生物表面活性剂在环境工程中的应用

1、生物外表活性剂在环境工程中的应用生物外表活性剂在环境工程中的应用论文联盟.Ll.生物外表活性剂是微生物在一定条件下培养时，在代谢过程中分泌的具有外表活性的代谢产物。与化学合成外表活性剂相比，生物外表活性剂具有许多独特的属性，如：构造的多样性、生物可降解性、广泛的生物活性及对环境的温和性等。由于化学合成外表活性剂受原材料、价格和产品性能等因素的影响，且在消费和使用过程中常会严重污染环境及危害人类安康，因此，随着人类环保和安康意识的增强，近二十多年来，对生物外表活性剂的研究日益增多，开展很快，国外已就多种生物外表活性剂及其消费工艺申请了专利，如乙酸钙不动杆菌消费的一种胞外生物乳化剂已经有了成品出售

2、。国内对生物外表活性剂的研制和开发应用起步较晚，但近年来也给予了高度重视，其中研究最多的就是生物外表活性剂在进步石油采收率以及生物修复中的应用。一、生物外表活性剂的种类及其消费菌1、生物外表活性剂的种类化学合成外表活性剂通常是根据它们的极性基团来分类，而生物外表活性剂那么通过它们的生化性质和消费菌的不同来区分。一般可分为五种类型：糖脂、磷脂和脂肪酸、脂肽和脂蛋白、聚合物和特殊外表活性剂。2、生物外表活性剂的消费菌大多数生物外表活性剂是细菌、酵母菌和真菌的代谢产物。这些消费菌大多是从油类污染的湖泊、土壤或海洋中挑选得到的。如Banat等从油泥污染的土壤中别离得到两株生物外表活性剂的菌株：芽孢杆菌

3、AB-2和Y12-B。表1列出了一些主要的生物外表活性剂的种类及其消费菌。二、生物外表活性剂的消费目前，可以通过两种途径消费生物外表活性剂:微生物发酵法和酶法。采用发酵法消费时，生物外表活性剂的种类、产量主要取决于消费菌的种类、生长阶段，碳基质的性质，培养基中N、P和金属离子g2+、Fe2+的浓度以及培养条件(pH、温度、搅拌速度等)。如Davis等在成批培养枯草芽孢杆菌时发现，在溶解氧耗尽和限氮条件下可得最大浓度(439.0g/L)的莎梵婷。Kitat等利用南极假丝酵母的休止细胞消费甘露糖赤藓糖醇脂，对培养条件进展优化后，最高产量可达140g/L。发酵法消费生物外表活性剂的优点在于消费费用低

4、、种类多样和工艺简便等，便于大规模工业化消费，但产物的别离纯化本钱较高。与微生物发酵法相比，酶法合成的外表活性剂分子多是一些构造相对简单的分子，但同样具有优良的外表活性。其优点在于产物的提取费用低、次级构造改进方便、容易提纯以及固定化酶可重复使用等，且酶法合成的外表活性剂可用于消费高附加值产品，如药品组分。尽管现阶段酶制剂本钱较高，但通过基因工程技术增强酶的稳定性与活性，有望降低其消费本钱。三、生物外表活性剂的提取发酵产物的提取(也称下游处理)费用大约占总消费费用的60%，这是生物外表活性剂产品商业化的一个主要障碍。生物外表活性剂的最正确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

5、萃取是最常用的提取方法，如Kuyukina等利用甲基-叔丁基醚萃取红球菌消费的生物外表活性剂，可以获得较高产率10g/L。超滤是用于提取生物外表活性剂的一种新方法。Lin等用分子量截止值为30000Da的超滤膜从发酵液中提取枯草芽孢杆菌产生的脂肽类生物外表活性剂莎梵婷，收率达95%。attEi等设计了一套连续提取生物外表活性剂的装置，应用切面流过滤法能连续提取产物，产率高达3g/L。能与连续发酵消费配套的产物提取方法有泡沫别离、离子交换树脂法等。Davis等用泡沫别离法连续提取枯草芽孢杆菌产生的莎梵婷,收率达71.4%。鼠李糖脂的提取过程是先离心过滤除去细胞，再通过吸附色谱将鼠李糖脂浓缩在安珀

6、莱特XAD-2树脂上，后用离子交换色谱法提纯，最后将液体蒸发和冷冻枯燥可得纯度为90%的成品，收率达60%。四、生物外表活性剂在环境工程中的应用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展预处理。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(如化学合成外表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，而生物外表活性剂

7、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。Zubulis等研究了生物外表活性剂作为捕收剂除去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，由于所使用的生物外表活性剂可以直接使用发酵液，能节省外表活性剂的别离提取和产品纯化本钱，因此，生物外表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等将铜绿假单胞菌消费的海藻糖脂，参加ExxnValdez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，大大进步了原油的降解速度。这也是目前为

8、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外表活性剂成功用于环境污染物治理方面的报道。1促进烷烃类物质的降解烷烃是石油的主要组成成分。在石油勘探、开采、运输、加工及储存过程中，不可防止地会有石油排入环境中而对土壤、地下水造成污染。为了进步烷烃的降解速率，参加生物外表活性剂可以增强疏水性化合物的亲水性和生物可降解性，增加微生物的数量，继而进步烷烃的降解速率。Nrdan等研究了不同类型外表活性剂对十六烷的降解作用,结果说明生物外表活性剂鼠李糖脂对十六烷的降解作用明显优于其他十四种化学合成外表活性剂。Rahan等发现分别添加0.1%和1%鼠李糖脂的堆制系统中，汽油污染土壤中碳

9、氢化合物的降解率分别进步了11.9%45.2%和20.2%48.3%。最近Rahan等在研究储油罐底部泥状沉积物与土壤混合堆制过程中正构烷烃的降解情况时，也发现添加鼠李糖脂能显著增加烷烃的降解率。2促进多环芳烃的降解多环芳烃因其三致(致癌、致畸、致突变)作用而日益受到人们的重视，许多国家都已将其列为优先污染物。已有研究说明，微生物降解是从环境中去除多环芳烃的最主要途径，且多环芳烃的降解性能随苯环数量的增加而降低，三环以下的多环芳烃易降解，四环以上的较难降解。迄今为止，关于多环芳烃降解菌能促进多环芳烃的生物可利用性存在三种假说：先通过分泌生物外表活性剂促进多环芳烃的降解。其次通过产生胞外聚合物促

10、进多环芳烃的降解。再通过形成生物膜促进多环芳烃的降解。Jhnsen等的实验结果说明少动鞘脂单胞菌是通过分泌外表活性剂葡聚糖脂的方式而促进多环芳烃化合物降解的。3用于除去有毒重金属由于有毒重金属在土壤环境中的污染过程具有隐蔽性、稳定性及不可逆性等特点，因此，土壤中有毒重金属污染的修复一直是学术界的热点研究课题。目前可以用玻璃化、固定化/稳定化、热处理等技术除去土壤中的重金属。玻璃化处理技术可行，但是工程量大，费用高；固定化过程具有可逆性，因此处理后还需要不连续地监测处理效果；而热处理技术那么只适用于除去易挥发的重金属如Hg等。因此，低本钱的生物学处理方法开展很快。近年来，人们开场利用对生态环境无

11、毒的生物外表活性剂修复受重金属污染土壤。Trrens等的实验结果说明，添加鼠李糖脂使d的去除率进步了8%54%。ulligan等用0.25%的莎梵婷连续5天冲洗受重金属污染的土壤后，u的去除率达70%。ulligan等分别使用三种不同的生物外表活性剂冲洗受重金属u、Zn污染的沉积物。三种生物外表活性剂对重金属的去除效果都不同：0.5%的鼠李糖脂对u的去除效果较好，去除率为65%；4%的槐糖脂那么对Zn的去除效果较好，为60%；而莎梵婷对两者均无多大效果，去除率仅为15%和6%。并研究了重金属在沉积物中赋存形态量的变化，其中，鼠李糖脂和莎梵婷主要除去了有机结合态的u，槐糖脂主要除去了氧化物结合态和碳酸盐结合态的Zn。这一研究结果也证实了用生物外表活性剂冲洗沉积物除去其中重金属的方法是可行的。为了早日实现生物外表活性剂的大规模工业化消费，进步实际应用程度，今后的研究将着重于以下三个方面：(1)选育能以廉价碳源为底物、产量高的菌种(如Beninasa等利用消费向日葵油过程中产生的废物皂料为唯一碳源成批培养铜绿假单胞菌，获得