表面活性剂降解技术的分析

摘要：随着煤化工和石油化工的发展，表面活性剂在工农业生产部门得到广泛的应用。本文主要研究和分析了表面活性剂降解技术，详细讲解了表面活性剂的概念及表面活性剂对环境的影响，简要介绍了表面活性剂的温和性和安全性，最后针对表面活性剂的重要的生物降解过程和降解机理展开论述。

关键词：表面活性剂;降解技术;方法探究;安全性

在表面活性剂使用量逐年增长的情况下，表面活性剂和生态环境的相容性引发了人们的高度重视。为了有效的保护环境，促进生态环境的良性循环，绿色化研究也应运而生。简单来讲，绿色化研究是指促进表面活性剂的生产产品和生产过程绿色化，有机减少化学成分，从而保证生物降解的安全。

1表面活性剂生物降解的全面概述

表面活性剂被广泛应用，它是许多工业部门必须应用的化学助剂，其用量小收效大。但对于大部分表面活性剂来讲，使用后会被排放到自然环境中。在这种情况下，如果不进行生物降解工作，会污染自然环境破坏生态平衡。生物降解是减少自然化学药品含量的有效措施，能够促进生态环境的良性循环。

1.1表面活性剂生物降解技术概述

为了有效的控制生态环境的恶化，对表面活性剂降解技术的研究得到了广泛关注。生物降解指的是利用微生物的分解作用，在有氧和无氧的条件下，对有机碳化物进行分解，将其分解成为细胞物质，并进一步开发成能源进行再利用，从而分解成为二氧化碳、甲烷和水的过程。而表面活性剂生物降解指的是在微生物的作用下表面活性剂会发生结构和成分的变化，从而形成对于环境来讲无害的分子结构，有利于环境的保护。表面活性剂的生物降解性的指标主要包括两个方面：一是生物降解度;二是降解时间和半衰期，从而达到最佳的生物降解过程。

1.2表面活性剂生物降解的过程

表面活性剂生物降解的实质是把有害于环境的大分子转换成无害于环境的小分子，从而把无生命的有机物打造成较简单的有机物。生物降解是一个漫长的过程，经常是分步进行的。简单来讲，生物降解主要研究由细菌活动所造成的表面活性剂的氧化过程。它主要分为三个部分：第一步是初级生物降解，初级降解主要包括裂解和吸附，在这个过程中促使表面活性剂的表面活性基本丧失;第二步是次级生物降解，在环境允许的范围内进行生物降解，保障降解产物不污染环境;第三步是最终生物降解，即把表面活性剂转换为二氧化碳、水等无机物。通过表面活性剂的生物降解能够降低对环境的污染，从而测定出更加精确的速率值，为工业、农业的生产带来更有效的帮助。

1.3表面活性剂生物降解的分类

根据是否需要氧气以及降解环境的不同，表面活性剂生物降解可以分为厌氧生物降解和好氧生物降解两个部分。厌氧生物降解主要是依靠不同的微生物合作而成，让微生物在缺氧的条件下进行有机化合物的降解，从而将分子中的碳转换成甲烷和部分二氧化碳。厌氧生物降解主要分为三个阶段：发酵水母、产酸脱氢、产生甲烷。好氧生物降解是指微生物在氧气充足的条件下对有机化合物进行降解，从而把有机化合物氧化为二氧化碳。好氧生物的降解主要有三种氧化方式：ω- 氧化方式、芳环氧化方式以及β- 氧化方式。

1.3.1厌氧生物降解实验方法

表面活性剂厌氧生物降解的实验方法主要分为两步，第一步是筛查试验法，第二步是模拟测试法。

简单来讲，筛查实验法一般用于常规试验，特征设计较为简单，大多数的筛查实验主要在水介质中进行。在实验过程中，经常使用高于环境的受试物和接种物比例，在更严格的环境下确定表面活性剂的最终降解率。但由于受到条件的限制，现实环境和测试条件相差会比较大。

模拟测试法为了促使实验过程更接近于真实环境，而设计出具有持续性的工作系统。同时，搅拌釜系统、上流式污泥层系统以及固定床反应器等厌氧生物反应器都可以用于连续性操作。在当前阶段，模拟实验法规主要依据于2008年建立的OECD114测试法。该测试法可以用来研究物质的矿化率和初级降解速率，能够有效的模仿厌氧污泥、活性污泥、混合地表水、没有经过处理的污水、下水道系统等多种情况。模拟测试法的主要特点是保证测试结果更接近于真实环境，促使受试物在不同的厌氧环境中能够得到有效的动力学降解信息;在适当的环境下培养适用于环境的微生物菌群。

1.3.2表面活性剂的厌氧生物降解影响因素

在当前阶段，表面活性剂的厌氧生物降解主要受微生物、环境和受试物三方面因素影响。具体来讲，微生物的种类、浓度以及不同微生物之间的相互作用都会影响厌氧生物降解。同时，表面活性剂的化学组成和结构决定了其溶解性和分子间的吸引、排斥等作用，对于生物降解性能也会产生一定的影响作用。在环境因素方面，温度和PH值都会影响生物的降解速率。在PH值为中性的条件下，微生物对碳源的利用率最高，也最适宜微生物的生长繁殖。

2一些重要表面活性剂的生物降解研究

对于烷基醚硫酸盐、烷基硫酸盐、直链烷基苯磺酸盐、阴离子表面活性剂、两性离子表面活性剂、非离子表面活性剂以及胺和酰胺类都属于一些比较重要的表面活性剂的生物降解，以下是对其生物降解过程的详细论述。

第一，烷基醚硫酸盐主要通过醚酶断裂醚键的生物降解，在完成生物降解之后通过脱氧酶逐和烷基硫酸脂酶进行逐步降解。而烷基硫酸盐的生物降解主要是通过烷基硫阴离子表面活性剂的生物降解性，先通过烷基硫酸脂酶脱硫酸根，然后经脱氢酶脱氢氧化氧化为二氧化碳和水。直链烷基苯磺酸盐是一种研究较为广泛的表面活化剂生物降解类型，一般认为其降解机理主要是在辅酶、二氧化碳等作用下，通过ω和β-氧化进行逐级降解。最后经过氧化降解为水、硫酸盐和二氧化碳等物质。

第二，阴离子表面活性剂。阴离子表面活性剂是在水溶液离解时生成的表面活性离子带负电荷，是消耗量最大的表面活性剂品种。阴离子表面活性剂通常可按照其亲水基分为羧酸盐型、磺酸盐型、硫酸（酯）盐型和磷酸（酯）盐型等，具有低廉的成本和优异的综合性能，在生物降解性能研究占比最多。

第三，两性离子表面活性剂。在表面活性剂的生物降解过程研究中，两性离子表面活性剂使用量較少。烷基酰胺甜菜碱易在被厌氧在降解四周内，较高的表面活性剂比例通常会阻碍气体的产生，而在后期适应后气体产量会逐渐增加。

3表面活性剂厌氧生物降解分析方法

3.1表面活性剂浓度变化分析

因为表面活性剂的特点具有表面活性，可以从表面活性剂浓度变化分析厌氧生物降解。表面活性剂浓度变化分析可以运用表面活性法、专用化学法和其他方法进行分析。通过测量泡沫、表面张力能够有效的展现表面活性剂的消失程度。而专用化学法主要涉及硫酸盐和离子对比方法，运用化学有机物来测定表面活性剂的初级降解率。

3.2气体产量分析

表面活性剂生物降解的最终产物主要是甲烷和二氧化碳，因此可以运用气体产量分析法来研究表面活性剂厌氧生物的降解过程。在这个过程中，大多时采用呼吸计量法，以此来测出有机物实际的产气量。

4小结

综上所述，由于表面活性剂最终会通过废水排到自然界当中，会破坏自然环境，造成水污染。而表面活性剂的生物降解能够降低对环境的污染，测定出更加精确的速率值，从而为工业、农业的生产带来有效的帮助。因此，科学研究者应该不断加强对表面活性剂生物降解的研究，推动其更好的发展。

参考文献：

[1] 张晓青，郝建安，任华峰，等.生物表面活性剂对红球菌SY095降解正十六烷及细胞表面性质的影响[J].生物技术通讯，2017，28（3）：328-332.

[2] 肖进新.天然表面活性剂（待续）[J].日用化学品科学，2017，40（4）：7-11.

作者简介：

杨建霞、女、1970年10月出生、本科、工程师、专业：化工化验.

（作者单位：开封市供水总公司）