解，將其分解成為細(xì)胞物質(zhì)，并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)成能源進(jìn)行再利用，從而分解成為二氧化碳、甲烷和水的過(guò)程。而表面活性劑生物降解指的是在微生物的作用下表面活性劑會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)和成分的變化，從而形成對(duì)于環(huán)境來(lái)講無(wú)害的分子結(jié)構(gòu)，有利于環(huán)境的保護(hù)。表面活性劑的生物降解性的指標(biāo)主要包括兩個(gè)方面：一是生物降解度;二是降解時(shí)間和半衰期，從而達(dá)到最佳的生物降解過(guò)程。

1.2表面活性劑生物降解的過(guò)程

表面活性劑生物降解的實(shí)質(zhì)是把有害于環(huán)境的大分子轉(zhuǎn)換成無(wú)害于環(huán)境的小分子，從而把無(wú)生命的有機(jī)物打造成較簡(jiǎn)單的有機(jī)物。生物降解是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，經(jīng)常是分步進(jìn)行的。簡(jiǎn)單來(lái)講，生物降解主要研究由細(xì)菌活動(dòng)所造成的表面活性劑的氧化過(guò)程。它主要分為三個(gè)部分：第一步是初級(jí)生物降解，初級(jí)降解主要包括裂解和吸附，在這個(gè)過(guò)程中促使表面活性劑的表面活性基本喪失;第二步是次級(jí)生物降解，在環(huán)境允許的范圍內(nèi)進(jìn)行生物降解，保障降解產(chǎn)物不污染環(huán)境;第三步是最終生物降解，即把表面活性劑轉(zhuǎn)換為二氧化碳、水等無(wú)機(jī)物。通過(guò)表面活性劑的生物降解能夠降低對(duì)環(huán)境的污染，從而測(cè)定出更加精確的速率值，為工業(yè)、農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)帶來(lái)更有效的幫助。

1.3表面活性劑生物降解的分類

根據(jù)是否需要氧氣以及降解環(huán)境的不同，表面活性劑生物降解可以分為厭氧生物降解和好氧生物降解兩個(gè)部分。厭氧生物降解主要是依靠不同的微生物合作而成，讓微生物在缺氧的條件下進(jìn)行有機(jī)化合物的降解，從而將分子中的碳轉(zhuǎn)換成甲烷和部分二氧化碳。厭氧生物降解主要分為三個(gè)階段：發(fā)酵水母、產(chǎn)酸脫氫、產(chǎn)生甲烷。好氧生物降解是指微生物在氧氣充足的條件下對(duì)有機(jī)化合物進(jìn)行降解，從而把有機(jī)化合物氧化為二氧化碳。好氧生物的降解主要有三種氧化方式：ω- 氧化方式、芳環(huán)氧化方式以及β- 氧化方式。

1.3.1厭氧生物降解實(shí)驗(yàn)方法

表面活性劑厭氧生物降解的實(shí)驗(yàn)方法主要分為兩步，第一步是篩查試驗(yàn)法，第二步是模擬測(cè)試法。

簡(jiǎn)單來(lái)講，篩查實(shí)驗(yàn)法一般用于常規(guī)試驗(yàn)，特征設(shè)計(jì)較為簡(jiǎn)單，大多數(shù)的篩查實(shí)驗(yàn)主要在水介質(zhì)中進(jìn)行。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，經(jīng)常使用高于環(huán)境的受試物和接種物比例，在更嚴(yán)格的環(huán)境下確定表面活性劑的最終降解率。但由于受到條件的限制，現(xiàn)實(shí)環(huán)境和測(cè)試條件相差會(huì)比較大。

模擬測(cè)試法為了促使實(shí)驗(yàn)過(guò)程更接近于真實(shí)環(huán)境，而設(shè)計(jì)出具有持續(xù)性的工作系統(tǒng)。同時(shí)，攪拌釜系統(tǒng)、上流式污泥層系統(tǒng)以及固定床反應(yīng)器等厭氧生物反應(yīng)器都可以用于連續(xù)性操作。在當(dāng)前階段，模擬實(shí)驗(yàn)法規(guī)主要依據(jù)于2008年建立的OECD114測(cè)試法。該測(cè)試法可以用來(lái)研究物質(zhì)的礦化率和初級(jí)降解速率，能夠有效的模仿厭氧污泥、活性污泥、混合地表水、沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理的污水、下水道系統(tǒng)等多種情況。模擬測(cè)試法的主要特點(diǎn)是保證測(cè)試結(jié)果更接近于真實(shí)環(huán)境，促使受試物在不同的厭氧環(huán)境中能夠得到有效的動(dòng)力學(xué)降解信息;在適當(dāng)?shù)沫h(huán)境下培養(yǎng)適用于環(huán)境的微生物菌群。

1.3.2表面活性劑的厭氧生物降解影響因素

在當(dāng)前階段，表面活性劑的厭氧生物降解主要受微生物、環(huán)境和受試物三方面因素影響。具體來(lái)講，微生物的種類、濃度以及不同微生物之間的相互作用都會(huì)影響厭氧生物降解。同時(shí)，表面活性劑的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)決定了其溶解性和分子間的吸引、排斥等作用，對(duì)于生物降解性能也會(huì)產(chǎn)生一定的影響作用。在環(huán)境因素方面，溫度和PH值都會(huì)影響生物的降解速率。在PH值為中性的條件下，微生物對(duì)碳源的利用率最高，也最適宜微生物的生長(zhǎng)繁殖。

2一些重要表面活性劑的生物降解研究

對(duì)于烷基醚硫酸鹽、烷基硫酸鹽、直鏈烷基苯磺酸鹽、陰離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑、非離子表面活性劑以及胺和酰胺類都屬于一些比較重要的表面活性劑的生物降解，以下是對(duì)其生物降解過(guò)程的詳細(xì)論述。

第一，烷基醚硫酸鹽主要通過(guò)醚酶斷裂醚鍵的生物降解，在完成生物降解之后通過(guò)脫氧酶逐和烷基硫酸脂酶進(jìn)行逐步降解。而烷基硫酸鹽的生物降解主要是通過(guò)烷基硫陰離子表面活性劑的生物降解性，先通過(guò)烷基硫酸脂酶脫硫酸根，然后經(jīng)脫氫酶脫氫氧化氧化為二氧化碳和水。直鏈烷基苯磺酸鹽是一種研究較為廣泛的表面活化劑生物降解類型，一般認(rèn)為其降解機(jī)理主要是在輔酶、二氧化碳等作用下，通過(guò)ω和β-氧化進(jìn)行逐級(jí)降解。最后經(jīng)過(guò)氧化降解為水、硫酸鹽和二氧化碳等物質(zhì)。

第二，陰離子表面活性劑。陰離子表面活性劑是在水溶液離解時(shí)生成的表面活性離子帶負(fù)電荷，是消耗量最大的表面活性劑品種。陰離子表面活性劑通常可按照其親水基分為羧酸鹽型、磺酸鹽型、硫酸（酯）鹽型和磷酸（酯）鹽型等，具有低廉的成本和優(yōu)異的綜合性能，在生物降解性能研究占比最多。

第三，兩性離子表面活性劑。在表面活性劑的生物降解過(guò)程研究中，兩性離子表面活性劑使用量較少。烷基酰胺甜菜堿易在被厭氧在降解四周內(nèi)，較高的表面活性劑比例通常會(huì)阻礙氣體的產(chǎn)生，而在后期適應(yīng)后氣體產(chǎn)量會(huì)逐漸增加。

3表面活性劑厭氧生物降解分析方法

3.1表面活性劑濃度變化分析

因?yàn)楸砻婊钚詣┑奶攸c(diǎn)具有表面活性，可以從表面活性劑濃度變化分析厭氧生物降解。表面活性劑濃度變化分析可以運(yùn)用表面活性法、專用化學(xué)法和其他方法進(jìn)行分析。通過(guò)測(cè)量泡沫、表面張力能夠有效的展現(xiàn)表面活性劑的消失程度。而專用化學(xué)法主要涉及硫酸鹽和離子對(duì)比方法，運(yùn)用化學(xué)有機(jī)物來(lái)測(cè)定表面活性劑的初級(jí)降解率。

3.2氣體產(chǎn)量分析

表面活性劑生物降解的最終產(chǎn)物主要是甲烷和二氧化碳，因此可以運(yùn)用氣體產(chǎn)量分析法來(lái)研究表面活性劑厭氧生物的降解過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，大多時(shí)采用呼吸計(jì)量法，以此來(lái)測(cè)出有機(jī)物實(shí)際的產(chǎn)氣量。

4小結(jié)

綜上所述，由于表面活性劑最終會(huì)通過(guò)廢水排到自然界當(dāng)中，會(huì)破壞自然環(huán)境，造成水污染。而表面活性劑的生物降解能夠降低對(duì)環(huán)境的污染，測(cè)定出更加精確的速率值，從而為工業(yè)、農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)帶來(lái)有效的幫助。因此，科學(xué)研究者應(yīng)該不斷加強(qiáng)對(duì)表面活性劑生物降解的研究，推動(dòng)其更好的發(fā)展。

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作者簡(jiǎn)介：

楊建霞、女、1970年10月出生、本科、工程師、專業(yè)：化工化驗(yàn).

（作者單位：開(kāi)封市供水總公司）