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生物表面活性剂在污水处理中的应用及前景

发布时间:2018-07-19

  表面活性剂论文四

  题目:生物表面活性剂在污水处理中的应用及前景

  摘要:生物表面活性剂是微生物代谢过程的产物, 具有降低溶剂表面张力、界面能量, 稳定乳化液和增加泡沫等作用, 并且无毒可生物降解。文章总结了一些生物表面活性剂在污水处理中的应用, 分别陈述了其在重金属处理中的应用及对有机污染物处理的应用, 并分析了一些其他的应用可能, 以期为我国污水处理工程的发展提供技术参考。

  关键词:污水; 生物表面活性剂; 应用;

  引言

  生物表面活性剂是通过微生物的新陈代谢作用、生物合成方法或者动植物萃取方法获取的一类具有表面活性的物质, 该物质和化学表面活性剂一样具有亲水基和憎水基结构[1]。在我国化学表面活性剂使用量较大, 但此类表面活性剂使用过程中存在一定的环境风险。化学表面活性剂若排放到城市污水中, 会影响水处理厂的曝气沉淀过程, 并且对水处理过程中的微生物产生毒害作用[2]。但相比而言生物表面活性剂就可以克服此类问题, 它不仅降低表面张力能力强, 而且具有较好的热稳定性和化学稳定性, 最重要的是可以进行生物降解, 环境友好。生物表面活性剂结构多样, 种类众多, 主要包括鼠李糖脂、槐糖脂等糖脂类, 中性脂、脂肪酸类, 脂蛋白、脂肽等含氨基酸类脂类, 磷脂类, 蛋白质-多糖复合物等聚合物类及细胞膜组分等全细胞本身[3]。生物表面活性剂的研究近年来蓬勃发展, 在医药、环保、食品、化工等领域都具有较多的应用, 本文综述了生物表面活性剂在污水中的应用, 尤其是在重金属和有机污染物的处理上的应用研究。

  1 污水重金属处理中的应用

  生物表面活性剂由于在降解重金属方面具有高效环保的特点, 可以有效的促进废水中重金属离子的去除。其中有代表性的生物表面活性剂有鼠李糖脂、皂角苷、槐糖脂等。一般认为生物表面活性剂去除重金属的机制主要是络合作用。鼠李糖脂具有良好的亲水基团和疏水基团, 疏水端与污染物分子结合, 亲水端与污泥的孔际水结合, 使水在污泥颗粒周围形成稳定的液膜, 为微生物提供了良好的表面环境, 有利于微生物对水体中污染物质的吸收利用, 促进微生物的生长繁殖, 促进污水中污染物质的降解。有实验表明, 鼠李糖脂可以和重金属Cd、Pb、Zn、Cu等发生作用, 但络合作用的强弱具有选择性。在剩余污泥中, 重金属的形态是决定鼠李糖脂对其作用的关键因素, 其中污泥中可交换态和碳酸盐态的重金属去除率最大, 其次为铁锰氧化物结合态的重金属及硫化物结合态的重金属。槐糖脂也是对可交换态重金属和碳酸盐类的重金属去除效果比较好。皂角苷是一种天然的非离子生物表面活性剂, 与其他两种生物表面活性剂一样, 其去除重金属的效果受p H的影响, 并且对不同种类的重金属去除率有明显差别[4]。

  2 污水有机污染物处理中的应用

  在有机污染物的处理方面, 生物表面活性剂在对原油污水的处理过程中得到了充分的应用, 由于其安全无毒, 水溶性好、反应产物单一、驱油效果好的特点而被广泛关注。生物表面活性剂容易使原油分子发生乳化现象, 并且溶解性提高, 从而使其生物可利用性提高, 促进了其降解效率。在微生物利用有机污染物的过程中, 生物表面活性剂在此过程中扮演的角色十分复杂, 涉及到多种物理、化学、生物过程。研究表明, 鼠李糖脂可以提高微生物对正十六烷的降解率, 加入鼠李糖脂可以明显减小培养基的表面张力, 从而使微生物接触到液体更加容易, 另外鼠李糖脂的加入也可以改变微生物的外表形态, 促进微生物细胞和疏水有机物的接触[5]。孙等[6]研究了槐糖脂对含油污泥的生物修复作用, 发现添加槐糖脂和接种混合石油烃降解菌可以有效降解油污染物, 实现油污的降解率为40.1%, 是一种有效的修复含油污泥的方法。但是在有机污染物修复上要注意生物表面活性剂所使用的温度和酸碱度, 以便使其发挥出最佳效率。另外生物表面活性剂对菲、多环芳烃、有机氯杀虫剂等有机污染物也有一定的去除作用。

  3 污水处理中的其他应用

  生物表面活性剂可以作为絮凝剂, 对污水的脱色和悬浮物的去除具有一定的作用, 并且还可以改善污泥的性能。另外生物表面活性剂的抗菌、抗病毒等作用会对污水中的各种菌类起到一定的去除作用。在污水处理的浮选技术中, 模拟废水研究表明, 生物表面活性剂对单气泡的浮升运动和气泡群的尺寸分布有重要影响, 少量的茶皂素和鼠李糖脂可以有效地抑制气泡形变、降低气泡终端速度、加强气泡稳定性、减小振幅度, 减小气泡群的特征尺寸和增大气泡群的比表面积, 有利于废水中悬浮颗粒的去除[7]。

  结语

  最后需要指出的是生物表面活性剂在应用过程中会受到水分、温度、酸碱度、盐度、重金属离子浓度情况、氧化还原电位等环境因素的综合影响, 在针对不同的目标污染物和使用目的下应该进行最优条件选择, 以便满足达到理想效果和满足实际需求。目前生物表面活性剂虽然越来越引起了学者们的关注, 但生物表面活性剂的大量提纯制品仍旧非常困难, 多数品类还处于实验研究阶段, 没有进行大规模的生产, 而且比起化学表面活性剂, 其成本高昂, 除少数品类外, 目前还无法与市场上工业合成的表面活性剂相抗衡。

  参考文献
  [1]蓝梓铭.生物表面活性剂去除城市污水厂污泥重金属的研究[D].广西:广西大学, 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]顾信娜, 陈辉, 李珊珊等.生物表面活性剂的产生极其在环境污染治理中的应用[J].环境科学与技术, 2012, 35 (61) :155-163.
  [4]包木太, 李彩霞, 孙培艳等.生物表面活性剂及其在重金属污染生态修复中的应用[J].城市环境与城市生态, 2006, 19 (5) :1-5.
  [5]陈延君, 王红旗, 王然等.鼠李糖脂对微生物降解正十六烷以及细胞表面性质的影响[J].环境科学, 2007, 28 (9) :2117-2122.
  [6]孙雨希, 杨宗霖, 于国辉等.槐糖脂生物表面活性剂和石油烃降解菌增效含油污泥生物修复研究[J].中国海洋大学学报, 2017, 47:72-80.
  [7]朱婷婷.环境友好型生物表面活性剂对浮选气泡动力学的影响研究[D].陕西:长安大学, 2012.

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