生物表面活性劑在處理原油污水中的應(yīng)用研究

王 艷 王盛緯

摘要:文章針對石油污染生物治理過程中石油烴污染物生物可利用性差、生物降解速率低等問題,應(yīng)用鼠李糖脂生物表面活性劑來強化石油烴污染物的生物降解,重點考察生物表面活性劑在強化石油烴污染物生物降解中的作用過程和作用機理,為生物表面活性劑在石油烴污染生物治理中的應(yīng)用提供理論和應(yīng)用基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞:石油烴污染物;生物表面活性劑;活性污泥;鼠李糖脂;微生物生物降解

中圖分類號:X171文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1009-2374(2009)21-0115-02

大量的原油污水,嚴(yán)重威脅著人類的健康和生存環(huán)境。原油污水的處理方法有:物理方法、化學(xué)方法及生物方法。相較其他兩種方法,生物技術(shù)處理石油污染物,已成為一種經(jīng)濟效益和環(huán)境效益俱佳的手段。

由于石油烴自然降解的過程較慢,生物法處理原油時,微生物可能被油黏附并包裹,限制了微生物的呼吸、新陳代謝及生長繁殖,造成處理效果下降,有時還會出現(xiàn)污泥上浮、微生物的大量死亡等現(xiàn)象,嚴(yán)重影響污水處理系統(tǒng)的正常運行。研究表明,表面活性劑可以促進石油烴的乳化,提高石油烴在水中溶解度及生物可利用性。但化學(xué)表面活性劑本身具有毒性且難于降解,因而會引入二次污染。生物表面活性劑不僅具有同化學(xué)表面活性劑相當(dāng)?shù)谋砻婊钚院腿榛阅?而且具有低毒和易于生物降解等獨特優(yōu)點,另外,許多烴類降解菌可原位合成生物表面活性劑,這使其在石油烴污染場地的生物治理方面具有廣闊的應(yīng)用前景。鼠李糖脂作為一種表面活性和乳化性能強的生物表面活性劑,被廣泛地用于生物清洗和生物降解,其中最主要被用于廢油污染的治理。

本研究利用廢油發(fā)酵產(chǎn)生鼠李糖脂,在活性污泥處理時,不同量濃度的鼠李糖脂對石油烴類物質(zhì)降解速度和降解率的影響?？疾焓罄钐侵瑢Σ煌N類烴類物質(zhì)(烷烴、芳香烴)的降解速度和降解率的影響。

一、實驗材料和方法

(一)實驗材料

實驗用鼠李糖紙的濃度為18.7g/L。

污泥的MLSS值為500mg/L。

(二)降解率計算:水中油含量測定(IR法)

取500mL降解后水樣,用氯仿/四氯化碳10mL進行梯次萃取,進行紅外分析,與之前繪制的油樣標(biāo)準(zhǔn)曲線進行對比,得到水中余油量,計算得到降解率。

(三)不同溫度下潤滑油的降解

在活性污泥玻璃池中,分別添加600mg/L的潤滑油和兩種濃度的鼠李糖脂,另加一個空白對比,分別在20、25、30三個溫度下降解24小時,取水樣分析,測定降解率。

(四)降解動力學(xué)的研究

考察活性污泥系統(tǒng)對石油烴的降解動力學(xué),在污泥池中加入600mg/L的潤滑油和0.625ml/L的鼠李糖脂發(fā)酵液,分別于8、16、24、32小時取樣分析水樣。

(五)微生物對不同烴類的降解能力測定

1.正十六烷在室溫(25℃)下的降解。加入量分別600mg/L,取樣時間24h。

2.芳香族在室溫(25℃)下的降解。實驗中考慮到芳香族對微生物的毒害,二甲苯的添加量逐漸增加的,分別為300mg/L和600mg/L,最終以600mg/L的實驗結(jié)果為準(zhǔn)。

3.二甲苯的降解率。文獻報道,活性污泥對芳香族處理效率比較低,而現(xiàn)實情況與文獻描述不符合,故設(shè)想水中余油較低的原因是主要由于污泥吸附,遂取處理二甲苯的污泥進行萃取,紅外分析污泥中吸附量,最終數(shù)據(jù)處理中扣除。再考慮二甲苯的24小時揮發(fā)量,最終確定活性污泥池對二甲苯的降解率。

二、結(jié)果與討論

(一)不同溫度下潤滑油的降解

(二)正十六烷在室溫(25℃)下的降解

(三)芳香族在室溫(25℃)下的降解

觀察污泥的狀況,發(fā)現(xiàn)600mg/L依然屬于污泥降解負荷之內(nèi),見表1,表2:

加入量分別300mg/L,取樣時間24h。

加入量分別600mg/L,取樣時間24h。

(四)二甲苯的降解率

25℃時,活性污泥池對二甲苯的降解率見表3,圖3:

(五)活性污泥對正十六烷和二甲苯的降解效率比較

實驗結(jié)果說明,飽和烴的降解率高于低分子量的芳香族烴類化合物。

比較鼠李糖脂和傳統(tǒng)表面活性劑,發(fā)現(xiàn)其在理化指標(biāo)上毫不遜色,環(huán)境影響對石油烴的降解往往具有決定性的作用。溫度對微生物降解石油烴的影響主要是對石油烴物理狀態(tài)、化學(xué)組成的影響(特別是對微生物可接觸到的石油烴的表面積的大小和揮發(fā)后供微生物降解的石油烴類組成的影響)以及對微生物本身代謝活性的影響。微生物對石油烴的降解借助于酶的催化作用完成,而酶的活性只有在一定的溫度范圍內(nèi)才能得以發(fā)揮,因此溫度對生物降解有不可消除的影響。通過觀察潤滑油的降解動力學(xué)曲線,發(fā)現(xiàn)16小時后,潤滑油基本降解完全。本實驗采用液態(tài)潤滑油作為混合烴類代表,其降解率比較選用原油作為降解物的實驗結(jié)果要好的多,說明石油烴的物理狀態(tài)對其微生物降解有顯著影響。在水體系中,微生物主要在油-水界面活動,油的分散程度直接影響微生物能接觸到的石油烴的表面積,油-水界面面積的增加,不僅使石油烴更易到達微生物,而且進入水體的乳化液滴使氧和營養(yǎng)物更易被微生物獲得,從而促進微生物對石油烴的降解作用

參考文獻

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作者簡介:王艷(1986-),東北師范大學(xué)商學(xué)院碩士研究生,助理工程師,研究方向:應(yīng)用化學(xué)。