几种阳离子表面活性剂的生物降解性能研究

摘要

在日常生活中，表面活性剂已被广泛使用尤其是作为洗涤剂和表面处理剂，在完成其应有的任务后就被混入污水进入到自然水系。由于排出的药剂废水可能含有毒有害物质，会污染环境，危害人类健康。可持续发展是当今社会的热点课题之一，全世界都在进行绿色化学的革命。有效遏制生态环境的不断恶化，是实现人与自然和谐发展的首要任务。生物降解不仅是环境去除有机化合物的重要途径之一，而且还是化学元素循环的关键环节。因此，对表面活性剂的生物降解性评价是确立化合物环境归宿和危害的重要手段。
　　本研究依据生物降解好氧的方法，分别使用BOD5/CODCr法、振荡培养法二氧化碳生成量法对五种阳离子表面活性剂的生物降解性进行分析评价，同时采用TTC-ETS法研究了这几种表面活性剂对污泥活性的影响，探讨TTC-ETS法测定污泥活性的最佳试验条件，初步分析了四种药剂好氧生物降解性能与结构的关系。实验结果如下:
　　(1)根据BOD5/CODCr法得出30mg/L的M-300、M-301、M-302、M-331和十二胺的BOD5/CODCr值分别为0.4、0.58、0.38、0.26、0.51。
　　(2)通过振荡培养法得出经过一段时间的驯化期TOC浓度为30mg/L的M-300、M-301、M-302、M-331和十二胺的七天吸附量分别为3.66mg/L、3.49mg/L、2.84mg/L、3.64mg/L、2.79mg/L（以TOC记），它们的初级生物降解度PBD分别为82.53％、93.39％、77.20％、49.67％和96.20％。
　　(3)二氧化碳生成量法得出的结论为含有机碳为20mg/L的M-300、M-301、M-302、M-331和十二胺的生物降解度Dm分别为40.83％、93.77％、54.02％、28.89％、88.89％。IB指数分别为126.26、166.11、123.16、81.87、154.12。根据评价标准，M-301和十二胺属于易生物降解的，M-300和M-302是可生物降解额，而M-331属于难降解药剂。
　　(4)综合三种好氧生物降解评价方法的结果和数据，可生化性和二氧化碳生成量法看出，五种阳离子表面活性剂的生物降解性能由强到弱的顺序依次是:M-301＞十二胺＞M-300＞M-302＞M-331.根据振荡培养法其生物降解性能由强到弱的顺序是:十二胺＞M-301＞M-300＞M-302＞M-331.其中十二胺和M-301的顺序变化的原因是由于在培养振荡法中十二胺的吸附作用略强于M-301。
　　(5)采用TTC-ETS法测定污泥活性的最佳试验条件是:污泥加入量:0.8mL、TTC浓度:4g/L、反应时间:20min、萃取剂:丙酮、萃取时间:10min。在生物降解的过程中，污泥活性和COD的变化基本一致，都是随着时间减小。其中M-300、M-302、M-331的TTC-ETS活性值在试验0-1d有个先升后降的过程，原因是微生物的不适应性导致活性值的突然变低，在1d之后，经过一定时间的驯化，活性值略有恢复。
　　(6)季铵盐类阳离子表面活性剂的生物降解是从酯键的裂解开始，酯和氮原子之间有两个碳，酯键断裂产生脂肪酸和具有更大水溶性的季铵二醇或三醇，其结构利于生物降解。脂肪酸的在生物体内氧化时，羧基端的α和β-碳原子之间的化学键会发生断裂，β—碳原子氧化成羧基，生成一个比原来脂肪酸少两个碳原子的脂肪酸和脱下一个乙酰CoA。如此多次反复直至脂肪酸完全分解成乙酰CoA。而CoA参加三羧酸循环，最后彻底降解为CO2和水。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 概述

1．2 阳离子表面活性剂的发展概况

1．3 阳离子表面活性剂及分类

1．4 阳离子表面活性剂的应用

1．4．1 阳离子表面活性剂在织物柔软抗静电中的应用

1．4．2 阳离子表面活性剂在矿物浮选中的应用

1．4．3 阳离子表面活性剂在油田开采中的应用

1．4．4 阳离子表面活性剂的其他应用

1．5 阳离子表面活性剂的生物降解性能

1．5．1 生物降解的测定方法

1．5．2 阳离子表面活性剂的生物降解性

1．6 本课题研究的目的、内容及意义

1．6．1 研究的目的和意义

1．6．2 研究内容

1．6．3 技术路线

第2章 实验药剂、仪器及方法

2．1 实验药剂

2．2 实验仪器

2．3 受试物和参比物

2．4 实验分析方法

2．4．1 活性污泥浓度的测定方法

2．4．2 BOD5的测定方法

2．4．3 CODCr的测定方法

2．4．4 TTC-ETS(脱氢酶活性)的测定方法

第3章 阳离子表面活性剂的生物降解性能评价

3．1 BOD5／CODCr法

3．1．1 实验方法

3．1．1 实验结果及讨论

3．2 振荡培养法

3．2．1 接种物

3．2．2 培养基的配制

3．2．3 实验方法

3．2．4 实验结果及讨论

3．3 CO2生成量评价法

3．3．1 方法与原理

3．3．2 实验材料

3．3．3 实验装置

3．3．4 实验步骤

3．3．5 实验结果计算与数据处理

3．3．6 实验结果及讨论

第4章 阳离子表面活性剂对污泥活性的影响

4．1 微生物的观察分析

4．1．1 好氧活性污泥的生物类群

4．1．2 活性污泥中菌胶团及生物相的观察

4．2 TTC法测定污泥活性的影响因素

4．2．1 TTC标准曲线

4．2．2 萃取剂的选择

4．2．3 TTC浓度的选择

4．2．4 反应时间的选择

4．2．5 萃取时间的选择

4．3 生物降解过程中污泥活性的变化

4．3．1 实验方法

4．3．2 实验结果

第5章 表面活性剂的生物降解机理探讨

5．1 季铵盐类药剂的生物降解机理

5．2 脂肪酸药剂的生物降解机理

5．3 酯类化合物的生物降解机理

第6章 结论及展望

6．1 结论

6．2 进一步研究的方向

参考文献

致谢

附录