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生物表面活性剂在环境工程中的应用
生物表面活性剂在环境工程中的应用
生物表面活性剂在环境工程中的应用
生物表面活性剂是微生物在一定条件下培养时,是以分泌物在代谢过程中充当表面活性产物。与化学合成表面活性剂相比较,生物表面活性剂具有着诸多的优势与个性化特征,如在使用的时候其结构多样性和生物可降解性以及在使用的时候不受环境的限制和影响等。由于化学合成表面活性剂受原材料、价格以及在工作中产品性能问题的影响,使得在生产中容易出现严重的环境危害和污染现象,使得人类在生活中对环境和健康意识不断增加,尤其是在近几十年来,随着我国改革开放以来,社会呈现出平稳发展趋势,人们生活水平的提高促使人类对健康和环境意识的要求增加,这也就促使了生物表面活性剂应用方法的不断增加,国内对生物表面活性剂的研制和开发应用起步较晚,但是由于近年来的大力重视,使得其在发展中也拥有者一定的优势,从而促使在生物工程中提高生物工程的效率和使用价值。
1、生物表面活性剂的种类及其生产菌
1.1 种类
生物表面活性剂是表面活性剂发展优化形成的产物,是微生物素哟产生具有移动表面活性的生物大分子物质,与过去的化学成分相比较有着天然优势,其适用于目前的是由工业和环境工程之中。化学合成表面活性剂通常是根据它们的极性基团来分类,而生物活性表面剂主要是通过加强保护环境要求为依据来促使其环境工程中的应用前景。 大多数生物表面活性剂是细菌、酵母菌和真菌的代谢产物。这些生产菌大多是从油类污染的湖泊、土壤或海洋中筛选得到的。如Banat等从油泥污染的土壤中分离得到两株生物表面活性剂的菌株:芽孢杆菌AB-2和Y12-B。列出了一些主要的生物表面活性剂的种类及其生产菌。
2、生物表面活性剂的生产
目前,可以通过两种途径生产生物表面活性剂:微生物发酵法和酶法。采用发酵法生产时,生物表面活性剂的种类、产量主要取决于生产菌的种类、生长阶段,碳基质的性质,培养基中N、P 和金属离子Mg2+、Fe2+的浓度以及培养条件(pH、温度、搅拌速度等)。
与微生物发酵法相比,酶法合成的表面活性剂分子多是一些结构相对简单的分子,但是其在使用的时候同样能够促进活性剂的表面活性增加,其主要的优点在与在生产的过程提取奋勇较低,对各种产品的改良措施较为方便,并且能够及时的针对其中存在的各种问题进行分析,提出合理有效的控制措施和方法。尽管现阶段酶制剂成本较高,但通过基因工程技术增强酶的稳定性与活性,有望降低其生产成本。
3、生物表面活性剂的提取
发酵产物的提取(也称下游处理)费用大约占总生产费用的60%,这是生物表面活性剂产品商业化的一个主要障碍。生物表面活性剂的最佳提取方法随发酵操作及其物理化学性质的不同而不同。其中溶剂萃取是最常用的提取方法,利用甲基-叔丁基醚萃取红球菌生产的生物表面活性剂,可以获得较高产率10 mg/L。
4、生物表面活性剂在环境工程中的应用
许多化学合成表面活性剂由于难降解、有毒及在生态系统中的积累等性质而破坏生态环境,相比之下,生物表面活性剂则由于易生物降解、对生态环境无毒等特性而更适合于环境工程中污染治理。如:在废水处理工艺中可作为浮选捕收剂与带电胶粒相吸以除去有毒金属离子,修复受有机物和重金属污染的场地等。
4.1 在废水处理工艺中的应用
用生物法处理废水时,重金属离子对活性污泥中的微生物菌群常会产生抑制或毒害作用,因此,在用生物法处理含重金属离子的废水时须进行预处理。当前,常用氢氧化物沉淀法除去废水中的重金属离子,但其沉淀效率受氢氧化物溶解度的限制,应用效果不甚理想;浮选法用于废水预处理时又常因所用浮选捕收剂在其后续处理过程中难降解(如化学合成表面活性剂十二烷基磺酸钠),易产生二次污染而受限制,因此,有必要开发易生物降解、对环境无毒害的替代品,而生物表面活性剂恰好具有这一优势。但是,国内外对这一方面的应用研究很少,直到最近才有报道。
4.2 在生物修复中的应用
在利用微生物催化降解有机污染物,从而修复被污染环境的过程中,由于所使用的生物表面活性剂可以直接使用发酵液,能节省表面活性剂的分
离提取和产品纯化成本,因此,生物表面活性剂在现场生物修复有机污染场地的应用潜力很大。国外对生物修复的研究大约起始于20世纪80年代初期,至今已有大量成功的工程实例。如Harvey等[11]将铜绿假单胞菌生产的海藻糖脂,加入Exxon Valdez号油轮在阿拉斯加威廉王子海湾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。这也是目前为止规模最大的实际应用中最成功的现场生物修复。而在国内还未见有将生物表面活性剂成功用于环境污染物治理方面的报道。
5、展 望 6、结束语
生物表面活性剂是最近发展起来的一类新型表面活性剂,它具有降低表面张力的作用,对环境无毒害,且生物降解性能好,属于天然添加剂。除了在石油工业和环境工程等一些特殊领域受到重视外,随着生物技术和相关技术手段的快速发展,生物表面活性剂的价格将逐步降到消费者可以接受的水平,越来越广泛地应用在食品工业、精细化工、医疗卫生等行业,与我们的日常生活密切相关。生物表面活性剂及其应用研究将有广阔的发展前景。
