淺析生物表面活性劑在環境生物工程中的應用

張兵

摘 要：文章主要從生物表面活性劑的概念、特性與特點三個方面，對表面活性劑展開了相應的論述，并探討了生物表面活性劑的生產與提取，最后展開了對生物表面活性劑在環境生物工程中的應用研究，希望有所裨益。

關鍵詞：生物表面活性劑；環境生物工程；應用

很多化學表面活性劑表面性質優良，但往往使用成本較高、用量大，且容易對環境造成二次污染。隨著人類環保意識的增強以及現代生物技術的進步，生物表面活性劑工業的發展受到了極大的推動，發展越來越迅速，并有逐步取代化學合成表面活性劑的趨勢。生物表面活性劑因其眾多優點越來越受重視，在石油等有機溶劑污染、重金屬污染及土壤和水體修復方面具有很好的應用價值，對于生物表面活性劑在環境工程應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。在對微生物進行培養的過程中，微生物代謝會產生部分具有一定表/界面活性，集親水基和疏水基結構于一分子內部的兩親化合物，將其稱為生物表面活性劑。隨著生物技術的發展和進步，生物表面活性劑在石油開采、環保、食品加工等方面逐漸得到廣泛應用。

1.2性能

對于生物表面活性劑而言，其具有比較強的熱穩定性，同時其化學穩定性也比較好。比如，地衣芽孢桿菌所產生的脂肽在75℃的環境下能夠堅持140個小時。而部分活性劑耐強酸與強堿，如0.0-D-海藻糖-6-棒桿霉菌酸脂，其在O.lmol/L鹽酸內浸泡70小時后，就會有十分之一的糖脂被降解。總之，生物表面活性劑自身具有生理、藥理、免疫功能，原料來源廣泛，生產工藝簡單，常溫下能夠發生反應。最為重要的是，生物表面活性劑用量少，沒有毒性，可以完全降解，對周圍環境不會造成污染和破壞。正是由于具有上述多方面的性能和特征，因而越來越受到人們重視，在環境工程的應用愈加廣泛。

1.3生物表面活性劑特點

相比于傳統的化學合成表面活性劑來說，生物表面活性劑的特點主要表現在如下幾點：第一，表面張力與界面張力比較低；第二，耐溫性。對于部分生物表面活性劑而言，其在90℃的環境下依然具有表面活性；第三，耐鹽性。鹽溶液內不容易出現鹽析的現象；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，環境友好性不對環境產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工藝簡單常溫常壓下即可發生反應；第六，生產原料來源廣闊、價廉可以利用工業廢料和農副產品為原料生產過程對環境不產生危害。

2生物表面活性劑的生產與提取

2.1生物表面活性劑的生產

現如今，在對生物表面活性劑進行生產的過程中，通常采取的方法主要有兩種，分別為微生物發酵法與酶法。利用發酵法生產生物表面活性劑時，生物表面活性劑的類型與產量與生產菌的類型與生長階段具有直接的關系，同時還和碳基質的性質，培養基中N、P和金屬離子Mgt+、Fe2+的濃度以及培養條件有關。相比于微生物發酵法，采用酶法制成的表面活性劑分子大部分為一些結構較為簡單的分子，但是其在使用的時候同樣能夠促進活性劑的表面活性增加，其主要的優點在與在生產的過程提取費用少，對各種產品的改良措施較多，并且能夠及時的針對其中存在的各種問題進行分析，提出合理有效的控制措施和方法。盡管現階段酶制劑成本較高，但通過基因工程技術增強酶的穩定性與活性，有望降低其生產成本。

2.2生物表面活性劑的提取

在實際提取發酵產物的過程中，即對下游進行處理，其中所耗用的支出費用占總費用的60%，其是生物表面活性劑在進行商業化過程中的所存在的一個主要難題。生物表面活性劑中的生物最佳發酵的過程中進行提取操作的方法，隨著物理化學所存在的性質不同而有所不同。通常來說，通過溶劑來進行萃取是一種最為常見的生物提取手段，利用甲基一叔丁基醚來萃取紅球菌，從而生產出生物的表面活性劑，這個過程中可以得到較高的提取產率，也就是一升lOmg。

3生物表面活性劑在環境生物工程中的應用

生物表面活性劑在環境生物工程中的許多方面都具有一定的用處，在實際生活與生產中，其主要在應用于環境生物工程的如下幾個方面，詳見圖1。

3.1含油的污泥的處理

對于一些石油企業來說，其在實際運行的過程中經常會因為操作不合理而使得污泥中含有油。對于這類污泥來說，其中含有很多的烴類物質，這些烴類物質具有比較大的毒性，所以其對微生物的影響非常大。在利用微生物對含油的污泥進行處理時，開始的時候需要先進行油泥預處理工作，簡單來說就是將含油的污泥進行脫油處理，通常都是利用微生物代謝后產生的活性劑來處理含油的污泥。由于微生物代謝產生的表面活性劑具有很強的增溶性能，因此可以降低烴類物質的強吸附性，這樣就能將烴類物質從污泥中分離出來，能夠有效的降低油泥中油類的含量。

3.2重金屬去除

對于被油污染的土壤來說，其內含有非常多的重金屬，若不對其加以處理，就會引發環境污染問題，對農作物的生長產生制約作用。通過相關的研究得知，使用表面活性生物化學物質、鼠李糖脂、槐糖脂的洗滌液對土壤進行沖洗，可以將其中含有的鋅去除，同時還可以將土壤內的有機態銅去除。部分研究中使用皂角普去除粘土、沙土、有機質土壤、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，不僅操作工藝簡單，而且能取得良好的金屬離子去除效果。

3.3生物修復

在自然界內，生物起著十分重要的作用。生物能夠促使有機物進行降解，使生物環境更快地被修復。在實際工作的過程中，為了實現生物修復的目標，就能夠直接通過使用發酵液的方法來進行修復。通過這種措施的有效應用不僅可以降低產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整個生物修復工作產生重要影響，也有著較為廣闊的應用前景冷后在實際工作中必將得到更為廣泛的應用。

3.4有機物降解

為了將土壤內有機污染物去除，就需要在對土壤進行處理時應添加生物表面活性劑，可以使污染物分散、增溶以及乳化，同時還能夠提升土壤生物的可利用性，以讓土壤內的生物更快降解。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，能縮短油類降解時間，提高降解效果。

總的來說，生物表面活性劑以其自身的特征，能夠在生物環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、生物修復以及有機物降解方面的應用比較多，并起到了非常顯著的效果。

參考文獻：

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