淺析生物表面活性劑在環(huán)境生物工程中的應(yīng)用

張兵

摘 要：文章主要從生物表面活性劑的概念、特性與特點(diǎn)三個(gè)方面，對(duì)表面活性劑展開(kāi)了相應(yīng)的論述，并探討了生物表面活性劑的生產(chǎn)與提取，最后展開(kāi)了對(duì)生物表面活性劑在環(huán)境生物工程中的應(yīng)用研究，希望有所裨益。

關(guān)鍵詞：生物表面活性劑；環(huán)境生物工程；應(yīng)用

很多化學(xué)表面活性劑表面性質(zhì)優(yōu)良，但往往使用成本較高、用量大，且容易對(duì)環(huán)境造成二次污染。隨著人類環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)以及現(xiàn)代生物技術(shù)的進(jìn)步，生物表面活性劑工業(yè)的發(fā)展受到了極大的推動(dòng)，發(fā)展越來(lái)越迅速，并有逐步取代化學(xué)合成表面活性劑的趨勢(shì)。生物表面活性劑因其眾多優(yōu)點(diǎn)越來(lái)越受重視，在石油等有機(jī)溶劑污染、重金屬污染及土壤和水體修復(fù)方面具有很好的應(yīng)用價(jià)值，對(duì)于生物表面活性劑在環(huán)境工程應(yīng)用方面的研究也不斷深入。

1生物表面活性劑概述

1.1概念

生物表面活性劑主要的組成因子為表面活性分子，這些表面活性分子是由微生物合成的。在對(duì)微生物進(jìn)行培養(yǎng)的過(guò)程中，微生物代謝會(huì)產(chǎn)生部分具有一定表/界面活性，集親水基和疏水基結(jié)構(gòu)于一分子內(nèi)部的兩親化合物，將其稱為生物表面活性劑。隨著生物技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，生物表面活性劑在石油開(kāi)采、環(huán)保、食品加工等方面逐漸得到廣泛應(yīng)用。

1.2性能

對(duì)于生物表面活性劑而言，其具有比較強(qiáng)的熱穩(wěn)定性，同時(shí)其化學(xué)穩(wěn)定性也比較好。比如，地衣芽孢桿菌所產(chǎn)生的脂肽在75℃的環(huán)境下能夠堅(jiān)持140個(gè)小時(shí)。而部分活性劑耐強(qiáng)酸與強(qiáng)堿，如0.0-D-海藻糖-6-棒桿霉菌酸脂，其在O.lmol/L鹽酸內(nèi)浸泡70小時(shí)后，就會(huì)有十分之一的糖脂被降解?？傊?，生物表面活性劑自身具有生理、藥理、免疫功能，原料來(lái)源廣泛，生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，常溫下能夠發(fā)生反應(yīng)。最為重要的是，生物表面活性劑用量少，沒(méi)有毒性，可以完全降解，對(duì)周圍環(huán)境不會(huì)造成污染和破壞。正是由于具有上述多方面的性能和特征，因而越來(lái)越受到人們重視，在環(huán)境工程的應(yīng)用愈加廣泛。

1.3生物表面活性劑特點(diǎn)

相比于傳統(tǒng)的化學(xué)合成表面活性劑來(lái)說(shuō)，生物表面活性劑的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：第一，表面張力與界面張力比較低；第二，耐溫性。對(duì)于部分生物表面活性劑而言，其在90℃的環(huán)境下依然具有表面活性；第三，耐鹽性。鹽溶液內(nèi)不容易出現(xiàn)鹽析的現(xiàn)象；第四，可生物降解性。生物表面活性劑在水體和土壤中容易降解；第五，環(huán)境友好性不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染和破壞仁可原位合成因而可以大大降低使用成本呂生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單常溫常壓下即可發(fā)生反應(yīng)；第六，生產(chǎn)原料來(lái)源廣闊、價(jià)廉可以利用工業(yè)廢料和農(nóng)副產(chǎn)品為原料生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生危害。

2生物表面活性劑的生產(chǎn)與提取

2.1生物表面活性劑的生產(chǎn)

現(xiàn)如今，在對(duì)生物表面活性劑進(jìn)行生產(chǎn)的過(guò)程中，通常采取的方法主要有兩種，分別為微生物發(fā)酵法與酶法。利用發(fā)酵法生產(chǎn)生物表面活性劑時(shí)，生物表面活性劑的類型與產(chǎn)量與生產(chǎn)菌的類型與生長(zhǎng)階段具有直接的關(guān)系，同時(shí)還和碳基質(zhì)的性質(zhì)，培養(yǎng)基中N、P和金屬離子Mgt+、Fe2+的濃度以及培養(yǎng)條件有關(guān)。相比于微生物發(fā)酵法，采用酶法制成的表面活性劑分子大部分為一些結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的分子，但是其在使用的時(shí)候同樣能夠促進(jìn)活性劑的表面活性增加，其主要的優(yōu)點(diǎn)在與在生產(chǎn)的過(guò)程提取費(fèi)用少，對(duì)各種產(chǎn)品的改良措施較多，并且能夠及時(shí)的針對(duì)其中存在的各種問(wèn)題進(jìn)行分析，提出合理有效的控制措施和方法。盡管現(xiàn)階段酶制劑成本較高，但通過(guò)基因工程技術(shù)增強(qiáng)酶的穩(wěn)定性與活性，有望降低其生產(chǎn)成本。

2.2生物表面活性劑的提取

在實(shí)際提取發(fā)酵產(chǎn)物的過(guò)程中，即對(duì)下游進(jìn)行處理，其中所耗用的支出費(fèi)用占總費(fèi)用的60%，其是生物表面活性劑在進(jìn)行商業(yè)化過(guò)程中的所存在的一個(gè)主要難題。生物表面活性劑中的生物最佳發(fā)酵的過(guò)程中進(jìn)行提取操作的方法，隨著物理化學(xué)所存在的性質(zhì)不同而有所不同。通常來(lái)說(shuō)，通過(guò)溶劑來(lái)進(jìn)行萃取是一種最為常見(jiàn)的生物提取手段，利用甲基一叔丁基醚來(lái)萃取紅球菌，從而生產(chǎn)出生物的表面活性劑，這個(gè)過(guò)程中可以得到較高的提取產(chǎn)率，也就是一升lOmg。

3生物表面活性劑在環(huán)境生物工程中的應(yīng)用

生物表面活性劑在環(huán)境生物工程中的許多方面都具有一定的用處，在實(shí)際生活與生產(chǎn)中，其主要在應(yīng)用于環(huán)境生物工程的如下幾個(gè)方面，詳見(jiàn)圖1。

3.1含油的污泥的處理

對(duì)于一些石油企業(yè)來(lái)說(shuō)，其在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中經(jīng)常會(huì)因?yàn)椴僮鞑缓侠矶沟梦勰嘀泻杏?。?duì)于這類污泥來(lái)說(shuō)，其中含有很多的烴類物質(zhì)，這些烴類物質(zhì)具有比較大的毒性，所以其對(duì)微生物的影響非常大。在利用微生物對(duì)含油的污泥進(jìn)行處理時(shí)，開(kāi)始的時(shí)候需要先進(jìn)行油泥預(yù)處理工作，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是將含油的污泥進(jìn)行脫油處理，通常都是利用微生物代謝后產(chǎn)生的活性劑來(lái)處理含油的污泥。由于微生物代謝產(chǎn)生的表面活性劑具有很強(qiáng)的增溶性能，因此可以降低烴類物質(zhì)的強(qiáng)吸附性，這樣就能將烴類物質(zhì)從污泥中分離出來(lái)，能夠有效的降低油泥中油類的含量。

3.2重金屬去除

對(duì)于被油污染的土壤來(lái)說(shuō)，其內(nèi)含有非常多的重金屬，若不對(duì)其加以處理，就會(huì)引發(fā)環(huán)境污染問(wèn)題，對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)產(chǎn)生制約作用。通過(guò)相關(guān)的研究得知，使用表面活性生物化學(xué)物質(zhì)、鼠李糖脂、槐糖脂的洗滌液對(duì)土壤進(jìn)行沖洗，可以將其中含有的鋅去除，同時(shí)還可以將土壤內(nèi)的有機(jī)態(tài)銅去除。部分研究中使用皂角普去除粘土、沙土、有機(jī)質(zhì)土壤、垃圾焚燒灰中的重金屬，并且效果良好。另外，還可以利用生物表面活性劑去除廢水中的金屬離子。例如，用吸附一浮選法除去工業(yè)廢水鋅離子，用活性劑的茶皂素浮選去除廢水中的鎬離子，不僅操作工藝簡(jiǎn)單，而且能取得良好的金屬離子去除效果。

3.3生物修復(fù)

在自然界內(nèi)，生物起著十分重要的作用。生物能夠促使有機(jī)物進(jìn)行降解，使生物環(huán)境更快地被修復(fù)。在實(shí)際工作的過(guò)程中，為了實(shí)現(xiàn)生物修復(fù)的目標(biāo)，就能夠直接通過(guò)使用發(fā)酵液的方法來(lái)進(jìn)行修復(fù)。通過(guò)這種措施的有效應(yīng)用不僅可以降低產(chǎn)品純化成本還能降低分離提取表面活性劑的成本處理效果佳成本低對(duì)整個(gè)生物修復(fù)工作產(chǎn)生重要影響，也有著較為廣闊的應(yīng)用前景冷后在實(shí)際工作中必將得到更為廣泛的應(yīng)用。

3.4有機(jī)物降解

為了將土壤內(nèi)有機(jī)污染物去除，就需要在對(duì)土壤進(jìn)行處理時(shí)應(yīng)添加生物表面活性劑，可以使污染物分散、增溶以及乳化，同時(shí)還能夠提升土壤生物的可利用性，以讓土壤內(nèi)的生物更快降解。特別是土壤在被石油污染后，在其中加入生物表面活性劑就會(huì)起到非常好的處理效果。有研究表明，采用銅綠假單胞菌合成的生物表面活性劑海藻糖脂在原油污染處理過(guò)程中能提高原油污染降解速度。另外，在土壤微生物體系中加入生物表面活性劑，能縮短油類降解時(shí)間，提高降解效果。

總的來(lái)說(shuō)，生物表面活性劑以其自身的特征，能夠在生物環(huán)境工程起到非常重要的作用。其中，生物表面活性劑在含油的污泥的處理、重金屬去除、生物修復(fù)以及有機(jī)物降解方面的應(yīng)用比較多，并起到了非常顯著的效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]周素蕾，王紅武，馬魯銘.生物表面活性劑及其在環(huán)境工程中的應(yīng)用[J].水處理技術(shù)，2009，3511：33-36+44.