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論文談談生物表面活性劑在環(huán)境工程中的應用
生物表面活性劑是微生物在一定條件下培養(yǎng)時,是以分泌物在代謝過程中充當表面活性產(chǎn)物。與化學合成表面活性劑相比較,生物表面活性劑具有著諸多的優(yōu)勢與個性化特征,如在使用的時候其結構多樣性和生物可降解性以及在使用的時候不受環(huán)境的限制和影響等。由于化學合成表面活性劑受原材料、價格以及在工作中產(chǎn)品性能問題的影響,使得在生產(chǎn)中容易出現(xiàn)嚴重的環(huán)境危害和污染現(xiàn)象,使得人類在生活中對環(huán)境和健康意識不斷增加,尤其是在近幾十年來,隨著我國改革開放以來,社會呈現(xiàn)出平穩(wěn)發(fā)展趨勢,人們生活水平的提高促使人類對健康和環(huán)境意識的要求增加,這也就促使了生物表面活性劑應用方法的不斷增加,國內對生物表面活性劑的研制和開發(fā)應用起步較晚,但是由于近年來的大力重視,使得其在發(fā)展中也擁有者一定的優(yōu)勢,從而促使在生物工程中提高生物工程的效率和使用價值。
1、生物表面活性劑的種類及其生產(chǎn)菌
1.1 種類
生物表面活性劑是表面活性劑發(fā)展優(yōu)化形成的產(chǎn)物,是微生物素喲產(chǎn)生具有移動表面活性的生物大分子物質,與過去的化學成分相比較有著天然優(yōu)勢,其適用于目前的是由工業(yè)和環(huán)境工程之中。化學合成表面活性劑通常是根據(jù)它們的極性基團來分類,而生物活性表面劑主要是通過加強保護環(huán)境要求為依據(jù)來促使其環(huán)境工程中的應用前景。 大多數(shù)生物表面活性劑是細菌、酵母菌和真菌的代謝產(chǎn)物。這些生產(chǎn)菌大多是從油類污染的湖泊、土壤或海洋中篩選得到的。如Banat等從油泥污染的土壤中分離得到兩株生物表面活性劑的菌株:芽孢桿菌AB-2和Y12-B。列出了一些主要的生物表面活性劑的種類及其生產(chǎn)菌。
2、生物表面活性劑的生產(chǎn)
目前,可以通過兩種途徑生產(chǎn)生物表面活性劑:微生物發(fā)酵法和酶法。采用發(fā)酵法生產(chǎn)時,生物表面活性劑的種類、產(chǎn)量主要取決于生產(chǎn)菌的種類、生長階段,碳基質的性質,培養(yǎng)基中N、P 和金屬離子Mg2+、Fe2+的濃度以及培養(yǎng)條件(pH、溫度、攪拌速度等)。
與微生物發(fā)酵法相比,酶法合成的表面活性劑分子多是一些結構相對簡單的分子,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(yōu)點在與在生產(chǎn)的過程提取奮勇較低,對各種產(chǎn)品的改良措施較為方便,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(xiàn)階段酶制劑成本較高,但通過基因工程技術增強酶的穩(wěn)定性與活性,有望降低其生產(chǎn)成本。
3、生物表面活性劑的提取
發(fā)酵產(chǎn)物的提取(也稱下游處理)費用大約占總生產(chǎn)費用的60%,這是生物表面活性劑產(chǎn)品商業(yè)化的一個主要障礙。生物表面活性劑的最佳提取方法隨發(fā)酵操作及其物理化學性質的不同而不同。其中溶劑萃取是最常用的提取方法,利用甲基-叔丁基醚萃取紅球菌生產(chǎn)的生物表面活性劑,可以獲得較高產(chǎn)率10 mg/L。
4、生物表面活性劑在環(huán)境工程中的應用
許多化學合成表面活性劑由于難降解、有毒及在生態(tài)系統(tǒng)中的積累等性質而破壞生態(tài)環(huán)境,相比之下,生物表面活性劑則由于易生物降解、對生態(tài)環(huán)境無毒等特性而更適合于環(huán)境工程中污染治理。如:在廢水處理工藝中可作為浮選捕收劑與帶電膠粒相吸以除去有毒金屬離子,修復受有機物和重金屬污染的場地等。
4.1 在廢水處理工藝中的應用
用生物法處理廢水時,重金屬離子對活性污泥中的微生物菌群常會產(chǎn)生抑制或毒害作用,因此,在用生物法處理含重金屬離子的廢水時須進行預處理。當前,常用氫氧化物沉淀法除去廢水中的重金屬離子,但其沉淀效率受氫氧化物溶解度的限制,應用效果不甚理想;浮選法用于廢水預處理時又常因所用浮選捕收劑在其后續(xù)處理過程中難降解(如化學合成表面活性劑十二烷基磺酸鈉),易產(chǎn)生二次污染而受限制,因此,有必要開發(fā)易生物降解、對環(huán)境無毒害的替代品,而生物表面活性劑恰好具有這一優(yōu)勢。但是,國內外對這一方面的應用研究很少,直到最近才有報道。
4.2 在生物修復中的應用
在利用微生物催化降解有機污染物,從而修復被污染環(huán)境的過程中,由于所使用的生物表面活性劑可以直接使用發(fā)酵液,能節(jié)省表面活性劑的分
離提取和產(chǎn)品純化成本,因此,生物表面活性劑在現(xiàn)場生物修復有機污染場地的應用潛力很大。國外對生物修復的研究大約起始于20世紀80年代初期,至今已有大量成功的工程實例。如Harvey等[11]將銅綠假單胞菌生產(chǎn)的海藻糖脂,加入Exxon Valdez號油輪在阿拉斯加威廉王子海灣造成的原油泄漏污染的海水中,大大提高了原油的降解速度。這也是目前為止規(guī)模最大的實際應用中最成功的現(xiàn)場生物修復。而在國內還未見有將生物表面活性劑成功用于環(huán)境污染物治理方面的報道。
5、結束語
生物表面活性劑是最近發(fā)展起來的一類新型表面活性劑,它具有降低表面張力的作用,對環(huán)境無毒害,且生物降解性能好,屬于天然添加劑。除了在石油工業(yè)和環(huán)境工程等一些特殊領域受到重視外,隨著生物技術和相關技術手段的快速發(fā)展,生物表面活性劑的價格將逐步降到消費者可以接受的水平,越來越廣泛地應用在食品工業(yè)、精細化工、醫(yī)療衛(wèi)生等行業(yè),與我們的日常生活密切相關。生物表面活性劑及其應用研究將有廣闊的發(fā)展前景。
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