表面活性劑好氧初級生物降解研究.pdf

1、表面活性劑廣泛應用于生產(chǎn)生活的各個部門，大量的表面活性劑使用完后，一般直接排放到環(huán)境中，生物降解是其去除的主要途徑。表面活性劑工業(yè)歷史發(fā)生過兩次戲劇性的變革，一次是上世紀50年代，洗滌劑中的主表面活性劑四聚丙烯烷基苯磺酸鈉(TBS)由于耐生物降解，被降解性能較好的直鏈烷基苯磺酸鈉(LAS)取代；另一次是上世紀末，廣泛用作織物柔軟劑的雙十八烷基二甲基氯化銨由于降解緩慢，被易生物降解的酯基季銨鹽取代，兩次變革都是因為表面活性劑的生物降解性能

2、引起。由此可見，表面活性劑的生物降解性能對表面活性劑工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。另外，歐洲的一些國家利用表面活性劑生物降解性能，對我國的紡織品設置“綠色壁壘”，限制我國的紡織品出口，阻礙我國的經(jīng)濟發(fā)展。因此，無論從環(huán)境保護還是經(jīng)濟發(fā)展的角度，現(xiàn)階段在我國開展表面活性劑生物降解方面的研究非常必要。 本文首先將活性污泥在好氧條件下培養(yǎng)、馴化，然后接入降解瓶中對表面活性劑振蕩降解。對壬基酚聚氧乙烯醚、直鏈醇與支鏈醇APGs、陽離子和

3、兩性離子表面活性劑、油溶性表面活性劑、含硅和含氟表面活性劑等的生物降解進行了研究，發(fā)現(xiàn)： 長鏈壬基酚聚氧乙烯醚(NPEO)及其降解產(chǎn)物都是可降解的。降解時NPEO首先快速降解為短鏈NP2～5EO，此后NP2～5EO緩慢降解為NP1EO，然后繼續(xù)進行苯環(huán)的降解。苯環(huán)的降解是伴隨著短鏈NP2～5EO的降解而被降解的。降解過程中沒有檢測到壬基酚(NP)。降解20d后，短鏈NPEO完全降解，殘留的為快速降解階段未完全降解的長鏈NPEO。

4、導致人們誤解NPEO降解產(chǎn)物不能完全降解的原因可能是一般試驗條件中的高濃度活性污泥導致：短鏈NPEO極易吸附于固體懸浮物上，使微生物未能在完全好氧條件下對其降解，而本試驗采用馴化的活性污水，正好避免了這一點。最后，實驗室中篩選到一株較高效NPEO降解菌株，為假單胞屬，10d后能降解40％左右的苯環(huán)，有望用于含NPEO的污水處理中。 直鏈醇和支鏈醇APGs都很容易生物降解。疏水鏈長增加，降解性能稍有降低；糖苷聚合度對降解速度有顯著

5、影響，糖苷聚合度增加，降解速度下降。APGs可能的降解途徑為：降解時首先進行醚鍵水解，生成醇和糖，然后分別被繼續(xù)氧化為CO2和H2O。由于APGs首先水解生成糖和醇，因此烷基支鏈不顯著影響其降解性能。降解位點靠近糖基，由于空間阻礙作用使降解速度降低。由于降解過程中多糖水解為葡萄糖，而葡萄糖/蒽酮絡合物的摩爾吸光系數(shù)大于APGs/蒽酮的摩吸光系數(shù)，因此使降解曲線出現(xiàn)平臺。 用金橙Ⅱ法測定陽離子和兩性離子表面活性劑生物降解度時，測量

6、范圍和重復性均好于二硫藍法。另外，金橙Ⅱ法操作過程快速簡便，不需要另外的離子交換步驟消除陰離子干擾。陽離子和兩性離子表面活性劑都具有較好的生物降解性，一般1d內(nèi)降解度就可達到90％以上，降解相對較慢的雙C8C10Me2NCl和C12Me2NO也能在2d內(nèi)完全降解，其降解速度快于一般的陰離子和非離子表面活性劑。兩性離子表面活性劑與陽離子表面活性劑的降解符合Boltzmann模型；疏水鏈較短、親水基空間位阻較小、親水基含有易水解基團的陽離子

7、和兩性離子表面活性劑，降解性能較好。 搖瓶試驗中，超聲乳化法是油溶性表面活性劑生物降解度測定的首選預分散方法；高氯酸鐵法可以作為酯類油溶性表面活性劑生物降解度的測定方法。常見油溶性表面活性劑均具有較好的生物降解潛能。 鏈長小于18的單烷基叔胺、鏈長小于16，16的雙烷基叔胺以及鏈長小于10，10，10的三烷基叔胺可被生物降解。烷基叔胺隨鏈長增加，降解性能逐漸降低；單鏈、雙鏈、三鏈烷基叔胺降解性能也逐步下降；烷基叔胺的降解

8、性能和烷基季銨鹽的相差不大。烷基叔胺可以被完全降解為CO2、H2O及無機鹽。 硅氧烷非離子表面活性劑(L-77)2d后降解度達到90％以上，氟非離子表面活性劑(DupontTMJW-50和JW-401)1d后降解度達到90％以上。相同親水基的非離子表面活性劑，硅氧烷鏈的降解性能低于全氟碳鏈的，全氟碳鏈的又低于普通碳氫鏈的。ESI-MS分析表明，硅氧烷鏈在培養(yǎng)液中會很快水解，但此后很難被降解；碳氟鏈可能先脫去氟原子后進行了ω和β氧

9、化被降解。 表面活性劑的初級生物降解性能主要由疏水基團決定，疏水鏈長、鏈的支化度以及鏈的性質(zhì)對表面活性劑的生物降解性能有非常重要的影響。當表面活性劑親水基團中不含可水解基團時，烷基鏈長、烷基鏈支化度增加，降解性能會明顯降低，當親水基團含有可水解基團時，烷基鏈長、烷基支化度增加，對降解性能影響不大或使降解性能稍降低；親水基團主要影響表面活性劑的降解速度。當親水基團含有易水解或易裂解基團，表面活性劑生物降解速度明顯加快。帶正電荷的陽

10、離子表面活性劑降解速度快于非離子表面活性劑；非離子表面活性劑生物降解速度快于陰離子表面活性劑。EO鏈增加，降解速度降低。PO基團的降解性能差于EO基團。 論文在NPEO的生物降解途徑、支鏈醇APGs的生物降解性能、陽離子和兩性離子表面活性劑生物降解度測定方法及含硅含氟特種表面活性劑生物降解性能方面的研究具有創(chuàng)新性。 上述發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新對我國探索表面活性劑生物降解性能與結(jié)構(gòu)的關系，從而合理使用表面活性劑、指導表面活性劑的合成，