生物表面活性劑在污水處理中的應(yīng)用及前景

陸培志

（廣州材高環(huán)?？萍加邢薰?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(dòng)植物萃取方法獲取的一類具有表面活性的物質(zhì)，該物質(zhì)和化學(xué)表面活性劑一樣具有親水基和憎水基結(jié)構(gòu)[1]。在我國化學(xué)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(huán)境風(fēng)險(xiǎn)?；瘜W(xué)表面活性劑若排放到城市污水中，會(huì)影響水處理廠的曝氣沉淀過程，并且對(duì)水處理過程中的微生物產(chǎn)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(qiáng)，而且具有較好的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性，最重要的是可以進(jìn)行生物降解，環(huán)境友好。生物表面活性劑結(jié)構(gòu)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(zhì)-多糖復(fù)合物等聚合物類及細(xì)胞膜組分等全細(xì)胞本身[3]。生物表面活性劑的研究近年來蓬勃發(fā)展，在醫(yī)藥、環(huán)保、食品、化工等領(lǐng)域都具有較多的應(yīng)用，本文綜述了生物表面活性劑在污水中的應(yīng)用，尤其是在重金屬和有機(jī)污染物的處理上的應(yīng)用研究。

1 污水重金屬處理中的應(yīng)用

生物表面活性劑由于在降解重金屬方面具有高效環(huán)保的特點(diǎn)，可以有效的促進(jìn)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(rèn)為生物表面活性劑去除重金屬的機(jī)制主要是絡(luò)合作用。鼠李糖脂具有良好的親水基團(tuán)和疏水基團(tuán)，疏水端與污染物分子結(jié)合，親水端與污泥的孔際水結(jié)合，使水在污泥顆粒周圍形成穩(wěn)定的液膜，為微生物提供了良好的表面環(huán)境，有利于微生物對(duì)水體中污染物質(zhì)的吸收利用，促進(jìn)微生物的生長繁殖，促進(jìn)污水中污染物質(zhì)的降解。有實(shí)驗(yàn)表明，鼠李糖脂可以和重金屬Cd、Pb、Zn、Cu等發(fā)生作用，但絡(luò)合作用的強(qiáng)弱具有選擇性。在剩余污泥中，重金屬的形態(tài)是決定鼠李糖脂對(duì)其作用的關(guān)鍵因素，其中污泥中可交換態(tài)和碳酸鹽態(tài)的重金屬去除率最大，其次為鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)的重金屬及硫化物結(jié)合態(tài)的重金屬?；碧侵彩菍?duì)可交換態(tài)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(duì)不同種類的重金屬去除率有明顯差別[4]。

2 污水有機(jī)污染物處理中的應(yīng)用

在有機(jī)污染物的處理方面，生物表面活性劑在對(duì)原油污水的處理過程中得到了充分的應(yīng)用，由于其安全無毒，水溶性好、反應(yīng)產(chǎn)物單一、驅(qū)油效果好的特點(diǎn)而被廣泛關(guān)注。生物表面活性劑容易使原油分子發(fā)生乳化現(xiàn)象，并且溶解性提高，從而使其生物可利用性提高，促進(jìn)了其降解效率。在微生物利用有機(jī)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(fù)雜，涉及到多種物理、化學(xué)、生物過程。研究表明，鼠李糖脂可以提高微生物對(duì)正十六烷的降解率，加入鼠李糖脂可以明顯減小培養(yǎng)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(tài)，促進(jìn)微生物細(xì)胞和疏水有機(jī)物的接觸[5]。孫等[6]研究了槐糖脂對(duì)含油污泥的生物修復(fù)作用，發(fā)現(xiàn)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(shí)現(xiàn)油污的降解率為40.1%，是一種有效的修復(fù)含油污泥的方法。但是在有機(jī)污染物修復(fù)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(fā)揮出最佳效率。另外生物表面活性劑對(duì)菲、多環(huán)芳烴、有機(jī)氯殺蟲劑等有機(jī)污染物也有一定的去除作用。

3 污水處理中的其他應(yīng)用

生物表面活性劑可以作為絮凝劑，對(duì)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(huì)對(duì)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(shù)中，模擬廢水研究表明，生物表面活性劑對(duì)單氣泡的浮升運(yùn)動(dòng)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(qiáng)氣泡穩(wěn)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(jié)語

最后需要指出的是生物表面活性劑在應(yīng)用過程中會(huì)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(huán)境因素的綜合影響，在針對(duì)不同的目標(biāo)污染物和使用目的下應(yīng)該進(jìn)行最優(yōu)條件選擇，以便滿足達(dá)到理想效果和滿足實(shí)際需求。目前生物表面活性劑雖然越來越引起了學(xué)者們的關(guān)注，但生物表面活性劑的大量提純制品仍舊非常困難，多數(shù)品類還處于實(shí)驗(yàn)研究階段，沒有進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)，而且比起化學(xué)表面活性劑，其成本高昂，除少數(shù)品類外，目前還無法與市場(chǎng)上工業(yè)合成的表面活性劑相抗衡。

[1]藍(lán)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(xué)，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(chǎn)生極其在環(huán)境污染治理中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，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(tài)修復(fù)中的應(yīng)用[J].城市環(huán)境與城市生態(tài)，2006,19（5）：1-5.

[5]陳延君，王紅旗，王然等.鼠李糖脂對(duì)微生物降解正十六烷以及細(xì)胞表面性質(zhì)的影響[J].環(huán)境科學(xué)，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(fù)研究[J].中國海洋大學(xué)學(xué)報(bào)，2017,47：72-80.

[7]朱婷婷.環(huán)境友好型生物表面活性劑對(duì)浮選氣泡動(dòng)力學(xué)的影響研究[D].陜西：長安大學(xué)，2012.