生物表面活性剂在处理原油污水中的应用研究

王 艳 王盛纬

摘要:文章针对石油污染生物治理过程中石油烃污染物生物可利用性差、生物降解速率低等问题,应用鼠李糖脂生物表面活性剂来强化石油烃污染物的生物降解,重点考察生物表面活性剂在强化石油烃污染物生物降解中的作用过程和作用机理,为生物表面活性剂在石油烃污染生物治理中的应用提供理论和应用基础。

关键词:石油烃污染物;生物表面活性剂;活性污泥;鼠李糖脂;微生物生物降解

中图分类号:X171文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)21-0115-02

大量的原油污水,严重威胁着人类的健康和生存环境。原油污水的处理方法有:物理方法、化学方法及生物方法。相较其他两种方法,生物技术处理石油污染物,已成为一种经济效益和环境效益俱佳的手段。

由于石油烃自然降解的过程较慢,生物法处理原油时,微生物可能被油黏附并包裹,限制了微生物的呼吸、新陈代谢及生长繁殖,造成处理效果下降,有时还会出现污泥上浮、微生物的大量死亡等现象,严重影响污水处理系统的正常运行。研究表明,表面活性剂可以促进石油烃的乳化,提高石油烃在水中溶解度及生物可利用性。但化学表面活性剂本身具有毒性且难于降解,因而会引入二次污染。生物表面活性剂不仅具有同化学表面活性剂相当的表面活性和乳化性能,而且具有低毒和易于生物降解等独特优点,另外,许多烃类降解菌可原位合成生物表面活性剂,这使其在石油烃污染场地的生物治理方面具有广阔的应用前景。鼠李糖脂作为一种表面活性和乳化性能强的生物表面活性剂,被广泛地用于生物清洗和生物降解,其中最主要被用于废油污染的治理。

本研究利用废油发酵产生鼠李糖脂,在活性污泥处理时,不同量浓度的鼠李糖脂对石油烃类物质降解速度和降解率的影响。考察鼠李糖脂对不同种类烃类物质(烷烃、芳香烃)的降解速度和降解率的影响。

一、实验材料和方法

(一)实验材料

实验用鼠李糖纸的浓度为18.7g/L。

污泥的MLSS值为500mg/L。

(二)降解率计算:水中油含量测定(IR法)

取500mL降解后水样,用氯仿/四氯化碳10mL进行梯次萃取,进行红外分析,与之前绘制的油样标准曲线进行对比,得到水中余油量,计算得到降解率。

(三)不同温度下润滑油的降解

在活性污泥玻璃池中,分别添加600mg/L的润滑油和两种浓度的鼠李糖脂,另加一个空白对比,分别在20、25、30三个温度下降解24小时,取水样分析,测定降解率。

(四)降解动力学的研究

考察活性污泥系统对石油烃的降解动力学,在污泥池中加入600mg/L的润滑油和0.625ml/L的鼠李糖脂发酵液,分别于8、16、24、32小时取样分析水样。

(五)微生物对不同烃类的降解能力测定

1.正十六烷在室温(25℃)下的降解。加入量分别600mg/L,取样时间24h。

2.芳香族在室温(25℃)下的降解。实验中考虑到芳香族对微生物的毒害,二甲苯的添加量逐渐增加的,分别为300mg/L和600mg/L,最终以600mg/L的实验结果为准。

3.二甲苯的降解率。文献报道,活性污泥对芳香族处理效率比较低,而现实情况与文献描述不符合,故设想水中余油较低的原因是主要由于污泥吸附,遂取处理二甲苯的污泥进行萃取,红外分析污泥中吸附量,最终数据处理中扣除。再考虑二甲苯的24小时挥发量,最终确定活性污泥池对二甲苯的降解率。

二、结果与讨论

(一)不同温度下润滑油的降解

(二)正十六烷在室温(25℃)下的降解

(三)芳香族在室温(25℃)下的降解

观察污泥的状况,发现600mg/L依然属于污泥降解负荷之内,见表1,表2:

加入量分别300mg/L,取样时间24h。

加入量分别600mg/L,取样时间24h。

(四)二甲苯的降解率

25℃时,活性污泥池对二甲苯的降解率见表3,图3:

(五)活性污泥对正十六烷和二甲苯的降解效率比较

实验结果说明,饱和烃的降解率高于低分子量的芳香族烃类化合物。

比较鼠李糖脂和传统表面活性剂,发现其在理化指标上毫不逊色,环境影响对石油烃的降解往往具有决定性的作用。温度对微生物降解石油烃的影响主要是对石油烃物理状态、化学组成的影响(特别是对微生物可接触到的石油烃的表面积的大小和挥发后供微生物降解的石油烃类组成的影响)以及对微生物本身代谢活性的影响。微生物对石油烃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温度范围内才能得以发挥,因此温度对生物降解有不可消除的影响。通过观察润滑油的降解动力学曲线,发现16小时后,润滑油基本降解完全。本实验采用液态润滑油作为混合烃类代表,其降解率比较选用原油作为降解物的实验结果要好的多,说明石油烃的物理状态对其微生物降解有显著影响。在水体系中,微生物主要在油-水界面活动,油的分散程度直接影响微生物能接触到的石油烃的表面积,油-水界面面积的增加,不仅使石油烃更易到达微生物,而且进入水体的乳化液滴使氧和营养物更易被微生物获得,从而促进微生物对石油烃的降解作用

参考文献

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作者简介:王艳(1986-),东北师范大学商学院硕士研究生,助理工程师,研究方向:应用化学。