表面活性劑降解技術的分析

摘要：隨著煤化工和石油化工的發展，表面活性劑在工農業生產部門得到廣泛的應用。本文主要研究和分析了表面活性劑降解技術，詳細講解了表面活性劑的概念及表面活性劑對環境的影響，簡要介紹了表面活性劑的溫和性和安全性，最后針對表面活性劑的重要的生物降解過程和降解機理展開論述。

關鍵詞：表面活性劑;降解技術;方法探究;安全性

在表面活性劑使用量逐年增長的情況下，表面活性劑和生態環境的相容性引發了人們的高度重視。為了有效的保護環境，促進生態環境的良性循環，綠色化研究也應運而生。簡單來講，綠色化研究是指促進表面活性劑的生產產品和生產過程綠色化，有機減少化學成分，從而保證生物降解的安全。

1表面活性劑生物降解的全面概述

表面活性劑被廣泛應用，它是許多工業部門必須應用的化學助劑，其用量小收效大。但對于大部分表面活性劑來講，使用后會被排放到自然環境中。在這種情況下，如果不進行生物降解工作，會污染自然環境破壞生態平衡。生物降解是減少自然化學藥品含量的有效措施，能夠促進生態環境的良性循環。

1.1表面活性劑生物降解技術概述

為了有效的控制生態環境的惡化，對表面活性劑降解技術的研究得到了廣泛關注。生物降解指的是利用微生物的分解作用，在有氧和無氧的條件下，對有機碳化物進行分解，將其分解成為細胞物質，并進一步開發成能源進行再利用，從而分解成為二氧化碳、甲烷和水的過程。而表面活性劑生物降解指的是在微生物的作用下表面活性劑會發生結構和成分的變化，從而形成對于環境來講無害的分子結構，有利于環境的保護。表面活性劑的生物降解性的指標主要包括兩個方面：一是生物降解度;二是降解時間和半衰期，從而達到最佳的生物降解過程。

1.2表面活性劑生物降解的過程

表面活性劑生物降解的實質是把有害于環境的大分子轉換成無害于環境的小分子，從而把無生命的有機物打造成較簡單的有機物。生物降解是一個漫長的過程，經常是分步進行的。簡單來講，生物降解主要研究由細菌活動所造成的表面活性劑的氧化過程。它主要分為三個部分：第一步是初級生物降解，初級降解主要包括裂解和吸附，在這個過程中促使表面活性劑的表面活性基本喪失;第二步是次級生物降解，在環境允許的范圍內進行生物降解，保障降解產物不污染環境;第三步是最終生物降解，即把表面活性劑轉換為二氧化碳、水等無機物。通過表面活性劑的生物降解能夠降低對環境的污染，從而測定出更加精確的速率值，為工業、農業的生產帶來更有效的幫助。

1.3表面活性劑生物降解的分類

根據是否需要氧氣以及降解環境的不同，表面活性劑生物降解可以分為厭氧生物降解和好氧生物降解兩個部分。厭氧生物降解主要是依靠不同的微生物合作而成，讓微生物在缺氧的條件下進行有機化合物的降解，從而將分子中的碳轉換成甲烷和部分二氧化碳。厭氧生物降解主要分為三個階段：發酵水母、產酸脫氫、產生甲烷。好氧生物降解是指微生物在氧氣充足的條件下對有機化合物進行降解，從而把有機化合物氧化為二氧化碳。好氧生物的降解主要有三種氧化方式：ω- 氧化方式、芳環氧化方式以及β- 氧化方式。

1.3.1厭氧生物降解實驗方法

表面活性劑厭氧生物降解的實驗方法主要分為兩步，第一步是篩查試驗法，第二步是模擬測試法。

簡單來講，篩查實驗法一般用于常規試驗，特征設計較為簡單，大多數的篩查實驗主要在水介質中進行。在實驗過程中，經常使用高于環境的受試物和接種物比例，在更嚴格的環境下確定表面活性劑的最終降解率。但由于受到條件的限制，現實環境和測試條件相差會比較大。

模擬測試法為了促使實驗過程更接近于真實環境，而設計出具有持續性的工作系統。同時，攪拌釜系統、上流式污泥層系統以及固定床反應器等厭氧生物反應器都可以用于連續性操作。在當前階段，模擬實驗法規主要依據于2008年建立的OECD114測試法。該測試法可以用來研究物質的礦化率和初級降解速率，能夠有效的模仿厭氧污泥、活性污泥、混合地表水、沒有經過處理的污水、下水道系統等多種情況。模擬測試法的主要特點是保證測試結果更接近于真實環境，促使受試物在不同的厭氧環境中能夠得到有效的動力學降解信息;在適當的環境下培養適用于環境的微生物菌群。

1.3.2表面活性劑的厭氧生物降解影響因素

在當前階段，表面活性劑的厭氧生物降解主要受微生物、環境和受試物三方面因素影響。具體來講，微生物的種類、濃度以及不同微生物之間的相互作用都會影響厭氧生物降解。同時，表面活性劑的化學組成和結構決定了其溶解性和分子間的吸引、排斥等作用，對于生物降解性能也會產生一定的影響作用。在環境因素方面，溫度和PH值都會影響生物的降解速率。在PH值為中性的條件下，微生物對碳源的利用率最高，也最適宜微生物的生長繁殖。

2一些重要表面活性劑的生物降解研究

對于烷基醚硫酸鹽、烷基硫酸鹽、直鏈烷基苯磺酸鹽、陰離子表面活性劑、兩性離子表面活性劑、非離子表面活性劑以及胺和酰胺類都屬于一些比較重要的表面活性劑的生物降解，以下是對其生物降解過程的詳細論述。

第一，烷基醚硫酸鹽主要通過醚酶斷裂醚鍵的生物降解，在完成生物降解之后通過脫氧酶逐和烷基硫酸脂酶進行逐步降解。而烷基硫酸鹽的生物降解主要是通過烷基硫陰離子表面活性劑的生物降解性，先通過烷基硫酸脂酶脫硫酸根，然后經脫氫酶脫氫氧化氧化為二氧化碳和水。直鏈烷基苯磺酸鹽是一種研究較為廣泛的表面活化劑生物降解類型，一般認為其降解機理主要是在輔酶、二氧化碳等作用下，通過ω和β-氧化進行逐級降解。最后經過氧化降解為水、硫酸鹽和二氧化碳等物質。

第二，陰離子表面活性劑。陰離子表面活性劑是在水溶液離解時生成的表面活性離子帶負電荷，是消耗量最大的表面活性劑品種。陰離子表面活性劑通常可按照其親水基分為羧酸鹽型、磺酸鹽型、硫酸（酯）鹽型和磷酸（酯）鹽型等，具有低廉的成本和優異的綜合性能，在生物降解性能研究占比最多。

第三，兩性離子表面活性劑。在表面活性劑的生物降解過程研究中，兩性離子表面活性劑使用量較少。烷基酰胺甜菜堿易在被厭氧在降解四周內，較高的表面活性劑比例通常會阻礙氣體的產生，而在后期適應后氣體產量會逐漸增加。

3表面活性劑厭氧生物降解分析方法

3.1表面活性劑濃度變化分析

因為表面活性劑的特點具有表面活性，可以從表面活性劑濃度變化分析厭氧生物降解。表面活性劑濃度變化分析可以運用表面活性法、專用化學法和其他方法進行分析。通過測量泡沫、表面張力能夠有效的展現表面活性劑的消失程度。而專用化學法主要涉及硫酸鹽和離子對比方法，運用化學有機物來測定表面活性劑的初級降解率。

3.2氣體產量分析

表面活性劑生物降解的最終產物主要是甲烷和二氧化碳，因此可以運用氣體產量分析法來研究表面活性劑厭氧生物的降解過程。在這個過程中，大多時采用呼吸計量法，以此來測出有機物實際的產氣量。

4小結

綜上所述，由于表面活性劑最終會通過廢水排到自然界當中，會破壞自然環境，造成水污染。而表面活性劑的生物降解能夠降低對環境的污染，測定出更加精確的速率值，從而為工業、農業的生產帶來有效的幫助。因此，科學研究者應該不斷加強對表面活性劑生物降解的研究，推動其更好的發展。

參考文獻：

[1] 張曉青，郝建安，任華峰，等.生物表面活性劑對紅球菌SY095降解正十六烷及細胞表面性質的影響[J].生物技術通訊，2017，28（3）：328-332.

[2] 肖進新.天然表面活性劑（待續）[J].日用化學品科學，2017，40（4）：7-11.

作者簡介：

楊建霞、女、1970年10月出生、本科、工程師、專業：化工化驗.

（作者單位：開封市供水總公司）